具有两个测量功能的激光跟踪器的制作方法

本发明涉及用于目标的工业坐标位置确定的具有根据权利要求1所述的光学距离测量单元的激光跟踪器和根据权利要求13所述的用于坐标位置确定的方法。

背景技术：

激光跟踪器被用于工业测量，诸如，例如用于在检测环境中诸如车体的部件的点的坐标位置确定或移动机器部件的连续位置监测。这种激光跟踪器被设计为用于所述目标点的坐标位置确定并且通常用于回射目标点的连续跟踪。在这种情况下，目标点可以由作为测量设备的束源或测量装置的束源生成的光学测量光束(具体地，激光束)的目标的回射单元(例如，立方体棱镜)来表示。激光束以平行方式反射回测量装置，反射的光束被装置的检测装置检测到。在这种情况下，例如通过被分配给偏转镜的用于角度测量的传感器或系统的目标单元来分别确定光束的发射方向和接收方向。另外，利用光束的检测，例如通过飞行时间(time-of-flight)或相位差测量或菲佐原理来确定从测量装置到目标点的距离。基于各发射方向和接收方向以及距离来确定目标点的位置坐标。

对于距离测量，现有技术中的激光追踪器包括至少一个距离测量设备，其中，距离测量设备例如可以被设计为干涉仪(ifm)。由于这种距离测量设备只可以测量距离的相对变化，为了确定绝对位置值，在现在的激光跟踪器中安装所谓的绝对距离测量设备(adm)。例如从wo2007/079600a1已知绝对距离测量设备和用于确定距离的干涉仪的组合。

另外，在现代跟踪器系统中，在精密目标传感器上确定从零位置接收的测量光束的偏移。通过这种可测量偏移，可以确定回射器的中心与激光束在反射器上的碰撞点之间的位置差，并且可以根据该偏差以减小精密目标传感器上的偏移(具体地，为“0”)的方式校正或重新调整激光束的对准，并且因此光束在反射器中心的方向上对准。作为激光束对准的重新调整的结果，可以执行目标点的连续目标跟踪，并且可以相对于测量设备连续地确定目标点的位置和距离。在这种情况下，通过用于使激光束偏转而设置的偏转镜的对准的变化和/或通过包括光束引导激光光学单元的目标单元的枢转可以实现重新调整，所述偏转镜以机动方式而可移动。

在这种情况下，可以在例如利用要测量对象的点上的接触点定位的所谓接触感测工具的辅助测量仪上安装目标点或回射器。接触感测工具包括例如光点的标记和表示接触感测工具上的目标点的反射器，并且通过跟踪器的激光束可瞄准，精确地知晓标记和反射器相对于接触感测工具的接触点的位置。

现有技术中传统激光跟踪器不可能在不使用包括回射器的测量辅助工具的情况下测量(即，直接测量)到要测量对象表面的距离。首先，利用这种激光跟踪器，可以在相对短的时间内执行表面点的扫描测量，也就是说，很多点坐标的确定。然而，为此目的，与回射目标的测量相比，必须接受精度损失。

us2014/0226145a1公开了一种能够测量回射目标和自然(也就是说，非回射)表面二者的激光跟踪器。为此目的，激光跟踪器包括第一绝对距离测量设备，该第一绝对距离测量设备被设计为对于相对于回射器的测量是已知的。另外，激光跟踪器包括第二adm，该第二adm被设计为用于相对于对象表面的测量。虽然各adm经由单个退出光学单元发送它们的测量辐射，但是它们在各情况下是单独的、独立的单元。需要提供两个完全独立的、单独的绝对位置测量设备不利地在生产工艺方面是复杂的，且因此费用昂贵。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种改进的激光跟踪器。

另外，目的是提供这样一种激光跟踪器，该激光跟踪器具有改进的构造和/或减小的结构复杂度，能够相对于回射目标和相对于漫散射目标二者进行测量。

本发明的又一目的是提供一种用于工业坐标位置确定的改进方法。

这些目的通过实现独立权利要求的描述特征来实现。可以从从属专利权利要求聚集按照另选或者有益方式发展本发明的特征。

本发明涉及一种用于目标的工业坐标位置确定的激光跟踪器。所述激光跟踪器至少包括：底座、用于激光跟踪器的控制和数据处理的控制和评估单元。另外，所述激光跟踪器包括光束引导单元，该光束引导单元相对于所述底座围绕两个轴线可旋转并且包括发射和接收光学单元，所述发射和接收光学单元用于将作为测量辐射的光发射到所述目标上并且用于接收测量辐射反射。另外，所述激光跟踪器包括用于检测所述光束引导单元相对于所述底座的旋转角度的装置。另外，所述激光跟踪器包括光学距离测量单元，通过所述光学距离测量单元可确定到所述目标的绝对距离以用于坐标位置确定。基于所检测的旋转角度和所确定的绝对距离可确定目标的位置。光学距离测量单元至少包括以下元件：第一束源，优选地超发光led(sled)或激光源，其用于生成第一测量辐射，和第一检测单元，其用于检测接收的测量辐射反射。在这种情况下，元件被理解为表示满足诸如测量辐射的检测或测量辐射的生成的特定上位功能的部件。在这种情况下，这种元件或部件可以由作为部件组实现上位功能的独立的部件部分或子元件组成。在这方面，例如，束源在各种情况下可以包括多个发光部件部分(即，两个部分元件，例如每个部分元件自身发光-例如通过组合、叠加或交替使用交互发光-整体生成或形成第一测量辐射)。光被理解为不仅表示光谱的可见范围内的辐射，而且例如还表示红外范围内的辐射。举例来说，具有约650、750、795、800、830、840、850、905、1270、1300、1330、1400或1500nm的频率的光或在约650、750、795、800、830、840、850、905、1270、1300、1330、1400或1500nm的频率范围内的光用作测量辐射。

根据本发明，控制和评估单元以及光学距离测量单元被设计为用于实现第一测量功能和第二测量功能。为了该目的，距离测量单元的至少一个元件被设计为用于第一测量功能和所述第二测量功能二者中的双用途。换句话说，距离测量单元的至少一个部件在第一测量功能和第二测量功能的情况下被使用，而可选地，距离测量单元的其它部件只用于第一测量功能或只用于第二测量功能。在这种情况下，距离测量单元以集成设计被实现，使得元件是距离测量单元的固定的部件。两个测量功能具体用于要测量的两种不同类型的目标：第一测量功能被设计为用于回射目标的坐标位置确定，并且第二测量功能被设计为用于漫散射目标的坐标位置确定。换句话说，在存在协作目标的情况下利用第一测量功能执行目标的坐标位置确定，并且在存在诸如对象表面的漫散射目标的情况下利用第二测量功能执行目标的坐标位置确定，为此目的，控制和评估单元和距离测量单元被专门设计，其中，为此目的，距离测量单元包括被设计为用于第一测量功能中还用于第二测量功能中(即，用于两个测量功能中)的双用途的至少一个元件。

可选地，第一束源是用于双用途的元件。也就是说，用于第一测量功能和第二测量功能二者中的双用途的至少一个元件是第一束源，其中，后者不需要是距离测量单元中用于双用途的唯一元件。对于双用途，可选地，第一束源在不同操作状态下或利用不同参数是可操作的，其中这些至少两个操作状态优选地在所生成的第一测量辐射的功率/发射持续时间方面不同，也就是说，例如，第一束源在第一测量功能中利用比在第二测量功能中更低的功率来发光和/或第一束源在第一测量功能中在连续波(cw)操作中被测量并且在第二测量功能中在脉冲操作中被测量。举例来说，根据本发明，作为第一束源的激光二极管的可变温度和/或在激光二极管处出现的可变电流可以体现操作状态。在激光跟踪器的该可选实施方式中，以任何速率使用第二测量辐射在第一测量功能和第二测量功能二者中执行到目标的距离的确定，因此，针对任何类型的目标，基于从目标反射的和检测的第一测量辐射来执行坐标位置确定，其中，在这种情况下，第一测量辐射可以具有不同的特性或根据测量功能被不同地检测和/或评估。

在根据本发明的激光跟踪器的又一实施例中，所述激光跟踪器被设计为用于在第一测量功能中连续地跟踪移动回射对象。因此，在第一测量功能的情况下执行目标的跟踪。为了连续的目标跟踪或目标的精确瞄准，激光跟踪器例如包括具有精确瞄准传感器或表面传感器(优选地具有精确瞄准束源)的目标精确瞄准和跟踪单元(atr单元；自动目标识别)，并且例如在激光跟踪器的精确瞄准传感器上确定从零位置接收的精确瞄准辐射或测量辐射的偏移。在这种情况下，精确瞄准传感器应被理解为表示能够优选用来确定在传感器表面上的光分布的形心的表面传感器，例如cmos传感器、ccd传感器或位置灵敏传感器(psd)。表面传感器可选地是atr相机的部件。在这种情况下，传感器的输出信号通过一个或更多个光敏表面生成并且取决于光形心的各位置。通过下游或集成电子单元，评估输出信号并且确定形心。在这种情况下，可以非常快(例如，微秒范围)且以纳米分辨率执行确定撞击光点的形心的位置。为此目的并且为了实现高精度，atr相机或传感器的视野被选择为相对小，即，与精确瞄准光束或测量激光束的光束直径对应。在这种情况下，优选地关于测量轴线(即，第一测量辐射的测量方向)同轴地执行检测，使得检测方向与测量方向对应。通过从零点接收的测量辐射的该可测量偏移，确定回射器的中心与反射器上的测量光束的撞击点之间的位置差，并且根据该偏移校正或重新调整精确瞄准光束或测量光束的对准从而减小在精确瞄准传感器上的偏移，具体地为“0”，并且由此测量轴线在反射器中心的方向上对准。由于测量轴线或光束的对准的重新调整，可选地，执行目标点的连续目标跟踪，并且将连续地确定目标点相对于测量设备的距离和位置。在这种情况下，通过为了使激光束偏转而设置的偏转镜的对准变化和/或通过具有光束引导光学单元的目标单元的枢转，可以实现重新调整，所述偏转镜以机动的方式可移动。

作为又一选择，激光跟踪器包括具有二维、光敏阵列的光学图像捕获单元，例如，基于cmos阵列的ccd或cid相机(ccd＝电荷耦合器件；cid＝电荷注入器件)或可变焦相机。利用具有相对于彼此固定的相对位置是已知的标记的所谓的辅助测量仪器的(-通过图像捕获单元和通过控制和评估单元的图像处理的-)至少一个图像的捕获和评估，辅助测量仪器的和布置在辅助测量仪器上的对象(例如，探针)的在空间中的绝对取向或相对取向减小。这种辅助测量仪器例如是利用要测量的对象的点上的接触点定位的接触感测工具或例如在ep0553266中描述的手持式扫描仪。接触感测工具包括光学标记(例如，自发光光点或通过颜色或亮度可被光学察觉到的图案)和代表接触感测工具上的目标点并且可被跟踪器的激光束瞄准的反射器，精确地知晓所述标记和反射器相对于接触感测工具的接触点的位置。优选地，对象在空间中的位置和取向与通过距离测量单元确定的目标点的空间位置一起被精确地确定。此外，激光跟踪器可选地包括用于提供例如在激光跟踪器的屏幕上显示给用户的概观(overview)图像的概观相机。

另选地或另外地，激光跟踪器被设计为执行第二测量功能中的关于多个漫散射目标或在要测量的测量对象的表面上的目标点的多个距离测量。在这种情况下，控制和评估单元被设计为使得对于多个距离测量，将分别检测的旋转角度与测量的距离组合，使得各目标点的点位置通过所述组合限定，并且可生成包括多个点位置的点云。这例如以每秒至少1000个点位置的速率执行；举例来说，每秒确定至少10000个点位置。简要地说，激光跟踪器因此被设计为用于在第二测量功能的情况下扫描自然表面。在这种情况下，激光跟踪器包括用于跟踪或扫描目的装置以使所述距离测量单元和/或光束引导单元相对于所述底座枢转，使得测量光束的跟踪目标的移动或测量光束的按照预定扫描模式的移动成为可能。

可选地，控制和评估单元被设计为使得可自动选择对目标来说最佳或合适的测量功能。换句话说，控制和评估单元包括切换功能，因此用户不需要选择合适的测量功能，而是设备靠自身来识别出现了什么类型的目标以及因此测量应该执行至少两个测量功能中的哪一个。从一个测量功能向另一个测量功能的自动选择或自动切换优选地基于接收的测量辐射反射来执行，其中这还包括几乎没有测量辐射或无测量辐射的接收，这被解释为所使用的测量功能因为其导致没有信号接收而不适合的效果。另选地或另外地，切换功能基于不同的测量数据；举例来说，切换功能基于由激光跟踪器的概观相机或激光跟踪器的atr相机提供的数据而实现。

在又一实施例中，在第一束源旁，距离测量单元的至少又一个元件被设计为用于双用途，也就是说，距离测量单元的至少两个元件被设计为用于第一测量功能和第二测量功能二者中。

在该实施例的一个扩展中，整个距离测量单元被设计为用于双用途，也就是说，距离测量单元的所有元件被设计为用于两个测量功能中的双用途。在这种情况下，尽管使用的所有部件相同，但是根据本发明，在一些实施方式中，没有一致地使用距离测量单元，而是在各情况下，在距离测量单元的用途的适于目标或测量任务或对于目标或测量任务来说最佳的模式下使用，为此目的，至少一个元件在至少两个不同的操作状态下是可操作的，如上文例如进一步针对第一束源的示例所述。这使该至少一个元件能够在第一测量功能中以专用于回射目标的测量的方式操作，并且在第二测量功能中以专用于漫散射目标的测量的方式操作。因此，在该实施方式中，根据测量功能，通过利用距离测量单元或其一个元件的不同控制和/或使用的整个距离测量单元的双用途来提供两个不同的测量功能。另选地，在其它更简单的实施方式中，整个距离测量单元的双用途在具有距离测量单元的相同操作模式的两个测量功能中发生。

在上述实施方式的替代实施例中，距离测量单元的至少一个元件被设计为仅用于第一测量功能或第二测量功能的单用途。也就是说，距离测量单元的至少一个部件只用于两个测量功能中的一个而不用于双用途。在一些实施方式中，该至少一个元件是距离测量单元包括的第二检测单元。因此，这些实施方式包括除了第一检测单元以外，还包含至少一个第二检测单元的距离测量单元。

在具有第二检测单元的一个实施方式中，距离测量单元被设计为使得作为用于双用途的元件的第一束源生成第一检测单元和第二检测单元都可检测的第一测量辐射。在这种情况下，优选地，第一测量辐射的在第一测量功能中接收的测量辐射反射仅被第一检测单元检测，并且第一测量辐射的在第二测量功能中接收的测量辐射反射仅被第二检测单元检测。换句话说，该实施方式包括在两个测量功能的双用途中使用的第一束源以便给在各情况下在两个测量功能的一个测量功能的单用途中使用的两个检测单元提供测量辐射，或从回射目标反射的第一测量辐射例如由第一检测单元检测，并且从漫散射目标反射的第一测量辐射对应地由第二检测单元检测。另选地，在第一和/或第二测量功能中反射的第一测量辐射例如以大约相等的比例或针对检测漫散射测量辐射的第二检测单元以更高的比例由第一距离测量单元和第二距离测量单元二者检测。

可选地，在具有第二检测单元且使用第一束源的所有实施方式中，第二检测单元被设计为波形数字化单元(wfd单元)。作为又一选择，激光跟踪器包括用于影响第一测量辐射的光学路径的至少一个例如具有可变光学特性的电光分束器的可变偏转元件或诸如镜子的可旋转偏转元件，具体地以便至少大体上对于各检测单元根据测量功能引导从第一束源生成的或反射的第一测量辐射。

另外地或优选另选地，在具有第二检测单元的实施方式中，作为单用途的至少又一个元件，所述距离测量单元包括用于生成第二测量辐射的第二束源，优选地sled或激光源，其中附加地利用第二测量辐射在所述第一测量功能或所述第二测量功能中确定到目标的距离。由此仅利用第一测量辐射在两个测量功能的一个测量功能中执行距离确定。在其它测量功能中，基于第一测量辐射并且附加地基于第二测量辐射执行距离确定。举例来说，在一种类型(例如，回射目标)的情况下，第一测量辐射仅允许相对不精确的距离确定，这通过第二测量辐射进行改善。换句话说，使用第二测量辐射能够进行较高精度的距离确定，这在利用回射器测量目标时是有益的，但是主要当扫描对象表面时，对于第二测量功能而言不是必要的，并且将很大程度降低例如扫描速度/扫描速率。

因此，在这种实施方式中，作为一个选项，第二检测单元被设计为用于确定相对距离，以便优选地使基于第一测量辐射或通过第一检测单元确定的绝对距离更精确，并且用于第一测量功能的单用途。具体地，在该情况下，第二检测单元被设计为干涉仪单元。在这种情况下，第二束源用来提供通过第二检测单元检测的测量辐射，也就是说，第二检测单元被设计为用于检测第二测量辐射，并且在第一测量功能的情况下，由第二检测单元检测第二测量辐射。

可选地，在一些实施方式中，第一检测单元被设计为用于确定绝对距离。优选地，第一检测单元在这种情况下被设计为wfd单元，使得基于已知的波形数字化原理进行距离测量。另选地，第一检测单元被设计为fmcw单元，使得基于已知的频率调制的连续波原理进行距离测量，或第一检测单元被设计为频率梳单元，使得基于已知的频率梳原理进行距离测量，或第一检测单元被设计为绝对干涉仪，使得基于已知的绝对干涉仪原理，优选的频率扫描干涉仪原理进行距离测量。具体地在如上所述整个距离测量单元被设计为用于双用途的实施方式中发现这种第一检测单元。

本发明的另一主题是一种通过激光跟踪器的目标的工业坐标位置确定的方法，其中，所述激光器至少包括底座、控制和评估单元和光束引导单元，所述光束引导单元具有用于发射作为测量辐射的光和用于接收测量辐射反射的发射和接收光学单元。另外，该激光器包括光学距离测量单元，所述光学距离测量单元至少具有以下元件：第一束源(优选是sled或激光源)和第一检测单元。所述方法至少包括以下步骤：

·通过所述第一束源生成第一测量辐射，

·通过所述发送和接收光学单元发射第一测量辐射并且接收从所述目标反射的第一测量辐射，

·检测所接收的反射的第一测量辐射，

·基于检测的测量辐射确定到所述目标的距离，

·确定所述光束引导单元相对于所述底座的旋转角度。

根据本发明，当在各种情况下基于所确定的旋转角度和至少一个确定的距离探询(interrogation)时，执行第一测量功能中的回射目标的坐标位置确定和第二测量功能中的漫散射目标的坐标位置确定，其中，所述距离测量单元的至少一个元件用于第一测量功能和第二测量功能二者中的双用途。因此，在根据本发明的方法的情况下，通过切换可以执行诸如回射棱镜的协作目标的测量和诸如金属盘表面或塑料模制品表面的自然对象表面的测量。

在根据本发明的方法的一个实施例中，使用第一测量辐射在第一测量功能和第二测量功能二者中执行到目标的距离的确定，为此目的，第一束源用作用于两个测量功能的双用途中的至少一个元件或一个元件。

在根据本发明的方法的又一实施例中，距离测量单元的至少一个元件仅用于第一测量功能或仅用于第二测量功能。该元件例如是激光跟踪器包括的第一检测单元或第二检测单元，和/或仅用于第一测量功能和/或第二测量功能的生成第二测量辐射的第二束源。

本发明的又一主题是用于控制或执行根据本发明所述的用于坐标位置确定的方法的具有存储在机器可读载体上的程序代码的计算机程序产品，特别是，如果在设计为根据本发明所述的激光跟踪器的控制和评估单元的电子数据处理单元上执行所述程序。

根据本发明的激光跟踪器由此提供如下优点：由单个、紧凑的距离测量单元优选地以专门方式提供两个测量功能从而可测量回射目标和漫散射目标二者。通过根据本发明的只包括单个距离测量单元的激光跟踪器，与现有技术的设备相比，主要在距离测量单元作为整体用于双用途的实施方式中，能够降低产品复杂性。在这种情况下，控制和评估单元的根据本发明的设计、以及激光跟踪器的使得能够提供两个专门的激光跟踪器测量功能的距离测量单元的根据本发明的设计有益地能进行适于各自特定类型的目标的工业坐标位置确定或测量任务。换句话说，除了本身已知的诸如测量探针的装配有回射器的目标的工业测量以外，本发明还能够进行自然对象表面的工业测量，与现有技术的激光跟踪器相比，有益地降低了结构复杂性或生产成本。

附图说明

下文基于在附图中示意性示出的特定示例性实施方式仅通过示例更详细地描述了根据本发明的激光跟踪器和根据本发明的方法，也讨论了本发明的其它优点。在附图中，具体地：

图1示出了根据本发明的在第一测量功能中在相对于回射目标的位置确定期间的激光跟踪器；

图2示出了根据本发明的在第二测量功能中在相对于漫散射目标的位置确定期间的激光跟踪器；

图3示出了根据本发明的在第二测量功能中在相对于漫散射目标的扫描位置确定期间的激光跟踪器；

图4示出了根据本发明的在前视图中的激光跟踪器；

图5a、图5b示出了在分别用在第一测量功能中和第二测量功能中的情况下的根据本发明的激光跟踪器的光学构造的第一实施方式；

图6示出了在分别用在第一测量功能中和第二测量功能中的情况下的根据本发明的激光跟踪器的光学构造的第二实施方式；

图7示出了在分别用在第一测量功能中和第二测量功能中的情况下的根据本发明的激光跟踪器的光学构造的第三实施方式。

具体实施方式

图1、图2和图3示出了根据本发明的激光跟踪器1的一个示例性实施方式。示出的激光跟踪器1包括底座40、安装在底座40上并且具有把手21的支承体20和安装在支承体20的两个支柱上的光束引导单元10。激光跟踪器1布置在支架45上并且包括：控制和评估单元；角度传感器，其用于检测光束引导单元10相对于底座40的旋转角度；和光学距离测量单元，其具有至少一个第一光束源(例如，一个或更多个激光二极管或超发光led)、至少一个第一检测单元(例如，电子距离测量单元)、绝对距离单元(adm)或干涉仪单元(ifm)(这里未示出)。通过角度传感器的适当的同步，通过第一测量辐射36确定的两个角度和至少一个距离可以组合以形成目标(这里：回射器61)的3d极坐标。

图1示出了在第一测量功能中，激光跟踪器1通过作为第一测量辐射36的光如何测量到位于测量辅助工具60上的回射器61的距离，所述回射器61构成要测量的目标。测量辅助工具60(这里通过示例的方式实施为测量探针)还包括大量例如反射光点或自发光光点形式的目标标记62以及用于在目标对象90的要测量的点上定位的测量头63。

为了找到测量辅助工具60或反射器61并且利用反射器61对准光束36，可选地在根据本发明的激光跟踪器1上设置了目标寻找单元，该目标寻找单元具有用于利用特定波长(具体地，在红外波长的范围内)的辐射照射反射器61的一个或优选地多个照明装置(这里未示出)，此外，具有位置灵敏的检测器和相对大视野的至少一个(优选地，两个)定位相机布置在设备1(这里未示出)上。在反射器61处反射且返回至激光跟踪器1的照明辐射可以通过定位相机和每个位置灵敏的检测器来检测，可以在各检测器上成像反射器61的位置。因此，例如根据众所周知的摄影测量法原理，可以确定反射器的两个成像位置，并且根据该两个成像位置，可以找出反射器61的成像的目标位置，并且光束引导单元10可以以利用测量光束36瞄准反射器61的方式来对准。通过相对于光束36的发光方向定位相机的知识，光束36可以由此与反射器61的确定的粗略位置对准并且锁定在该反射器61上(lock-on)。然后，如上所述，借助于精确瞄准传感器(psd)可以执行目标的精确瞄准和/或跟踪。

为了回射器62的高精度瞄准(精确瞄准)并且为了识别且能够再现回射器62的移动以及由此再现辅助测量工具60的移动使得光束36与回射器61保持对准，在示例中，激光跟踪器1(优选地，在光束引导单元10中)包括精确瞄准传感器(例如，作为目标精确瞄准和跟踪单元的部件)，其中，精确瞄准传感器优选地是如在wo2007/079600a1中的示例中所述的以模拟方式在空间中操作的跟踪表面传感器(例如，cmos或ccd传感器)，该跟踪表面传感器可以用来确定在传感器表面上的光分布的形心(centroid)。基于所确定的形心，可确定在表面传感器上光束碰撞位置相对于理想的或中心位置的位置差，并且(通过改变光束引导单元10的对准)以消除或至少可减小位置差的方式可校正测量辐射的对准。因此，通过检测从目标(具体地，回射器61)反射的光束的对准，精确瞄准传感器能跟踪测量光束36的对准。通过跟踪光束对准，可执行目标点的精确瞄准和/或连续目标跟踪并由此可以在没有中断的情况下连续地确定目标点61的距离和位置。

作为进一步选择，激光跟踪器1包括测量相机作为光学图像捕获单元(这里未示出)。优选地，图像捕获单元可配置为具有可变放大率的可聚焦相机系统(可变放大测量相机)，以便即使当到测量辅助工具60的距离改变时，也能检测布置在测量辅助工具60上的目标标记62。测量相机是例如围绕其基本垂直的轴线与激光跟踪器1一起可旋转的，但是测量相机可与激光跟踪器1独立地上下枢转，并由此(具体地，与测量光束36的光学系统)单独地布置。通过适应其对准和放大，相机因此能连续地捕获图像，其中测量辅助工具60(具体地，测量辅助工具60的光点62)被成像。这导致可电子评估的光点的空间排列的二维图像的增加。为了评估图像，控制和评估单元包括图像处理功能。因此，可以识别被成像的光电62以确定成像的光电62的形心并且确定所述形心的图像坐标，通过此例如可以计算激光跟踪器1或测量相机的光轴(具体地，捕获方向)与从激光跟踪器1到各光点62的方向之间的立体角。可基于由此由测量相机记录的目标标记62的位置来确定测量辅助工具60的空间对准(横摇角、俯仰角和偏转角)。在ep2557391a1中描述了这种测量相机可用的、用于在固定的、相对于彼此已知的空间分布中连续地确定具有多个目标标记62的测量辅助工具60的空间位置的方法。

根据本发明，控制和评估单元和距离测量单元被设计为使得利用激光跟踪器1，可额外地实现第二测量功能，这使得能够测量到测量对象90的表面92的距离，如图2所示。为此目的，与模块化设计相比，距离测量单元以集成设计被实现，包括被设计为用于第一测量功能和第二测量功能二者的双用途的至少一个元件。代替只有一个元件，另选地，多个元件被设计为用于双用途。另选地，其所有元件被设计为用于双用途，也就是说，距离测量单元以其整体被设计为用于双用途，并且可选地根据测量功能被不同地使用，例如，通过不同地操作激光源使得测量辐射产生的类型根据测量功能而不同，或通过不同地操作检测单元使得第一测量功能的测量辐射检测与第二测量功能的测量辐射检测不同，或通过不同地操作激光源两和不同地操作检测单元二者，使得例如测量速率根据测量功能而不同。换句话说，只有距离测量单元的硬件的在各测量功能中使用的一部分(一个或更多个元件)是相同的，并且硬件的其它部分(其它元件)只在第一测量功能中使用或只在第二测量功能中使用。另选地，整个硬件相同且根据测量功能按不同方式被至少部分地使用。在这种情况下，不同用途或应用通过距离测量单元的不同操作模式或操作状态而生效。另选地，完整设计的用于双用途的距离测量单元在两个测量功能中在相同的操作状态下用于如下目的，例如第一束源和第一检测单元彼此协调，使得来自漫散射目标和来自回射目标的二者至少针对特定测量范围、目标构成(目标的适当的反射率：足够高反射的自然表面和/或足够弱反射的回射器)或周围条件反射的测量辐射可被充足地很好接收(例如，信号电平不过高或过低)并且可利用针对设置的测量任务以足够的精度被评估。在这种实施方式中，第一测量功能和第二测量功能之间的差异则基本上在于激光跟踪器的测量数据或应用(例如，针对连续目标跟组的应用或用于扫描表面的应用，组合应用也是可能的)的评估方式。可选地，光束引导单元20包括附加光学单元(这里未示出)，例如，用于改变光束截面的透镜或聚焦光学单元、或用于影响光束强度的滤波器或衰减器，通过所述附加光学单元，光束36根据测量功能在发光之前和/或在再进入之前(也就是说在目标64或64处的反射之后)被影响或改变。

图2示出了在第二测量功能的背景下当通过距离测量单元测量到测量对象90的点64的距离时的图1的激光跟踪器1。在示例中，通过在距离测量单元中设置的诸如波形数字化单元(wfd单元；这里未示出)的第一检测器单元，基于从对象表面92反射的光束36的接收的测量辐射来测量该距离。通过为该目的设计的控制和评估单元和距离测量单元而设置的第二测量功能能够允许在不使用回射器或测量辅助工具来进行距离测量，也就是说，利用非协作目标(诸如漫散射对象表面92的点64)进行测量。

通过控制和评估单元，这里可选地，在(例如，根据所选的扫描模式，参见关于图3的说明)特定时段中积累的大量测量信号的各种情况下，确定距离并在主存储器中将该距离与相关的立体角数据一起存储为测量点64。时段例如是0.001s、0.002s、0.004s、0.008s或0.016s。主存储器可以是激光跟踪器1的部分(未示出)或外部主存储器。在这种情况下，例如，根据诸如到要测量的对象90的距离的参数、和/或诸如分辨率、测量距离、测量速度或测量精度的用户要求，可以对接收的不同数量的测量信号取平均以便获得诸如点云的扫描点的独立测量点64。另外，控制和处理单元可选地被配置为使得光束引导单元10的角速度适应于距离或在特定距离的情况下能方便使用的扫描模式。

图3示出了根据本发明的激光跟踪器1的一个实施方式，其中，通过距离测量单元可实现扫描功能。在这种情况下，在测量对象90的表面92的扫描区域94上，通过光束引导单元10依次瞄准多个测量或目标点，在每种情况下，距离被确定且与角数据相关，使得能够针对每个测量点确定位置。然后，确定的测量点的位置被组合以形成点云。如这里所示，例如在彼此相距限定的距离处在平行路径中通过在正规模式96中穿过扫描区域94可以执行瞄准点。在这里示出的示例中，测量光束36的移动是振荡的，其中，为了简化说明，只针对表面94的要扫描的区段示出测量辐射36的振荡运动。在该示例中，测量光束36的振荡运动是通过光束引导单元10对发射的测量辐射36的连续垂直对准和逐步水平对准的交替引起的。为此目的，光束引导单元10在限定的角范围中围绕其倾斜轴线连续地上下枢转，并且在各情况下，当达到垂直转折点时，在各情况下在一个步骤中在相同方向上围绕旋转轴线水平地枢转预定的角度大小。在这种情况下，通过激光跟踪器1的控制和评估单元来控制光束引导单元10的枢转运动。

在该示例中，以每秒1百万激光脉冲的固定脉冲频率并且以在该示例中至少在垂直方向上连续的固定扫描速度来扫描对象90的表面92上的扫描区域94。这得到包括测量信号的测量信号序列。然后，各测量信号序列的测量信号总是在相同时段(取决于扫描模式)上被积累，从其确定到对象90的距离，并且分配相关的立体角以便获得扫描点。举例来说，在理想情况下以所述的脉冲频率，1000个脉冲或测量信号用于确定扫描点或距离测量值。代替测量信号序列，限定的几何图形和尺寸以及由此具有限定数量的测量信号字段和测量信号的分布也可以被用来确定扫描点。

除了如在示例中示出的测量辐射的振荡运动以外，当通过控制和处理单元根据通过激光跟踪器1的程序存储单元选择或设置的扫描模式经由光束引导单元10的对应驱动实现扫描功能时，测量辐射也可以执行任何其它运动以便检测所选择的扫描区域94。具体地，可以连续地产生围绕倾斜轴线以及还围绕旋转轴线的枢转，并且根据要求，也可以不连续地产生代替水平枢转的垂直枢转。例如，如果扫描区域94是水平线，则通过围绕旋转轴线在一个方向上连续枢转光束引导单元10产生测量光束36的连续、水平对准。针对诸如例如独立点测量或彼此分开的点的测量或具有低分辨率的测量的特定要求，光束引导单元还可以不连续地(具体地，逐步地)围绕两个轴线枢转。作为其它扫描模式的特定示例，具有固定分辨率(即，每个测量扫描路径区段或测量区域具有固定测量点密度)的测量也可以被存储在程序存储单元中。在该扫描模式中，根据到要测量的对象90的距离执行光束引导单元10的角速度的连续适应性适应，使得即使在改变到对象90的距离的情况(例如，在复杂建筑结构的情况)下，要扫描的区域94的测量点密度在扫描过程期间也保持不变。在这种情况下，在以短间隔(根据脉冲频率，每第三、第五、第十……测量脉冲)连续地(利用每个测量脉冲)或重复地在扫描期间确定到要测量的对象90的距离。

图4示出了根据本发明的在前视图中的激光跟踪器1的一个示例性实施方式。激光跟踪器1包括可固定在保持装置(这里以支架45的形式示出)上的底座40。支承体20以围绕垂直轴线9可旋转地安装的方式被安装在底座40上。支承体20包括第一支柱和第二支柱，所述第一支柱和第二支柱从支承体20的下端向上伸出，并且在所述第一支柱和第二支柱上，光束引导单元10通过轴25围绕水平轴线8可倾斜地安装。用于传输和由用户操纵激光跟踪器1的把手21在顶部被安装至两个支柱。

在底座40上安装支承体20和在支承体20上安装光束引导单元10优选地被实施为可固定地移动的轴承。因此，使由于温度影响的轴向误差和导致的精度损失最小化。另外，轴25的温度导致的扩张不严重并且不影响轴承的应变。把手21可以具体地被固定地连接至例如从与其模制的或焊接至其、粘合组合至其或螺接至其而生产的两个支柱，使得把手21用作针对支柱(具体地，关于弯曲)的附加稳定元件。把手21可以有益地被成型为使得其允许通过光束36精确地进行向上引导的测量(即，沿着垂直轴线9)。另选地，把手21还可以具有用于在对应位置处使测量光束通过的开口。

在该示例中，在光束引导单元10上设置多个光学单元，所述多个光学单元包括测量相机52的光学单元，还包括用于光学距离测量的透镜模块50、激光发射和接收光学单元51、定位相机的光学单元以及目标寻找单元的照明装置54。另外，光束引导单元10可选地包括激光跟踪器1的用于向用户提供概观图像的概观相机的光学单元。

诸如氦氖激光源(hene激光源)的第一束源30被集成到支承体20或被集成到一个支柱中作为距离测量单元的部分。hene激光源的一个替代例如是激光二极管。在这种情况下，束源30还可以从多个(例如)激光生成部件构造，所述激光生成部件总体生成作为第一测量辐射的单个激光辐射。包括光纤31的光波导系统从所述第一束源30经由轴25通向光束引导单元10中直到准直器34。优选地，光波导系统是保偏的和/或光纤31是单模式光纤。另选地，束源30被合并到光束引导单元10中并且例如被设计为sled。

第一束源30这里被设计为使得其能够用来生成第一测量辐射，该第一测量辐射适合于对回射目标和漫散射目标二者的距离测量，并且可选地适合于用于跟踪(连续的目标跟踪)和用于扫描二者，使得第一束源因此可用于两个测量功能中的双用途。为此目的，束源30可以被设计为使得测量辐射同等地适合于两种类型的目标，也就是说，束源30在两个测量功能中同等地操作。另选地，束源30可在不同的操作状态下操作，使得例如第一测量辐射的功率可在连续波(cw)操作或脉冲操作之间变化或切换，这样的结果是，在第一测量功能中利用低功率和/或在连续波操作中执行测量并且在第二测量功能中利用高功率的激光脉冲执行测量。

图5a和图5b示出了根据本发明的激光跟踪器的一个示例性光学构造，其中，图5a示出了其在第一测量功能中用于确定协作回射目标61的位置的用途，并且图5b示出了用于确定漫散射目标64的位置的用途。

光束引导单元10包括按集成设计实施的光学距离测量单元2，并且以固定排列的方式相应地包括第一检测单元12、第二检测单元13和例如hene激光束源或激光二极管的第一束源30，所述第一检测单元12在该示例中被设计为绝对距离测量单元(adm)，所述第二检测单元13在该示例中被设计为波形数字化单元(wrd)，所述第一束源30生成第一测量辐射36。

从束源30产生的第一测量辐射36撞击例如通过应用电压可在传输和反射两个状态之间切换的第一可变分束器131a。在根据图5a的第一测量功能中，所述分束器是反射的，由于这个原因在图5a中光束36通过两个偏转元件135(例如，棱镜)向下偏转并且被引导到adm中。另选地，通过分束器131a的机械振动(例如，旋转位置的振动)或通过诸如光圈的附加光学元件来调节光束36的相应引导。光束36经由偏振分束器133和电光调制器134被引导至第二可变分束器131b，该第二可变分束器131b经由发射和接收光学单元51将光束36引导到反射器61上。返回的光在adm13中经由第二可变分束器131b和偏振分束器133被引导到adm检测器122上。从adm检测器132的测量信号确定到目标61的距离。在这种情况下，还可以使用其它adm布置和方法(诸如基于相位的检测单元或根据菲佐原理操作的检测单元)。

在图5b中，距离测量单元2在第二测量功能中。第一可变分束器131a处于传输状态下，由于这个原因，束源30的经脉冲的第一测量辐射36没有“向下”偏转，而是经由第一可变分束器131a撞击在部分传输分束器74上。通过部分传输分束器74，具有与wfd光束36相同测量脉冲的基准光束77被分离并且被引导到基准光束耦合元件78上，基准光束耦合元件78将基准光束77耦合到第一光波导件79中，引导到wfd单元13。

wfd光束的其它部分被引导穿过第二可变分束器131b(这与在传输状态下一样)、激光发射和接收光学单元51到达要测量目标64(漫散射测量对象的表面)上。第一测量辐射36的从测量对象的漫散射表面或从目标64反射的那部分再次穿过激光发射和接收光学单元51进入到光束引导单元10中。反射的辐射包括与测量脉冲对应但是根据到目标64的距离临时偏移的目标脉冲。在光束引导单元10中，反射的辐射经由光束接收单元(未示出)被集中并且被引导穿过传输的第二可变分束器131b，且如果适当，进一步穿过光学装置(这里未示出)到达耦合单元88上，耦合单元88将反射的辐射耦合到第二光波导件89中，第二光波导件89将其通向wfd单元13或其检测器。检测器检测wfd光束76的反射部分81和基准光束77二者。反射辐射的脉冲和基准光束77的脉冲以被称为波形数字化的已知方式被数字化。将以这种方式数字化的测量脉冲和目标脉冲(特别是它们之间的临时分离)彼此相比较，并因此通过控制和评估单元确定到目标点64的距离。

波形数字化(wfd)是基于在距离测量中常见的用于信号检测的两个基本原理的组合。第一基本原理是基于根据阈值方法的测量信号，第二基本原理是基于利用用于识别和确定信号的临时位置的下游信号处理的信号采集。两种方法与信号检测同时应用，也就是说，通过两种方法检测接收的测量脉冲或测量辐射的信号结构，这通常意味着所述方法的同时性或至少临时交叠。传播时间和由束源30发出的测量脉冲与目标脉冲(从目标点64反射并且被第二检测单元13检测的测量脉冲)之间的距离例如在两个脉冲的峰值点的临时分离之后，以类似于在相位测量设备的情况下的脉冲取样的方式对脉冲进行取样。有益地，还可以确定到比adm12更远的目标的距离。两种原理的组合允许在检测信号和获得距离信息时扩展动态范围并且使用诸如脉冲能量的附加信息。由于对于电光距离测量设备，应该将接收电路的动态范围最大化以便能够覆盖尽可能多类型的测量，因此方法的该组合提供了明显的优势。可选地，可以同时利用wfd13和adm12执行距离测量，并且由此可以用于wfd的校准。

因此，在根据图5a和图5b的示例中，距离测量单元2中集成的元件中的至少一个用于第一测量功能中和第二测量功能中的双用途，而其它元件用于第一测量功能中或第二测量功能中的单用途。具体地，第一检测单元12(adm)用于第一测量功能中的单用途，并且第二检测单元13(wfd)用于第二测量功能中的单用途，并且根据本发明，第一束源30用于两个测量功能中的双用途。为此目的，第一束源30根据测量功能可选地生成不同的第一测量辐射36，也就是说，例如，针对第二测量功能利用wfd脉冲辐射(如上所述)，针对第一测量功能利用具有连续波操作的adm，或例如通过对应装置(例如，根据测量功能，宽频激光源和波长滤波器)根据测量功能的不同波长的第一测量辐射36，其中，分束器131a、131b可以被设计为根据波长的分束器。

如图5a和图5b所示，光束引导单元10作为进一步选择包括将入射光划分并且将所述光的第一部分耦合至定位相机(未示出)并且将第二部分耦合至作为精确瞄准传感器的表面传感器(未示出)的部件160。定位相机可以包括专用光学单元，附加地可以包括图像转换器。在这种情况下，定位相机典型地例如具有大约10°的孔径角和30至50mm的焦距，并且用于测量目标的粗定位。为了检测反射目标，光束引导单元10可以具有反射器照明(未示出)，其具有照亮优选至少与概观相机的孔径角相同大小的角度范围的特定照明波长。控制和评估单元被设计为使得在定位相机的视野中检测一个或多个亮光点，这在各种情况下与反射目标对应。可以由此确定它们在定位相机的图像中的位置并由此进而确定目标的方向，因而激光跟踪器或光束引导单元10和测量辐射可与目标对准。因此可以实现自动目标获取和“锁定”(即，连续跟踪目标)。

精确瞄准传感器的光部分优选地是返回测量辐射的光束。精确瞄准单元还可以包括专用光学单元。在这种情况下，通过一个或更多个光敏表面并且根据光形心的各位置生成表面传感器的输出信号。在这种情况下，可以非常快地(纳秒范围)且以纳米分辨率确定撞击光点的形心的位置。通过精确瞄准传感器，确定检测到的光束的撞击点与伺服控制零点的偏移，并且激光束基于该偏移追踪到目标。为此目的并且为了实现高精度，表面传感器的视野被选择为相对小(即，与测量光束的光束直径对应)。与测量轴线同轴地执行通过精确瞄准传感器进行的检测，使得精确瞄准的检测方向与测量方向对应。如上所述，在测量光束已经至少与回射目标粗对准(即，以目标位于光束锥内的方式)之后执行跟踪和精确瞄准。

图6示出了根据本发明的激光跟踪器的又一示例性光学构造。集成到光束引导单元10中的距离测量单元2如在根据图5a和图5b的示例中那样再一次包括第一检测单元12和第二检测单元13，其中，第二检测单元13同样地仅用于两个测量功能中的一个测量功能的单用途。然而，与之前的附图相比，第一检测单元12没有被设计为用于两个测量功能中的一个测量功能的单用途，而是第一检测单元用于两个测量功能的双用途。因此，在一个测量功能中，仅通过第一检测单元12执行位置确定，并且在其它测量功能中，通过第一检测单元12和第二检测单元13的组合执行位置确定。因此，第二检测单元13关于两个测量功能中的一个测量功能切换。具体地，第一检测单元12被设计为确定绝对距离，并且第二检测单元13被设计为以比第一检测单元12更精细的分辨率或更高的精度确定相对位置。

第一检测单元12由第一束源30馈给，因此第一束源30同样用于两个测量功能的双用途并且第一束源30在该示例中被设计为激光二极管或超发光led(sled)。第一束源30的双用途是根据图5a、图5b和图6的实施方式的共性。然而，第二检测单元13不是由第一束源30馈给，而是第二检测单元13通过第二束源32被提供有第二测量辐射37。因此，在两个测量功能的一个测量功能中，除了基于第一测量辐射36以外，还基于第二测量辐射37确定到目标61、64的距离。

在根据图6的示例中，第一检测单元12被设计为wfd单元。后者用来在第二测量功能中测量漫散射目标64。第一测量辐射36的光束路径或第一测量辐射36的从目标64反射的部分与根据图5b的示例类似，其中，从目标64返回的辐射36通过分束器150和(如果适当)其它光学装置(这里未示出)被引导到耦合元件88上。在这种情况下，分束器150例如可以取决于波长，并且第一测量辐射36的波长可以与第二测量辐射37的波长不同。

第二检测单元13在该示例中被设计为在第一测量功能(关于回射器61的测量)中使用的除了wfd单元以外的干涉仪单元，其中，如图6所示，除了通过第一测量辐射36以外，还通过第二测量辐射37来测量目标61。从目标61反射的第一测量辐射36由wfd单元12评估，反射的第二测量辐射37由干涉仪单元13评估，使得整体上距离确定通过第一测量辐射36和第二测量辐射37执行。因此，在第一测量功能中，通过检测单元12和13并且通过两个测量辐射36和37确定到目标的距离，其中通过干涉仪单元13提供增加的精度或使增加的精度成为可能，这例如在回射目标61的目标跟踪测量中是有益的。使用干涉仪能够进行移动目标的aifm测量(＝利用adm和ifm的组合测量)。aifm(＝adm+ifm)能通过知识以及考虑在adm测量期间已经通过干涉仪测量的相对距离变化而不必知晓绝对距离来测量移动对象(“锁定飞行”)。

干涉仪单元13使用由束源30生成的光，例如具有长的相干长度(单频)的纵向单模激光辐射。生成的光辐射通过分束器121被划分成基准光路径上的基准辐射122和测量光路径上的测量辐射37。测量光路径穿过声光调制器125并且与基准光路径一起碰撞在偏振分束器126上。偏振分束器126将测量辐射37进一步引导到例如取决于波长的分束器150，并且将返回的测量光与基准光一起经由偏振滤波器123引导到干涉仪检测器124。这种干涉仪布置13的操作方法基本是已知的，并且基于波干涉原理。具体地，还可以使用测量辐射例如能够经由分束器150耦合和分开的其它干涉仪布置和方法。在wo03/062744a1中描述了这种干涉仪的一个示例。原则上，也可以使用其它类型的干涉仪(例如，利用正交检测的迈克尔逊干涉仪)。

在干涉仪检测器124处检测到具有在可移动目标61处回射且被引导到干涉仪检测器124上的基准辐射122与测量辐射37的叠加。在这种情况下，可以连续地检测当两个辐射37、122叠加时产生的干涉的强度(作为干涉仪输出变量)。干涉仪输出变量的获得这里至少基于检测到的叠加，其中，干涉仪输出变量取决于到目标的距离。

如果目标61位于距干涉仪检测器124固定距离处，则在到目标61保持固定距离期间测量的强度值是常数。随着目标61的与由测量辐射37限定的光轴相关的相对于测量设备的相对移动(或随着结构的移动)，存在两部件之间距离的变化，并且因此存在基准辐射122和测量辐射37之间的路径差，结果根据距离改变在干涉仪检测器124处可测量强度。通过干涉仪检测器124，这些强度变量可以(作为输出变量轮廓)(具体地以临时求解方式)被测量和检测，并且能够被进一步读取和处理以检查这种距离变化测量的正确性。从获得的干涉仪输出变量生成临时求解的输出变量轮廓，基于输出变量轮廓确定距离改变。

为了检查这种测量的正确性，可选地从由干涉仪检测器124检测的强度连续地获得移动参数，并且将该参数与移动规则进行连续地比较。根据比较，然后输出关于执行的测量的可靠性的信息。

图7示出了根据本发明的激光跟踪器的光学构造的又一实施方式。作为根据图5a、图5b和图6的实施方式的替代，这里除了第一检测器单元12以外，测量设备或光束引导单元10不包括用于距离测量的第二检测单元。相反，第一检测器单元12和向第一检测器单元12馈给的第一束源30用于第一测量功能和第二测量功能的双用途；这在特别是具有针对回射目标的测量或漫散射目标的测量和/或跟踪或扫描的要求的各情况下以各不同方式调整。为此目的，举例来说，束源30在至少两个不同的操作状态下可操作或具有不同的测量参数，也就是说，例如，分别具有不同的功率、脉冲频率(或cw针对脉冲操作)和/或生成的第一测量辐射36的波长。另选地或另外地，例如，第一检测单元12在至少两个不同的操作状态下可操作或具有不同的测量参数，例如，各自不同的测量速率和/或灵敏度。换句话说，因此，相同的距离测量单元2以其整体被用于协作目标61和自然目标64二者，测量的类型适应于各目标61或64。因此，在有必要对测量参数进行一般妥协的情况下，可获得最佳测量结果或与距离测量单元2的另选不适应使用相比更好的测量结果，但是这对于一些工业测量任务来说已经足够了。可选地，这里例如通过接收的反射测量辐射36产生涉及哪种类型的目标61或64的自动识别。这里，这种选择不限于本实施方式，而是可以同样地在所有其它实施方式中实现。

在根据图7的本示例中，第一检测单元12被设计为fmcw单元(调频连续波雷达)，因此能通过fmcw方法进行距离测量。具体地，为此目的的距离测量单元2可以包括相干激光雷达，如例如在ep1869397b1中所述。

如在本实施方式中使用的距离测量的方法在于将诸如光的调频电磁辐射发射到要测量的目标上，并且然后从后向散射对象(理想地仅从要测量的对象)接收一个或更多个回声。在接收之后，可能叠加的回声信号与混合信号叠加，并且由此减小要分析的信号频率，结果在装置方面仅更低的花费是必要的。在这种情况下，可以作为具有传输的信号的零差方法或作为具有已知周期的周期信号(特别是谐波信号)的外差方法来执行混合。混合用于将接收的信号转变成低频。然后，从结果信号确定传播时间-假定使用的辐射的传播速度是已知的-到要测量的目标的距离。

用于实现这些方法的装置通常使用信号发生器作为对可调制辐射源外加信号的线性调频发生器。还使用具有后续混合器、a/d转换器和数字信号处理器的检测器或接收器。线性调频通常被信号发生器生成为测量信号。反射的测量辐射的检测到的回声信号利用混合信号被检测到。混合的信号在有限测量间隔上被数字化并且被存储。从频率信息(如果合适，该信号的相位信息)确定传播时间。通过考虑相位信息可以获得更精确的结果。从de19610970a1知晓利用雷达探测距离内的电磁辐射进行距离测量的利用连续发射的调频方法(fmcw方法)。

在本示例中，距离测量单元2包括第一束源30，该第一束源30具有用于生成具有连续地可变频率的调频的第一测量辐射36的驱动装置。调频的激光束36首先被引导到第一分束器36上，经由第一分束器36基准光束77被划分并且通过偏转元件135被引导到混合器元件178上。

调频的激光束36的其它部分被引导穿过第二分束器150、激光发射光学单元51到达目标64或61上。调频的激光束36的从目标61、64反射的部分再次部分地穿过激光接收光学单元51到光束引导单元10中。在后者中，反射的辐射通过第二分束器150被引导到混合器元件178上，在混合器元件178中反射的辐射经受与基准光束177的零差混合或外差混合。可选地，反射的辐射可以事先通过rf前置放大器已经被放大。

在本示例中生成的混合信号182通过光纤79被传送到第一检测单元；具体地，在这种情况下混合信号还可以经由低通滤波器187和基带放大器被传送。然后，控制和评估单元能够以已知方式确定频率差(即，具体地，基准光束177和反射的辐射的频率之间的间隔)，并由此计算到目标61或64的距离。

替代混合器元件187，针对基准光束177可以使用光学基准系统。例如在ep1869397b1中描述了这种光学基准系统。作为fmcw单元或基于fmcw的测量方法的替代，例如，可以使用wfd方法或基于频率梳或频率梳支持的距离测量。在后面的替代中，距离测量单元包括被配置为发送脉冲的、具有载波信号的高精度时间飞秒激光的第一束源30。因此，可以在频率范围内生成薄锐谱线的所谓的频率梳，该频率梳可以用于精确的光频测量。例如在论文“frequency-combbasedapproachestoprecisionranginglaserradar”(n.r.newbury，t.-a.liu,i.coddington,f.giorgetta,e.baumann,w.c.swann；国家标准技术局)中描述了针对基于频率梳或频率梳支持测量的各种方法。

不用说这些例示的附图仅示意性地例示了可能的示例性实施方式。根据本发明，各种方法可以同样彼此组合并且与用于测量表面或对象的系统和方法组合以及与现有技术的测量设备组合。