Dispositivo para medir una señal en forma sensible al tiempo de propagación.

Dispositivo para captar la posición de fase de la modulación en intensidad de una señal modulada en intensidad,

que comprende

un elemento detector mezclador con dos electrodos de selección,

en donde el elemento detector mezclador está previsto para mezclar la señal modulada en intensidad con unaprimera señal de referencia,

una fuente para la señal modulada en intensidad,

en donde la fuente presenta un modulador para modular la intensidad de la señal con una frecuencia comprendidaentre 500 kHz y 500 MHz, y

unas fuentes para una primera, una segunda y una tercera señales de referencia,

en donde la fuente para la primera señal de referencia está preparada de modo que la frecuencia de la primera señalde referencia sea diferente de la frecuencia de la modulación en intensidad,

en donde la fuente para la segunda señal de referencia y la fuente para la tercera señal de referencia estánpreparadas de modo que la frecuencia de la segunda señal de referencia sea igual a la frecuencia de la terceraseñal de referencia, la frecuencia de la segunda y la tercera señales de referencia sea diferente de la frecuencia dela primera señal de referencia, y la segunda y la tercera señales de referencia estén desfasadas una respecto deotra,

un equipo para formar la señal diferencia entre las señales de salida de los dos electrodos de selección,

un equipo de mezclado que está preparado de modo que mezcle la señal de salida del equipo para formar la señaldiferencia entre las señales de salida de los dos electrodos de selección con la segunda señal de referencia,

un equipo de mezclado que está preparado de modo que mezcle la señal de salida del equipo para formar la señaldiferencia entre las señales de salida de los dos electrodos de selección con la tercera señal de referencia,

un equipo para mezclar la primera señal de referencia con la señal excitadora del modulador de modo que se genereuna señal de disparo que presente la frecuencia diferencia entre la frecuencia de la modulación en intensidad de laseñal modulada en intensidad y la frecuencia de la primera señal de referencia, y

un equipo para acoplar rígidamente en fase la segunda y la tercera señales de referencia a la señal de disparo,estando prevista detrás de los equipos de mezclado, considerado en la dirección de la señal, una unidad deevaluación para determinar la posición de fase de la señal modulada en intensidad.

Dispositivo para medir una señal en forma sensible al tiempo de propagación La presente invención concierne a un dispositivo para captar la posición de fase de una señal modulada en intensidad.

Se conocen por el estado de la técnica elementos detectores mezcladores sensibles a la fase o al tiempo de propagación para la medición de distancias. Tales elementos se encuentran descritos, por ejemplo, en las solicitudes de patente alemanas DE 196 35 932 y DE 197 04 496 como unos llamados Photogate Photomixing-Devices (PG-PMD – dispositivos fotomezcladores con fotopuertas) para radiación electromagnética. Como alternativa a los elementos PG-PMD, los elementos detectores mezcladores pueden estar configurados también, por ejemplo, como elementos MSM-PMD (MSM: metal-semiconductor-metal) , tal como estos se encuentran revelados en el documento WO 02/33922 A2.

Es común a los elementos detectores mezcladores conocidos por el estado de la técnica el que presenten electrodos de selección entre los cuales se extiende un material fotoconductivo, especialmente un material semiconductor. Además, en el material semiconductor pueden estar previstas dos o más puertas de modulación transparentes.

Si se ilumina la parte fotoconductiva del elemento detector con una radiación electromagnética modulada en intensidad, preferiblemente en el dominio espectral visible o infrarrojo, se varía entonces la conductividad del elemento detector entre los electrodos de selección en función de la intensidad que incide momentáneamente en el detector. Si se aplican al mismo tiempo a las puertas de modulación (en elementos PG-PMD) o bien directamente a los electrodos de selección (en elementos MSM-PMD) unas señales de corriente o de tensión moduladas en amplitud que están invertidas o desfasadas en 180º una con respecto a otra, se obtienen entonces en los electrodos de selección unas señales mixtas que están moduladas con la frecuencia diferencia entre la frecuencia de la modulación de intensidad de la radiación incidente y la frecuencia de referencia. Las señales de salida en los electrodos de selección de los elementos mezcladores dependen, además, de la intensidad de la radiación incidente. Si se forma ahora la suma de las dos señales de salida de los electrodos de selección, se obtiene entonces una señal dependiente de la intensidad de la radiación incidente, ya que únicamente están contenidas las porciones de corriente continua (CC) . Por el contrario, la señal diferencia entre las dos señales de salida de los electrodos de selección contiene únicamente las porciones de señal correlacionadas. Por tanto, las señal diferencia sigue llevando tanto la información de fase como la información de amplitud de la radiación incidente modulada en intensidad.

El procedimiento descrito se denomina también detección en contrafase o "detección equilibrada", ya que los electrodos de modulación o de selección del elemento mezclador están conexionados con señales invertidas o desfasadas en 180º una con respecto a otra. El procedimiento de contrafase permite que, formando la diferencia entre las dos señales de salida del detector mezclador, como se ha descrito anteriormente, se supriman las porciones de corriente continua y las asimetrías de la estructura mezcladora y solamente se tengan en cuenta las señales que están correlacionadas.

Dado que en las mediciones la amplitud y la fase de la señal son magnitudes desconocidas, son necesarias, en función de la señal de modulación de la radiación incidente en el mezclador y de la señal de referencia, al menos dos mediciones con diferente posición de fase de las señales de referencia para determinar la amplitud y la fase de la señal de medida después de la formación de la diferencia.

En los detectores conocidos por el estado de la técnica se realizan las dos mediciones con ayuda de un procedimiento múltiplex de espacio o con ayuda de un procedimiento múltiplex de tiempo.

En el procedimiento múltiplex de espacio un detector o punto de imagen presenta dos detectores mezcladores. Los dos elementos detectores mezcladores pueden estar dispuestos aquí discretamente uno al lado de otro o bien pueden ser un componente integrado, pudiendo estar formados, por ejemplo, con electrodos de salida dispuestos por parejas en cruz. Es decisivo el que las señales de referencia de cada elemento detector estén moduladas en contrafase, mientras que éstas están desfasadas en cada caso con respecto a las señales de referencia del segundo elemento detector, idealmente en 90º. De esta manera, se pueden determinar dos funciones de correlación de la señal a medir y se pueden evaluar la fase y la amplitud. En el múltiplex de espacio se necesita para cada punto de imagen aproximadamente el doble de superficie de un elemento mezclador individual a fin de poder evaluar al mismo tiempo dos funciones de autocorrelación.

En el procedimiento múltiplex de tiempo se determinan temporalmente una tras otra las dos funciones de correlación de la señal, desfasándose las señales de referencia del elemento detector mezclador una con relación a otra entre dos mediciones correspondientes. Por tanto, el procedimiento múltiplex de tiempo requiere el doble de tiempo de medida que el procedimiento múltiplex de espacio. Esto es desventajoso especialmente para aplicaciones en las que el tiempo de medida tiene una importancia considerable. Si, por ejemplo, se deben captar distancias en el tráfico

viario, son esenciales entonces unos cortos tiempos de medida para proporcionarle a un conductor o bien a un sistema autónomo un tiempo de reacción suficiente, por ejemplo para esquivar un obstáculo.

La publicación de la solicitud de patente alemana DE 199 02 612 A1 revela un mezclador optoelectrónico para la desmodulación de una señal luminosa desmodulada en amplitud a alta frecuencia con una frecuencia de señal, el cual presenta un sensor de luz que transforma la señal luminosa en portadores de carga libres y un generador de frecuencia de referencia unido con la luz para aplicar al sensor de luz una tensión alterna con una frecuencia de referencia. El sensor de luz presenta aquí al menos dos electrodos sensores individualmente activables, estando unido el generador de frecuencia de referencia con ambos electrodos sensores para que los portadores de carga generados por la señal luminosa al ritmo de la frecuencia de dicha señal sean conducidos alternativamente, al ritmo de la frecuencia de referencia, a un electrodo sensor o al otro electrodo sensor. El mezclador revelado en este documento requiere también un procedimiento múltiplex de espacio o un procedimiento múltiplex de tiempo para medir la fase y la amplitud de la señal luminosa modulada en amplitud.

Frente a esto, la presente invención se basa en el problema de proporcionar un dispositivo que permita evitar los inconvenientes antes citados del estado de la técnica.

Este problema se resuelve según la invención con un dispositivo conforme a la reivindicación 1.

La "señal modulada en intensidad" es aquí una señal electromagnética, preferiblemente en el dominio espectral visible o infrarrojo.

Las señales de referencia pueden ser señales eléctricas o electromagnéticas, pero también señales de ultrasonidos.

El principio de la presente invención se basa en que la señal mixta entre la señal modulada en intensidad y la primera señal de referencia, que lleva la información de amplitud y de fase de la señal modulada en amplitud, se mezcla con una segunda y una tercera señales de referencia de frecuencia conocida, siendo la frecuencia de la segunda y la tercera señales de referencia diferente de la frecuencia de la primera señal de referencia y de la frecuencia de la señal modulada en intensidad. De esta manera, se obtienen dos funciones de correlación de la señal mixta, a partir de las cuales se pueden calcular la amplitud y la fase de la señal modulada en intensidad cuando sean conocidas las frecuencias y las fases de todas las señales.

El dispositivo según la invención permite captar con una sola medición ("single shot") la amplitud y la fase de una señal modulada en intensidad. De esta manera, se reduce el tiempo de medida en un factor de dos frente al procedimiento múltiplex de tiempo y se economiza una considerable superficie sobre el chip en comparación con el procedimiento múltiplex de espacio, con lo que se duplica aproximadamente el factor de llenado del chip.

El mezclado de la señal modulada en intensidad durante el funcionamiento en contrafase, es decir, una vez con la primera señal de referencia y otra vez con una señal de igual frecuencia invertida con respecto a la señal anterior, posibilita una ventajosa formación de diferencia... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para captar la posición de fase de la modulación en intensidad de una señal modulada en intensidad, que comprende un elemento detector mezclador con dos electrodos de selección,

en donde el elemento detector mezclador está previsto para mezclar la señal modulada en intensidad con una primera señal de referencia,

una fuente para la señal modulada en intensidad,

en donde la fuente presenta un modulador para modular la intensidad de la señal con una frecuencia comprendida entre 500 kHz y 500 MHz, y

unas fuentes para una primera, una segunda y una tercera señales de referencia,

en donde la fuente para la primera señal de referencia está preparada de modo que la frecuencia de la primera señal de referencia sea diferente de la frecuencia de la modulación en intensidad,

en donde la fuente para la segunda señal de referencia y la fuente para la tercera señal de referencia están preparadas de modo que la frecuencia de la segunda señal de referencia sea igual a la frecuencia de la tercera señal de referencia, la frecuencia de la segunda y la tercera señales de referencia sea diferente de la frecuencia de la primera señal de referencia, y la segunda y la tercera señales de referencia estén desfasadas una respecto de otra,

un equipo para formar la señal diferencia entre las señales de salida de los dos electrodos de selección,

un equipo de mezclado que está preparado de modo que mezcle la señal de salida del equipo para formar la señal diferencia entre las señales de salida de los dos electrodos de selección con la segunda señal de referencia,

un equipo de mezclado que está preparado de modo que mezcle la señal de salida del equipo para formar la señal diferencia entre las señales de salida de los dos electrodos de selección con la tercera señal de referencia,

un equipo para mezclar la primera señal de referencia con la señal excitadora del modulador de modo que se genere una señal de disparo que presente la frecuencia diferencia entre la frecuencia de la modulación en intensidad de la señal modulada en intensidad y la frecuencia de la primera señal de referencia, y

un equipo para acoplar rígidamente en fase la segunda y la tercera señales de referencia a la señal de disparo,

estando prevista detrás de los equipos de mezclado, considerado en la dirección de la señal, una unidad de evaluación para determinar la posición de fase de la señal modulada en intensidad.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque los equipos de formación de diferencia están dispuestos delante de los equipos de mezclado, considerado en la dirección de la señal.

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque las fases de la segunda y la tercera señales de referencia están desfasadas en 90º una con respecto a otra.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque presenta un equipo, preferiblemente un amplificador de suma, para formar la señal suma entre las señales de salida de los dos electrodos de selección.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el elemento detector mezclador es un detector fotomezclador, preferiblemente un elemento PG-PMD o un elemento MSM-PMD.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque presenta una fuente para una señal de referencia invertida con respecto a la primera señal de referencia y el elemento detector mezclador está previsto para mezclar la señal modulada en intensidad con la primera señal de referencia y también con la señal invertida con respecto a ella.

7. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente para la señal modulada en intensidad es una fuente para radiación electromagnética, preferiblemente para radiación en el dominio espectral visible y en particular preferiblemente en el dominio espectral infrarrojo.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la frecuencia diferencia entre la frecuencia de la modulación en intensidad de la señal modulada en intensidad y la frecuencia de la primera señal de referencia está comprendida entre 1 kHz y 100 kHz, preferiblemente entre 30 kHz y 70 kHz, y en particular asciende

preferiblemente a 50 kHz.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los equipos de mezclado están realizados en técnica de circuito digital.

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los equipos de mezclado están 5 integrados en un elemento mezclador IQ.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los equipos de mezclado son al menos dos amplificadores de diferencia, estando modulado el terminal de alimentación de un primer amplificador de diferencia con la segunda frecuencia de referencia y estando modulado el terminal de alimentación de un segundo amplificador de diferencia con la tercera frecuencia de referencia.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque detrás del amplificador de diferencia, considerado en la dirección de la señal, está previsto un convertidor analógico-digital.

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque al menos una parte de los elementos del dispositivo está integrada sobre un chip.

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque los electrodos de selección

del elemento detector mezclador están unidos con equipos para derivar portadores de carga hacia fuera del elemento detector mezclador.

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque están previstos equipos para desacoplar el elemento detector mezclador del dispositivo restante.

16. Dispositivo según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque los equipos de derivación y/o desacoplamiento 20 son transistores, preferiblemente MOS-FETs.

17. Cámara 3D con una óptica de formación de imagen y una matriz de dispositivos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.