专利名称：用于检测激光束的定位装置和方法
技术领域：
本发明涉及检测扇形激光束的光的定位装置和定位方法，以及包括定位装置的定 位系统和发射扇形激光束的发光装置。
背景技术：
使用各种勘测仪器来测量物体之间的距离和夹角。以此，几种传统的勘测仪器通 过执行光电测量使用激光源来测量到物体的距离或物体的位置。在测量距离或位置时，操作者必须检查激光源的激光束以期望的位置实际入射到 物体物体上。然而，例如入射到墙上的激光光点通常很小，并且在Z模式下，远处的用户可 能很难用肉眼或传统光电检测器发现激光光点。另外，激光束的强度随着距离增大而减小， 使得来自墙壁的背向散射光的强度进一步减小。因此，由于激光光点的小尺寸以及距激光源的距离的原因，可能很难并且有时甚 至不可能用肉眼或者通过围绕光电检测器在目标区域内移动来发现激光光束。而且，在诸如雪、雨和风之类的野外条件下发现小激光光点甚至更复杂，期望快速 而可靠的检测。因此，需要一种定位装置和定位方法，用于容易而快速地发现激光束的光点。
发明内容
根据一个实施例，一种定位装置包括检测器，其用于检测绕传播轴以旋转方向旋 转的扇形激光束的光并且具有按彼此已知的空间关系布置的至少两个检测器组件，用于在 由扇形激光束照射时输出检测信号；以及位置确定单元，用于从检测器组件获得第一组检 测信号，确定第一组检测信号之间的至少一个第一时间关系，以及基于第一时间关系确定 检测器与传播轴之间的位置关系。因此，可以获得检测器与传播轴之间的位置关系，使得可 以向传播轴，即向通过旋转的扇形激光束产生的光锥的旋转的中心轴移动检测器。或者，如 果想要得到检测器的位置，可以把传播轴或激光发射的方向移向检测器。使用这种检测器 允许可以通过检测器输出自动引导激光束，即在扇形激光束的情况下的激光束中心。而且， 除了可见激光之外，还可以使用红外或近红外激光，因为存在若干小型而且低成本的激光 源。例如，根据位置关系，可以确定检测器定位到扇形激光束中心，即传播轴的左侧或右侧， 或者扇形激光束中心的上方或下方。根据一个有利示例，从沿着第一直线布置的检测器组件获得第一组检测信号，并 且位置确定单元适于从沿着第二直线布置的检测器组件获得第二组检测信号。而且，第一 直线与第二直线彼此不平行并且位置确定单元确定第二组检测信号之间的至少一个第二 时间关系。因此，除了基于沿着第一直线布置的检测器组件获得第一时间关系之外，还可以 基于沿着第二直线布置的检测器组件获得第二时间关系，从而可以利用每一组来定义一个 区域，其中相对于传播轴来定位检测器，从而由两个区域更具体地规定检测器与传播轴之 间的位置关系。优选地，第一直线与第二直线相互垂直从而在设置有检测器的平面内定义象限。根据另一有利示例，第一时间关系为第一组检测信号的第一时间序列并且位置确 定单元适于确定与其上设置有检测器的传播轴相交的平面的至少两个线段中的一个。因 此，可以定义与传播轴相交的平面的线段。例如，可以利用已知旋转方向和检测器组件第一 次检测光的知识来确定检测器定位在由旋转扇形激光束产生的光锥的基部的右或左半圆 段。根据另一有利示例，第二时间关系为第二组检测信号的第二时间序列并且位置确 定单元适于基于第一时间序列和第二时间序列确定与其上设置有检测器的传播轴相交的 平面的至少四个线段中的一个。因此，除了第一时间序列之外，确定例如左或右半圆段，第 二时间序列可以确定平面的上或下半圆段。因此，通过确定从第一时间序列和第二时间序 列获得的两个半圆段的重叠部分，可以确定旋转扇形激光束所产生的光锥的基部的四个段 中的一个，例如四分之一圆段。根据另一有利示例，检测器包括至少三个检测器组件，在第一检测器组件与第二 检测器组件之间的、具有第一预定长度的第一连接线与在第三检测器组件与第二检测器组 件之间的、具有第二预定长度的第二连接线不平行；并且从第一和第二检测器组件获得第 一组检测信号并且从第二和第三检测器组件获得第二组检测信号。因此，通过使用三个检 测器组件，可以实现上述益处，即借助一次测量可以确定与设置有检测器的传播轴相交的 平面的四个线段。根据另一有利示例，位置确定单元适于利用具有第一方位的检测器获得第一组检 测信号并且利用具有相对于第一方位旋转的第二方位的检测器获得第二组检测信号。因 此，可以只使用两个检测器组件借助不同方位的两次测量对来自旋转的扇形激光束的光进 行两次测量来实现与上述相同的优势。与以上类似地，两个方位优选地相互垂直。根据另一有利示例，位置确定单元适于从同一检测器组件确定两个检测信号之间 的重复时间间隔并且基于此确定扇形激光束的角频率。因此，通过例如在扇形激光束的180 度旋转之后仅测量来自同一检测器组件的两个检测信号之间的时间，可以得到角速度。根据另一有利示例，位置确定单元适于确定第一组检测信号之间的第一时间间隔 以及第二组检测信号之间的第二时间间隔；基于扇形激光束的角速度和多个检测器组件的 第一和第二时间间隔确定检测器组件之间的至少两个夹角；以及基于两个检测器组件夹角 和检测器组件的空间关系确定检测器到传播轴的距离。因此，通过确定第一组检测器与第 二组检测器之间的两个夹角，可以利用检测器组件之间的空间关系的知识确定检测器到传 播轴的距离。从而，可以沿传播轴的方向将检测器移动这一距离或者期望的话可以将传播 轴导向到检测器上，从而实现旋转激光束所产生的光锥的中心与检测器重叠。因此，由于到 检测器的距离以及检测器与传播轴，即定位有检测器的线段之间的位置关系是已知的并且 可以从定位装置传送到发出扇形激光束的激光发射器，所以也可以自动调整传播轴到检测 器的方向。根据另一有利示例，位置确定单元适于获得第三和第四组检测信号，激光发射器 的扇形激光束的传播轴相对于用于获得第一组和第二组检测信号的传播轴的方位倾斜一 定角度；确定第三组检测信号之间的第三时间间隔以及第四组检测信号之间的第四时间间 隔；基于扇形激光束的角速度和多个检测器组件的第三和第四时间间隔确定检测器组件之间的另外两个夹角；基于另外两个检测器组件夹角和检测器组件的空间关系确定检测器到 倾斜的传播轴的第二距离；以及基于所述距离和所述第二距离确定检测器相对于激光发射 器的位置。因此，通过使用两个不同的传播轴方位执行两次测量，可以在无需激光发射器与 检测器之间的大致距离的先前知识的情况下，借助简单方式获得检测器到激光发射器的距 离以及激光发射器到传播轴与设置有检测器的平面的交点的距离。根据另一有利示例，位置确定单元适于确定一个检测器组件相对于基准方位的基 准夹角，以及基于所述基准夹角和检测器到传播轴的距离确定检测器相对于传播轴和基准 方位的位置。因此，可以定义基准坐标系，例如与重力方向对齐的坐标系，从而得到检测器 的绝对位置。根据另一有利示例，检测器包括至少一个物位传感器，用于指示检测器在空间的 至少一个基准方位。因此，物位传感器可以指示重力方向，从而可以定义可以与例如通过 GPS得到的其他位置相比拟的在空间的绝对基准方位。根据另一有利示例，定位装置还包括激光发射器，其用于发射绕传播轴，即激光发 射轴以旋转方向旋转的扇形激光束。因此，可以定义确定在其检测器与激光发射器所发射 的激光的传播轴之间的位置关系的定位装置与激光发射器自身之间的相互作用。例如，定 位装置可以与激光发射器无线通信从而改变其传播轴或者增大或减小旋转的扇形激光束 所产生的光锥的开度角。根据另一实施例，一种方法包括用检测器检测绕传播轴以旋转方向旋转的扇形 激光束的光，所述检测器具有按彼此已知的空间关系布置的至少两个检测器组件，并且在 由扇形激光束照射时输出检测信号；从检测器组件获得第一组检测信号；确定第一组检测 信号之间的至少一个第一时间关系；以及基于第一时间关系确定检测器与传播轴之间的位 置关系。因此，可以得到检测器与传播轴之间的位置关系，从而可以向传播轴，即如上所述 的光锥的旋转轴上的旋转中心移动检测器。使用该方法允许可以通过检测器输出自动引导 激光束。根据另一实施例，一种定位系统包括激光发射器，其用于发射绕传播轴以旋转方 向旋转的扇形激光束；检测器，其具有按彼此已知的空间关系布置的至少两个检测器组件， 用于在由扇形激光束照射时输出检测信号；以及位置确定单元，用于从检测器组件获得第 一组检测信号，确定第一组检测信号之间的至少一个第一时间关系，以及基于第一时间关 系确定检测器与传播轴之间的位置关系。因此，可以实现包括激光发射器与位置确定单元 之间的协作的如上所述的相同优势。根据另一实施例，一种发光装置包括激光发射器，其用于发射绕传播轴以预定旋 转方向旋转的扇形激光束。因此，由于激光光点的尺寸显著增大，尤其是在激光发射器与将 在其上检测激光光点的物体之间的距离大时激光光点的尺寸显著增大，所以可以提供能由 检测器更容易检测的激光束。根据另一实施例，可以提供一种包括指令的程序，该指令适于使得数据处理装置 执行具有上述特征的方法。根据另一实施例，可以提供一种赋予程序的计算机可读介质，该程序使得计算机 运行具有上述特征的方法。根据另一实施例，可以提供一种包括计算机可读介质的计算机程序产品。
在权利要求中公开了本发明的另外的有利特征。
图1示出了根据本发明的实施例的定位装置和激光发射器；图2A和图2B更具体地示出了定位装置的检测器及其操作；图3示出了根据本发明的实施例的用于确定位置关系的方法的操作；图4示出了根据本发明的特定实施例的用于确定检测器位置的方法的操作；图5示出了根据本发明的另一实施例的定位装置的另一检测器；图6示出了用于说明如何可以确定检测器与传播轴之间的位置关系的示图；图7示出了根据本发明的另一实施例的用于获得检测器与激光束的传播轴之间 距离的方法的操作；图8示出了根据本发明的特定实施例的检测器相对于扇形激光束的位置；图9示出了更具体地说明图8所示的实施例的示图；图IOA和图IOB示出了根据本发明的另一实施例的用于获得检测器相对于激光发 射器的位置的传播轴的布置变化；以及图11示出了根据本发明的实施例的位置确定单元和检测器的构成。
具体实施例方式参考附图描述本发明的优选实施例。注意，以下说明仅对示例进行约束而不应当 认为对本发明的限制。本发明的实施例总体上涉及获得定位装置的检测器与传播轴或激光束源，尤其是 激光发射器所发射的扇形激光束的传播轴或激光束源之间的位置关系，该扇形激光束绕传 播轴旋转。简言之，在该处理中，使用具有包括若干检测器组件的检测器的定位装置来定位 旋转的扇形激光束。通常，激光束会在其旋转期间入射到检测器组件上以产生检测器信号， 并且可以利用检测器信号的特性，例如，时间序列、时间关系等。例如，基于已知的旋转方向 并且在从检测器组件获得由入射到其上的扇形激光束所生成的检测信号之间的时间关系 之后，相对于扇形激光束的传播轴定位检测器。这种检测例如可以用于向激光束的旋转中心移动检测器，从而确定检测器相对于 激光束的旋转中心的位置。图1示出了根据本发明的实施例的定位装置100的构成，包括检测器120和位置 确定单元130。检测器120检测激光发射器140的光。特别地，根据该实施例，检测器120检测绕 传播轴以旋转方向旋转的扇形激光束的光。例如，激光发射器140发射扇形激光束并且提供用于绕传播轴使得光束旋转的装 置。具体地，激光发射器140可以是发光装置的一部分，可以在激光束中提供可旋转柱面透 镜或其他可旋转衍射结构，诸如光栅或孔径，用于把激光束展成扇形。适当地布置柱面透镜 以绕传播方向，即绕激光器的传播轴旋转。在旋转时，扇形激光束产生光锥，传播轴为旋转 的中心轴。随后可由定位装置100的检测器120检测扇形激光束的射出光，定位装置100的检测器120可以布置在远离激光发射器140的位置。检测器120包括至少两个检测器组件， 例如图1所示的检测器组件A和检测器组件B。检测器组件A和B被布置成彼此已知的空 间关系并且在扇形激光束照射时均可输出检测信号。可以通过任何已知的光电检测器，诸如光电二极管、雪崩光电二极管或电荷耦合 器件(CCD)(多个)组件来实现检测器组件。一旦在一个或多个检测器组件处检测到扇形激光束的光，检测器120就可以把一 个或多个检测信号输出到位置确定单元(PDU) 130，例如可以在图1看出的那样。位置确定单元130起到控制器和处理器的作用并且可以通过硬件装置，诸如硬线 电路或ASIC(专用集成电路)，或者软件或上面的任意适当组合来实现。稍后参考图11给 出一种实现示例。下面将描述由位置确定单元130执行的功能。如在图1中可以看出的那样，位置确定单元130可以例如通过I/O接口从检测器 120获得由检测器组件检测的第一组检测信号。位置确定单元130确定来自检测器组件的第一组检测信号的检测信号之间的至 少一个第一时间关系并且随后基于第一时间关系和旋转方向确定检测器与传播轴之间的 位置关系。由于时间关系可以指示时间差以及时间序列，所以第一时间关系已经可以暗含 地包括旋转方向，如下文所述。例如，如可以在图1中看出的那样，在扇形激光束如图1所示沿顺时针方向旋转 时，光首先会照射检测器组件A并且随后照射检测器组件B。基于这种信息，位置确定单元 可以确定检测器120被置于传播轴，即图1中的圆心的右侧。因此，获得检测器与传播轴之间的位置关系，从而，如果检测器置于待测物体上， 则可以沿检测器方向移动传播轴。或者反之亦然，如果不移动激光束，则可以沿扇形激光束 所产生的光锥中心的方向移动检测器。为了解释图1所示的透视图，注意，图1所示的圆是 旋转的扇形激光束所产生的光锥的基部。在图1中，定位装置100被示为两个单独组件，即检测器120和位置确定单元130。 然而，本领域技术人员将会理解，检测器120和位置确定单元130也可以集成在一个组件中 来形成定位装置100。而且，注意，定位装置100也可以包括激光发射器140，该激光发射器140随后可以 被看作是具有图ι所示和上文详述的组件120、130和140的定位系统。此外，激光发射器140可以是勘测仪器的一部分，诸如经纬仪、视频准距仪或全站 仪或者用于确定物体位置的任何其他类型的光学仪器。在另一实施例中，检测器可以用作2D布局装置。例如，检测器检测某些位置，诸如 可用来定义待构建结构的边沿点或其他典型部件。更具体来说，可以由检测器所测量的位 置来定义建筑物在现场中的轮廓。因此，可以在构造实际建筑物之前在现场定义或规划建 筑物的轮廓。下面将参考图2A和图2B描述由包括检测器120和位置确定单元130的定位装置 100执行的功能的更具体说明。图2A和图2B示出了在设置有检测器的平面上的旋转的扇形激光束的光锥。具体地，图2A和图2B中的扇形激光束210被示为在坐标系中旋转的灰色条，在坐 标系中设置有具有检测器组件A和B的检测器220。在旋转时，其传播轴垂直于平面并且与坐标系的原点相交的扇形激光束覆盖由标号230指示的圆，该圆表示扇形激光束210所产 生的光锥的基部，旋转中心轴为传播轴。如上面所指出的那样，从图2A可以看出，在扇形激光束210沿箭头250所指示的 顺时针方向旋转时，可以首先从检测器组件A获得检测信号并且随后在进一步的旋转角度 之后，可以从检测器组件B输出另一检测信号。因此，可以从沿第一直线布置的检测器组件 A和B获得第一组检测信号。从而，可以从所获得的检测信号的序列，即从检测器组件A首 次接收的检测信号和从检测器组件B第二次接收的检测信号来确定检测器被置于传播轴 右侧的、由图2A中的阴影所指示的半圆中。除了第一组检测信号之外，位置确定单元130可以从沿第二直线布置的检测器组 件获得第二组检测信号，其中第一和第二直线彼此不平行。将参考图2B描述第二组检测信 号的示例。在图2B中，具有相同旋转方向的同一扇形激光束210被示为在旋转时覆盖圆230。 然而，与图2A形成对照，检测器220旋转90度，从而沿直线，而现在沿水平方向并且不再如 之前那样的垂直方向的第二直线再次布置检测器组件A’和B’。如可以从图2B看出的那样，在扇形激光束沿顺时针方向旋转时，检测器组件B’首 先被激光照射并且输出检测信号，随后检测器组件A’被照射。把这些信号接收作为第二组 检测信号，位置确定单元130可以确定第二组检测信号之间的第二时间关系，在该示例中 指示检测器120被置于相对于传播轴，即坐标系原点的上半圆。再次，带阴影的半圆指示被 确定为该区域的半圆，其中检测器相对于传播轴被定位。因此，通过结合图2A和图2B中的两次测量，可以定义其中设置有检测器220的四 分之一圆，即坐标系的右上象限中的四分之一圆。因此，如果激光束不会被展成扇形，则可 以在激光束与平面相交的坐标系中心的方向移动检测器。而且，如上所述，也可以在检测器 方向移动激光束或扇形激光束，从而通过测量检测器的位置，沿检测器方向移动激光束并 且以递归方式再次测量检测器的位置，可以实现检测器的自动跟踪。换言之，如参考图2A所述，第一时间关系为第一组检测信号的第一时间序列检测 信号并且位置确定单元130确定与设置有检测器的传播轴相交的平面(例如图2A中的带 阴影的半圆)的至少两个线段中的一个。而且，如果另外获得第二组检测信号，如参考图2B所述，则第二时间关系为第二 组检测信号的第二时间序列并且位置确定单元基于第一时间序列和第二时间序列确定与 设置有检测器的传播轴相交的平面的至少四个线段中的一个。在图2A和图2B的示例中的 四个线段中的一个为位于坐标系的右上象限中的两个图中带阴影的四分之一圆。注意，检测器120并非必要地必须旋转90度，也可以使用检测器组件的其他旋转 角度来得到满意的结果。在下文中，将参考图3描述定位装置的操作。图3示出了用于获得例如在图1中的 定位装置100的操作期间检测器与激光束的传播轴之间的位置关系的方法操作的流程图。在第一操作310，在开始操作时，检测器，例如图1的检测器120或稍后参考图5描 述的检测器检测绕传播轴以旋转方向旋转的扇形激光束的光。如上所述，检测器具有按彼 此已知的空间关系布置的至少两个检测器并且在由可以从激光发射器，例如图1所示的激 光发射器140发射的扇形激光束照射时输出检测信号。优选地，已知扇形激光束的旋转方向。例如，定位系统可以一直使用顺时针旋转或者可替代地，旋转方向可以借助固定线或无 线连接从激光发射器传送到定位装置，稍后将参考图11加以更具体描述。在随后的操作320，从检测器组件获得第一组检测信号。在简单情况下，该组包括 两个检测信号，例如来自图1的检测器120的检测器组件A的一个检测信号以及来自检测 器组件B的另一检测信号。随后，可以把检测信号发送到位置确定单元130用于进一步处 理。在操作330，处理可以包括确定第一组检测信号之间的至少一个第一时间关系。例 如，时间关系可以是指示首先接收到哪个信号以及信号之间的时间差的时间序列。在操作340，基于第一时间关系和旋转方向确定检测器与传播轴之间的位置关系。 例如，如上所述，已知旋转方向和来自检测器组件的检测信号序列，可以确定检测器在平面 上相对于传播轴定位的位置。例如，如图2A所示，位置确定单元130可以确定检测器被定 位在置于扇形激光束的传播轴右侧的半圆内。可选地，为了进一步缩减设置有检测器的区域，可以执行第二测量来获得已经参 考图2B具体描述的第二组检测信号，其中在第一方位获得第一组检测信号并且在相对于 第一方位旋转的第二方位获得第二组检测信号。图4示出了概况参考图2A和图2B描述的示例的流程图。在图4的流程图中，t表示检测到扇形激光束的光的时间。更具体地说，tA表示检 测器组件A接收到光的时间，^表示检测器组件B接收到光的时间。类似地，tA，和tB，为检 测器组件A’和B’检测到光的时间，检测器组件A’和B’可以与A和B相同、但是在检测器 被旋转之后第二次测量的检测器组件，或者可以是其他类型的检测器组件。注意，绝对时间 测量不是必须的并且检测器组件之间的相对时间将足以获得本发明的优势。在操作410，确定检测器组件A是否首次接收到光，表示tA<、。如果判断为真，则流程进行到操作415，确定检测器被定位在相对于传播轴的右半 圆内，如在图2A中可以看出的那样。随后，流程进行到操作420，如图2B所示，检测器被旋 转例如90度，使得第一直线和第二直线垂直。在接下来的操作425，确定tA,是否比时间tB,长。如果该判断为真，则流程进行到 操作435或者如果该判断为假则进行到操作430。在操作430，随后确定检测器被定位在相对于传播轴的下半圆内。另一方面，在操 作435，确定检测器被定位在如参考图2B先前讨论的上半圆内。借助检测器被定位在右半圆以及被定位在相对于传播轴的上半圆内的认知，认识 到检测器位于四分之一圆内，即图2A和图2B所示的坐标系的右上象限内。考虑时间、比时间tA短的情况，在操作410中的判断为假并且流程进行到操作 440。在操作440，确定检测器位于相对于传播轴的左半圆内，即图2A中的不带阴影的半圆 内。这意味着，在图2A和图2B中没有示出在图4的右分支所述的情况。在以下操作445中，检测器优选地被旋转90度。在操作450，确定时间tA,是否比 时间V长。如果结果为真，则流程进行到操作460，确定检测器处于上半圆。如果结果为 假，则流程进行到操作455，确定检测器位于下半圆内。因此，使用图4所示的简单流程，可以确定检测器相对于传播轴的大致位置，从 而，如果期望的话，检测器或者激光束可以彼此相对移动。
在下文中，图5示出了本发明的另一实施例，其中检测器包括三个检测器组件。在图5中，用标号510表示扇形激光束，而用标号520表示检测器。检测器520包 括三个检测器组件，即检测器组件A、检测器组件B和检测器组件C。与上面相类似地，检测 器组件可以是任何已知的光电检测器，诸如光电二极管、雪崩光电二极管或电荷耦合器件 (CCD)(多个)组件。在这里描述的示例中，检测器520包括三个检测器组件、第一检测器组件A与第二 检测器组件C之间的具有第一预定长度a的第一连接线以及第三检测器组件B与第二检测 器组件C之间的具有第二预定长度b的第二连接线，其中第一和第二连接线不平行。这里， 从第一和第二检测器组件A和C获得第一组检测信号，而从第二和第三检测器组件C和B 获得第二组检测信号。注意，三个检测器组件优选地如图5所示那样定位，即，沿第一垂线的检测器组件 A和C，沿与垂线垂直的第二水平线的检测器组件C和B。因此，位置确定单元可以在无需旋转必要的情况下借助具有第一方位的检测器获 得第一组检测信号并且借助具有第二方位的检测器获得第二组检测信号。然而，注意，这种 情况得到与仅使用两个检测器组件经过两次测量所得到的相同的信息，其中两个检测器组 件从第一方位旋转到第二方位。而且，本领域技术人员将会理解，存在各种方位来获得本发 明的优势，并且检测器不限于两个或三个检测器组件。与上面相类似地，从图5还可以看出，在检测器组件A首先检测检测信号时，随后 检测器组件C检测检测信号并且最后检测器组件B检测检测信号，可以确定检测器被定位 在图5所示的坐标系的右上象限中的四分之一圆内。到现在为止，描述了确定检测器在坐标系中的大致位置的示例。然而，这里描述的 定位装置和定位方法还可以适于确定检测器的精确位置，将参考图6在下文加以描述。为了得出精确位置，可以使用旋转的扇形激光束的角速度ω。可以直接从激光发 射器获得角速度，或者更具体地说从如上所述置于激光发射器前端的柱面透镜的旋转速度 获得角速度。另外，位置确定单元自身也可以通过确定来自同一检测器组件的两个检测信号之 间的重复时间间隔来确定扇形激光束的角速度。例如，考虑检测器组件A和扇形激光束的顺时针旋转，从图5或者从图1、图2Α和 图2Β也可以看出，在角速度为常数时，来自检测器组件A的两个检测信号之间的时间差对 应于扇形激光束进行180度旋转。因此，可以在不了解旋转柱面透镜的任何知识的情况下， 通过检测器容易地得出角速度。简言之，可以如下得出检测器在图5中所示的坐标系的位置，扇形激光束的光锥 的旋转中心为原点。首先，位置确定单元确定第一组检测信号之间的第一时间间隔以及第二组检测信 号之间的第二时间间隔。在图6的示例中，从来自检测器组件A和检测器组件C的检测信 号获得第一时间间隔以及从来自检测器组件C和检测器组件B的检测信号获得第二时间间隔。随后，位置确定单元可以基于扇形激光束的角速度以及从对应的检测器组件获得 的第一和第二时间间隔确定两个夹角。这两个夹角对应于图6中的夹角α和β，在掌握例如180或360度旋转所需的时间，即角速度，以及扇形激光束从检测器组件A到B所需的时 间和从检测器组件C到B所需的时间时可以容易地得到这两个夹角。如下文具体以数学公式示出那样，基于两个夹角和检测器组件的空间关系，即它 们的长度a和b，可以得到检测器到传播轴的距离。图6示出了具有x-y坐标系的示图，其中坐标系的原点在旋转中心，即设置有检测 器的平面与传播轴的交点。图6中的检测器由检测器组件A、B和C示范，其中A与C之间 的连线具有长度a，检测器组件C与B之间的连线具有长度b。在对检测器位置的以下数学推导中，为了简便起见，假定长度a等于长度b，a与c 之间的第一连接线平行于y轴，C与B之间的第二连接线平行于χ轴。另外，角速度ω假 定为常数。以下示出了如何从夹角α和β以及检测器组件之间的距离a获得检测器组件C 与原点之间的χ方向上的距离&以及检测器组件C与原点之间的χ方向上的距离％。计算如下Γπα'
tana = · r0 V tan/ = —a' tana——二- (1)b' tan 召利用正弦法则和求和公式α' _ sin(90°-α-χ) _ sin(90°-δ)一 sin(90° + a) "sin(90° + a)( δ = α + γ )a' _ sin 90° cos J - sin J cos 90° _ cos δ _ cos(a + χ) a sin 90o cos α + sin α cos 90o cos a cos aΓ n a cos a cos y-sma sin γsin α .. — =-= cos χ--sin γ - cos ^ — tan a sin γacos cos α
权利要求
1.定位装置，包括检测器，其用于检测绕传播轴以旋转方向旋转的扇形激光束的光并且具有按彼此已知 的空间关系布置的至少两个检测器组件(A、B)，用于在由扇形激光束照射时输出检测信号； 以及位置确定单元，用于从检测器组件获得第一组检测信号，确定第一组检测信号之间的至少一个第一时间关系，以及基于第一时间关系确定检测器与传播轴之间的位置关系。
2.根据权利要求1所述的定位装置，其中从沿着第一直线布置的检测器组件获得第一 组检测信号，并且其中位置确定单元适于从沿着第二直线布置的检测器组件获得第二组检测信号，第一直线与第二直线彼此不 平行；以及确定第二组检测信号之间的至少一个第二时间关系。
3.根据权利要求1和2中之一所述的定位装置，其中第一时间关系为第一组检测信号 的第一时间序列并且其中位置确定单元适于确定与其上设置有检测器的传播轴相交的平 面的至少两个线段中的一个。
4.根据权利要求3所述的定位装置，其中第二时间关系为第二组检测信号的第二时间 序列并且其中位置确定单元适于基于第一时间序列和第二时间序列确定与其上设置有检 测器的传播轴相交的平面的至少四个线段中的一个。
5.根据权利要求2-4中之一所述的定位装置，其中检测器包括至少三个检测器组件 (A、B、C)，在第一检测器组件(A)与第二检测器组件(C)之间的、具有第一预定长度(a)的 第一连接线与在第三检测器组件(C)与第二检测器组件(B)之间的、具有第二预定长度(b) 的第二连接线不平行；并且其中从第一和第二检测器组件(A、B)获得第一组检测信号并且其中从第二和第三检 测组件(B、C)获得第二组检测信号。
6.根据权利要求2-4中之一所述的定位装置，其中位置确定单元适于利用具有第一方 位的检测器获得第一组检测信号并且利用具有相对于第一方位旋转的第二方位的检测器 获得第二组检测信号。
7.根据权利要求2-6中之一所述的定位装置，其中位置确定单元适于从同一检测器组 件确定两个检测信号之间的重复时间间隔并且基于此确定扇形激光束的角速度(ω)。
8.根据权利要求7所述的定位装置，其中位置确定单元适于确定第一组检测信号之间的第一时间间隔以及第二组检测信号之间的第二时间间隔；基于扇形激光束的角速度和多个检测器组件的第一和第二时间间隔确定检测器组件 之间的两个夹角；以及基于两个检测器组件夹角和检测器组件的空间关系确定检测器到传播轴的距离。
9.根据权利要求8所述的定位装置，其中位置确定单元适于获得第三和第四组检测信 号，激光发射器的扇形激光束的传播轴相对于用于获得第一组和第二组检测信号的传播轴的方位倾斜一定角度；确定第三组检测信号之间的第三时间间隔以及第四组检测信号之间的第四时间间隔；基于扇形激光束的角速度和多个检测器组件的第三和第四时间间隔确定检测器组件 之间的另外两个夹角；基于另外两个检测器组件夹角和检测器组件的空间关系确定检测器到倾斜的传播轴 的第二距离；以及基于所述距离和所述第二距离确定检测器相对于激光发射器的位置。
10.根据权利要求8和9中至少一个所述的定位装置，其中位置确定单元适于 确定一个检测器组件相对于基准方位的基准夹角，以及基于所述基准夹角和检测器到传播轴的距离确定检测器相对于传播轴和基准方位的 位置。
11.根据权利要求1-10中之一所述的定位装置，其中检测器包括至少一个物位传感 器，用于指示检测器在空间的至少一个基准方位。
12.根据权利要求1-11中之一所述的定位装置，还包括激光发射器，其用于发射绕传播轴以旋转方向旋转的扇形激光束。
13.定位方法，包括用检测器检测绕传播轴以旋转方向旋转的扇形激光束的光，所述检测器具有按彼此已 知的空间关系布置的至少两个检测器组件(A、B)，并且在由扇形激光束照射时输出检测信 号；以及从检测器组件获得第一组检测信号； 确定第一组检测信号之间的至少一个第一时间关系；以及 基于第一时间关系确定检测器与传播轴之间的位置关系。
14.根据权利要求13所述的定位方法，还包括从沿着第一直线布置的检测器组件获得第一组检测信号，以及 从沿着第二直线布置的检测器组件获得第二组检测信号，第一直线与第二直线彼此不 平行；以及确定第二组检测信号之间的至少一个第二时间关系。
15.根据权利要求13和14中之一所述的定位方法，其中第一时间关系为第一组检测信 号的第一时间序列，并且所述方法还包括确定与其上设置有检测器的传播轴相交的平面的至少两个线段中的一个。
16.根据权利要求15所述的定位方法，其中第二时间关系为第二组检测信号的第二时 间序列，并且所述方法还包括基于第一时间序列和第二时间序列确定与其上设置有检测器的传播轴相交的平面的 至少四个线段中的一个。
17.根据权利要求14-16中之一所述的定位方法，其中检测器包括至少三个检测器组 件(A、B、C)，在第一检测器组件(A)与第二检测器组件(C)之间的、具有第一预定长度(a) 的第一连接线与在第三检测器组件(C)与第二检测器组件(B)之间的、具有第二预定长度 (b)的第二连接线不平行；并且所述方法还包括从第一和第二检测器组件(A、B)获得第一组检测信号，以及 从第二和第三检测组件(B、C)获得第二组检测信号。
18.根据权利要求14-16中之一所述的定位方法，还包括 利用具有第一方位的检测器获得第一组检测信号，以及利用具有相对于第一方位旋转的第二方位的检测器获得第二组检测信号。
19.根据权利要求14-18中之一所述的定位方法，还包括从同一检测器组件确定两个检测信号之间的重复时间间隔，以及 基于此确定扇形激光束的角速度(ω)。
20.根据权利要求19所述的定位方法，还包括确定第一组检测信号之间的第一时间间隔以及第二组检测信号之间的第二时间间隔；基于扇形激光束的角速度和多个检测器组件的第一和第二时间间隔确定检测器组件 之间的两个夹角；以及基于两个检测器组件夹角和检测器组件的空间关系确定检测器到传播轴的距离。
21.根据权利要求20所述的定位方法，还包括获得第三和第四组检测信号，激光发射器的扇形激光束的传播轴相对于用于获得第一 组和第二组检测信号的传播轴的方位倾斜一定角度；确定第三组检测信号之间的第三时间间隔以及第四组检测信号之间的第四时间间隔；基于扇形激光束的角速度和多个检测器组件的第三和第四时间间隔确定检测器组件 之间的另外两个夹角；基于另外两个检测器组件夹角和检测器组件的空间关系确定检测器到倾斜的传播轴 的第二距离；以及基于所述距离和所述第二距离确定检测器相对于激光发射器的位置。
22.根据权利要求20和21中至少一个所述的定位方法，还包括 确定一个检测器组件相对于基准方位的基准夹角，以及基于所述基准夹角和检测器到传播轴的距离确定检测器相对于传播轴和基准方位的 位置。
23.根据权利要求13-22中之一所述的定位方法，还包括使用至少一个物位传感器来 指示检测器在空间中的至少一个基准方位。
24.定位系统，包括激光发射器，其用于发射绕传播轴以旋转方向旋转的扇形激光束； 检测器，其具有按彼此已知的空间关系布置的至少两个检测器组件(Α、Β)，用于在由扇 形激光束照射时输出检测信号；以及 位置确定单元，用于 从检测器组件获得第一组检测信号， 确定第一组检测信号之间的至少一个第一时间关系，以及 基于第一时间关系确定检测器与传播轴之间的位置关系。
25.一种发光装置，包括激光发射器，其用于发射绕传播轴以预定旋转方向旋转的扇形激光束。
26.根据权利要求25所述的发光装置，包括可旋转柱面透镜或可旋转衍射结构，用于把激光束展成扇形。
27.一种包括指令的程序，所述指令适于使得数据处理装置执行权利要求13-23中至 少之一所述的方法。
28.—种赋予程序的计算机可读介质，所述程序使得计算机运行权利要求13-23中至 少之一所述的方法。
29.—种包括根据权利要求28所述的计算机可读介质的计算机程序产品。
全文摘要
本发明涉及检测扇形激光束的光的定位装置和方法、以及包括定位装置的定位系统和发光装置，该发光装置发射扇形激光束，从而更容易和更快地发现激光束的光点。定位装置包括检测器，其用于检测绕传播轴以旋转方向旋转的扇形激光束的光并且具有两个按已知空间关系布置的检测器组件，用于在被照射时输出检测信号；以及位置确定单元，用于从检测器组件获得第一组检测信号，确定第一组检测信号之间的第一时间关系，以及基于第一时间关系确定检测器与传播轴之间的位置关系。
文档编号G01C15/00GK102057248SQ200880129751
公开日2011年5月11日 申请日期2008年6月19日 优先权日2008年6月19日
发明者L·舒马赫, R·G·康纳 申请人:天宝导航有限公司