專利名稱：用于確定物體的位置的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定物體在空間區(qū)域中的位置的裝置和方法。本發(fā)明具體涉及用于使用光學測量技術(shù)確定物體的位置的裝置和方法。
背景技術(shù)：
分別確定物體相對于另一個物體的位置或者物體在指定空間中的絕對位置在多個領(lǐng)域中具有應(yīng)用，例如在工業(yè)、醫(yī)藥以及娛樂行業(yè)中的各種機器和設(shè)備的控制或反饋控制。例如，對于工業(yè)坐標測量機器和機器人臂，頻繁地需要耗時的校準來將機械行為(諸如偏轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn))分別集成到測量和控制軟件中，從而當分別執(zhí)行測量時以及在控制操作中考慮校準?？梢酝ㄟ^高精度地確定機器人臂的位置來分別支持機器人臂的這種校準技術(shù)或者反饋控制或控制。實現(xiàn)在具有幾米長度的空間中以微米范圍的精度確定位置的裝置和方法是技術(shù)挑戰(zhàn)。當旨在以高速和短信號處理時間確定位置以允許實時確定位置時，以及當以盡可能簡單的方式執(zhí)行測量裝置的構(gòu)件的調(diào)整時，尤其如此。允許確定物體的三個空間坐標的激光跟蹤器與具有高精度偏轉(zhuǎn)鏡的激光距離測量裝置組合，高精度偏轉(zhuǎn)鏡具有雙萬向懸掛?？梢愿鶕?jù)所測量的距離和偏轉(zhuǎn)鏡的兩個偏轉(zhuǎn)角度確定物體位置。然而，這種激光跟蹤器需要精確地控制偏轉(zhuǎn)鏡，并需要準確地知道偏轉(zhuǎn)鏡的各個偏轉(zhuǎn)角度。所關(guān)聯(lián)的致動器代表很大的成本因素。在幾何光學方法中，例如，通過至少兩個照相機監(jiān)視附加到物體上的光源，并通過三邊測量法由此確定物體的位置。然而，當照相機與物體的距離強烈變化時，這些方法經(jīng)常變得不準確。從DE 101 18 392A1已知一種用于確定兩個物體相對于彼此的位置的系統(tǒng)和方法。該方法使用激光輻射的相干性來測量距離，多個光束以相干的方式迭加。激光路徑長度測量裝置允許確定物體的距離。在K. Minoshima和H. Matsumoto, "High-accuracy measurement of 240-m distance in an optical tunnelby use of a compact femtosecond laser", Applied Optics, Vol. 39, No. 20,pp.5512-5517(2000)中， 描述了使用頻率梳的距離測量。雖然可以高精度地進行測量，但其限定于一維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有提供用于確定物體的位置的改進的裝置和改進的方法的目的。具體地，本發(fā)明具有提供允許高精度的快速位置確定并適用于確定物體的多個坐標的裝置和方法的目的。根據(jù)本發(fā)明，通過獨立權(quán)利要求中敘述的裝置和方法獲得此目的。從屬權(quán)利要求限定優(yōu)選或有優(yōu)勢的實施例。所提供的裝置和方法能夠確定物體在空間區(qū)域中的位置。這里“確定物體在空間區(qū)域中的位置”被一般理解為指確定物體位置的至少兩個坐標，其可以是長度和/或角度值。因此，在此方式中使用的位置確定的術(shù)語包括表征物體在空間中的位置(即物體的預定點在空間中的位置)的量的確定，以及替代地或附加地，表征物體相對于空間軸的取向 (即多個預定物體點相對于彼此的位置)的量的確定。根據(jù)一個方面的、用于確定物體在空間區(qū)域中的位置的裝置包括光源、光引導裝置、至少一個參考信號檢測器和檢測布置、以及耦接到該至少一個參考信號檢測器和該檢測布置的分析電路。在操作中，光源產(chǎn)生具有重復率的光脈沖序列，其中該光脈沖具有比重復率的倒數(shù)短的脈寬。光引導裝置接收該脈沖序列，并將該序列的每個光脈沖的一部分光強度引導到所述空間區(qū)域中，并將每個光脈沖的另一部分光強度引導到該至少一個參考信號檢測器，作為參考信號。檢測器布置被如此配置，使得其可以檢測被反射和/或被散射到所述空間區(qū)域中的多個不同方向上的多個光信號。當在該裝置的操作中，物體位于所述空間區(qū)域中時，該多個光信號包括通過反射和/或散射引導到該空間區(qū)域中的光脈沖的序列而被所述空間區(qū)域中的物體反射和/或散射到多個方向上的光。在此上下文中，具有不同方向的光信號被理解為具有不平行的波矢量的光信號以及/或者從互相間隔的點開始的反射和/或散射的光信號。分析電路分別確定參考信號和被檢測器布置檢測的光信號之間的相移或相差。為了確定相差，分析電路使用具有對應(yīng)于重復率的倍數(shù)的頻率的光信號的信號分量。這里，光信號(即光強度)作為時間的函數(shù)的頻譜分量被稱為信號分量。參考信號可以基本上具有對應(yīng)于重復率的倍數(shù)的頻率，或者參考信號可以具有帶有該頻率的參考信號分量，即頻譜分量，相差被確定為信號分量和參考信號分量之間的相差。因為基于具有對應(yīng)于重復率的諧波的頻率的信號分量確定相差，所以可以獲得高空間分辨率，這是因為，對于光信號路徑和參考信號路徑之間的路徑長度的給定差，更高的頻率導致更大的相差。對于給定的相位分辨率，可以更高精度地確定光信號路徑和參考信號路徑之間的路徑長的差，可以更高精度地確定已在其上反射和/或散射光信號的物體的位置。因為檢測器布置被配置為檢測已在空間區(qū)域中以不同的波矢量或從不同的原點反射和/或散射的光信號，所以可以確定物體與多個參考點的距離?？梢曰谌绱舜_定的多個距離確定物體在空間區(qū)域中的位置，例如通過三邊測量法。分析電路可以對多個光信號中的每個光信號確定關(guān)聯(lián)的相差，分別基于各個光信號中具有對應(yīng)于重復率的倍數(shù)的頻率的信號分量確定相差。可以基于與多個信號關(guān)聯(lián)的相差確定物體的位置。在分別基于重復率的諧波處的信號分量確定多個相差的情況下，可以更高精度地確定與多個參考點的距離?？梢酝ㄟ^多個光學檢測器(諸如光電探測器)同時或者通過一個光學檢測器順序地檢測多個光信號。還可以提供多個光學檢測器，其中至少一個光學檢測器以順序的方式接收該多個光信號中的光信號。檢測器布置可以包括多個光學檢測器，它們?nèi)绱瞬贾檬沟盟鼈兛梢苑謩e檢測該多個光信號中的一個光信號。如果光脈沖序列從多個參考點輻射到空間區(qū)域中，則可以如此布置光學檢測器使得其接收從給定參考點輻射到空間區(qū)域中并被物體回射的光。從而，可以基于被光學檢測器檢測的光信號確定物體相對于關(guān)聯(lián)的參考點的距離，并且可以根據(jù)多個距離確定物體的位置。光引導裝置可以包括多個分束器，以將光從多個參考點引導到空間區(qū)域中。多個光學檢測器可以與多個分束器關(guān)聯(lián)，每個光學檢測器接收已經(jīng)經(jīng)由所關(guān)聯(lián)的分束器而被引導到空間區(qū)域中并例如被其中的物體回射的光脈沖序列。在此情況下，光源產(chǎn)生的光束通過分束器的通過位置用作確定位置的參考點。該多個分束器可以包括至少三個分束器，它們不被排列在一條直線上，從而可以根據(jù)從三個分束器的三個確定的距離確定物體的三個坐標，以便在空間區(qū)域中定位該物體。還可以提供順序地檢測來自空間區(qū)域的多個光信號的光學檢測器。具體地，如果物體彼此間隔的不同部分順序地反射光，則例如可以以此方式確定各個部分距光脈沖序列輻射到空間區(qū)域中的位置的距離。對于物體部分相對于彼此的已知相對位置，可以由此確定物體在空間中的取向，即角向位置，并且/或者可以確定物體的點在空間區(qū)域中的位置。為了實現(xiàn)光在物體的不同部分上的順序反射，所述裝置可以包括安裝在物體上的光束斷續(xù)器，其順序地隱藏物體的不同部分。例如，彼此間隔且已知相對位置的多個回復反射器可以被安裝到該物體，光束斷續(xù)器順序地僅使多個回復反射器中的一個不被阻擋?？梢詫⒍鄠€光學檢測器的使用與通過一個或多個光學檢測器順序地檢測光信號組合。在要確定大量坐標的情況下這尤其有利，例如，三個坐標確定除了確定物體的點的坐標之外，還確定物體的角向取向。還可以提供具有波長選擇反射特性的多個反射器。所述裝置于是可以包括多個光源，用于產(chǎn)生多個光脈沖序列，分別具有不同波長的光。所述裝置還可以包括多個檢測器， 以便檢測反射到不同方向上的光信號?？梢蕴峁┒质?，其選擇性地將由反射器之一反射的光信號引導到與該反射器關(guān)聯(lián)的檢測器。光引導裝置可以具有至少一個光擴展器，用于擴展要被引導到空間區(qū)域中的光脈沖的序列。通過擴展，放大了光脈沖被引導到其中的空間區(qū)域，從而可以在更大的空間區(qū)域中進行位置確定。為了確定光信號的信號分量的相差，分析電路可以將信號分量降頻混合(mix down)或降頻轉(zhuǎn)換(down-convert)。有利地，可以如此實現(xiàn)降頻轉(zhuǎn)換當信號分量的頻率被降低時，要被確定的相差基本保持不被降頻轉(zhuǎn)換改變。這可以通過在分析電路中提供混合器以將光信號的信號分量與參考信號的參考信號分量混合來實現(xiàn)這一點。在此情況下，參考信號分量有利地還具有重復率的倍數(shù)的頻率。例如，信號分量的頻率和參考信號分量的頻率可以相差對應(yīng)于重復率的基頻，以便將信號分量降頻混合到基頻。還可以提供兩個參考信號檢測器用于檢測參考信號，其中，混合器在輸入側(cè)耦接到這兩個參考信號檢測器之一上，以接收參考信號分量。分析電路還可以具有另一混合器， 其在輸入側(cè)耦接到上述混合器的輸出端以及另一參考信號檢測器上。對于這種兩級混合器布置，相對于一級混合器布置，對用于選擇信號分量和參考信號分量的帶通濾波器的通帶的要求降低。因為提供多個參考信號檢測器用于檢測參考信號，所以分析電路的各個信號處理通路中的分量可以就所述信號處理通路中各自需要的參考信號分量而言被具體地選擇?？梢岳缤ㄟ^放大器分別執(zhí)行由兩個參考信號檢測器提供的信號的輸入放大，就在參考信號分量的頻率位于各個信號處理通道中的頻率范圍中具有良好性能特性而言來具體選擇放大器。可以迭代(iteratively)實施分析電路對相差的確定，從而，對一個光信號中具有不同頻率的多個信號分量，分別確定關(guān)聯(lián)的相差。在此情況下，可以隨著迭代計數(shù)的提高，選擇具有不斷提高的頻率的信號分量，即，將重復率的更大倍數(shù)作為頻率的信號分量。 因此，可以迭代提高確定物體的位置的精度。在以給定精度確定物體的位置需要已知物體的位置的情況下，這尤其有利。所述裝置可以具有阻擋裝置，以在空間區(qū)域內(nèi)無反射和/或散射光入射到檢測器布置上的時段期間防止信號光的檢測和/或處理。阻擋裝置例如可以包括設(shè)置在分析電路中的開關(guān)，諸如晶體管，其在沒有光脈沖入射在各個檢測器上時，中斷信號處理通路中用于檢測器布置和/或參考信號檢測器的電流。可以根據(jù)重復率以及所預期的光脈沖的最小和最大信號傳播時間，選擇所述時段?？梢酝ㄟ^該阻擋裝置提高性噪比。光源可以包括例如電或光泵浦的短脈沖激光器。也可以使用任何其它合適的信號源，其能夠高精度地輸出具有基頻和顯著諧波(即基頻的高次諧波)的光學信號。所述裝置可以被用于要確定物體在空間中的位置的所有應(yīng)用領(lǐng)域。所述裝置可以例如被配置為工業(yè)坐標測量機器或用于確定機器人的位置的裝置。根據(jù)另一方面，提供了一種用于確定物體的距離的檢測和分析裝置。此檢測和分析裝置可以用于例如在用于確定物體位置的裝置中確定物體與多個參考點之一的距離，但也可以用于確定距離的任何其它應(yīng)用中，特別地也用于一維空間的距離確定。檢測和分析裝置包括第一參考信號檢測器和第二參考信號檢測器，以及檢測器布置和與其耦接的分析電路。第一和第二參考信號檢測器被分別配置為接收包括具有重復率的光脈沖的序列的參考信號。檢測器布置被配置為檢測由物體反射和/或散射的光信號，該光信號包括帶有時移的光脈沖的序列。分析電路被配置為確定參考信號與該光信號中具有對應(yīng)于重復率的倍數(shù)的頻率的信號分量之間的相差。如上所述，對于預定的相位分辨率，可以提高距離確定的精度，這是因為信號分量 (對應(yīng)于光脈沖的頻率的基頻的倍數(shù)的信號分量的頻率)的相差被確定。在不僅提供一個而是兩個參考信號檢測器的情況下，可以關(guān)于在各個信號處理通路中需要哪個頻率分量來具體選擇分析電路中所關(guān)聯(lián)的信號處理通路。例如，分析電路可以在耦接到第一參考信號檢測器的第一信號通路中具有第一濾波器，在耦接到第二參考信號檢測器的第二信號通路中具有第二濾波器，第一濾波器的通帶與第二濾波器的通帶不同。在此情況下，可以關(guān)于第一和第二濾波器的通道分別具體地選擇第一和第二信號處理通路中的其它分量。例如，不需要第一和第二信號通路中的輸入側(cè)的放大器在覆蓋第一和第二通帶兩者的整個頻譜范圍上具有好的性能特性。分析電路可以包括第一混合器，其在輸入側(cè)耦接到探測器布置和第一參考信號檢測器上；以及第二混合器，其在輸入側(cè)耦接到第一混合器的輸出端和第二參考信號檢測器上。由此，可以將檢測器布置檢測到的光信號以兩級的方式降頻混合到低頻，諸如光脈沖序列的基頻。這允許在分析電路中使用帶通濾波器，其中，在高頻處，與一級降頻轉(zhuǎn)換相比，對通帶寬度的要求更松。根據(jù)另一方面，提供了一種用于確定物體在空間區(qū)域中的位置的方法。在該方面中，具有重復率的光脈沖的序列被輻射到空間區(qū)域中。檢測多個光信號，其由于所輻射的光脈沖序列被空間區(qū)域內(nèi)的物體的反射和/或散射而被反射和/或散射到多個不同方向上。 所輻射的光脈沖序列與至少一個檢測到的光信號的信號分量之間的相差被確定。在此情況下如此選擇該信號分量，使得其頻率對應(yīng)于重復率的倍數(shù)。
如已經(jīng)聯(lián)系用于確定位置的裝置所說明的，可以利用此方法確定物體距多個參考點的距離從而確定其位置。因為具有對應(yīng)于重復率的倍數(shù)的頻率的信號分量被用于確定相差，所以增強了位置確定的精度。為了確定物體的位置，可以對多個光信號中的每個光信號，基于各個光信號中具有對應(yīng)于重復率的倍數(shù)的頻率的信號分量，確定關(guān)聯(lián)的相差。在此情況下，可以將被用于確定相差的信號分量的頻率選擇為從一個探測器到另一個探測器不同。例如，對于由第一檢測器檢測的光信號，可以分析具有重復率的第一倍數(shù)的頻率的信號分量，同時對于由第二檢測器檢測的光信號，可以分析具有重復率的第二倍數(shù)的頻率的信號分量，例如，如果沿著不同的坐標軸對位置確定精度的要求不同的話。則可以基于與多個光信號關(guān)聯(lián)的相差確定物體的位置。還可以確定比用于計算物體的位置(例如通過三邊測量法)所實際需要要多的相差。這使得可以建立用于物體位置的方程的超確定(over-determined)系統(tǒng)，以便提高位置確定的精度。在此情況下，可以使用例如從全球定位系統(tǒng)(GPQ中的位置確定所知的方法，基于與多個參考點的多個距離值確定物體的位置?？梢詮牟慌帕性谝粭l直線上的多個輻射位置將光脈沖的序列輻射到空間區(qū)域中。在此情況中，不需要在輻射位置產(chǎn)生光脈沖。 光脈沖可以例如在輻射位置被接收，并可以被引導到空間區(qū)域中。這樣的幾何結(jié)構(gòu)允許在空間區(qū)域中確定物體的點的位置。可以分別提供光學檢測器，以接收已經(jīng)從輻射位置之一輻射到空間區(qū)域中并已經(jīng)被其中的物體反射和/或散射的光。如已經(jīng)聯(lián)系用于確定位置的裝置所描述的，還可以順序地檢測多個光信號。檢測多個光信號還可以被如此實施，使得當多個檢測器被提供用于檢測光信號時，在一個或幾個檢測器處以順序方式檢測來自空間區(qū)域的信號，獨立地分析所述信號，以獲得例如關(guān)于物體的取向的附加信息。為了順序地接收來自物體上彼此分隔的不同點的信號，可以在物體上提供可控的光束斷續(xù)器。光束斷續(xù)器可以例如選擇性地僅使布置在物體上的多個回復反射器之一不被阻擋。還可以使用波長選擇性的反射器。為了確定信號分量與參考信號的相差，信號分量可以被降頻混合到更低的頻率， 以允許在低頻信號上確定相差。對于降頻轉(zhuǎn)換，信號分量可以例如與參考信號的參考信號分量混合，該參考信號分量的頻率也是光脈沖序列的基頻的倍數(shù)。信號分量可以經(jīng)受多級混合處理，以便將其降頻混合到低頻。為了確定位置，對于所檢測的光信號，可以對具有增加的頻率的多個頻率分量迭代確定所關(guān)聯(lián)的相差。因此，隨著逐次迭代，可以增加位置確定的精度。該多個信號分量的至少之一具有對應(yīng)于重復率的倍數(shù)的頻率。為了提高信噪比，可以在檢測不到光脈沖的時段中抑制光信號的檢測和/或所檢測的光信號的其它信號處理?；谥貜吐室约白钚『妥畲蟮念A期信號傳播時間確定該時段。 可以利用根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝置執(zhí)行該方法。 根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的裝置和方法可以一般地用于確定空間區(qū)域中的物體位置。工廠中(諸如自動生產(chǎn)工廠或輸送安裝等中)的測量應(yīng)用是示例應(yīng)用領(lǐng)域。但本發(fā)明的實施例并不限定于這些應(yīng)用。


下面借助于參照附圖的實施例更詳細地說明本發(fā)明。圖1是根據(jù)實施例的裝置的示意圖。圖2A示例性地示出了作為時間的函數(shù)的光脈沖序列，圖2B示例性地示出了圖2A 的光脈沖序列的傅立葉譜。圖3示出了根據(jù)實施例的檢測和分析裝置。圖4A和4B示意性地示出了在圖3的檢測和分析裝置中發(fā)生的信號。圖5示出了根據(jù)另一實施例的檢測和分析裝置。圖6示出了利用圖1的裝置確定位置。圖7是根據(jù)另一實施例的裝置的示意圖。圖8示出了利用圖7的裝置確定位置。圖9A示出了具有可控光束斷續(xù)器的反射器布置的示意分解圖，圖9B示出了其平面圖。圖10是根據(jù)另一實施例的裝置的示意圖。圖11示出了圖7的裝置中的阻擋裝置的時間相關(guān)的致動。圖12是根據(jù)實施例的方法的流程圖。圖13是根據(jù)另一實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式下面，更詳細地說明本發(fā)明的實施例。各個實施例的特征可以彼此組合，除非在以下描述中明確排除。雖然在具體應(yīng)用的背景中描述某些實施例，諸如在工業(yè)安裝中確定位置，但本發(fā)明并不限制于這些應(yīng)用。圖1是根據(jù)實施例的、用于確定物體的位置的裝置1的示意圖。在確定配備反射器25的機器人臂2的構(gòu)件的位置的示例性應(yīng)用的背景中示出了裝置1，但裝置1也可以用于其它環(huán)境和其它應(yīng)用中。裝置1包括光源3，其產(chǎn)生具有重復率的短光脈沖序列；光引導裝置，其由多個光學元件4-9構(gòu)成；一對參考信號檢測器11、12，其具有第一參考信號檢測器11和第二參考信號檢測器12 ；檢測器布置，其具有多個光學檢測器13、14 ；以及分析電路15。光引導裝置接收光脈沖序列并將該光脈沖序列引導到該對參考信號檢測器11、12以及空間區(qū)域(一般由觀表示)中，在該空間區(qū)域中，要確定附接到機器人臂2的反射器25的位置。為了簡單，被光引導裝置引導到參考信號檢測器11、12以及空間區(qū)域觀中的光將還被稱為光脈沖序列，很明顯，由光源2產(chǎn)生的光脈沖強度的僅一部分被分別引導到參考信號檢測器11、12 以及空間區(qū)域觀中。光脈沖序列在空間區(qū)域中被位于機器人臂2上的反射器25反射。所反射的光脈沖序列由檢測器13、14檢測。分析電路15基于來自參考信號檢測器11、12的、 在參考信號輸入端16處接收的信號以及基于來自檢測器13、14的信號，確定在檢測器13、 14處檢測的光信號的信號分量的相位關(guān)系，該相位關(guān)系與空間區(qū)域觀中的光脈沖的傳播時間相關(guān)，并因此與反射器25到光引導裝置的不同元件的距離相關(guān)。因此，可以確定反射器25的位置。如將更詳細地描述的，通過分析電路15確定相位關(guān)系基于在檢測器13、14 處檢測的光信號中具有重復率的倍數(shù)的頻率的信號分量。
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檢測器13、14和參考信號檢測器11、12例如被配置為光電探測器并檢測入射光強度。雖然為了清楚的原因圖1中僅示出兩個分束器5、7，從該兩個分束器5、7將光引導到空間區(qū)域觀以及與其關(guān)聯(lián)的兩個檢測器13、14中，但也可以將光引導到該空間區(qū)域中， 在空間區(qū)域中根據(jù)多于兩個不同位置確定物體的位置。如果要確定回復反射器25的所有三個空間坐標，則可以從不位于由分束器5和7上的光束通過點定義的直線上的至少一個其它輻射位置將光脈沖序列引導到空間區(qū)域觀中。下面，將更詳細地說明裝置1的各個構(gòu)件的操作。光源3產(chǎn)生利用周期函數(shù)調(diào)制的光學信號，該光學信號具有基頻fO以及基頻f0 的顯著諧波分量，即具有f0的倍數(shù)的頻率的顯著頻率分量。例如通過產(chǎn)生光脈沖序列的短脈沖激光器產(chǎn)生這樣的信號，所述光脈沖序列具有良好界定的時間間隔TO = Ι/fO，即具有重復速率fo，每個脈沖的寬度與連續(xù)脈沖之間的時間間隔TO比較而言是短的。圖2A示例性地示出了這種短光脈沖序列31，其中，光源3的輸出功率P被顯示為時間t的函數(shù)。連續(xù)脈沖之間的時間間隔TO用附圖標記32表示，同時，每個光脈沖的寬度用附圖標記33表示。與連續(xù)光脈沖之間的時間間隔TO相比，每個光脈沖的寬度可以非常短，例如在1 ·10_5的量級上。在裝置3中，可以根據(jù)確定位置所期望的測量精度、物體的位置的初始不確定性以及在檢測器13、14處檢測到的光信號的信號分量(要對其確定相位關(guān)系)，或者基于附加因素，合適地選擇重復率f0以及每個脈沖的寬度。如果f0的η級諧波要被用于確定相差，則每個光脈沖的寬度以及連續(xù)光脈沖之間的時間間隔TO被選擇，使得光源3輸出的光信號序列在η · f0頻率處仍然具有足夠的頻譜權(quán)重。雖然圖2A中示例性地示出了方形脈沖序列，但也可以選擇其它合適的脈沖形狀，例如雙曲正割的平方或高斯函數(shù)。圖2B示例性地示出了以重復率f0產(chǎn)生的光脈沖序列的頻譜35，每個光脈沖的寬度與T0 = Ι/fO相比是短的。頻譜35具有固定頻率間隔f0的多個峰，頻率間隔f0用附圖標記36示意地表示。各個單獨峰的頻譜權(quán)重朝著更高的頻率減小，由連續(xù)光脈沖之間的時間間隔與光脈沖寬度的比確定減小速度。對于裝置1的光源3，如此選擇這些量，使得具有 η -f0頻率的頻率分量37 (其被用于確定相位關(guān)系)的頻譜權(quán)重在光脈沖序列中足夠大，以執(zhí)行相位測量?？梢酝ㄟ^被配置用于產(chǎn)生短光脈沖的各種激光器產(chǎn)生圖2中示意性地示出的光脈沖序列。特別地，可以使用光學頻率合成器。例如，電泵浦的二極管激光器，諸如q開關(guān)激光器，增益開關(guān)激光器、主動或被動鎖模激光器或混合鎖模激光器、或者具有垂直腔的鎖模表面發(fā)射激光器(“垂直腔表面發(fā)射激光器”，VCSEL)可以被用作光源3。光泵浦的激光器也可以被用作光源3，例如具有外部垂直腔的被動鎖模表面發(fā)射激光器(“垂直外腔表面發(fā)射激光器”，VECSEL)或者基于光子晶體光纖的激光器(光子晶體光纖激光器)。光源3 的示例脈沖寬度位于IOOfs至IOOps的范圍中。示例性的重復率位于50MHz至50GHz的范圍中。示例性平均功率位于從ImW至10W的范圍中。脈沖跳動的示例值的有效值(方均) 位于IOfs和Ips之間。如圖1中所示，由光源3輸出的光脈沖序列被光引導裝置引導到參考信號檢測器 11、12以及空間區(qū)域觀中。在裝置1中，光引導裝置包括多個分束器4、5和7，反射鏡6以及光束擴展器8、9，它們分別與分束器5和7關(guān)聯(lián)。分束器4從光源3接收光脈沖序列。光脈沖序列的部分光束20被分束器4引導到參考信號檢測器11、12，作為參考信號。如果需要，用于分束的光學元件，尤其是分束器，可以布置在分束器4的下游，以確保部分光束30 既入射到參考信號檢測器11上又入射到參考信號檢測器12上。光脈沖序列的另一部分光束被分束器4透射，并入射到分束器5上。分束器5將光脈沖序列的部分光束21引導經(jīng)由光束擴展器8進入部分區(qū)域觀中，光束擴展器8將部分光束21擴展為光錐22。另一部分光束被分束器5透射，并且經(jīng)由反射鏡6而被引導到分束器7。分束器7將光脈沖序列的部分光束26引導經(jīng)過光束擴展器9進入空間觀中，光束擴展器9將部分光束沈擴展為光錐 27。從反射鏡6接收的光束中被分束器7透射的一部分可以被圖1中未示出的另一分束器引導向空間區(qū)域觀。其中可以確定物體的位置的空間區(qū)域觀對應(yīng)于各個光錐22、27的重疊區(qū)域。如果從超過三個位置將光脈沖序列引導向其中可以確定物體的位置的空間區(qū)域， 則其中可以確定物體的位置的空間區(qū)域是至少三個不同光錐的重疊區(qū)域的合并，其被從始于不位于一條直線上的至少三個不同原點輻射。經(jīng)由分束器5和光束擴展器8以光錐22引導到空間區(qū)域28中的光脈沖序列入射到回復反射器25上，并被該回射反射器朝著光擴展器8反射回。被回復反射器25朝著光擴展器8反射回的光構(gòu)成第一光信號23，第一光信號23經(jīng)由光擴展器8和分束器5引導到檢測器13上。光錐沈中的光脈沖序列經(jīng)由分束器7和光束擴展器9引導到空間區(qū)域觀中，且入射到回復反射器25上，并被該回復反射器朝著光擴展器9反射回。被回復反射器 25朝著光擴展器9反射回的光構(gòu)成第二光信號M，其經(jīng)由光擴展器9和分束器7引導到檢測器14上。如果回復反射器25位于分束器、光擴展器和檢測器的其它組合的光錐中，則相應(yīng)的其它光信號被回復反射器25反射，并經(jīng)由光擴展器和分束器以相應(yīng)的方式引導到各自的檢測器上。將光脈沖序列引導到空間區(qū)域28和檢測器布置的檢測器13、14中的光引導裝置被如此布置，使得反射向檢測器13的光信號23與反射向檢測器14的光信號對被反射到不同的方向上。設(shè)置在機器人臂2上的回復反射器25可以例如分別被設(shè)置為角隅棱鏡反射器 ("Corner Cube Reflector", CCI )、三棱鏡或貓眼反射器或球透鏡。對于角隅棱鏡反射器和三棱鏡，平行于入射光束方向?qū)⒐夥瓷浠?。發(fā)散光束保持發(fā)散。對于貓眼反射器和球透鏡，可以分別針對給定距離優(yōu)化這些回復反射器，從而反射的光束基本反射回到其本身，從而在檢測器處可獲得更高的信號水平。也可以使用關(guān)于其散射行為與其環(huán)境明顯區(qū)別的小散射元件代替回復反射器，以從物體的相關(guān)點向檢測器散射光。該小元件應(yīng)該強烈地散射光，以便在檢測器處具有可與散射環(huán)境的噪聲區(qū)別的有用信號。分別由檢測器13和14檢測光信號23和24。檢測器13、14和參考信號檢測器11、 12被配置為光子接收器。檢測器13和14檢測其上入射的光脈沖序列的光功率，其經(jīng)由分別與檢測器13和14關(guān)聯(lián)的分束器5和7分別傳播到回復反射器25，并從其返回到檢測器 13和14。傳播到參考信號檢測器11、12之一的光脈沖與在回復反射器25上的反射之后分別傳播到檢測器13和14之一的光脈的光路長度不同，這在同一脈沖分別到達檢測器13和 14之一與到達參考信號檢測器11、12之間分別產(chǎn)生延時^和τ2。該延時等于光路的光
13路長度的差除以光束C。因為典型地僅一小部分引導到空間區(qū)域觀中的光被回復反射器反射，所以與參考信號檢測器11、12處的參考信號相比，在檢測器13、14的信號被衰減。路徑長度的差一方面包括取決于裝置的幾何形狀的部分，該部分尤其取決于分束器5、7與分束器4之間的距離以及分束器4、5、7分別與檢測器13、14和參考信號檢測器11、 12之間的距離，分別沿著光學路徑獲取這些距離；路徑長度的差另一方面包括對于在檢測器13處檢測的光信號來說取決于分束器5或者光錐22的虛擬原點與回復反射器25之間的光學路徑長度的部分、以及對于在檢測器14處檢測到的信號來說取決于分束器7或光錐 27的虛擬原點與回復反射器25之間的光束路徑長度的部分。因為對于裝置1的已知幾何形狀而言，取決于裝置的幾何形狀的路徑長度的差的該部分是已知的，所以可以通過測量檢測器13處的光信號23與參考信號檢測器11、12處的參考信號20之間的時移τ工，分別確定分束器5和回復反射器25之間的光脈沖行進的光學路徑長度，由此確定回復反射器25 與分束器5的光束通過點之間的距離或者與光錐22的虛擬原點之間的距離。類似地，可以通過測量檢測器14處的光信號M與參考信號檢測器11、12處的參考信號20之間的時移 τ工，分別確定分束器7和回復反射器25之間的光脈沖行進的光學路徑長度，由此確定回復反射器25與分束器7的光束通過點的距離或者與光錐27的虛擬原點之間的距離。檢測器13和14以及參考信號檢測器11、12被耦合到分析電路15，其確定光信號 23,24與參考信號20之間的相差。如下面將更詳細地說明的，裝置1的分析電路15針對具有大致是重復率的倍數(shù)的頻率的信號分量確定光信號23J4與參考信號20之間的相差。如參照圖2針對光源產(chǎn)生的光脈沖序列所描述的，檢測器13、14處接收到的光脈沖序列具有多個諧波，其頻率是重復率fO的倍數(shù)fi = i · fO,(1)其中，i是大于1的自然數(shù)，fO是光源3的重復率。通過連續(xù)光脈沖之間的時間間隔TO與光脈沖的特征寬度之間的商給出頻率的特征值，作為時間的函數(shù)的、在檢測器13、 14接收的光功率的傅立葉表達中仍然具有顯著頻譜權(quán)重。下面，針對檢測器13檢測到的光信號23更詳細地示例性說明信號處理。該說明相應(yīng)地適用于從回復反射器傳播到檢測器布置的檢測器的每個其它光信號。光信號23與在參考信號檢測器11、12處接收的參考信號20之間的時移τ導致， 在檢測器13處接收的信號中具有頻率&的信號分量相對于參考信號檢測器11、12處接收的參考信號20中具有頻率&的參考信號分量具有相移，其中相移為Δ Φ = 2 · Ji · fj · τ = 2· Ji · i · fO · τ(2a)= 2 · π · i · fO · (d/c)(2b)這里，d表示從分束器4經(jīng)由回復反射器25到檢測器13的光路與從分束器4到參考信號檢測器11、12的光路之間的路徑長度差。如果已知路徑差d的估計值dS，估計值dS以精度c/ (i · fO)接近d，從而I d-dS I < c/fj = c/ (i · fO)，(3)基于dS，可以確定等式Qa)的右手側(cè)上的相移的部分是2 · π的整數(shù)倍的部分。 基于dS，確定整數(shù)m，從而d = d，+m · c/A，其中 |d，I < c/f”(4)因此，
Δ Φ ' = Δ Φ -2 · Ji · m= 2 · π · f0 · (d，/c)(5)是位于O至2 · π區(qū)間內(nèi)的值，其可以通過測量檢測器13的輸出信號與參考信號檢測器11、12之一的輸出信號之間的相位關(guān)系來確定該值。量d’則可以根據(jù)下式確定d，= c · Δ Φ ' /(2 · π · i · f0)(6)量d’依據(jù)等式(4)產(chǎn)生路徑長度差d的改進值。兩個量Δ ΦΓ和Δ Φ 僅相差 2· π的倍數(shù)，其對于確定相差無關(guān)，所以下文將這兩個量都稱為相差，并且將不對它們進行確分。對于相差的給定測量精度(下文將稱為相位分辨率)，可以增強路徑長度差的測量精度，因而增強軸向分辨率，這是因為在根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝置和方法中，選擇值i > 1，典型地i >> 1，用于確定相差。為了示例性說明，將假定相位分辨率是2 · π /1000以及f0 = IOOMHz0則軸向分辨率是3mm/i，并且隨著信號分量i的頻率的提高而變小。例如，對于i = 700，軸向分辨率近似達到4. 1 μ m。因此，通過基于光信號23中具有重復率的倍數(shù)的頻率(通常為重復率的高倍數(shù)，即具有重復率乘以系數(shù)i > 1的頻率，其中典型地選擇值i >> 1)的信號分量確定相差，可以增強軸向分辨率?；谄浯_定相差的信號分量被如此選擇，使得其具有盡可能高的頻率，并且在該頻率處光脈沖序列仍然具有足夠的頻譜權(quán)重，并且其允許通過被配置為高頻電路的分析電路15的構(gòu)件進行信號處理。分析電路15可以通過將幾個諧波互相混合來確定相差。通過合適地選擇諧波以及通過將在檢測器13處接收到光信號的信號分量與參考信號檢測器11、12接收到的參考信號的參考信號分量混合，可以產(chǎn)生具有相對低的頻率但包括諧波的相差的混合結(jié)果。因此，可以在低頻處執(zhí)行相位測量，而不是測量短傳播時間的原始要求。圖3示出了根據(jù)實施例的檢測器和分析電路的示意電路框圖。圖1的裝置1的分析電路15可以如圖3所示配置。然而，參照圖3說明的檢測器和分析裝置不僅可以用于確定三維空間中的位置，還可以用于距離測量，即，一維距離確定。此外，圖3中所示的分析電路15的配置僅表示多個可能配置之即使僅參照圖3說明了對來自檢測器13的光信號的處理，但在相應(yīng)地提供更多數(shù)量的信號處理通路的情況下，可以相應(yīng)地處理多個檢測器的信號。圖3中還示出了檢測器 13和參考信號檢測器11、12用于示例性說明。分析電路15包括用于檢測器13輸出的電信號的信號處理通路，該電信號代表檢測器13檢測到的光信號，處理通路具有輸入側(cè)放大器41和帶通濾波器42。分析電路15還包括用于第一參考信號檢測器11輸出的電信號的信號處理通路，該電信號表示第一參考信號檢測器11檢測到的參考信號，該處理通路具有輸入側(cè)放大器43和帶通濾波器44 ；以及用于第二參考信號檢測器12輸出的電信號的信號處理通路，該電信號表示第二參考信號檢測器12檢測到的參考信號，該處理通路具有輸入側(cè)放大器46和帶通濾波器47。檢測器11-14可以分別被構(gòu)造為光電探測器。因為由所述檢測器和參考信號檢測器分別輸出的信號表示入射在它們上的光學信號，并指示作為時間的函數(shù)的光強度，所以由所述檢測器和參考信號檢測器分別輸出的信號同樣地被稱為所檢測的光學信號，即分別稱為所檢測的 “光信號”和“參考信號”，而被分析電路處理的信號是電信號。
帶通濾波器42被如此配置，使得檢測器13檢測到光信號中具有頻率η · f0的信號分量被允許通過，其中η是大于1的自然數(shù)。如上所述，有利地將η選擇為盡可能得大， 以增強軸向分辨率。優(yōu)選地帶通濾波器42具有如下選擇的通帶，使得具有頻率(η+1) - f0 和(n-1) -fO的信號分量穿過該濾波器的透過率相比于具有頻率η · 的信號分量的透過率被大大降低。因此，帶通濾波器42可以具有寬度小于f0的通帶。帶通率濾波器44被如此配置，使得允許第一參考信號檢測器11檢測的參考信號中具有頻率k*f0的參考信號分量通過，其中k是自然數(shù)。例如，可以選擇k = n-l，從而帶通濾波器44允許具有頻率(η-1) · fO的參考信號分量通過。有利地，帶通濾波器44具有如此選擇的通帶，使得具有頻率(k+1) · fO和(k-1) · f0的參考信號分量的透過率相比于具有頻率k*f0的參考信號分量的透過率被顯著降低。因此，帶通濾波器44可以具有寬度小于fO的通帶?；旌掀?5在輸入側(cè)耦接到帶通濾波器42和44，以接收光信號的信號分量51和參考信號的參考信號分量52?；旌系慕Y(jié)果，cos (η · fO · t+Δ Φ η) · cos ((η-1) · fO · t)= [cos(f0 · t+Δ Φη)+οο8((2η-1) · fO · t+Δ Φη) ]/2，(7)具有高頻分量以及對應(yīng)于光源 3 所產(chǎn)生的信號的基頻的頻率fO的低頻分量。雖然光信號的信號分量被降頻混合到基頻f0，但等式(7)中的低頻分量的自變數(shù)中的相位Δ Φη由等式⑵給出，即，其對應(yīng)于光信號中具有頻率η -fO的信號分量的相差。 將低頻分量作為信號53提供給相位分析器48，相位分析器48的第二輸入端耦接到帶通濾波器47。帶通濾波器47被如此配置使得允許由第二參考信號檢測器12檢測的參考信號中具有頻率fO的參考信號分量通過。有利地，帶通濾波器47具有如此選擇的通帶，具有頻率 0 · 和2 · 的參考信號分量的透過率與具有頻率fO的參考信號分量的透過率相比被顯著降低。因此，帶通濾波器47可以具有寬度小于fO的通帶。將具有頻率fO的結(jié)果參考信號分量提供給相位分析器48作為信號M。相位分析器48確定信號53和信號M之間的相差ΔΦη。因為光信號中具有頻率 η · fO的信號分量被降頻轉(zhuǎn)換到頻率f0，所以可以在低頻處進行相位測量。可以針對參考信號檢測器11、12具體地選擇信號處理通路中的放大器43和46，這是因為借助于第二參考信號檢測器11直接光學地捕獲信號M，而不是從由第一參考信號檢測器12捕獲的信號中產(chǎn)生信號M。例如，可以如此選擇放大器46使得其在頻率fO處具有好的性能特征，同時如此選擇放大器43使得其在頻率(η-1) · fO處具有好的性能特征。圖4示出了出現(xiàn)在圖3的檢測和分析裝置中的各個信號。圖4A示出了示例性參考信號61和示例性光信號62，分別由檢測器11、12和13接收到的光功率表示為時間的函數(shù)。檢測器13處的光信號62相對于參考信號61具有以63 表示的時移τ。圖4Β示例性地示出了可以典型地出現(xiàn)在相位分析器48的輸入端處的信號。在65 中，將與參考信號偏離的具有頻率fO的基頻振蕩表示為時間的函數(shù)，同時將通過降頻轉(zhuǎn)換檢測器13檢測到的光信號的信號分量而產(chǎn)生的信號顯示在66中，降頻轉(zhuǎn)換獲得的信號也具有頻率f0，但相對于從參考信號獲得的基頻振蕩相移了相位ΔΦη。由相位分析器48以合適的方式確定相差△ Φη，例如通過信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換以及后續(xù)的相差擬合。
圖5示出了根據(jù)另一實施例的檢測器和分析裝置的示意性電路框圖。圖1的裝置 1的分析電路15可以如圖5所示配置。然而，參考圖5說明的檢測器和分析裝置不僅可以用于確定三維空間中的位置，也可以用于距離確定，即用于確定一維距離。此外，圖5中所示的分析電路15的配置僅是多個可能配置之一。即使僅參照圖5說明對來自檢測器13的光信號的處理，但在相應(yīng)地提供更多數(shù)量的信號處理通路的情況下，可以相應(yīng)地處理多個檢測器的信號。圖5中還示出了檢測器13 和參考信號檢測器11、12用于示例性說明。分析電路15在與檢測器13和參考信號檢測器11和12關(guān)聯(lián)的信號處理通路中包括輸入放大器71、73、76。信號處理通路中的每一個還分別包括帶通濾波器72、74和77。帶通濾波器72被如此配置使得允許檢測器13檢測的光信號中具有頻率η -fO的信號分量通過，其中η是大于1的自然數(shù)。如上所述，有利地，將η選擇得盡可能大，以增強軸向分辨率。帶通濾波器74被如此配置使得允許第一參考信號檢測器11檢測的參考信號中具有頻率k*f0的參考信號分量通過，k是使得|n-k| >1而選擇的自然數(shù)。帶通濾波器 77被配置為使得允許第二參考信號檢測器12檢測的參考信號中具有頻率(In-khl) - f0 或(|n-k|+l) · f0的參考信號分量通過。分別傳輸穿過帶通濾波器72和74的信號分量81和參考信號分量82分別由混合器75混合。如果帶通濾波器72、74和77中的每一個都具有足夠窄的、寬度小于fO的通帶，則所得信號包括具有頻率|n_k| · f0的分量以及具有頻率(n+k) · f0的另一更高頻分量，該更高頻分量被布置在混合器75下游的帶通濾波器78去除。通過混合器75，檢測器 13檢測的光信號的相移Δ (^因此被轉(zhuǎn)移到具有頻率|n-k| · 的中頻范圍中的頻率的信號上。中頻范圍中的信號83被提供給另一混合器79，該混合器79的第二輸入端從帶通濾波器77接收信號84，例如，信號84是具有頻率(In-W-I) · 的參考信號分量。通過將信號83和84混合，產(chǎn)生信號85，其具有以基頻f0振蕩并具有相移Δ Φη的分量，這與上文已經(jīng)參照等式(7)所說明的類似。如果必要，可以通過另一濾波器將也由混合器85產(chǎn)生的高頻分量去除。然而，如果如圖5所示，檢測器13檢測的光信號的信號分量首先被降頻轉(zhuǎn)換到中頻，則帶通濾波器72、74不需要具有其中僅有基頻f0的一個倍數(shù)的通帶。即使帶通濾波器 72和/或帶通濾波器74分別允許基頻fO的多個倍數(shù)(即頻率梳的一部分而不是一個單諧波)通過，混合器75也產(chǎn)生頻率為|n-k| · f0并基本具有約Δ Φη的相移的分量的中間信號。因為檢測器13檢測的光信號中具有頻率i · f0的信號分量的相位關(guān)系根據(jù)等式(5) 隨著i線性增加，優(yōu)選將帶通濾波器72配置為使得帶通濾波器72的通帶中的諧波的數(shù)量相比于η是小的，從而諧波之間的相位變化保持可忽略。有利地，帶通濾波器72和74被配置為使得它們的通帶不重疊。在此情況下，即使未知帶通濾波器72和74的頻率特征，并因此未知信號81和82中的各個單獨諧波的頻譜權(quán)重，也可以根據(jù)混合器75輸出的中間信號中具有頻率|n-k| · 的分量確定相移ΔΦη。例如，如果f0 = 100MHz, η = 700以及k = 600，并且如果帶通濾波器72的通帶覆蓋從69. 9GHz至70. IGHz的頻率段，從而檢測器13檢測的光信號中具有頻率69. 9GHz、 70. OGHz和70. IGHz的信號分量被允許通過，并且如果帶通濾波器74的通帶覆蓋從 59. 9GHz至60. IGHz的頻率段，從而第一參考信號檢測器11檢測的光信號中具有頻率59. 9GHz,60. OGHz和60. IGHz的信號分量被允許通過，則混合器75輸出的中間信號具有頻率為|n-k| · f0和相移為大致Δ Φη的分量。對于將檢測器13檢測到的具有頻率η · f0的光信號的相差經(jīng)由中頻范圍轉(zhuǎn)換到低頻信號的多級轉(zhuǎn)換，與一級混合處理相比，對帶通濾波器72、74的通帶寬度的要求更松， 這是因為所述帶通濾波器的通帶被允許傳輸多個諧波。帶通濾波器72、74的通帶位于比帶通濾波器77和78的通帶更高的頻率處。在帶通濾波器77和78的通帶位于低頻，例如在上面f0 = 100MHz, η = 700以及k = 600的示例中帶通濾波器78位于10. 0GHz，帶通濾波器77位于9. 9GHz的情況下，則更容易將這些帶通濾波器77、78配置為使它們具有窄通帶， 而不是配置例如具有例如60或70GHz的更高頻處的通帶的帶通濾波器72、74。另一混合器79在輸出側(cè)耦接到相位分析器80，相位分析器80的第二輸入端接收以基頻f0振蕩的信號86。例如，可以通過圖1的裝置1的光源3的同步輸出提供信號86。 替代地，還可以使用濾波器產(chǎn)生信號86，如圖3中所示，濾波器接收第二或第一參考信號檢測器檢測到的參考信號并允許具有頻率f0的參考信號分量通過。如參照圖1-5所說明的，在圖1的裝置1中，可以經(jīng)由光信號的諧波的相移確定物體與多個參考點的距離。在圖1的裝置中，由光錐22和27的虛擬原點給出參考點。圖6示出了基于與多個參考點的距離確定物體的位置。物體90位于多個光錐94、96、98的重疊區(qū)域中，從始于已知參考點91、92和93， 該多個光錐輻射到其中布置了物體90的空間區(qū)域中。物體90與每個已知參考點91、92和 93的距離95、97和99以上面參照圖1_5所描述的方式確定。接著可以通過三邊測量法 (trilarteration)，例如使用在全球定位系統(tǒng)GPS中使用的算法，確定物體90相對于參考點91、92和93的位置，從而，通過合適的坐標變化，確定其在任意坐標系統(tǒng)中的位置。雖然圖6中僅示意性地示出了三個參考點，但可以分別通過使用附加的檢測器和參考點來增強位置確定的精度。對于例如具有小散射錐的非合作表面，以及/或者在空間區(qū)域中預期有遮擋的情況下，使用超過三個檢測器也是有利的。對于圖1的裝置1，可以通過分析電路15或者通過分離計算單元進行物體位置的計算。雖然光脈沖序列的相同諧波可以分別用于測量物體90與每一個已知參考點91、 92和93的距離95、97和99，但也可以基于不同的諧波進行與不同參考點91、92和93的距離測量，并因此具有不同的精度。例如，可以在如下應(yīng)用中如此進行其中物體在三個空間方向之一上僅可以占據(jù)多個離散位置之一，并且僅需要知道物體在所述離散位置的哪一個中。參照圖1-6，雖然已經(jīng)描述了使用裝置和方法如下確定物體位置一個回復反射器將從多個參考點引導到空間區(qū)域中的光脈沖序列反射到多個不同的方向上，但也可以如下進行位置確定在物體上設(shè)置的多個回復反射器反射光脈沖序列，如下文將更詳細說明的。因此，將光從多個參考點引導到空間區(qū)域中不是必須的，雖然仍然可能。圖7示出了根據(jù)另一實施例的用于確定物體的位置的裝置101。與參考圖1描述的構(gòu)件相同的構(gòu)件以及具有相同功能的構(gòu)件在圖7中被分配相同的附圖標記。下面，僅詳細說明裝置101和裝置1之間的區(qū)別。在裝置101中，光引導裝置具有分束器4、分束器5以及光擴展器8。經(jīng)由分束器
185和光擴展器8，將信號源3產(chǎn)生的光脈沖序列以光錐22輻射到要在其中確定物體的位置的空間區(qū)域觀中。在機器人臂2上設(shè)置定位部件102，定位部件102具有多個彼此間隔且相對于彼此位置已知的回復反射器。多個回復反射器分別將光錐22中輻射的光脈沖序列反射回分束器4，作為光信號103和104。光信號103和104分別由檢測器13檢測。如上文參照圖1_5 所描述的，可以確定定位部件102的各個回復反射器與分束器5的光束通過點的距離或者與光錐22的虛擬原點的距離，分析電路15確定光信號103和104的信號分量分別與引導到參考信號檢測器11、12的參考信號20之間的相差。再次使用具有對應(yīng)于所輻射的光脈沖序列的諧波的頻率η · f0的信號分量，進行相差的確定。因為多個回復反射器彼此間隔，所以被定位部件102的各個回復反射器反射向檢測器13的光信號103和104分別被反射到不同的方向上，即具有不同的波矢量，并且一般覆蓋不同光學路徑長度，這是多個回復反射器與分束器5的光束通過點的不同距離的結(jié)果。 可以根據(jù)由分析電路15確定的相差確定多個回復反射器與參考點的這些距離?？梢詮幕貜头瓷淦髋c參考點的距離以及回復反射器彼此之間的已知相對位置確定物體的位置。 如果要確定物體的所有三個坐標，則圖7中所示的裝置101中的定位部件具有不位于一條直線上的至少三個回復反射器，并且可以通過三邊測量法確定物體的位置。如果物體僅可以在平面內(nèi)移動，則也可以在定位部件102上僅設(shè)置兩個回復反射器，以確定物體的兩個位置坐標。圖8示出了可以用作圖7的裝置101中的定位部件102的定位部件110的可能配置。定位部件Iio配備三個回復反射器111、112和113。將光脈沖序列從參考點114以光錐115輻射到定位部件110上。如上文參考圖1-5所述，可以通過分析回復反射器113反射的光的相位關(guān)系來確定回復反射器113與參考點114的距離116。為了能夠以此方式確定所有回復反射器111、112和113與參考點114的距離，可以如此配置定位部件Iio使得源自回復反射器111、112和113的光信號能夠被檢測器13 和/或分析電路15區(qū)別。在一種可能的實施方式中，定位部件110具有以可控方式改變的可變配置，例如使用控制信號或根據(jù)給定的時間流程圖。圖9A示出了具有可變配置的定位部件110的實施方式，其可被用作圖7的裝置 101中的定位部件102。圖9A示出了定位部件110的示意分解圖，圖9b示出了定位部件 110的平面圖。定位部件110配備光束斷續(xù)器，其在所示的實施方式中被配置為具有開口 118的擋光盤117。盤117任何時候都覆蓋至少兩個回復反射器111和112。如果要確定回復反射器的位置，則通過旋轉(zhuǎn)119定位盤117，使得開口 118被布置為與要確定其位置的回復反射器相鄰。通過盤117的受控旋轉(zhuǎn)，可以順序地確定回復反射器111、112和113與參考點的距離?？梢砸罁?jù)物體的預期移動速度合適地選擇定位部件110的配置被改變的頻率，以便允許接近于實時地追蹤物體位置。具有可變配置的定位部件110的其它實施方式也是可以的。例如，可以分別在回復反射器111、112和113中每一個的前方分別布置阻擋器或快門，取代可旋轉(zhuǎn)的盤117，其中可以以可控的方式打開和關(guān)閉快門，以分別不遮擋和遮擋所關(guān)聯(lián)的回復反射器111、112 和 113。
圖7的裝置101的分析電路15被配置為順序地處理已被不同回復反射器反射回檢測器13的光信號。在此情況下，光信號中的每一個包括一串光脈沖，即，僅在與TO相比較長的時間尺度上改變定位部件110的配置。雖然已經(jīng)針對參照圖7-9說明的裝置描述了在單個光錐中使用多個回復反射器進行位置確定，但也可以使用多個光錐與多個回復反射器的組合。因此可以組合分別參考圖1-6和圖7-9描述的位置確定的方法。例如，可以在以下情況中期望使用多個回復反射器不僅要確定給定物體點的坐標，而且還要確定物體的取向。這樣的示例是機械探頭，對于該機械探頭，除了檢測該探頭的點的坐標之外，還要光學地檢測其軸的取向。為此，可以安裝至少兩個回復反射器，以及可以使用三個光束錐。如果要在具有三個光束錐的配置中確定多個傾斜角度，也可以在探頭上設(shè)置三個回復反射器。圖10是根據(jù)另一實施例的用于確定物體的位置的裝置120的示意圖。這里，裝置 120中具有與參考圖1-9描述的構(gòu)件的操作相同或相似的操作的構(gòu)件被分配相同或相似的附圖標記，且這里不再詳細說明。裝置120具有三個光源3、3a、3b，其中每一個產(chǎn)生短光脈沖的序列?？梢匀鐓⒖紙D 1-5針對光源3所描述的一樣配置光源中的每一個。三個光源所產(chǎn)生的光束的光波長λρ 入2和λ 3兩兩不同。三個光源3、3a、!3b所產(chǎn)生的光脈沖序列的重復率可以是相同的，但可以是被選擇為不同。三個光源3、3a、!3b的輸出信號被合并到光束126，并以光錐127輻射到要在其中確定物體的位置的空間區(qū)域中。裝置120還具有三個回復反射器121、122、123，其具有波長選擇性的反射特性。例如，反射器121對于具有波長λ工的光比具有波長入2和λ 3的光具有更高的反射率，而反射器122對于具有波長λ 2的光比具有波長λ工和λ 3的光具有更高的反射率，以及反射器 123對于具有波長λ 3的光比具有波長λ工和λ 2的光具有更高的反射率。裝置120還分別具有兩個二色分束器或分色鏡IM和125，以及三個檢測器13、 13a、13b。由反射器121、122和123反射的、具有光波長λ工、入2和λ 3的光脈沖序列被引導到分色鏡125上，分色鏡125將被反射器121反射并具有光波長λ :的光脈沖序列引導到檢測器13b。被分色鏡125透射的光束入射到分色鏡IM上，分色鏡IM將被反射器122 反射并具有光波長λ 2的光脈沖序列引導到探測器13a。由檢測器13檢測被分色鏡IM透射的光束?？梢匀缟厦驷槍D1-8中的檢測器13和14的輸出信號所描述的一樣處理檢測器 13U3aU3b中的每一個的輸出信號，以確定三個反射器121、122、123與光錐127的虛擬原點的距離?？梢曰谌绱舜_定的距離確定物體的位置，如參照圖8所述。在裝置120中，基于多個反射器121、122、123與一個參考點的距離進行物體位置的確定?；诜瓷涮匦缘牟ㄩL選擇性，可以同時確定三個反射器的距離。對于上面參照圖1-10所說明的裝置和方法，有用信號入射到光電探測器11、12、 13和14上，有用信號是短脈沖。脈沖寬度可以例如是lOOfs。連續(xù)脈沖之間的時間間隔TO 由重復率的倒數(shù)給出。例如，對于f0 = IOOMHz，TO是10ns。對于所提的示例值，有用信號僅在IOOfs的時間段中到達檢測器11、12、13和14，該時間段的長度是連續(xù)光脈沖之間的時段TO的lOOfs/lOns = l/105o在非常長的時段中沒有有用信號到達光接收器。
因此可以將裝置1、101和120配置為使得在沒有由光源3產(chǎn)生的光脈沖可以分別到達光接收器11、12、13和14以及13、13a、i;3b的時段中，利用阻擋裝置阻擋光入射到光接收器上，以及/或者阻止分別由光接收器11、12、13和14以及13、13a、13b輸出到分析電路的信號的信號處理。對于圖7的裝置101，示例性示出了布置在分束器5和檢測器13之間的光路中的光斷續(xù)器105。這樣的光斷續(xù)器還可以被分別設(shè)置在裝置1、101和120的所有其它檢測器11、12和14以及13、13a、i;3b的前方。替代地或附加地，可以在分析電路15 的信號處理通路中設(shè)置可以快速開關(guān)的元件，其在沒有光脈沖可以入射在關(guān)聯(lián)的檢測器上的時段中開啟信號處理通路。在不處理有用光的時段期間可能導致信噪比惡化的操作可以被信號處理的這種選擇性的禁用抑制。根據(jù)重復率以及測量部分的近點和遠點之間的傳播時間的預期最大差別，選擇檢測和處理信號的相當短的時間段(即允許有用脈沖通過的開啟時間)，以確保每一個光脈沖都被檢測和處理。圖11示例性的示出了光脈沖之間具有長時間間隔的光脈沖序列的有用信號130。 圖11還示出了僅在光脈沖可以到達的時段131和132中允許信號檢測和/或信號處理的阻擋裝置的開關(guān)狀態(tài)133。在此情況中，時段131的限制由光脈沖最早可能的到達時間tf以及光脈沖最后可能的到達時間ts給出。在時段131和132中，阻擋裝置分別具有開關(guān)狀態(tài) 134和136，其允許信號檢測和信號處理，同時阻擋裝置在任何其它時間具有開關(guān)狀態(tài)135， 在開關(guān)狀態(tài)135中抑制信號檢測和/或信號處理。圖12是用于確定物體在空間區(qū)域中的位置的方法140的流程圖。可以使用參照圖1-5說明的裝置1、參照圖7-9說明的裝置101、參照圖10說明的裝置120或者根據(jù)另一實施例的裝置執(zhí)行該方法。在141中，具有重復率的光脈沖序列被輻射到空間區(qū)域中?？梢詮亩鄠€參考點將光脈沖序列引導到空間區(qū)域中，如圖1中所示，或者可以從一個參考點將其引導到空間區(qū)域中，如圖7和圖10所示。在142中，檢測到來自空間區(qū)域的多個光信號。所述光信號來自于所輻射的光脈沖序列在物體上的反射和/或散射。所述光信號在空間區(qū)域內(nèi)被反射和/或散射到不同方向上。所述光信號可以被一個回復反射器朝著多個檢測器反射和/或散射，如圖1所示，或者被多個回復反射器朝著一個檢測器反射和/或散射，如圖7中所示，或者被多個回復反射器朝著多個檢測器反射和/或散射，如圖10所示。在143中，針對每一個光信號確定光信號的信號分量的相移，選擇信號分量使得其具有對應(yīng)于重復率f0的倍數(shù)η · f0的頻率。使用帶通濾波器從所檢測到的光信號中選擇信號分量?？梢源_定相對于具有也對應(yīng)于重復率f0的倍數(shù)η · f0的頻率的參考信號分量的相移。在144中，基于所確定的相差確定物體的位置。在此情況下，可以確定指定物體點的坐標和/或定義物體的取向的角坐標。如已經(jīng)聯(lián)系等式(2)-(6)所說明的，在144中確定物體位置可能需要對于已經(jīng)存在對物體和參考點之間的距離的足夠好的估計，從而等式C3)被滿足。例如，可以獲得首先使用較不精確的方法估計物體的位置，例如使用多個照相機與三角測量法組合。在另一實施例中，可以迭代地重復方法140的方法步驟，其中，隨著迭代計數(shù)的增加，分析具有更高頻率的信號分量?？梢允褂脠D1和圖7中的分析電路15的合適配置來實施這一點。圖13是用于確定物體在空間區(qū)域中的位置的方法150的流程圖，其基于圖12的方法140，并且在方法150中，迭代地提高位置確定的精度。在151和152中，輻射光脈沖序列，并檢測由物體反射和/或散射的光脈沖序列， 如方法140的步驟141和142。在153中，選擇自然數(shù)n，接著針對具有頻率η · f0的信號分量確定相差。這里將數(shù)η分別選擇為物體位置的當前不確定性和已經(jīng)可用的物體位置的估計值的精度的函數(shù)， 從而滿足等式(3)。在第一個迭代中，還可以選擇η = 1。以與方法140的步驟143和144相同的方式實施后續(xù)步驟巧4和155，其中，基于多個光信號中具有頻率η · f0的信號分量的相差確定改進的物體位置。在156中，驗證是否已經(jīng)以足夠的精度確定了物體位置。如果在156中確定已經(jīng)以足夠精度確定了物體位置，則在157中，輸出以及/或者進一步處理最近確定的物體位置。 否則，方法返回到步驟153，在步驟153中，現(xiàn)在可以選擇更大的值η用于下一迭代。根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的裝置和方法允許具有高空間分辨率的快速位置確定， 其適用于確定物體的多于一個的坐標。所述裝置和方法一般可以用于確定空間中的物體位置，示例性的應(yīng)用鄰域有工廠中的測量應(yīng)用，諸如自動生產(chǎn)或傳輸工廠等。
權(quán)利要求
1.一種用于確定物體(25 ； 102)在空間區(qū)域(28)中的位置的裝置，包括光源(3;3、3a、3b)，用于產(chǎn)生具有重復率的光脈沖序列(31)，光引導裝置(4-9 ；4、5、8)，其被布置為將所述光脈沖序列(31)的光脈沖的一部分引導到所述空間區(qū)域(28)中，檢測器布置(13,14 ；13 ;13、13￡1、1315)，其被布置為檢測多個光信號(23,24 ；103,104), 所述多個光信號(23、24;103、104)在所述空間區(qū)域(28)中被反射和/或散射到多個不同方向上，以及分析電路(15)，其耦接到所述檢測器布置(13、14;13;13、13a、13b)，并具有用于接收參考信號(20 ；86)的參考信號輸入端(16)，所述分析電路(15)被配置為確定所述參考信號(20 ；86)與由所述檢測器布置(13、14 ；13 ； 13、13a、13b)檢測的所述多個光信號(23,24 ； 103,104)中的至少一個光信號(23、24;103、104)的信號分量(51 ；81)之間的相差(67)，所述信號分量(51 ；81)具有對應(yīng)于所述重復率的倍數(shù)的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，所述光引導裝置(4-9 ；4、5、8)被布置為將所述光脈沖序列(31)的所述光脈沖的另一部分引導到至少一個參考信號檢測器(11、12)，作為參考信號(20)，所述分析電路(15)的所述參考信號輸入端(16)耦接到所述至少一個參考信號檢測器 (12)，以接收由所述至少一個參考信號檢測器(12)檢測的所述參考信號(20)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，所述分析電路(15)被配置為針對所述多個光信號(23、24;103、104)中的每個光信號 (23、24;103、104)，基于各個光信號(23、24 ； 103、104)中具有對應(yīng)于所述重復率的倍數(shù)的頻率的信號分量(51 ；81)確定所關(guān)聯(lián)的相差(67)，并基于與所述多個光信號(23、24 ；103、 104)關(guān)聯(lián)的所述相差(67)確定所述物體(25 ；102)的所述位置。
4.如權(quán)利要求1-3中的任一項所述的裝置，所述檢測器布置包括多個光學檢測器(13、14;13、13a、13b)，所述多個光學檢測器 (13、14;13、13a、13b)被布置為分別檢測所述多個光信號(23,24)的一個光信號(23、24)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，所述光引導裝置(4-9)包括多個分束器(5、7)，以接收所述光脈沖序列(31)并將其引導到所述空間區(qū)域(28)中，所述多個光學檢測器(13、14)被布置為使得所述多個光學檢測器(13、14 ；13、13a、13b)中的一光檢測器(13)經(jīng)由所述多個分束器(5、7)中的一關(guān)聯(lián)分束器(5)從所述空間區(qū)域(28)接收光信號。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，所述多個光學檢測器(13、14)中的所述光學檢測器(13)被布置為接收所述光脈沖序列(31)中被與所述光學檢測器(13)關(guān)聯(lián)的所述分束器(5)引導到所述空間區(qū)域(28)中的部分(23)，所述部分在所述空間區(qū)域(28)內(nèi)被反射和/或散射。
7.如權(quán)利要求5或6所述的裝置，所述多個分束器(13、14)包括不排列在一條直線上的至少三個分束器。
8.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，所述檢測器布置包括光學檢測器(13)，所述光學檢測器(13)被配置為以順序的方式接收所述多個光信號(103、104)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，包括要被安裝在所述物體上的定位部件(102 ；110)，其中所述定位部件的光反射和/或光散射特性是可變的。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述定位部件(102 ；110)具有多個反射器(111-113)并且其中所述多個反射器 (111-113)中的至少一個可以被隱藏。
11.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，所述光引導裝置(4-9 ；4、5、8)包括至少一個光擴展器(8、9 ；8)，用于擴展所述光脈沖序列(31)中要被引導到所述空間區(qū)域(28)中的所述部分。
12.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，所述分析電路(15)被配置為降頻混合所述信號分量(51 ；81)，以確定所述相差(67)。
13.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，所述分析電路(15)具有混合器(45 ；75)，用于將所述至少一個光信號的所述信號分量 (51 ；81)與所述參考信號(20)的參考信號分量(52 ；82)進行混合，所述參考信號分量(52 ； 82)的頻率是所述重復率的倍數(shù)。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中提供至少兩個參考信號檢測器(11、12)，用于檢測所述參考信號(20)，所述混合器在輸入側(cè)耦接到參考信號檢測器(11)，以接收所述參考信號分量(54 ；86)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，所述分析電路(15)具有另一混合器(79)，所述另一混合器(79)在輸入側(cè)耦接到所述混合器(75)的輸出端且耦接到另一參考信號檢測器(12)。
16.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，所述分析電路(15)被配置為針對所述至少一個光信號(23、24;103、104)中具有不同頻率的多個信號分量(51 ；81)以迭代的方式分別確定所關(guān)聯(lián)的相差(67)，所述多個信號分量(51 ；81)中的至少一個具有對應(yīng)于所述重復率的倍數(shù)的頻率。
17.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，所述裝置具有阻擋裝置(105)，用以在至少基于所述光脈沖序列的所述重復率確定的時段期間，抑制光入射到所述檢測器布置(13、14;13)上以及/或者抑制所述分析電路 (15)處理信號。
18.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，所述光源(3)包括短脈沖激光器。
19.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的裝置，所述裝置是工業(yè)坐標測量機器或者用于確定機器人(2)的位置的裝置。
20.一種用于確定物體的距離的檢測和分析裝置，包括第一參考信號檢測器(11)和第二參考信號檢測器(12)，分別用于接收包括具有重復率的光脈沖序列的參考信號(20)，檢測器布置(13)，用于檢測被所述物體(25 ； 102)散射和/或反射的光信號(23 ；103、 104)，所述光信號包括具有時移(63)的所述光脈沖序列(31)，以及分析電路(15)，耦接到所述檢測器布置(13、14 ； 13)、所述第一參考信號檢測器(11)和所述第二參考信號檢測器(12)，用于確定所述參考信號(20)與所述光信號(23 ；103,104) 的信號分量(51 ；81)之間的相差(67)，所述信號分量(51 ；81)具有對應(yīng)于所述重復率的倍數(shù)的頻率。
21.如權(quán)利要求20所述的檢測和分析裝置，所述分析電路(15)在耦接到所述第一參考信號檢測器(11)的第一信號通道中具有第一濾波器(43 ；73)，在耦接到所述第二參考信號檢測器(12)的第二信號通道中具有第二濾波器(46 ；76)，所述第一濾波器(43 ；73)的通帶與所述第二濾波器(46 ；76)的通帶不同。
22.如權(quán)利要求20或21所述的檢測和分析裝置，所述分析電路(15)包括第一混合器(75)和第二混合器(79)，所述第一混合器(75)在輸入側(cè)耦接到所述檢測器布置(13)且耦接到所述第一參考信號檢測器(11)，以及所述第二混合器(79)在輸入側(cè)耦接到所述第一混合器(75)的輸出端并耦接到所述第二參考信號檢測器(12)。
23.如權(quán)利要求20-22中的任一項所述的檢測和分析裝置，其被配置為用于根據(jù)權(quán)利要求1-19中的任一項所述的裝置(1 ；101)中。
24.用于確定物體(25； 102)在空間區(qū)域(28)中的位置的方法，包括將具有重復率的光脈沖序列(31)輻射到所述空間區(qū)域(28)中，檢測多個光信號(23、24;103、104)，所述多個光信號(23、24 ； 103、104)由于所述物體 (25 ； 102)對所述輻射的光脈沖序列(31)的反射和/或散射而在所述空間區(qū)域(28)內(nèi)被反射和/或散射到多個不同方向上，確定所述輻射的光脈沖序列(31)與至少一個檢測到的光信號(23、24;103、104)的信號分量(51 ；81)之間的相差(67)，所述信號分量(51 ；81)具有對應(yīng)于所述重復率的倍數(shù)的頻率。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，對于所述多個光信號(23,24 ；103,104)的每個光信號(23,24 ； 103、104)，基于各個光信號(23、24 ；103,104)的信號分量(51 ；81)確定所關(guān)聯(lián)的相差(67)，所述信號分量的頻率對應(yīng)于所述重復率的倍數(shù)。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，包括基于與所述多個光信號(23、24;103、104)關(guān)聯(lián)的所述相差確定所述物體(25 ； 102)的所述位置。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，確定所述物體(25;102)的至少三個空間坐標。
28.如權(quán)利要求24-27中的任一項所述的方法，將所述光脈沖序列(31)從不位于一條直線上的多個輻射點(5、7 ；91-93)輻射到所述空間區(qū)域(28)中。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述多個光信號(23、24)的指定光信號(23)包括在所述物體(25)上反射和/ 或散射的光脈沖序列(31)，其被從所關(guān)聯(lián)的指定輻射位置(5)輻射。
30.如權(quán)利要求24-29中的任一項所述的方法，其中，以順序的方式檢測所述多個光信號(103、104)，以及其中，順序檢測的光信號(103 ； 104)分別包括已經(jīng)在所述物體的多個可能部分(111-113)中的一個部分(113)上反射的光脈沖序列(31)，改變所述部分用于所述光信號(103;104)的順序檢測。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中光束斷續(xù)器(117)被致動用于改變所述部分。
32.如權(quán)利要求24-31中的任一項所述的方法，其中所述光脈沖序列(31)被擴展為輻射到所述空間區(qū)域(28)中的光錐(22、27 ；94、 96,98 ；115)。
33.如權(quán)利要求24-32中的任一項所述的方法，其中所述信號分量(51 ；81)被降頻混合，以確定所述信號分量(51 ；81)的所述相差 (67)。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述信號分量(81)被多級降頻混合。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述信號分量(81)分別與基于所述光脈沖序列(31)產(chǎn)生的參考信號(20)的參考信號分量(82、84)混合，用于降頻轉(zhuǎn)換。
36.如權(quán)利要求24-35中的任一項所述的方法，其中，針對所述至少一個光信號(23、24;103、104)中具有不同頻率的多個信號分量， 以迭代的方式分別確定所關(guān)聯(lián)的相差(67)，所述多個信號分量中的至少一個具有對應(yīng)于所述重復率的倍數(shù)的頻率。
37.如權(quán)利要求24-36中的任一項所述的方法， 其中，在檢測不到所述光脈沖序列(31)在所述空間區(qū)域(28)內(nèi)反射的光脈沖的時段期間，抑制所述檢測所述多個光信號(23、24;103、104)和/或所述確定所述相差(67)。
38.如權(quán)利要求24-37中的任一項所述的方法，其中，所述光脈沖序列具有光波長，并且其中具有至少一個其它光波長的至少一個其它光脈沖序列被輻射到所述空間區(qū)域中，所述光脈沖序列和所述至少一個其它光脈沖序列在所述空間區(qū)域內(nèi)被以波長選擇性的方式反射。
39.如權(quán)利要求24-38中的任一項所述的方法，其中，使用所述方法確定在工業(yè)安裝中的物體(2)的所述位置。
40.如權(quán)利要求24-39中的任一項所述的方法，其中，使用權(quán)利要求1-19中的任一項所述的裝置(1 ；101 ；120)執(zhí)行所述方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定物體(25)在空間區(qū)域(28)中的位置的裝置，該裝置包括光源(3)、光引導裝置(4-9)、至少一個參考信號檢測器(11、12)以及檢測器系統(tǒng)(13、14)。光源(3)產(chǎn)生具有重復率的光脈沖序列。光引導裝置(4-9)將所述光脈沖序列引導到所述空間區(qū)域(28)中，并且將其引導向至少一個參考信號檢測器(11、12)，作為參考信號(20)。檢測器系統(tǒng)(13、14)檢測多個光信號(23、24)，所述多個光信號(23、24)由于光脈沖序列的反射和/或散射而在所述空間區(qū)域(28)中被反射和/或散射到多個不同方向上。分析電路(15)耦接到檢測器系統(tǒng)(13、14)以及至少一個參考信號檢測器(11、12)，并確定所述參考信號(20)與至少一個光信號(23、24)中的信號分量之間的相差(67)。基于具有對應(yīng)于所述重復率的倍數(shù)的頻率的信號分量確定所述相差。
文檔編號G01S17/10GK102203635SQ200980143264
公開日2011年9月28日 申請日期2009年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者伯恩德.斯普魯克, 克里斯蒂娜.阿爾瓦雷斯迪茲, 弗蘭克.霍勒, 馬克.特雷蒙特 申請人:卡爾蔡司股份公司