SISTEMA DE DETECCIÓN DE LUZ Y DE DETERMINACIÓN DE LA DISTANCIA.

Sistema de detección de luz y de determinación de la distancia Antecedentes La presente invención se refiere a un procedimiento para determinar una distancia a una diana. Encuentra aplicación particular en conjunción con un sistema de detección de luz y de determinación de la distancia (LIDAR) y se describirá con referencia particular al mismo. Se apreciará, sin embargo, que la invención también es válida para otras aplicaciones. Un sistema de detección de luz y de determinación de la distancia (LIDAR) transmite un impulso de luz (por ejemplo, desde un láser) que se refleja en una diana. Un receptor óptico detecta la luz reflejada y se calcula la distancia hasta la diana a partir del tiempo de retraso entre la transmisión del impulso de luz y la detección de la luz reflejada. El campo de visión del receptor y el haz de luz transmitida habitualmente concuerdan y están co-alineados para asegurar una máxima eficacia en la recogida de la luz. Si el LIDAR contiene un escáner óptico rápido (tal como un espejo que se mueve rápidamente), es posible que el campo de visión del receptor pierda el alineamiento con respecto al rayo de luz proyectado. Dicha pérdida de alineamiento viene provocada por un cambio en la dirección de puntería que se produce durante el tiempo necesario para que el impulso de luz viaje hasta la diana, se refleje y vuelva de nuevo hasta el receptor. La extensión de este desalineamiento es un desfase angular que depende de la velocidad del escáner y de la distancia a la diana. Para una exploración LIDAR que esté limitada por la difracción (es decir, la divergencia del rayo de luz está solamente limitada por la longitud de onda en el diámetro del rayo en la abertura de salida del LIDAR), la velocidad angular del escáner (medida en radianes/segundo) para la cual el desfase angular es la mitad de rayo de luz transmitido la divergencia es: en la que es la longitud de onda de la luz transmitida (en metros) c es la velocidad de la luz (~ 3 x 10 8 m/segundo) D es el diámetro del rayo de luz transmitido en la abertura de salida del LIDAR (en metros) y R es la distancia hasta la diana (en metros). Si el campo de visión del receptor está inicialmente alineado con un cono de iluminación de luz transmitida, la señal recibida se reduce por el desfase angular. El efecto empeora en distancias mayores y a medida que aumenta la velocidad del escáner. Si el sistema LIDAR no está limitado por la difracción y la divergencia del rayo transmitido es en cambio , entonces la fórmula anterior se convierte en: por ejemplo, si la divergencia del rayo es 2 milirradianes (mrad) la distancia de una diana es 3 km, la velocidad angular a la cual el desfase angular es la mitad de la anchura del rayo del transmisor es 50 radianes / segundo, o 480 revoluciones / minuto (rpm). En este caso el campo de visión del receptor coincide con la divergencia del rayo de luz transmitido, el desfase angular es todavía lo suficientemente pequeño para que el receptor óptico detecte alguna pequeña cantidad de luz dispersada desde la diana, pero para velocidades del escáner superiores a 960 rpm, el efecto del desfase angular provoca que el campo de visión del receptor pierda u oscurezca completamente la señal a partir de 3 km en adelante. La condición para este oscurecimiento completo es: Todos los sistemas LIDAR, bien sean de exploración o fijos, a menudo deben enfrentarse con otro intervalo dinámico 2 E10001507 25-10-2011   de gran emisión de señales. El intervalo dinámico de señales es la relación de la intensidad de la señal de luz máxima detectable (es decir, la saturación del detector) con respecto a la intensidad de la señal de luz mínima detectable. La señal detectada disminuye rápidamente con el aumento de la distancia a la diana. Por lo tanto, las señales recibidas desde las dianas a distancias más cercanas pueden sobresaturar el detector, mientras aquellas de dianas a distancias mayores pueden ser apenas detectables. Una técnica de diseño conocida como compresión geométrica puede reducir el intervalo dinámico controlando la superposición fija de los campos ópticos de visión del transmisor y del receptor, la separación de los dispositivos ópticos del receptor y del transmisor y el efecto pantalla del receptor producido por los dispositivos ópticos del transmisor para atenuar la señal en distancias cortas. El tiempo de demora de la señal de luz recibida con respecto al impulso de luz transmitido no entra en este cálculo de compresión ya que estos parámetros de diseño son estáticos. La compresión geométrica puede beneficiar los sistemas LIDAR tanto de exploración como fijos. El documento US 4311385 divulga un sistema láser de escaneo de detección que tiene dispositivos ópticos que compensan la desviación angular de una señal recibida. Un componente de control gira el desfase angular compensando los dispositivos ópticos para alinear ópticamente una señal de referencia y una señal recibida para que sean paralelas entre si a lo largo de una trayectoria óptica. La presente invención suministra un aparato nuevo y mejorado y un procedimiento que resuelve los problemas antes mencionados. Resumen En una realización, un sistema de detección y de medición de la distancia incluye una unidad de espejos que gira alrededor de un eje de exploración. La unidad de espejos incluye un a parte de recepción y una parte de transmisión desalineadas en un ángulo alrededor del eje de exploración con relación a un plano superficial de la parte de recepción. Los respectivos centroides de las partes de recepción y transmisión se sitúan en un punto común del eje de exploración mientras que las partes de recepción y transmisión giran alrededor del eje de exploración. Un transmisor transmite un impulso de luz hacia la unidad de espejos. Se sitúa una parte de transmisión para reflejar el impulso de luz hacia una diana. Se sitúa un receptor para reflejar el impulso de luz reflejado desde la diana hacia el receptor. El desalineamiento angular compensa el cambio entre el cono de iluminación de la parte de transmisión y el campo de visión de la parte de recepción que resulta del giro de la unidad de espejos. Breve descripción de los dibujos En los dibujos adjuntos, que se incorporan y que constituyen parte de la memoria técnica, se ilustran realizaciones de la invención, que junto con una descripción general de la invención anteriormente dada y la descripción detallada que se ofrece más abajo, sirven para ejemplificar las realizaciones de esta invención. La figura 1 ilustra una vista lateral de un sistema de exploración de acuerdo con una realización de un aparato que ilustra los principios de la presente invención. La figura 2 ilustra una vista superior del sistema de exploración de la figura 1. La figura 3 ilustra una representación esquemática de los campos de visión descompensados del transmisor y del receptor. La figura 4 ilustra un gráfico de las señales recibidas frente a la distancia para el cono de iluminación descompensado del transmisor y el campo de visión del receptor mostrados en la figura 3. La figura 5 ilustra una representación esquemática de un cono de iluminación compensado del transmisor y el campo de visión del receptor, de acuerdo con una realización de un aparato que ilustra los principios de la presente invención. La figura 6 ilustra un gráfico de la señal recibida frente a la distancia para el cono de iluminación compensado del transmisor y el campo de visión del receptor mostrados en la figura 5. Descripción detallada de la realización ilustrada Con referencia a la figura 1, un sistema LIDAR 10 de exploración óptica incluye un transmisor 12 y un receptor óptico 14. Una unidad 16 de espejos incluye una parte 20 de transmisor y una parte 22 de recepción. En una realización, tanto el transmisor 12 como el receptor óptico 14 giran (exploran) juntos a una velocidad de rotación constante en una dirección. Más específicamente, los elementos giratorios, específicamente la unidad 16 de espejos, giran (según se ilustra en 24) a una velocidad predeterminada alrededor de un eje 26 de exploración. Las partes 20, 22 de transmisión y de recepción están, respectivamente, situadas de forma concéntrica para que tengan un centroide común 30. Los centroides 30 se sitúan en un punto común sobre el eje 26 de exploración. 3 E10001507 25-10-2011   Un impulso 32 de luz que sale del transmisor 12 pasa a través de al menos una lente 34 para colimar el impulso 32 de luz. El impulso 32 de luz se refleja entonces en un primer espejo 36 (por ejemplo, un espejo plano) hacia la parte 20 de transmisión de la unidad 16 de espejos, donde el impulso 32 de luz se refleja hacia una diana 40. Un cono de iluminación 42 del transmisor (consulte las figuras 3 y 5) del impulso 32 de luz transmitido desde la parte 20 de transmisión... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para determinar una distancia a una diana (40), el procedimiento comprende: hacer girar una unidad (16) de espejo alrededor de un eje (26) de exploración; reflejar un impulso luminoso de una parte (20) de transmisión de la unidad (16) de espejo hacia una diana (40); reflejar un impulso luminoso, recibido desde la diana (40), desde una parte (22) de recepción de la unidad (16) de espejo hacia un receptor (14) y compensar el desfase angular (56), provocado por la rotación de la unidad (16) de espejo alrededor del eje (26), entre el momento en el que el impulso luminoso se refleja desde la parte (20) de transmisión y el momento en el que impulso luminoso recibido se refleja desde la parte (22) de recepción; que se caracteriza porque: la compensación incluye el desalineamiento angular de la parte (20) de transmisión alrededor del eje (26) de exploración desde un plano superficial de la parte (22) de recepción. 2. El procedimiento para determinar una distancia a una diana (40) según la reivindicación 1, en el que la compensación incluye además: crear una superposición máxima (82) entre un cono de iluminación (42) de la parte de transmisión, asociado con la parte (20) de transmisión, y un campo de visión (44) de la parte de recepción, asociado con la parte (22) de recepción, a una distancia máxima de la diana (40). 3. El procedimiento para determinar una distancia a una diana (40) según la reivindicación 2, en el que la compensación incluye además: crear una superposición mínima (84) entre el cono de iluminación (42) de la parte de transmisión y el campo de visión (44) de la parte de recepción, a una distancia mínima de la diana (40). 6 E10001507 25-10-2011   7 E10001507 25-10-2011   8 E10001507 25-10-2011   9 E10001507 25-10-2011   E10001507 25-10-2011   11 E10001507 25-10-2011