DE102010053978A1

DE102010053978A1 - Method and system for determining the position and / or position of an object in a spatial measurement volume

Info

Publication number: DE102010053978A1
Application number: DE102010053978A
Authority: DE
Inventors: Christian Lange; Okan Ecin; Reinhard Viga; Prof. Grabmaier Anton
Original assignee: Universitaet Duisburg Essen
Current assignee: Universitaet Duisburg Essen
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-06-14
Also published as: WO2012076182A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder Lage eines Objektes (8, 11) in einem räumlichen Messvolumen (V), wobei zur Ausbildung des Messvolumens (V) ein divergent propagierendes Lichtbündel (2''') über seinen Querschnitt zweidimensional mit einem Lichtmodulator (4) in einer vorbestimmten Anzahl von Querschnittseinheiten optisch moduliert wird, wobei den Lichtstrahlen (7a, 7b, 7c) jeder Querschnittseinheit eine insbesondere unterschiedliche zeitliche optische Modulation als Sendesignal (S) aufgeprägt wird und mit wenigstens einem Detektor (8) ein Summenempfangssignal (IPD) aller Sendesignale (S) derjenigen Lichtstrahlen (7a, 7b) erfasst wird, die auf ein Objekt (8, 11) im Messvolumen (V) treffen und analysiert wird, welche der Sendesignale (S) zum Summenempfangssignal (IPD) beitragen, wobei aus der Analyse die Position und/oder die Lage des Objektes (8, 11) im Messvolumen (V) bestimmt wird.The invention relates to a system and a method for determining the position and / or position of an object (8, 11) in a spatial measurement volume (V), wherein a divergent propagating light beam (2 '' ') extends over its surface to form the measurement volume (V) Cross-section is optically modulated two-dimensionally with a light modulator (4) in a predetermined number of cross-sectional units, the light beams (7a, 7b, 7c) of each cross-sectional unit being impressed with a different temporal optical modulation as a transmission signal (S) and with at least one detector (8 ) a sum reception signal (IPD) of all transmission signals (S) of those light beams (7a, 7b) is detected, which hit an object (8, 11) in the measurement volume (V) and which of the transmission signals (S) to the sum reception signal (IPD ) contribute, the position and / or the position of the object (8, 11) in the measurement volume (V) being determined from the analysis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder Lage eines Objektes in einem räumlichen Messvolumen. Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for determining the position and / or position of an object in a spatial measurement volume. The invention further relates to a system for carrying out such a method.

Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Verfahren und Systeme zur Bestimmung der Position oder Lage eines Objektes im Raum bekannt. Dabei wird unter der Bestimmung der Position das Ermitteln von drei Translationsfreiheitsgraden unter der Bestimmung der Lage das Ermitteln von drei Rotationsfreiheitsgraden des Objektes verstanden. So besteht auf diese Art und Weise die Möglichkeit, nicht nur festzustellen, wo im Raum, d. h. im räumlichen Messvolumen ein Objekt angeordnet ist, sondern gleichzeitig auch, welche Orientierung das Objekt im Raum an dieser Position einnimmt.The prior art discloses a variety of methods and systems for determining the position of an object in space. In this case, the determination of the position means the determination of three translational degrees of freedom under the determination of the position, the determination of three rotational degrees of freedom of the object. So, in this way, it is possible not only to determine where in space, i. H. in the spatial measurement volume an object is arranged, but at the same time, which orientation the object occupies in space at this position.

Die dreidimensionale Lokalisierung von Objekten wird heutzutage in vielen Bereichen eingesetzt. Anwendungsgebiete sind die

• Qualitätssicherung, z. B. um Abweichungen von Produktionsdaten oder CAD-Daten zu kontrollieren,
• Automatisierungstechnik z. B. zur Lokalisierung von Effektoren an Industrierobotern,
• Prozesstechnik und Logistik z. B. Verfolgung von autonomen Flurförderfahrzeugen in Lager- und Produktionsstätten,
• Medizin und Medizintechnik, z. B. zur Lokalisierung von Patienten und Operationsbesteck, insbesondere bei der computerassistierten Chirurgie sowie
• Mensch-Computer Interfaces sowie virtuelle und erweiterte Realitäten.

The three-dimensional localization of objects is used today in many areas. Areas of application are the

• Quality assurance, eg To control deviations from production data or CAD data,
• Automation technology z. B. for the localization of effectors on industrial robots,
• Process technology and logistics z. B. Tracking of autonomous industrial trucks in warehouses and production facilities,
• medicine and medical technology, eg As for the localization of patients and surgical instruments, especially in computer-assisted surgery and
• Human-computer interfaces as well as virtual and advanced realities.

Abhängig von der Anwendung werden verschiedene Messverfahren eingesetzt. Zum einen existieren mechanisch basierte, taktile Verfahren als so genannte Koordinatenmessgeräte – KMB, die mit Hilfe von Inkrementalmaßstäben und Drehgebern mit einem Tastkopf die Fertigungsgenauigkeiten eines Werkstückes überprüfen können.Depending on the application, different measuring methods are used. On the one hand, there are mechanically based, tactile methods known as coordinate measuring machines - KMB, which can check the manufacturing accuracies of a workpiece with the help of incremental scales and encoders with a probe.

Zum anderen werden optisch basierte, berührungslose Verfahren eingesetzt. Diese Verfahren sind weit verbreitet, da es in vielen Anwendungsfällen von Vorteil ist, Messungen berührungslos durchzuführen. Diese Verfahren verwenden überwiegend photogrammetrische Verfahren oder Lasertracking-Verfahren, um Positionsmarker in einem a priori nicht bekannten Umfeld zu lokalisieren.On the other hand, optically based, non-contact methods are used. These methods are widely used since it is advantageous in many applications to perform measurements without contact. These methods use predominantly photogrammetric or laser tracking techniques to locate position markers in an a priori unknown environment.

Bei photogrammetrischen Verfahren wird aus mindestens zwei, mit Spezialkameras, aufgenommenen Bildern über Trigonometrie die Position eines oder mehreren Positionsmarkers/n errechnet. Die Positionsmarker lassen sich in retroreflektierende, flächige Marken und retroreflektierende Kugelmarker unterscheiden. Die flächigen Marken bieten zusätzlich die Möglichkeit einer Codierung und lassen sich somit in der Auswertung explizit unterscheiden. Dieses Verfahren lässt sich auch für sich bewegende Marker einsetzen.In photogrammetric methods, the position of one or more position markers / n is calculated by trigonometry from at least two images recorded using special cameras. The position markers can be differentiated into retroreflective, flat marks and retroreflective ball markers. The two-dimensional marks additionally offer the possibility of coding and can therefore be distinguished explicitly in the evaluation. This procedure can also be used for moving markers.

Nachteilig an den photogrammetrischen Verfahren sind die rechenintensive Bildverarbeitung, die zuverlässige Auflösung der Korrespondenzen der Stereobilder bzw. Mehrbildaufnahmen sowie die Mehrdeutigkeiten von Konglomeraten von Markern. Ein Nachteil, der insbesondere bei handgeführten taktilen Tastern, exzentrischen Antasthilfen oder chirurgischem Operationsbesteck auftritt, ist eine mögliche Einschränkung der Bewegungsfreiheit durch die Größe und Anordnung von mehreren retroreflektierenden Kugelmarkern. Bei nicht stationären, also mobilen Systemen ist zudem eine Kalibration des Aufbaus unvermeidlich.A disadvantage of the photogrammetric method are the computation-intensive image processing, the reliable resolution of the correspondences of the stereo images or multi-image recordings and the ambiguities of conglomerates of markers. A drawback that occurs particularly with hand-held tactile feelers, eccentric anti-teasers, or surgical instruments, is a possible restriction of freedom of movement due to the size and arrangement of multiple retroreflective ball markers. In non stationary, so mobile systems also a calibration of the structure is inevitable.

Lasertrackverfahren suchen in einem Inspektionsvolumen nach einem oder mehreren retroreflektierenden Markern und ermitteln mittels Triangulation/Trilateration die Position im Raum. Durch Regelalgorithmen wird ein Verfolgen, also ein „Tracken” des Markers ermöglicht. Die zur trigonometrischen Berechnung erforderlichen Winkelinformationen werden über hochpräzise Drehgeber aufgenommen, die Abstandsinformationen hingegen durch Phasenmessverfahren des amplitudenmodulierten Laserstrahls. Ein Nachteil der trackenden Verfahren ist die begrenzte Nachführgeschwindigkeit des Laserstrahls bedingt durch die Trägheit des Systems, weshalb diese Verfahren überwiegend für statische Szenen und langsame Bewegungsabläufe verwendet werden können.Lasertrackverfahren search in one inspection volume for one or more retroreflective markers and determine the position in space by means of triangulation / trilateration. Control algorithms enable tracking, ie "tracing" of the marker. The angle information required for the trigonometric calculation is recorded by means of high-precision rotary encoders, while the distance information is recorded by phase measuring methods of the amplitude-modulated laser beam. A disadvantage of the tracking methods is the limited tracking speed of the laser beam due to the inertia of the system, which is why these methods can be used predominantly for static scenes and slow motion sequences.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Position und/oder Lage eines Objektes in einem räumlichen Messvolumen bereitzustellen, welches vorgenannte Nachteile überwindet, somit insbesondere einfach auszuführen ist, eine hohe Genauigkeit bereitstellt und mit geringen Rechenkapazitäten auskommt.It is the object of the invention to provide a method and a system for determining the position and / or position of an object in a spatial measurement volume, which overcomes the aforementioned disadvantages, thus in particular is simple to perform, provides high accuracy and manages with low computing capacities.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Ausbildung des Messvolumens ein divergent propagierendes Lichtbündel über seinen Querschnitt, insbesondere also senkrecht zur seiner Ausbreitungsrichtung, zweidimensional mit einem Lichtmodulator in einer vorbestimmten Anzahl von Querschnittseinheiten optisch moduliert wird, wobei den Lichtstrahlen jeder Querschnittseinheit eine zeitliche, insbesondere jeweils unterschiedliche zeitliche, optische Modulation als Sendesignal aufgeprägt wird und mit wenigstens einem Detektor wenigstens ein Summenempfangssignal aller Sendesignale derjenigen Lichtstrahlen erfasst wird, die auf ein Objekt im Messvolumen treffen und analysiert wird, welche der Sendesignale zu dem wenigstens einen Summenempfangssignal beitragen, wobei aus der Analyse die Position und/oder die Lage des Objektes im Messvolumen bestimmt wird.This object is achieved according to the invention in that a divergently propagating light bundle is optically modulated over its cross-section, in particular perpendicular to its propagation direction, two-dimensionally with a light modulator in a predetermined number of cross-sectional units to form the measuring volume, wherein the light beams of each cross-sectional unit have a temporal, in particular each different temporal, optical modulation is impressed as a transmission signal and at least one sum detector signal of all transmission signals of those light beams is detected with at least one detector on an object in the measurement volume meet and is analyzed, which contribute to the transmission signals to the at least one sum received signal, wherein the analysis of the position and / or the position of the object is determined in the measurement volume.

Ein System, das zur Bestimmung der Position und/oder Lage eines Objektes in einem räumlichen Messvolumen gemäß dem vorgenannten Verfahren geeignet ist, umfasst somit erfindungsgemäß eine Lichtquelle und eine Optik, die zunächst dafür vorgesehen sind, ein divergent propagierendes Lichtbündel zu erzeugen. Weiterhin ist ein Lichtmodulator innerhalb des Systems vorgesehen, mit dem das Lichtbündel über seinen Querschnitt zweidimensional in einer vorbestimmten Anzahl von Querschnittseinheiten, z. B. N×M Querschnittseinheiten, optisch modulierbar ist.A system which is suitable for determining the position and / or position of an object in a spatial measurement volume according to the aforementioned method thus comprises, according to the invention, a light source and optics which are initially intended to generate a divergently propagating light beam. Furthermore, a light modulator is provided within the system, with which the light beam over its cross-section two-dimensionally in a predetermined number of cross-sectional units, for. B. N × M cross-sectional units, optically modulated.

Innerhalb einer solchen Querschnittseinheit erfolgt jeweils die identische optische Modulation des Lichtes, wobei die Modulationen des Lichtes in unterschiedlichen Querschnittseinheiten bevorzugt jeweils unterschiedlich sind und hierdurch den Lichtstrahlen jeder Querschnittseinheit somit eine jeweils unterschiedliche, zeitliche, optische Modulation als Sendesignal aufprägbar ist. In dieser Ausführung gibt es somit keine zwei oder mehr Querschnittseinheiten, in denen identische Modulation vorkommt. In einer Ausführung kann es auch vorgesehen sein, dass das Licht in wenigstens zwei Querschnittseinheiten identisch moduliert wird, z. B. in solchen Querschnittseinheiten, die in einer Linie nebeneinander angeordnet sind.The identical optical modulation of the light takes place in each case within such a cross-sectional unit, wherein the modulations of the light in different cross-sectional units are preferably different in each case and thus the light beams of each cross-sectional unit can be imprinted a respective different, temporal, optical modulation as a transmission signal. In this embodiment, there are thus no two or more cross-sectional units in which identical modulation occurs. In one embodiment, it may also be provided that the light is modulated identically in at least two cross-sectional units, for. B. in such cross-sectional units, which are arranged in a line next to each other.

Es wird demnach das Messvolumen gebildet in Propagationsrichtung über alle Querschnittseinheiten, in denen eine zeitliche optische Modulation der Lichtstrahlen stattfindet. Bei einer Modulation innerhalb einer Querschnittsfläche aus N×M Querschnittseinheiten ergibt sich somit ein im Wesentlichen pyramidales Messvolumen, insbesondere bei einer quadratischen Modulationsfläche.Accordingly, the measurement volume is formed in the propagation direction over all cross-sectional units in which a temporal optical modulation of the light beams takes place. With a modulation within a cross-sectional area of N × M cross-sectional units, this results in a substantially pyramidal measuring volume, in particular in the case of a square modulation area.

Es ist weiterhin in dem System wenigstens ein Detektor oder auch mehrere Detektoren bzw. ein Detektor mit mehreren lichtempfindlichen Flächen vorgesehen, mit dem ein bzw. mehrere Summenempfangssignal/e aller Sendesignale derjenigen Lichtstrahlen erfassbar ist, die auf ein Objekt im Messvolumen treffen, um sodann mit einer im System ebenso vorgesehenen Auswerteeinheit, z. B. einer Datenverarbeitungsanlage, der das/die Summenempfangssignal/e zugeleitet wird/werden, eine Analyse vorzunehmen, welche der Sendesignale zu dem/den Summenempfangssignal/en beitragen. Wie bereits zuvor zum Verfahren beschrieben, ist die Analyseeinheit eingerichtet, um aus der Analyse die Position oder die Lage des Objektes im Messvolumen zu bestimmen.It is further provided in the system at least one detector or a plurality of detectors or a detector with a plurality of photosensitive surfaces, with which one or more sum receive signal / s all transmission signals of those light beams can be detected, which hit an object in the measurement volume, then with a likewise provided in the system evaluation, z. A data processing system to which the sum receive signal (s) is / are sent to perform an analysis of which of the transmit signals contributes to the sum receive signal (s). As already described above for the method, the analysis unit is set up to determine from the analysis the position or the position of the object in the measurement volume.

Ein Detektor ist hier z. B. derart ausgebildet, dass er in der Lage ist, aus dem auftreffenden zeitlich modulierten Licht ein zeitabhängiges elektrisches Signal zu bilden. Z. B. handelt es sich um einen Detektor, der in der Lage ist, das elektrische Signal abhängig von der auf den Detektor auftreffenden Lichtintensität zu bilden. Ein solcher Detektor kann z. B. ein Summenempfangssignal bilden, in dem die einzelnen dazu beitragenden Sendesignale zeitlich überlagert sind. Ein Detektor kann jedoch auch ein Summenempfangssignal bilden, in dem die Sendesignale oder Summen von Sendesignalen zeitlich hintereinander angeordnet sind. Z. B. können Detektoren aus pixelweise abtastenden Kamerasensoren, z. B. CCD oder CMOS-Sensoren ein solches Signal bilden.A detector is here z. B. such that it is able to form a time-dependent electrical signal from the incident temporally modulated light. For example, it is a detector capable of forming the electrical signal depending on the light intensity incident on the detector. Such a detector may, for. B. form a sum receive signal in which the individual contributing transmit signals are superimposed in time. However, a detector can also form a sum reception signal in which the transmission signals or sums of transmission signals are arranged one behind the other. For example, detectors from pixel-by-pixel scanning camera sensors, e.g. B. CCD or CMOS sensors form such a signal.

Der wesentliche Kerngedanke beruht darauf, dass ein sich in Lichtpropagationsrichtung erweiterndes Messvolumen durch das divergent propagierende Lichtbündel aufgespannt wird, wobei jeder Querschnitt durch das Messvolumen quer, insbesondere senkrecht zur Propagationsrichtung die Querschnittseinheiten umfasst, in denen eine optische, insbesondere unterschiedliche optischen Modulation des Lichtes vorhanden ist. Ein Objekt, dass sich innerhalb des Messvolumens befindet, beispielsweise ortsfest angeordnet ist oder auch innerhalb des Messvolumens bewegt werden kann, weist wenigstens eine vom Aufenthaltsort im Messvolumen in der Größe unabhängige Lichtauftreff- oder Lichteintrittsfläche auf, die von dem Licht des divergent propagierenden Lichtbündels und somit von Licht aus den verschiedenen Querschnittseinheiten beleuchtet ist. Das Licht, dass auf diese Fläche auftrifft oder in diese eintritt kann von dem wenigstens einen Detektor erfasst werden.The essential core idea is based on the fact that a measuring volume which widens in the direction of light propagation is spanned by the divergently propagating light bundle, whereby each cross section through the measuring volume transversely, in particular perpendicular to the propagation direction, comprises the cross-sectional units in which an optical, in particular different optical modulation of the light is present , An object that is located within the measurement volume, for example, is stationary or can also be moved within the measurement volume, has at least one independent from the location in the measurement volume light incidence or light entrance surface of the light of the divergently propagating light beam and thus illuminated by light from the various cross-sectional units. The light incident on or entering this surface may be detected by the at least one detector.

Je nachdem, in welchem Abstand die größenkonstante beleuchtete Fläche des Objektes zum Ursprung des projizierten divergent propagierenden Lichtbündels ist und/oder in welchem Winkel die beleuchtete Fläche des Objektes relativ zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes angeordnet ist, treffen Lichtstrahlen aus einer mehr oder weniger großen Anzahl von Querschnittseinheiten und/oder nur eines bestimmten Teils von Querschnittseinheiten aus allen vorhandenen Querschnittseinheiten zumindest zum Teil auf die beleuchtete Fläche des Objektes, so dass mit einem Detektor, der die Sendesignale aller auf das Objekt (dessen Eintrittsfläche/Auftreff-Fläche) treffenden Lichtstrahlen erfasst, insgesamt ein Summenempfangssignal aller Sendesignale aufgenommen wird, die an dem im räumlichen Messvolumen angeordneten Objekt ankommen.Depending on the distance in which the size-constant illuminated surface of the object is to the origin of the projected divergent propagating light beam and / or at which angle the illuminated surface of the object is arranged relative to the propagation direction of the light, light rays from a more or less large number of cross-sectional units and / or only a certain part of cross-sectional units from all existing cross-sectional units at least partially on the illuminated surface of the object, so that with a detector which detects the transmission signals of all incident on the object (its entrance surface / landing surface) light rays, a total Summation received signal of all transmission signals is received, which arrive at the arranged in the spatial measurement volume object.

Hierbei können auch Sendesignale zu einem Summensignal beitragen, wenn die Querschnittseinheit, aus der das Sendesignal stammt, mit der beleuchteten Fläche nicht vollständig, sondern nur zu einem Teil eine Überdeckung aufweist. Hierdurch ändert sich lediglich die Höhe des Beitrages des Sendesignals im Summensignal.In this case, transmission signals can also contribute to a summation signal if the cross-sectional unit from which the transmission signal originates does not completely cover the illuminated area but only partially overlaps it. hereby only changes the height of the contribution of the transmission signal in the sum signal.

Der Ursprung des Messvolumens bzw. des divergent propagierenden Lichtbündels ist dabei der Ort der Lichtbündelspitze, von dem aus sich das Lichtbündel divergent propagierend in den Raum ausbreitet. Wird ein solches Lichtbündel beispielsweise durch eine Linse oder einen gekrümmten Spiegel ausgebildet, so wird dieser Ursprung des Messvolumens durch den Fokus des Lichtbündels definiert, der bei einer fokussierenden Linse bzw. einem fokussierenden Hohlspiegel real vorhanden ist, bei einer Zerstreuungslinse oder einem konvexen Spiegel hingegen nur imaginär vorhanden ist, nämlich in Propagationsrichtung vor der Linse/dem Spiegel.The origin of the measurement volume or of the divergently propagating light bundle is the location of the light bundle tip, from which the light bundle propagates divergently into the space. If such a light beam is formed, for example, by a lens or a curved mirror, then this origin of the measuring volume is defined by the focus of the light beam, which is actually present in a focusing lens or a focusing concave mirror, but only in the case of a diverging lens or a convex mirror imaginary, namely in the direction of propagation in front of the lens / mirror.

Unter der Annahme einer immer konstant großen beleuchteten Fläche (Eintrittsfläche/Auftrefffläche) des zu beobachtenden Objektes innerhalb des räumlichen Messvolumens ist es somit ersichtlich, dass bei einer Anordnung des Objektes nahe am Ursprung des Lichtbündels Lichtstrahlen aus einer größeren Anzahl von Querschnittseinheiten und somit mit einer höheren Anzahl von insbesondere verschiedenen Sendesignalen auftrifft als dies in einem weiter entfernten Abstand der Fall wäre.Assuming an always constant large illuminated area (entrance surface / incident surface) of the object to be observed within the spatial measurement volume, it is thus apparent that with an arrangement of the object close to the origin of the light beam, light rays from a larger number of cross-sectional units and thus with a higher Number of particular different transmission signals impinges as would be the case at a farther distance.

Wird weiterhin bei einem z. B. angenommenen festen Abstand zum Ursprung des Messvolumens das Objekt senkrecht zur Propagationsrichtung des Lichts, translatorisch bewegt, und/oder um die Achse in Propagationsrichtung rotiert, so bleibt zwar die Gesamtanzahl der Querschnittseinheiten, die sich mit der beleuchteten Objektfläche zumindest zum Teil überdecken und somit die Anzahl der insbesondere verschiedenen, auf das Objekt eintreffenden Sendesignale gleich, es ändert sich jedoch die Zusammensetzung der zum Summenempfangssignal beitragenden Sendesignale.Will continue at a z. B. assumed fixed distance to the origin of the measuring volume, the object perpendicular to the propagation direction of the light, translationally moved, and / or rotated about the axis in the propagation direction, so while the total number of cross-sectional units, which at least partially overlap with the illuminated object surface and thus however, the composition of the transmit signals contributing to the sum receive signal changes.

Bei einer Verkippung der beleuchteten Objektfläche, insbesondere um zwei beliebige senkrecht zueinander befindliche Achsen, welche senkrecht zur Lichtpropagationsrichtung sind, ändert sich sowohl die Anzahl der Querschnittseinheiten, die sich mit der beleuchteten Objektfläche überdecken und somit die Anzahl der beitragenden Sendesignale als auch deren Zusammensetzung zum Summenempfangssignal.When the illuminated object surface is tilted, in particular by any two axes perpendicular to one another which are perpendicular to the light propagation direction, both the number of cross-sectional units that overlap the illuminated object surface and thus the number of contributing transmit signals and their composition to the sum receive signal changes ,

Es besteht somit im Umkehrschluss die Möglichkeit, durch eine Analyse, welche von allen insgesamt zur Verfügung gestellten Sendesignalen auf der beleuchteten Objektfläche auftreffen, zu berechnen, wie die Position und/oder Lage des Objektes im Messvolumen ist.Conversely, there is thus the possibility of calculating by an analysis which of all the transmission signals made available in total on the illuminated object surface, how the position and / or position of the object in the measurement volume is.

Wird demnach ein erfindungsgemäß beleuchtetes Objekt an einem beliebigen Gegenstand angeordnet, so kann die Position und/oder Lage dieses Gegenstandes innerhalb des räumlichen Messvolumens bestimmt werden. Beispielsweise können Mess- und Prüfgeräte mit einem erfindungsgemäß beleuchteten Objekt ausgestattet werden, um die Position und/oder Lage eines solchen Gerätes zu bestimmen.Accordingly, if an object illuminated according to the invention is arranged on any object, then the position and / or position of this object within the spatial measurement volume can be determined. For example, measuring and testing devices can be equipped with an object illuminated according to the invention in order to determine the position and / or position of such a device.

Ein Gegenstand ist ein beliebiger Körper, dessen Position und/oder Lage erfasst werden soll, welcher sich aber nicht vollständig im divergenten Lichtbündel befinden muss. Das Objekt ist unverrückbar/ortsfest mit dem Gegenstand verbunden und besitzt eine beleuchtete Fläche. Mit einem Detektor wird festgestellt, welche Sendesignale aufgrund der Beleuchtung der Fläche im divergenten Lichtbündel auf die Fläche auftreffen. Hierzu kann die beleuchtete Fläche selbst lichtsensitiv, insbesondere vollflächig oder auch nur teilflächig lichtsensitiv sein und als Detektor ausgebildet sein. Die Fläche kann auch reflektiv, insbesondere retroreflektiv ausgebildet sein, so dass der genannte Detektor erst nach einer Reflektion beleuchtet ist und z. B. außerhalb des Lichtbündels angeordnet ist. Der Detektor liefert ein lichtintensitätsproportionales elektrisches Summenempfangssignal.An object is any body whose position and / or position is to be detected, but which need not be completely in the divergent light beam. The object is immovable / stationary connected to the object and has an illuminated surface. With a detector it is determined which transmission signals impinge on the surface due to the illumination of the surface in the divergent light beam. For this purpose, the illuminated surface itself may be light-sensitive, in particular full-surface or even partial-area light-sensitive and be designed as a detector. The surface can also be designed to be reflective, in particular retroreflective, so that the named detector is illuminated only after reflection and z. B. is arranged outside of the light beam. The detector provides a light intensity proportional electrical sum receive signal.

In einer möglichen Alternative einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass als das beleuchtete Objekt, das innerhalb des Messvolumens angeordnet ist, wenigstens ein Reflektor, insbesondere wenigstens ein Retroreflektor eingesetzt wird. Die beleuchtete Fläche des Objektes ist demnach bei einem solchen Reflektor gegeben durch die Lichteintritts- und -austrittsfläche des Reflektors, so dass je nach Abstand des Reflektors zum Ursprung und/oder Verkippung zur optischen Achse/Propagationsrichtung des Lichtes des divergenten Lichtbündels Licht aus einer mehr oder weniger großen Anzahl von Querschnittseinheiten in den Reflektor eintreten und durch diesen in der entgegengesetzten Richtung zurückreflektiert wird.In a possible alternative of an embodiment according to the invention, it may be provided that at least one reflector, in particular at least one retroreflector, is used as the illuminated object which is arranged within the measuring volume. The illuminated surface of the object is thus given in such a reflector by the light entrance and exit surface of the reflector, so that depending on the distance of the reflector to the origin and / or tilt to the optical axis / propagation direction of the light of the divergent light beam light from one more or less large number of cross-sectional units enter the reflector and is reflected back by this in the opposite direction.

So können mit einem Reflektor also diejenigen Lichtstrahlen aus dem Messvolumen heraus erfindungsgemäß auf wenigstens einen Detektor außerhalb des Messvolumens reflektiert werden, die aus solchen Querschnittseinheiten stammen, die sich mit dem wirksamen Öffnungsquerschnitt des Reflektors zumindest zum Teil überdecken, wobei sodann mit dem wenigstens einen Detektor diese Lichtstrahlen und deren aufgeprägte Einzelsignale als vorgenanntes Summenempfangssignal erfasst werden.Thus, with a reflector, those light beams out of the measurement volume can be inventively reflected onto at least one detector outside the measurement volume, which originate from such cross-sectional units that at least partially overlap the effective opening cross-section of the reflector, and then with the at least one detector Light beams and their impressed individual signals are detected as the aforementioned sum received signal.

Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass ein Detektor zur Erfassung des Summenempfangssignals ortsfest außerhalb des Messvolumens angeordnet werden kann und somit eine an den Detektor nachfolgende Analyse oder Auswerteeinheit problemlos an diesen angeschlossen werden kann, ohne dass sich Probleme bei der elektrischen Signalführung ergeben.Such an arrangement has the advantage that a detector for detecting the sum reception signal can be arranged stationarily outside the measurement volume and thus an analysis or evaluation unit following the detector can be connected to it without difficulty, without causing problems in the electrical signal routing.

Hier ist es als vorteilhaft anzusehen, dass es die technische Eigenschaft eines Retroreflektors ist, dass in einer bestimmten Richtung auf diesen einfallendes Licht exakt um 180 Grad zurückgeworfen wird, unabhängig davon, wie der Einfallswinkel des Lichtes relativ zum Retroreflektor liegt. Von dem Ursprung des Messvolumens ausgehende Lichtstrahlen werden demnach durch einen Retroreflektor, abgesehen von einem eventuellen Parallelversatz, immer in Richtung dieses Ursprungs des Messvolumens zurückreflektiert, so dass die Möglichkeit besteht, durch einen Strahlteiler das zurückreflektierte Licht aus der entgegengesetzten Propagationsrichtung in die Richtung zu einem Detektor umzulenken.Here it is to be regarded as advantageous that it is the technical feature of a retroreflector that is reflected in a certain direction on this incident light exactly 180 degrees, regardless of how the angle of incidence of the light is relative to the retroreflector. From the origin of the measuring volume emanating light rays are therefore reflected by a retroreflector, apart from a possible parallel offset, always in the direction of this origin of the measurement volume, so that there is the possibility by a beam splitter back reflected light from the opposite propagation direction in the direction to a detector redirect.

Hierbei kann ein solcher Strahlteiler bevorzugt zunächst durch das im Querschnitt modulierte Licht durchlaufen werden, welches anschließend durch eine Optik, z. B. durch eine Zerstreuungslinse aufgeweitet wird, um ein divergent propagierendes Lichtstrahlenbündel zu erzeugen. Beispielsweise kann hierfür der Strahlteiler innerhalb des Fokus einer Linse oder eines Spiegels, z. B. innerhalb des imaginären Fokus einer Zerstreuungslinse angeordnet sein.In this case, such a beam splitter can preferably be traversed first by the light modulated in cross-section, which is then illuminated by an optical system, for. B. is widened by a diverging lens to produce a divergently propagating light beam. For example, for this purpose, the beam splitter within the focus of a lens or a mirror, z. B. within the imaginary focus of a diverging lens.

Das durch den Retroreflektor zurückreflektierte Licht wird demnach immer in die Richtung zu diesem Fokus und somit immer zu dem Strahlteiler zurückreflektiert, so dass mit diesem somit unabhängig davon, wo sich der Retroreflektor im Messvolumen befindet, das vom Retroreflektor zurückreflektierte Licht mit allen seinen Sendesignalanteilen auf einen Detektor umgelenkt werden kann, mit dem sodann das Summenempfangssignal als Summe aller auftreffenden Sendesignale erfasst wird. Ein Retroreflektor kann z. B. als Folienreflektor/Reflexionsstreifen ausgebildet sein oder auch als transparenter Glas- oder Kunststoff-Körper.The light reflected back through the retroreflector is therefore always reflected back in the direction of this focus and thus always back to the beam splitter, so that regardless of where the retroreflector is in the measurement volume, the light reflected back from the retroreflector with all its transmission signal components onto it Detector can be deflected, with the then the sum received signal is detected as the sum of all incident transmit signals. A retroreflector can z. B. be designed as a film reflector / reflection strip or as a transparent glass or plastic body.

In einer anderen alternativen Ausführung kann es ebenso vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Detektor oder z. B. ein Detektor mit einer oder mehreren lichtempfindlichen Flächen das beleuchtete Objekt innerhalb des Messvolumens selbst ausbildet. So weist demnach ein solcher Detektor eine oder mehrere lichtempfindliche Flächen auf, die in Abhängigkeit des Abstands und/oder der Verkippung des Detektors von Licht aus mehr oder weniger Querschnittseinheiten unmittelbar beleuchtet wird, so dass mit dem Detektor diejenigen Lichtstrahlen und deren aufgeprägte Sendesignale erfasst werden können, die aus solchen Querschnittseinheiten stammen, die sich mit dem Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Detektors bzw. den Öffnungsquerschnitten mehrerer Detektoren oder einer oder mehrerer Detektorflächen eines Detektors wenigstens zum Teil überdecken.In another alternative embodiment, it may also be provided that the at least one detector or z. B. a detector with one or more photosensitive surfaces forms the illuminated object within the measuring volume itself. Accordingly, such a detector has one or more photosensitive surfaces which are directly illuminated by light from more or fewer cross-sectional units as a function of the distance and / or tilting of the detector so that those light beams and their impressed transmission signals can be detected with the detector , which originate from such cross-sectional units which at least partially overlap with the opening cross-section of the at least one detector or the opening cross sections of a plurality of detectors or one or more detector surfaces of a detector.

So wird auch bei einem derart ausgestatteten System, bei dem der Detektor selbst das beleuchtete Objekt bildet und somit der Detektor innerhalb des Messvolumens bewegt werden kann, ein jeweiliges Summenempfangssignal erfasst, das hinsichtlich seiner Sendesignalanteile der eingangs beschriebenen Analyse unterzogen werden kann.Thus, even in such a system in which the detector itself forms the illuminated object and thus the detector can be moved within the measuring volume, a respective sum received signal is detected, which can be subjected to the analysis described above with respect to its transmission signal components.

Bei dieser Ausführung ist es jedoch im Gegensatz zu der vorherigen Gestaltung notwendig, dass ein Detektor eine flexible Signalführung, z. B. eine flexible Verkabelung zu einer Auswerteeinheit oder eine Funkübertragung der erfassten Summensignale oder daraus berechneter Daten zu einer Auswerteeinheit aufweist, um die beliebige Positionierung des Detektors innerhalb des Messvolumens zu ermöglichen.However, in this embodiment, unlike the previous design, it is necessary for a detector to provide flexible signal routing, e.g. B. has a flexible wiring to an evaluation unit or a radio transmission of the detected sum signals or data calculated therefrom to an evaluation to allow the arbitrary positioning of the detector within the measurement volume.

Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, in einem System zur Durchführung des Verfahrens ein zunächst zumindest im Wesentlichen paralleles Lichtbündel zu erzeugen, beispielsweise mit einer Laserlichtquelle, wobei dieses Laserlichtbündel sodann über den Querschnitt optisch moduliert wird.According to the invention, provision may be made in a system for carrying out the method to produce an initially at least substantially parallel light bundle, for example with a laser light source, this laser light bundle then being optically modulated over the cross section.

Hierzu kann mit dem zumindest im Wesentlichen parallelen Lichtbündel z. B. ein flächiger Lichtmodulator beleuchtet werden, der in einer zweidimensionalen Matrix in N mal M ansteuerbare Pixel unterteilt ist, so dass eine jede der vorgenannten Querschnittseinheiten durch wenigstens ein solches ansteuerbares Pixel des Lichtmodulators definiert wird.For this purpose, with the at least substantially parallel light beam z. B. a planar light modulator are illuminated, which is divided into a two-dimensional matrix in N by M controllable pixels, so that each of the aforementioned cross-sectional units is defined by at least one such controllable pixel of the light modulator.

Durch die Ansteuerung eines Pixels kann hierbei erfindungsgemäß die Lichtmodulation erzeugt werden, so dass ein einzelnes Pixel eines solchen Lichtmodulators die kleinstmögliche Querschnittseinheit bildet, in der eine innerhalb der Querschnittseinheit immer gleiche Modulation erzeugbar ist.By controlling a pixel, the light modulation can be generated according to the invention, so that a single pixel of such a light modulator forms the smallest possible cross-sectional unit in which a modulation which is always the same within the cross-sectional unit can be generated.

Selbstverständlich ist es möglich, innerhalb der vielen einzelnen Pixel eines Lichtmodulators Pixelgruppen zusammenzufassen, in denen ein- und dieselbe Modulation und somit dasselbe Sendesignal erzeugt wird. Es wird sodann eine Querschnittseinheit durch eine größere Anzahl von Pixeln im Vergleich zu einem Einzelpixel definiert, z. B. durch eine Pixelgruppe mit rechteckiger Gesamtflächengestalt.Of course, it is possible to combine within the many individual pixels of a light modulator pixel groups in which one and the same modulation and thus the same transmission signal is generated. A cross-sectional unit is then defined by a larger number of pixels compared to a single pixel, e.g. By a pixel group having a rectangular overall surface shape.

Ein solcher in einzelne ansteuerbare Pixel unterteilter Lichtmodulator kann je nach Ausführung beispielsweise in Transmission oder Reflektion betrieben werden.Depending on the design, such a light modulator subdivided into individual controllable pixels can be operated, for example, in transmission or reflection.

Ein Beispiel eines solchen in Pixel unterteilten Lichtmodulators, der in Reflektion betrieben wird, ist ein digitaler Lichtprozessor, DLP (digital light processor), wie er beispielsweise von der Firma Texas Instruments angeboten wird. Hier werden die einzelnen ansteuerbaren Pixel durch viele einzelne Spiegelelemente ausgebildet, die durch Ansteuerung individuell verkippt werden können, so dass durch eine solche Ansteuerung der Pixel festgelegt werden kann, ob auf ein solches Pixel, d. h. ein Spiegelelement auftreffendes Licht in einer bestimmten Richtung abgelenkt wird oder nicht. Die Modulation des Lichtes kann so beispielsweise durch eine digitale Ansteuerung der Pixel bzw. der einzelnen Spiegelelemente erfolgen, um so in einer zeitlichen Folge das Licht in einer durch die Pixel definierten Querschnittseinheit an- oder auszuschalten.An example of such a pixelized light modulator operated in reflection is a digital light processor, DLP (digital light processor), as it is offered for example by the company Texas Instruments. Here, the individual controllable pixels are formed by many individual mirror elements, which can be individually tilted by control, so that it can be determined by such control of the pixels, whether such a pixel, ie a mirror element incident light in a particular direction is deflected or Not. The modulation of the light can be done for example by a digital control of the pixels or the individual mirror elements, so as to turn on or off in a temporal sequence, the light in a defined by the pixel cross-sectional unit.

Eine andere Möglichkeit, einen Lichtmodulator einzusetzen, ergibt sich durch in Pixel unterteilte LCDs, d. h. Flüssigkristalleinheiten, die sodann üblicherweise in Transmission betrieben werden. Hier wird durch die einzelnen ansteuerbaren Pixel die Polarisation und/oder Phase des transmittierten Lichtes geändert, so dass durch die Ansteuerung innerhalb einer durch die Pixel definierten Querschnittseinheit unterschiedliche Sendesignale durch das Aufprägen verschiedener Phasen und/oder Polarisationen möglich sind, wobei diese gegebenenfalls durch Nachschaltung eines Polarisators bzw. in dieser Anwendung als Analysator betriebenen optischen Elementes eine Lichtintensitätsänderung individuell in jeder Querschnittseinheit erzeugt werden kann.Another way to use a light modulator is through pixelized LCDs, i. H. Liquid crystal units, which are then usually operated in transmission. Here, the polarization and / or phase of the transmitted light is changed by the individual controllable pixels, so that different transmission signals are possible by the imposition of different phases and / or polarizations by the control within a pixel defined by the cross-sectional unit, this optionally by downstream of a Polarisators or operated in this application as an analyzer optical element, a light intensity change can be generated individually in each cross-sectional unit.

Das über den Querschnitt in einer Vielzahl von Querschnittseinheiten modulierte Licht, insbesondere jeweils unterschiedlich modulierte Licht, bei dem somit in jeder Querschnittseinheit insbesondere unterschiedliche, sich gegebenenfalls zeitlich periodisch wiederholende Sendesignale aufgeprägt sind, kann sich sodann entweder nach Transmission oder nach Reflektion je nach Art des eingesetzten Lichtmodulators weiter zunächst im Wesentlichen parallel ausbreiten, um sodann mit einer Optik, z. B. einer Zerstreuungslinse oder einer Spiegeloptik, in ein divergierendes Lichtbündel geformt zu werden.The modulated over the cross section in a plurality of cross-sectional units light, in particular differently modulated light, in which thus in each cross-sectional unit in particular different, optionally periodically repeating transmitted signals are imprinted, then either after transmission or reflection depending on the type of used Light modulator continue to propagate substantially parallel, then with an optic, z. B. a diverging lens or mirror optics, to be formed in a divergent light beam.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Aufweitung des parallelen Lichtbündels in Ausbreitungsrichtung vor dem Lichtmodulator zu erzeugen, diesen also direkt mit dem divergenten Lichtbündel zu beleuchten.Of course, it is also possible to generate the expansion of the parallel light beam in the direction of propagation in front of the light modulator, that is to illuminate it directly with the divergent light beam.

Eine solches divergentes Lichtbündel kann z. B. auch direkt durch die Lichtquelle erzeugt sein, insbesondere wenn die Lichterzeugung im Wesentlichen punktförmig ist. So können als Lichtquellen auch Leuchtdioden, Laserdioden, Halogenleuchtmittel etc. zum Einsatz kommen. Das Licht einer solchen Lichtquelle kann somit ggfs. sofort zur Beleuchtung eines Lichtmodulators verwendet werden, Auch kann es vorgesehen sein, dieses Licht zuvor zu parallelisiereung und anschließen wieder aufzuweiten.Such a divergent light beam can, for. B. also be generated directly by the light source, especially if the light generation is substantially punctiform. For example, light-emitting diodes, laser diodes, halogen lamps, etc. can also be used as light sources. The light of such a light source can therefore, if necessary, be used immediately for illuminating a light modulator. It may also be provided to first parallelize and then widen this light again.

Beispielsweise kann als Lichtquelle, Optik und Lichtmodulator auch eine bauliche Einheit verwendet werden. Diese kann z. B. durch einen DLP- oder LCD-Projektor bzw. -Beamer ausgebildet sein.For example, as a light source, optics and light modulator and a structural unit can be used. This can, for. B. be formed by a DLP or LCD projector or -Beamer.

Bei der Beleuchtung eines Lichtmodulators sowohl in Transmission als auch in Reflektion ist es vorteilhaft, wenn gegebenenfalls zunächst das durch die Lichtquelle erzeugte Lichtbündel, beispielsweise das durch einen Laser im Wesentlichen parallel erzeugte Lichtbündel so aufgeweitet wird, dass ein Lichtmodulator mit seiner in Pixel unterteilten Modulationsfläche mit einem Kernbereich des aufgeweiteten Lichtbündels beleuchtet wird, insbesondere einem solchen Kernbereich, über den sich die Lichtintensität wenig ändert, insbesondere zumindest weniger als auf die Hälfte der Intensität im Zentrum.When illuminating a light modulator both in transmission and in reflection, it is advantageous if, if appropriate, the light bundle generated by the light source, for example the light bundle generated substantially parallel by a laser, is widened so that a light modulator with its modulation surface subdivided into pixels a core region of the widened light beam is illuminated, in particular such a core region over which the light intensity changes little, in particular at least less than half the intensity in the center.

Es ist dabei für das System weiterhin erforderlich, dass zumindest der einer Modulation unterzogene Querschnittsbereich des ursprünglich erzeugten, z. B. im Wesentlichen parallelen und bevorzugt aufgeweiteten Lichtbündels aufgeweitet wird, da das Messvolumen im Wesentlichen nur durch die Summe aller, durch den Lichtmodulator definierten Querschnittseinheiten in Propagationsrichtung ausgebildet wird.It is still necessary for the system that at least the subjected to a modulation cross-sectional area of the originally generated, for. B. is expanded substantially parallel and preferably expanded light beam, since the measurement volume is formed substantially only by the sum of all, defined by the light modulator cross-sectional units in the propagation direction.

Bei einer entsprechend eingesetzten Optik zur Erzeugung eines divergenten Lichtbündels wird somit bei z. B. quadratischer Ausbildung eines Lichtmodulators aus N mal N Pixeln ein pyramidales Messvolumen gebildet. Dabei ist die geometrische Form des Messvolumens für das eingesetzte Verfahren bzw. System irrelevant, soweit die geometrische Form bekannt ist, da diese Form für die Bestimmung der Position und Lage des im Messvolumen beleuchteten Objektes maßgeblich ist.In an appropriately used optics for generating a divergent light beam is thus at z. B. square formation of a light modulator of N times N pixels a pyramidal measurement volume formed. In this case, the geometric shape of the measuring volume is irrelevant to the method or system used, as far as the geometric shape is known, since this shape is decisive for the determination of the position and position of the object illuminated in the measuring volume.

Wie zuvor beschrieben, kann es in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass sich das Sendesignal, d. h. die Modulationsfolge, mit der die Lichtstrahlen innerhalb einer betrachteten Querschnittseinheit moduliert sind, zeitlich periodisch wiederholt. Dies hat den Vorteil, dass auch Bewegungen des beleuchteten Objektes innerhalb des Messvolumens erfasst werden können, insbesondere dann, wenn eine mehrfache/vielfache Wiederholung pro Sekunde erzielt wird.As described above, it may be provided in a preferred embodiment that the transmission signal, i. H. the modulation sequence, with which the light beams are modulated within a considered cross-sectional unit, repeated periodically periodically. This has the advantage that also movements of the illuminated object can be detected within the measuring volume, in particular if a multiple / multiple repetition per second is achieved.

Das Sendesignal selbst, das innerhalb einer jeden Querschnittseinheit auf die Lichtstrahlen dieser Querschnittseinheit aufgeprägt wird, kann beispielsweise als analoge oder auch als digitale Modulation ausgeführt sein, wie zuvor genannt beispielsweise als Modulation der Intensität, der Phase oder Polarisation der Lichtstrahlen einer jeden solchen Querschnittseinheit. Eine digitale Modulation ist dabei besonders vorteilhaft bei dem eingangs genannten Lichtmodulator, der als DLP-Chip mit einer Vielzahl an steuerbaren Spiegeleinheiten ausgebildet ist. Eine analoge Modulation kann beispielsweise auch durch in Transmission betriebene Flüssigkristallelemente erzielt werden, da dort Polarisationsdrehungen bzw. Phasenverschiebungen kontinuierlicher Art und somit auch analog erzeugbar sind.The transmission signal itself, which is impressed on the light beams of this cross-sectional unit within each cross-sectional unit, can be embodied, for example, as analog or also as digital modulation, as mentioned above, for example as a modulation of the intensity, phase or polarization of the light beams of each such Cross-section unit. A digital modulation is particularly advantageous in the light modulator mentioned above, which is designed as a DLP chip with a plurality of controllable mirror units. An analog modulation can also be achieved, for example, by liquid-crystal elements operated in transmission, since polarization rotations or phase shifts of a continuous type and thus also analogously can be generated there.

Sofern eine Intensitätsmodulation eingesetzt wird, kann es bevorzugt vorgesehen sein, durch geeignete Maßnahmen dafür Sorge zu tragen, dass etwaige Störeinflüsse der Umgebung z. B. hervorgerufen durch Umgebungslicht jeglicher Form, wie natürliches Sonnenlicht, künstliche Beleuchtungsquellen, thermische Strahler, kompensiert und/oder unterdrückt werden bzw. ihre Einflussnahme durch geeignete Codierung der Sendesignale minimiert wird. Ersteres kann erfindungsgemäß durch optische und/oder elektrische und/oder digitale Filter und/oder Kompensationsmechanismen erreicht werden.If an intensity modulation is used, it may preferably be provided to take appropriate measures to ensure that any disturbing influences of the environment z. B. caused by ambient light of any form, such as natural sunlight, artificial lighting sources, thermal radiators, compensated and / or suppressed or their influence is minimized by appropriate coding of the transmission signals. The former can be achieved according to the invention by optical and / or electrical and / or digital filters and / or compensation mechanisms.

Eine Analyse der zum Summenempfangssignal beitragenden Sendesignale kann z. B. durchgeführt werden durch eine Korrelation, insbesondere eine Kreuzkorrelation von Summenempfangssignal und allen Sendesignalen, die bei der Durchführung der Modulation über den Querschnitt zum Einsatz kommen.An analysis of the sums received signal contributing send signals can be z. B. are performed by a correlation, in particular a cross-correlation of sum received signal and all the transmission signals, which are used in the implementation of the modulation across the cross section.

Insbesondere das Prinzip der Kreuzkorrelation, das dem Fachmann bekannt ist, liefert somit als Ergebnis eine Information darüber, welche Sendesignale aus allen verwendeten Sendesignalen innerhalb des Summenempfangssignals vorhanden sind, so dass aus dieser Information die Position und/oder Lage des Objektes im Messvolumen bestimmbar ist.In particular, the principle of cross-correlation, which is known to the person skilled in the art, thus provides as a result information about which transmission signals from all the transmission signals used are present within the sum reception signal, so that the position and / or position of the object in the measurement volume can be determined from this information.

Eine alternative Analysemethode kann auch in der Fouriertransformation des Summenempfangssignals erkannt werden, insbesondere wobei diese Methode zum Einsatz kommen kann, wenn die einzelnen Sendesignale individuelle periodischen Intensitäts-, und/oder Phasen- und/oder Polarisationsänderungen beinhalten. Ein Maß für die Periodizität ist die Frequenz. Eine Analyse der Frequenzanteile des Summensignals kann mittels der Fouriertransformation erfolgen aus der unmittelbar die einzelnen, zum Summensignal beitragenden Frequenzen ausgelesen werden können. Aus der Kenntnis der Frequenzcodierung innerhalb der Querschnittseinheiten kann die Position innerhalb einer Querschnittsebene senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung bzw. zur optischen Achse ermittelt werden und aus den enthaltenen Frequenzanteilen und/oder deren Amplitude ist der Abstand zum Projektionsursprung bestimmbar.An alternative analysis method can also be detected in the Fourier transform of the sum reception signal, in particular wherein this method can be used when the individual transmission signals include individual periodic intensity, and / or phase and / or polarization changes. One measure of the periodicity is the frequency. An analysis of the frequency components of the sum signal can be done by means of the Fourier transform from the directly the individual, contributing to the sum signal frequencies can be read out. From the knowledge of the frequency coding within the cross-sectional units, the position within a cross-sectional plane perpendicular to the light propagation direction or to the optical axis can be determined, and the distance to the projection origin can be determined from the contained frequency components and / or their amplitude.

Die Analysemethode ist somit auch abhängig von der eingangs benutzten Modulationsmethode.The analysis method is thus also dependent on the modulation method used at the beginning.

Sind die zum Summenempfangssignal beitragenden Sendesignale bei der Analyse ermittelt worden, so kann mittels mathematischer Methoden, wie beispielhaft Interpolation, Ausgleichsrechnung, Nachbarschaftsalgorithmen, Koordinatentransformation, innerhalb einer Verarbeitungseinheit, wie einer Analyseeinheit oder einer sonstigen Datenverarbeitungsanlage, eine Information über die drei Translationsfreiheitsgrade und/oder die drei Rotationsfreiheitsgrade des Objektes relativ zum Projektionsursprung des divergenten Lichtbündels ermittelt werden.If the transmit signals contributing to the sum receive signal have been determined during the analysis, then information about the three translational degrees of freedom and / or the data within a processing unit, such as an analysis unit or other data processing system can be obtained by mathematical methods such as interpolation, compensation calculation, neighborhood algorithms, coordinate transformation three rotational degrees of freedom of the object are determined relative to the projection origin of the divergent light beam.

Dabei ist es im Wesentlichen vorgesehen, dass innerhalb der Verarbeitungseinheit eine Information darüber vorliegt, wie die geometrische Unterteilung des Lichtbündels in unterschiedlich optisch modulierte Querschnittseinheiten erfolgt, also insbesondere in welcher Größe und Auflösung die Pixel des eingesetzten Lichtmodulators angeordnet sind und welche Divergenz durch die zuvor benannte Optik bei dem sich divergent ausbreitenden Lichtbündels erzielt wird.In this case, it is essentially provided that information is present within the processing unit as to how the geometrical subdivision of the light beam into differently optically modulated cross-sectional units takes place, ie in which size and resolution the pixels of the inserted light modulator are arranged and what divergence is given by the previously mentioned Optics in which divergently propagating light beam is achieved.

Darüber hinaus ist es vorgesehen, in dem System eine Information darüber vorzuhalten, beispielsweise innerhalb einer Analyse- oder Datenverarbeitungseinheit eine Information zu speichern, wie die einzelnen Sendesignale über die modulierte Querschnittsfläche verteilt angeordnet sind. Erst hierdurch kann durch den Wegfall und das Hinzutreten bestimmter Sendesignale in das Summenempfangssignal auf die Position und/oder Lage sowie gegebenenfalls eine Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit geschlossen werden.In addition, it is provided to provide information in the system about, for example, to store information within an analysis or data processing unit as to how the individual transmission signals are distributed over the modulated cross-sectional area. Only then can be concluded by the elimination and the addition of certain transmit signals in the sum received signal on the position and / or position and optionally a direction of movement and speed.

Da über die Größe einer vorgegebenen Detektorfläche eine Vielzahl von Querschnittseinheiten mit der Detektorfläche überdeckt sind, wird insbesondere ein mittlerer Detektorflächenanteil mit einer Vielzahl von Sendesignalen beaufschlagt, deren Anteil zum Summensignal sich bei einer Bewegung, beispielsweise einer Translation oder auch einer Rotation der Detektorfläche, sich nur unwesentlich oder gar nicht ändert.Since a large number of cross-sectional units are covered by the detector surface over the size of a given detector surface, a mean detector surface component is subjected in particular to a multiplicity of transmitted signals whose contribution to the sum signal only occurs during a movement, for example a translation or a rotation of the detector surface insignificant or does not change at all.

Vielmehr ist es so, dass gerade die Detektorrandbereiche mit hoher Sensibilität die in die beleuchtete Fläche, z. B. Detektorfläche ein- oder aus dieser austretenden Sendesignale erfassen. Es ist daher in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, einen mittleren Bereich einer lichtempfindlichen Detektorfläche eines eingesetzten Detektors oder auch eine Retroreflektors optisch auszumaskieren, so dass dieser mittlere Bereich und die darauf eintreffenden Sendesignale nicht zum Summensignal beitragen. Der Rechenaufwand zur Ermittlung der zum Summensignal beitragenden einzelnen Sendesignale kann so reduziert werden.Rather, it is so that just the detector edge areas with high sensitivity in the illuminated area, for. B. detector surface on or from this exiting transmission signals. It is therefore provided in an advantageous development of the invention optically ausumaskieren a central region of a photosensitive detector surface of an inserted detector or a retroreflector, so that this central region and the incident thereon transmit signals do not contribute to the sum signal. The computational effort to determine the contribution to the sum signal individual transmission signals can be reduced.

Insbesondere kann weiterhin durch geeignete Maskierung der Detektorfläche bzw. der Reflektorfläche respektive Retroreflektorfläche als Codierung eine Unterscheidung mehrerer, sich simultan im Messvolumen befindenden Objekte erreicht werden. In particular, by suitable masking of the detector surface or the reflector surface or retroreflector surface as a coding, a distinction can be made between a plurality of objects located simultaneously in the measurement volume.

Alternativ besteht selbstverständlich die Möglichkeit, bereits originär bei einem Detektor die lichtempfindliche Fläche mit einer mittigen Aussparung zu versehen, somit also die lichtempfindliche Fläche im Wesentlichen rahmenförmig oder kreisringförmig auszubilden oder aber die lichtempfindlichen Flächenbereiche gemäß einer gewünschten Geometrie anzuordnen.Alternatively, it is of course possible to provide the photosensitive surface with a central cutout, which is the original, for a detector, ie to form the photosensitive surface in a substantially frame-shaped or annular manner or to arrange the photosensitive surface areas according to a desired geometry.

In einer Weiterbildung der Erfindung besteht auch die Möglichkeit, in einem ersten Schritt des Verfahrens zur Position und/oder Lagebestimmung des Objektes eine Gruppe aus mehreren Pixeln, insbesondere eine quadratische oder rechteckige Anordnung aus mehreren Pixeln eines Lichtmodulators hinsichtlich der Ansteuerung zusammenzufassen, so dass durch diese Gruppe eine Querschnittseinheit gebildet wird, in welcher das Licht mit ein- und derselben Modulation versehen wird.In one development of the invention, it is also possible to combine in a first step of the method for position and / or orientation of the object a group of several pixels, in particular a square or rectangular arrangement of several pixels of a light modulator with respect to the control, so that through this Group is formed a cross-sectional unit in which the light is provided with one and the same modulation.

So ergibt sich im Vergleich zur grundsätzlich bereitstehenden Gesamtanzahl aller möglichen Pixel eine demgegenüber reduzierte Anzahl von Querschnittseinheiten, so dass bei der Durchführung des Verfahrens, wie es zuvor beschrieben ist, die Position und/oder Lage eines beleuchteten Objektes innerhalb des Messvolumens zunächst mit einer vergleichsweise groben Auflösung ermittelt wird.Thus, in comparison to the generally available total number of all possible pixels, a reduced number of cross-sectional units results, so that in the implementation of the method, as described above, the position and / or position of an illuminated object within the measurement volume initially with a comparatively coarse Resolution is determined.

Ist mit diesem ersten Verfahrensschritt die grobe Position und/oder Lage innerhalb des Messvolumens bekannt, so kann es vorgesehen sein, mit einer höheren Auflösung, d. h. mit einer Definition von Querschnittseinheiten durch eine im Vergleich geringere Anzahl von Pixeln, insbesondere durch ein einzelnes Pixel des Lichtmodulators, eine feinere Positionsbestimmung vorzunehmen.If the coarse position and / or position within the measuring volume is known with this first method step, then it can be provided with a higher resolution, i. H. with a definition of cross-section units by a comparatively smaller number of pixels, in particular by a single pixel of the light modulator, to perform a finer position determination.

Bei diesem zweiten Schritt kann es vorgesehen sein, dass nur solche Pixel aus der Anzahl aller Pixel des Lichtmodulators angesteuert werden, die zu einer Modulation des Lichtes im gesamten definierten Messvolumen nur in einer Umgebung um die zuvor grob bestimmte Position beitragen.In this second step, it may be provided that only those pixels are controlled from the number of all pixels of the light modulator, which contribute to a modulation of the light in the entire defined measurement volume only in an environment around the previously roughly determined position.

Es wird demnach bei der durchzuführenden Modulation und der nachfolgenden Analyse beispielsweise nur eine Teilfläche eines in N mal M Pixel unterteilten Lichtmodulators angesteuert, um die Position und/oder Lage mit einer hohen Genauigkeit in der Umgebung der zuvor bestimmten groben Position und/oder Lage zu bestimmen.Accordingly, in the modulation to be performed and the subsequent analysis, for example, only a partial area of a light modulator subdivided by N by M pixels is driven in order to determine the position and / or position with a high accuracy in the vicinity of the previously determined coarse position and / or position ,

Ein solches Verfahren hat Vorteile hinsichtlich der Geschwindigkeit der Durchführung und der benötigten Rechenkapazitäten bei der Analyse im Vergleich zu einer Durchführung des Verfahrens, bei welchem mit einer maximalen Auflösung, d. h. der Definition einer Querschnittseinheit durch ein einzelnes Pixel des Lichtmodulators über die gesamte zur Verfügung stehende Modulationsfläche des Lichtmodulators das Verfahren durchgeführt wird.Such a method has advantages in terms of the speed of execution and the required computing capacity in the analysis compared to a performance of the method, in which with a maximum resolution, i. H. the definition of a cross-sectional unit by a single pixel of the light modulator over the entire available modulation surface of the light modulator, the method is performed.

In einer Ausführung, die sowohl alleinig als auch insbesondere als zweiter oder mehrfach wiederholter Schritt nachfolgend zu einer vorherigen groben Positionsbestimmung gemäß der vorherigen Beschreibung zum Einsatz kommen kann, kann es vorgesehen sein, dass in zeitlicher Folge ein über den Querschnitt des divergierenden Lichtbündel wanderndes Linienmuster mit dem Lichtmodulator erzeugt wird. Dabei kann ein solches Linienmuster auch durch zunächst eine in einer ersten Richtung und dann in weiteren insbesondere dazu senkrechten und/oder diagonalen Richtungen zeitlich laufende Linien dargestellt werden. Dabei ist es durch die Ansteuerung des Lichtmodulators zu jeder Zeit bekannt, welche Querschnittseinheiten in einer Linie innerhalb des Messvolumens angesteuert sind, so dass durch die einfache Tatsache des Entstehens eines Summensignals am Detektor die Position des Detektors innerhalb des Messvolumens bestimmbar ist.In an embodiment that can be used both alone and in particular as a second or multiply repeated step following a previous coarse position determination according to the previous description, it may be provided that in time a line pattern traveling over the cross section of the diverging light bundle the light modulator is generated. In this case, such a line pattern can also be represented by firstly temporally running lines in a first direction and then in further, in particular, perpendicular and / or diagonal directions. It is known at any time through the activation of the light modulator, which cross-section units are driven in a line within the measurement volume, so that the position of the detector within the measurement volume can be determined by the simple fact of the emergence of a sum signal at the detector.

Hierbei entspricht das Erzeugen einer in einer vorbestimmten Richtung laufenden Lichtlinie dem Erzeugen eines Sendesignals, wie es zuvor beschrieben wurde, wobei jedoch die in einer Linie nebeneinander angeordneten Querschnittseinheiten durch dasselbe Sendesignal angesteuert sind.In this case, the generation of a light line running in a predetermined direction corresponds to the generation of a transmission signal, as described above, but the cross-section units arranged next to one another in a line are driven by the same transmission signal.

Alternativ zu den vorangegangenen zweischrittigen Verfahren kann eine bevorzugte Ausführungsform auch als mehrschrittiges Verfahren zur sukzessiven Erhöhung der Genauigkeit der Bestimmung der Position und/oder Lage ausgeführt werden.As an alternative to the preceding two-step methods, a preferred embodiment can also be implemented as a multi-step method for successively increasing the accuracy of the determination of the position and / or position.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the following figures. Show it:

1 eine Ausführungsform, bei der ein lichtempfindlicher Detektor innerhalb des Messvolumens das beleuchtete Objekt ausbildet 1 an embodiment in which a photosensitive detector within the measurement volume forms the illuminated object

2 eine Ausführungsform, bei welcher der beleuchtete Detektor außerhalb des Messvolumens angeordnet ist 2 an embodiment in which the illuminated detector is arranged outside the measuring volume

3 eine Visualisierung des Korrelationsmessprinzips 3 a visualization of the correlation measurement principle

4 die Verfahrensdurchführung mit einem laufenden Linienmuster bei der Beleuchtung des Objektes 4 the procedure with a running line pattern in the illumination of the object

5 Eine Darstellung der Modulation in Querschnittseinheiten 5 A representation of the modulation in cross-section units

6 Varianten von Detektoren bzw. beleuchteten Flächen 6 Variants of detectors or illuminated surfaces

Die 1 visualisiert in einer schematischen Darstellung ein System zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Erkennbar ist bei der 1 der Einsatz eines Lasers 1 als Lichtquelle, wobei der Laser 1 ein zunächst im Wesentlichen paralleles Lichtbündel 2 erzeugt. Hierbei wird unter dem im Wesentlichen parallelen Lichtbündel verstanden, dass das Laserlicht eine im Wesentlichen nur durch die Beugungsbegrenzung bedingte geringe Divergenz aufweist.The 1 Visualized in a schematic representation of a system for carrying out the method according to the invention. Is recognizable in the 1 the use of a laser 1 as a light source, the laser 1 an initially substantially parallel light beam 2 generated. Here, the essentially parallel light bundle is understood to mean that the laser light has a small divergence, which is essentially caused only by the diffraction limitation.

Hier ist es bei der beschriebenen Ausführung vorgesehen, durch ein strahlaufweitendes Objekt 3 ein im Vergleich zum ursprünglichen Lichtbündel 2 im Querschnitt vergrößertes Lichtbündel 2' zu erzeugen. Dies kann beispielsweise durch eine Teleskopoptik realisiert werden, wobei weiterhin die Divergenz des aufgeweiteten Lichtbündels 2' geringer ist als die des Lichtbündels 2, so dass nachfolgend mit dem aufgeweiteten Lichtbündel 2' eine zur Lichtmodulation fähige Fläche eines Lichtmodulators 4 beleuchtet werden kann, wobei die 1 den Einsatz eines Lichtmodulators in Reflektion zeigt, so dass der Lichtmodulator z. B. durch einen DLP-Chip ausgebildet sein kann, der eine Vielzahl von ansteuerbaren Spiegelelementen als ansteuerbare Pixel aufweist.Here it is provided in the described embodiment, by a Strahlaufweitendes object 3 one in comparison to the original light bundle 2 in cross section enlarged light beam 2 ' to create. This can be realized for example by a telescope optics, wherein furthermore the divergence of the widened light beam 2 ' less than that of the light beam 2 , so that below with the widened light beam 2 ' a light modulation capable surface of a light modulator 4 can be lit, the 1 shows the use of a light modulator in reflection, so that the light modulator z. B. may be formed by a DLP chip having a plurality of controllable mirror elements as controllable pixels.

Die Ansteuerung der einzelnen Pixel kann durch eine separat angeordnete Pixelansteuerung 5 erfolgen, so dass abhängig von der Stellung der einzelnen Pixel des Lichtmodulators 4 das Licht an jedem Ort eines Pixels in die Richtung des abgelenkten Lichtbündels 2'' reflektiert werden kann. Durch eine zeitlich aufeinanderfolgende Ansteuerung eines jeden einzelnen Pixels besteht somit die Möglichkeit, über den Querschnitt des abgelenkten Strahlenbündels 2'' eine in der Querschnittsfläche ortsabhängige Lichtmodulation zu erzeugen, wobei eine Querschnittseinheit des abgelenkten Strahlenbündels 2'', in dem eine immer gleichbleibende Modulation aufgrund der Ansteuerung erfolgt, durch wenigstens ein einzelnes Pixel des Lichtmodulators 4 definiert ist.The activation of the individual pixels can be achieved by a separately arranged pixel driver 5 be made so that, depending on the position of the individual pixels of the light modulator 4 the light at each location of a pixel in the direction of the deflected light beam 2 '' can be reflected. By a temporally successive control of each individual pixel is thus possible, over the cross section of the deflected beam 2 '' to generate a location-dependent in the cross-sectional area of light modulation, wherein a cross-sectional unit of the deflected beam 2 '' , in which an always constant modulation due to the driving takes place, by at least a single pixel of the light modulator 4 is defined.

Es kann so in jedem der einzelnen Querschnittseinheiten eine unterschiedliche, bevorzugt sich zeitlich wiederholende Modulation erzeugt werden, die in jeder Querschnittseinheit als ein dem dort propagierenden Licht aufgeprägtes Sendesignal verstanden werden kann.It is thus possible in each of the individual cross-sectional units to produce a different, preferably repetitive, modulation which, in each cross-sectional unit, can be understood as a transmitted signal imprinted thereon.

Das nach der erfolgten Lichtmodulation zunächst noch weiterhin im Wesentlichen parallel propagierende Lichtbündel 2'' wird nachfolgend durch eine Optik, hier eine Zerstreuungslinse 6, in ein divergierendes Lichtbündel 2''' geformt, wobei durch alle Querschnittseinheiten, in denen das Licht modulierbar ist, in Propagationsrichtung ein Messvolumen V aufgespannt wird.The light beam initially propagating substantially parallel after the light modulation has taken place 2 '' is subsequently by an optic, here a diverging lens 6 , in a diverging light beam 2 ''' shaped, wherein a measuring volume V is spanned by all cross-sectional units in which the light is modulated in the propagation direction.

Zur Verdeutlichung des Verfahrens werden nachfolgend drei exemplarische Lichtstrahlen 7a, b und c betrachtet, die alle aus verschiedenen Querschnittseinheiten stammen und denen somit ein jeweils unterschiedliches Sendesignal als Modulation aufgeprägt ist.To illustrate the method, three exemplary light beams will be described below 7a , b and c considered, all of which come from different cross-sectional units and which thus a respective different transmission signal is impressed as a modulation.

Bei der hier dargestellten Detektorverkippung des Detektors 8 mit einer lichtempfindlichen Frontfläche ist erkennbar, dass nur die Lichtstrahlen 7a und 7b die Detektorfläche treffen, nicht hingegen der Strahl 7c. Wäre hingegen der Detektor statt der hier eingezeichneten Verkippung um den Winkel ω mit seiner lichtempfindlichen Fläche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung orientiert, so würde auch der Lichtstrahl 7c auf die Detektorfläche auftreffen.In the case of the detector tilting of the detector shown here 8th with a photosensitive front surface it can be seen that only the light rays 7a and 7b the detector surface hit, but not the beam 7c , If, on the other hand, the detector were oriented perpendicular to the propagation direction by the angle ω with its light-sensitive surface instead of the tilt shown here, then the light beam would also be 7c impinge on the detector surface.

Darüber hinaus ist es erkennbar, dass aufgrund der Divergenz bei einem größeren Abstand des Detektors 8 zur Zerstreuungslinse 6 bzw. dem in Propagationsrichtung vor der Linse liegenden imaginären Fokus nur noch der Lichtstrahl 7b die Detektorfläche treffen würde, nicht jedoch mehr die seitlich daneben liegenden Lichtstrahlen 7a und 7c. So ist es anhand der hier vereinfachten Darstellung der 1 verständlich, dass in Abhängigkeit der örtlichen Position des Detektors jeweils unterschiedliche Lichtstrahlen mit unterschiedlich aufgeprägtem Sendesignal die lichtempfindliche Detektorfläche treffen, so dass das jeweils von dem Detektor 8 erfasste Summenempfangssignal durch unterschiedliche Anteile der einzelnen, insgesamt zur Verfügung stehenden Sendesignale gebildet wird.In addition, it can be seen that due to the divergence at a greater distance of the detector 8th to the diverging lens 6 or the imaginary focus lying in the propagation direction in front of the lens only the light beam 7b would hit the detector surface, but not the laterally adjacent light rays 7a and 7c , So it is based on the simplified representation of the 1 understand that depending on the local position of the detector respectively different light beams with differently impressed transmission signal strike the photosensitive detector surface, so that each of the detector 8th detected sum receive signal is formed by different portions of the individual, total available transmit signals.

Dasselbe Prinzip gilt in gleicher Weise für die Systemdarstellung der 2, wobei hier jedoch das im Wesentlichen parallele, nach der Reflektion und Modulation sich ausbreitende Lichtbündel 2'' durch einen Strahlteiler 9 hindurchtritt und diesen zu einem großen Anteil, beispielsweise 50%, durchläuft. Der in dieser Figur nach links reflektierte Anteil, der hier nicht visualisiert ist, ist für das weitere Verfahren nicht weiter von Belang. Das hindurchtretende Licht spannt wiederum aufgrund der Zerstreuungslinse 6 ein Messvolumen V auf, wobei nun innerhalb dieses Messvolumens V ein Retroreflektor 9 angeordnet ist, der all das Licht zurückreflektiert, welches durch seine wirksame Öffnungsfläche in diesen eintritt. In den Retroreflektor 11 tritt demnach in Abhängigkeit von seiner Position und Lage, d. h. seiner Verkippung zur Ausbreitungsrichtung, Licht ein, das aus einer mehr oder weniger großen Anzahl von unterschiedlich modulierten Querschnittseinheiten des Lichtbündels 2''' stammt.The same principle applies in the same way to the system representation of 2 However, here is the substantially parallel, after the reflection and modulation propagating light beam 2 '' through a beam splitter 9 passes through and passes through this to a large extent, for example 50%. The portion reflected to the left in this figure, which is not visualized here, is of no further importance for the further method. The passing light in turn tensions due to the diverging lens 6 a measurement volume V, wherein now within this measurement volume V a retroreflector 9 is arranged, which reflects all the light back, which enters through its effective opening area in this. In the retroreflector 11 Accordingly, depending on its position and position, ie its tilting towards the propagation direction, light enters from a more or less large number of differently modulated cross-sectional units of the light beam 2 ''' comes.

Dieses Licht wird zurückreflektiert in Richtung der Zerstreuungslinse 6 bzw. den davor liegenden imaginären Fokus, durch die Zerstreuungslinse 6 aufgrund der Richtungsumkehr sodann parallelisiert und durch den Strahlteiler 9 sodann bezogen auf die 2 nach rechts in Richtung zu einem außerhalb des Messvolumens 2''' angeordneten Detektor 8 reflektiert. This light is reflected back towards the diverging lens 6 or the imaginary focus in front, through the diverging lens 6 due to the reversal of direction then parallelized and through the beam splitter 9 then based on the 2 right towards one outside the measurement volume 2 ''' arranged detector 8th reflected.

Auch dort wird genauso wie bei der 1 ein Summenempfangssignal erfasst, dass sich aus allen einzelnen Sendesignalen der in den Retroreflektor eintretenden und durch diesen reflektierten Lichtstrahlen aus verschiedenen Querschnittseinheiten zusammensetzt.Also there will be just like the 1 detects a sum received signal that is composed of all individual transmission signals entering and reflected by the retroreflector light beams from different cross-sectional units.

In einer Auswerte- bzw. Analyseeinheit 10, die separat, aber auch als Einheit mit einer Pixelansteuerung 5 realisiert sein kann, besteht nun die Möglichkeit, auszuwerten, welche Sendesignale von allen Sendesignalen im Summenempfangssignal, welches der Detektor bereitstellt, vorhanden sind.In an evaluation or analysis unit 10 that are separate, but also as a unit with a pixel driver 5 can be realized, it is now possible to evaluate which transmission signals of all transmission signals in the sum reception signal, which provides the detector, are present.

Dies kann beispielsweise erfolgen, wie es in der 3 symbolisiert dargestellt ist. So zeigt die 3 linksseitig exemplarisch drei verschiedene von einer grundsätzlich beliebigen Anzahl von Sendesignalen, mit denen die Lichtstrahlen in verschiedenen Querschnittseinheiten des zunächst parallelen Lichtbündels und dann divergenten Lichtbündels 2''' moduliert ist. Der Detektor 8, der hier vereinfacht als Photodetektor dargestellt ist, nimmt somit insgesamt ein von der eintreffenden Lichtintensität abhängiges Signal auf und wandelt dies in eine elektrische Messgröße I_PD(n), die ein Summenempfangssignal darstellt, in dem sich alle einzelnen am Detektor erfassten Sendesignalanteile wiederspiegeln.This can be done, for example, as it is in the 3 symbolized is shown. That's how it shows 3 On the left side, by way of example, three different ones of a fundamentally arbitrary number of transmission signals, with which the light beams in different cross-sectional units of the initially parallel light beam and then divergent light beam 2 ''' is modulated. The detector 8th , which is shown here in simplified form as a photodetector, thus takes on a total of the incident light intensity dependent signal and converts this into an electrical measurement I _PD (n), which represents a sum received signal in which all individual detected at the detector transmission signal components.

In einer nachfolgenden Analyseeinheit 10, die hier als Korrelator/Optimalfilter (engl.: matched filter) aufgebaut ist, wird das empfangende Summenempfangssignal I_PD(n) korreliert mit jedem der einzelnen zur Modulation verwendeten Sendesignale S, wobei für jede dieser Korrelationen eine separate einzelne Korrelationseinheit 10' zur Verfügung gestellt sein kann. Jede dieser Korrelationseinheiten 10' gibt im Laufe der Korrelation bei Vorhandensein des gesuchten Sendesignals S im Summensignal I_PD(n) einen Ergebniswert oberhalb eines Grenzwertes aus, so dass aus diesem Ergebnis geschlossen werden kann, dass das in der Korrelation gesuchte einzelne Sendesignal einen Beitrag zum Summenempfangssignal geleistet hat.In a subsequent analysis unit 10 , here constructed as a matched filter, the received sum receive signal I _PD (n) is correlated to each of the individual transmit signals S used for modulation, with a separate single correlation unit for each of these correlations 10 ' can be provided. Each of these correlation units 10 ' gives in the course of the correlation in the presence of the desired transmission signal S in the sum signal I _PD (n) a result above a threshold value, so that it can be concluded from this result that the sought in the correlation individual transmission signal has made a contribution to the sum received signal.

Aus dieser Information und der geometrischen Anordnung des aufgefundenen Sendesignals innerhalb des aus allen Querschnittseinheiten aufgebauten gesamten modulierten Querschnitts kann somit die Position und die Lage des beleuchteten Objektes, also beispielsweise mit Bezug auf die 1 und 2 des unmittelbar beleuchteten Detektors 8 oder des im Messvolumen befindlichen Retroreflektors 9 berechnet werden.From this information and the geometric arrangement of the detected transmission signal within the entire modulated cross-section constructed from all cross-sectional units, the position and the position of the illuminated object, ie, for example with reference to FIGS 1 and 2 of the directly illuminated detector 8th or the retroreflector in the measurement volume 9 be calculated.

Die 4 zeigt in Schnitten senkrecht zur Propagationsrichtung bzw. der optischen Achse des divergenten Lichtstrahlenbündels 2''' eine jeweilige Momentaufnahme der Lichtintensitätsverteilung über alle Querschnittseinheiten, in denen durch einen Lichtmodulator eine Lichtintensitätsmodulation stattfindet. Innerhalb des jeweiligen Querschnitts ist die Detektorfläche als Quadrat gekennzeichnet.The 4 shows in sections perpendicular to the propagation direction or the optical axis of the divergent light beam 2 ''' a respective snapshot of the light intensity distribution over all cross-sectional units in which a light intensity modulation takes place by a light modulator. Within the respective cross section, the detector surface is marked as a square.

Dabei zeigt der Querschnitt Q1, dass auf das Licht der einzelnen Querschnittseinheiten eine solche Modulation aufgeprägt wird, die eine mit der Zeit in einer ersten Richtung X über den Querschnitt Q1 laufende Linie L repräsentiert, wobei innerhalb dieser Linie die Lichtintensität hoch ist und neben der Linie gering bzw. Null. Bei der Darstellung des Querschnitts Q1 wird durch die Ansteuerung der einzelnen Pixel des Lichtmodulators eine hier in X-Richtung, d. h. von links nach rechts laufende Linie erzeugt, die auf ihrem Weg über den Querschnitt am Ort des Detektors, der hier quadratisch innerhalb des Querschnitts angeordnet ist, erfasst wird, wenn diese Linie hoher Lichtintensität die lichtempfindliche Detektorfläche überstreicht.In this case, the cross section Q1 shows that a modulation is applied to the light of the individual cross-sectional units which represents a line L running in a first direction X over the cross-section Q1 with time, the light intensity being high inside this line and next to the line low or zero. In the illustration of the cross section Q1 by controlling the individual pixels of the light modulator one here in the X direction, d. H. is generated from left to right running line, which is detected on its way across the cross section at the location of the detector, which is square here within the cross section, when this line of high light intensity sweeps over the photosensitive detector surface.

Bezogen auf die Zeit t ist dies unterhalb der Darstellung des Querschnitts Q1 als Graphik des aufgenommenen Summensignals I_PD(t) erkennbar. Aus dem zeitlichen Verlauf des Detektorsignals I_PD(t), charakterisiert durch verschiedene Signalparameter (Anstiegszeit Δt_r, Plateauzeit Δt_p, Abfallzeit Δt_f), lässt sich somit die Lage des Detektors in X-Richtung innerhalb des gesamten modulierten Querschnitts des Lichtbündels bestimmen. Aus der Breite des erfassten Signals und der Signalhöhe kann auf den Abstand zum Projektionsursprung (Linsenfokus) und auf die Lage geschlossen werden.Based on the time t, this can be seen below the representation of the cross section Q1 as a graph of the recorded sum signal I _PD (t). From the temporal course of the detector signal I _PD (t), characterized by different signal parameters (rise time Δt _r , plateau time Δt _p , fall time Δt _f ), the position of the detector in the X direction within the entire modulated cross section of the light bundle can thus be determined. From the width of the detected signal and the signal level can be closed on the distance to the projection origin (lens focus) and on the situation.

Gleiches gilt, bezogen auf den dargestellten Querschnitt Q2 bei einer Durchführung dieses Verfahrensschrittes, bei welcher eine Modulationsansteuerung derart erfolgt, dass über den Querschnitt Q2 eine laufende intensitätsstarke Linie L in Y-Richtung erzeugt wird. Auch dies erzeugt in Abhängigkeit von der Zeit t ein Summensignal am Detektor zu den Zeiten, wenn die intensitätsstarke Lichtlinie die Detektorfläche überstreicht, so wie es rechtsseitig des Querschnitts Q2 in der 4 dargestellt ist. Es lässt sich so die Lage des Detektors in Y-Richtung bestimmen, ebenso wie aus der Signalbreite der Ursprungsabstand.The same applies, based on the illustrated cross-section Q2 in an implementation of this method step, in which a modulation drive is performed such that over the cross-section Q2 a current high-intensity line L is generated in the Y direction. This, too, produces a sum signal at the detector at the times when the high-intensity light line passes over the detector surface, as is the case on the right-hand side of the cross-section Q2 in FIG 4 is shown. It can thus determine the position of the detector in the Y direction, as well as from the signal width of the original distance.

Die 4 zeigt weiter in den unteren Darstellungen Q3, Q4 und Q5, dass das Messverfahren nicht bloß mit einer einzigen in einer vorbestimmten Richtung laufenden Linie L durchgeführt werden kann, sondern gegebenenfalls auch mit mehreren gleichzeitig laufenden Linien, wobei auch die Laufrichtung grundsätzlich beliebig ist.The 4 further shows in the lower diagrams Q3, Q4 and Q5 that the measuring method can not be performed with only a single line L running in a predetermined direction, but optionally also with several simultaneously running lines, wherein the direction is basically arbitrary.

Mit Bezug auf das im allgemeinen Teil beschriebene Verfahren stellt auch eine laufende Linie ein zeitliches Modulationssignal in jedem Pixel bzw. jeder Querschnittseinheit dar, wobei jedoch die hier in einer Linie nebeneinander angeordneten und gleichzeitig angesteuerten Pixel des Lichtmodulators in der zeitlichen Folge mit demselben Modulationssignal angesteuert sind.With reference to the method described in the general part, a running line also represents a temporal modulation signal in each pixel or each cross-sectional unit, but the pixels of the light modulator arranged side by side and simultaneously driven in the same sequence are driven with the same modulation signal in chronological order ,

Die Art und Weise der Ansteuerung ist dabei für das erfindungsgemäße Verfahren vom Grundsatz her irrelevant, wirkt sich hingegen nur aus hinsichtlich des einzusetzenden Auswertealgorithmus zur Positions- und/oder Lagebestimmung.The manner of the control is in principle irrelevant to the method according to the invention, on the other hand only has an effect with regard to the evaluation algorithm to be used for position and / or position determination.

Es können somit mit einem erfindungsgemäßen System zur Erzeugung eines divergenten Strahlenbündels mit zumindest bereichsweise unterschiedlich in verschiedenen Querschnittseinheiten moduliertem Licht durch verschiedene Analyseverfahren Positions- und Lagebestimmungen eines jeweils im Messvolumen beleuchteten Objektes vorgenommen werden.Thus, with a system according to the invention for generating a divergent beam with light modulated differently in different cross-sectional units at least in regions, position and position determinations of an object illuminated in each case in the measurement volume can be made by different analysis methods.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. System hat den besonderen Vorteil, sehr universell und ortsunabhängig eingesetzt zu werden, da das Messvolumen lediglich durch das erzeugte divergente und über den Querschnitt modulierte Lichtbündel erzeugt wird und somit eine entsprechende Projektionseinheit grundsätzlich an beliebigen Orten installiert und zum Einsatz gebracht werden kann.The inventive method or system has the particular advantage of being used very universally and location-independent, since the measurement volume is generated only by the generated divergent and modulated over the cross section light beam and thus a corresponding projection unit basically installed at any location and used can.

Dabei können Positionen bzw. Lagen von grundsätzlich beliebigen Gegenständen innerhalb des Messvolumens bestimmt werden, solange an diesen Gegenständen ein Objekt befestigt ist, mit einer vorbestimmten beleuchteten Objektfläche, zu der bestimmbar ist, welche Sendesignale der vorbeschriebenen Art auf diese Objektfläche auftreffen.In this case, positions or positions of basically any objects within the measurement volume can be determined, as long as an object is attached to these objects, with a predetermined illuminated object surface, to which it can be determined which transmission signals of the type described above impinge on this object surface.

Dabei kann wie zuvor beschrieben an einem solchen zu beobachtenden Gegenstand entweder der Detektor selbst unmittelbar befestigt sein oder aber ein Reflektor respektive Retroreflektor, mit dem das auf diesen eintreffende Licht zu einem außerhalb des Messvolumens angeordneten Detektor reflektiert wird.In this case, as described above, the detector itself can be directly attached to such an object to be observed, or else a reflector or retroreflector with which the light incident on it is reflected to a detector arranged outside the measuring volume.

Die 5 zeigt ein mögliches Beispiel der Durchführung einer Modulation. Links oben in der Figur ist zunächst als Kreis der Schnitt durch ein Lichtbündel 2' senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes gezeigt. Dieser Kreis entspricht einem Bereich gleicher Intensität, z. B. die halbe Intensität bezogen auf das Maximum in der Lichtbündelmitte, z. B. wenn das Lichtbündel eine gaußförmige oder ähnliche Intensitätsverteilung hat.The 5 shows a possible example of performing a modulation. At the top left of the figure, the first circle is the section through a light bundle 2 ' shown perpendicular to the propagation direction of the light. This circle corresponds to a region of equal intensity, z. B. half the intensity based on the maximum in the center of the light, z. B. when the light beam has a Gaussian or similar intensity distribution.

Innerhalb des Lichtbündels 2' wird ein Bereich M zur Modulation ausgewählt, beispielsweise dadurch, dass ein Lichtmodulator mit einer Modulationsfläche M durch das Lichtbündel 2' beleuchtet wird. Diese Beleuchtung kann – wie eingangs erwähnt – sowohl in einem Bereich erfolgen, in dem das Licht im Wesentlichen parallel als auch divergent propagiert. Bevorzugt ist es so, dass die Modulationsfläche M des Lichtmodulators in einem zentralen Querschnittsbereich des Lichtbündels positioniert wird, in welchen sich die Intensität bezogen auf den Abstand von der Bündelmitte möglichst wenig ändert.Within the light beam 2 ' For example, a region M for modulation is selected, for example, by a light modulator having a modulation surface M through the light beam 2 ' is illuminated. As already mentioned, this illumination can take place both in an area in which the light propagates substantially in parallel as well as divergently. It is preferred that the modulation surface M of the light modulator is positioned in a central cross-sectional region of the light bundle, in which the intensity changes as little as possible relative to the distance from the bundle center.

Die Modulationsfläche M kann in eine Vielzahl von Pixel unterteilt sein, wobei z. B. bei einem DLP-Prozessor die Pixel durch Spiegel gebildet sind.The modulation surface M may be divided into a plurality of pixels, wherein z. B. in a DLP processor, the pixels are formed by mirrors.

Rechts unten ist in der 5 dargestellt, dass die Modulationsfläche M in eine Vielzahl vom N×M Querschnittseinheiten Q_ij unterteilt ist. Jede Querschnitteinheit kann durch einen oder auch mehrere Pixel gebildet sein. In dieser vereinfachten Darstellung werden 5×5 Pixel und demnach ebenso viele Querschnitteinheiten Q_ij angenommen.Right below is in the 5 illustrated that the modulation area M is divided into a plurality of N × M cross-sectional units Q _ij . Each cross-section unit may be formed by one or more pixels. In this simplified representation, 5 × 5 pixels and therefore just as many cross-section units Q _{ij are} assumed.

Die einzelnen Pixel sind durch eine übergeordnete Steuerung ansteuerbar, so dass jedes Pixel so geschaltet werden kann, dass in der durch das Pixel definierten Querschnitteinheit Q_ij entweder maximale oder minimale Lichtintensität vorliegt. Dies entspricht einer digitalen Signalaufprägung in jeder Querschnittseinheit Q_ij als Intensitätsmodulation.The individual pixels can be controlled by a higher-level control, so that each pixel can be switched such that either maximum or minimum light intensity is present in the cross-section unit Q _ij defined by the pixel. This corresponds to a digital signal imprinting in each cross-sectional unit Q _ij as intensity modulation.

Die 5 zeigt nun in einer zeitlichen Folge entlang der Zeitachse t die zeitlichen Änderungen der Lichtintensität in den Querschnittseinheiten Q_ij, was einem jeder Querschnittseinheit Q_ij aufgeprägten Sendesignal S_ij entspricht.The 5 shows now in a temporal sequence along the time axis t the temporal changes of the light intensity in the cross-sectional units Q _ij , which corresponds to each cross-sectional unit Q _ij impressed transmission signal S _ij .

Der zeitlichen Folge ist z. B. zu entnehmen, dass die Querschnittseinheit Q₁₁ das Signal S₁₁ = (1010...1) trägt. Auf diese Art kann jeder Querschnittseinheit Q_ij ein individuelles Sendesignal S_ij aufgeprägt werden.The temporal consequence is z. B. that the cross-sectional unit Q ₁₁ carries the signal S ₁₁ = (1010 ... 1). In this way, each cross-sectional unit Q _ij can be impressed with an individual transmission signal S _ij .

Da mit einem Teil des Lichtbündels und somit einem Teil der aufgeprägten Sendesignale S_ij ein hier nicht dargestellter Detektor beleuchtet wird, gibt dieser ein Summenempfangssignal heraus, wie es in der 3 dargestellt und dort beschrieben ist.Since with a part of the light beam and thus a part of the impressed transmission signals S _ij a not shown here detector is illuminated, this outputs a sum received signal, as shown in the 3 is shown and described there.

Die 6 zeigt mehrere Varianten eines Detektors 8. 6 links zeigt einen Detektor mit einer rahmenförmigen rechteckigen lichtsensitiven Fläche 8a. 6 mitte zeigt eine Variante, bei dem nur in den Ecken und der Mitte eines Quadrates lichtsensitive Bereiche 8a angeordnet sind. In der 6 rechts gibt es auch im mittlere Bereich mehrere lichtsensitive Flächen 8a.The 6 shows several variants of a detector 8th , 6 left shows a detector with a frame-shaped rectangular light-sensitive surface 8a , 6 Center shows a variant in which only in the corners and the center of a square light-sensitive areas 8a are arranged. In the 6 on the right there are also several light-sensitive surfaces in the middle area 8a ,

Die einzelnen lichtsensitiven Flächen 8a können z. B. dadurch erreicht werden, dass auf eine volle lichtsensitive Fläche von hier z. B. quadratischer Form eine Maske 8b angeordnet wird, die nur in Teilbereichen lichtduchlässig ist und mit diesen Teilbereichen die lichtsensitiven Flächen 8a definiert.The individual light-sensitive surfaces 8a can z. B. be achieved by applying to a full light-sensitive surface of here z. B. square shape a mask 8b is arranged, which is lichtduchlässig only in some areas and with these areas the light-sensitive surfaces 8a Are defined.

Ebenso ist es möglich, dass die lichtsensitiven Flächen 8a jeweils durch einen einzelnen Detektor ausgebildet werden.It is also possible that the light-sensitive surfaces 8a each formed by a single detector.

Mit mehreren Detektoren 8, die verschiedene Masken aufweisen oder aber auch mit mehreren verschiedenen Geometrien von zueinander angeordneten Detektoren besteht die Möglichkeit, innerhalb eines Messvolumens verschiedene Objekte zu unterscheiden.With several detectors 8th , which have different masks or even with several different geometries of mutually arranged detectors is possible to distinguish different objects within a measuring volume.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder Lage eines Objektes (8, 11) in einem räumlichen Messvolumen (V), dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Messvolumens (V) ein divergent propagierendes Lichtbündel (2''') über seinen Querschnitt zweidimensional mit einem Lichtmodulator (4) in einer vorbestimmten Anzahl von Querschnittseinheiten optisch moduliert wird, wobei den Lichtstrahlen (7a, 7b, 7c) jeder Querschnittseinheit eine insbesondere unterschiedliche zeitliche optische Modulation als Sendesignal (S) aufgeprägt wird und mit wenigstens einem Detektor (8) ein Summenempfangssignal (I_PD) aller Sendesignale (S) derjenigen Lichtstrahlen (7a, 7b) erfasst wird, die auf ein Objekt (8, 11) im Messvolumen (V) treffen und analysiert wird, welche der Sendesignale (S) zum Summenempfangssignal (I_PD) beitragen, wobei aus der Analyse die Position und/oder die Lage des Objektes (8, 11) im Messvolumen (V) bestimmt wird.Method for determining the position and / or position of an object ( 8th . 11 ) in a spatial measurement volume (V), characterized in that for forming the measurement volume (V) a divergently propagating light bundle ( 2 ''' ) over its cross-section two-dimensionally with a light modulator ( 4 ) is modulated optically in a predetermined number of cross-sectional units, wherein the light beams ( 7a . 7b . 7c ) each cross-sectional unit a particular different temporal optical modulation as a transmission signal (S) is impressed and with at least one detector ( 8th ) a sum reception signal (I _PD ) of all transmission signals (S) of those light beams ( 7a . 7b ) is detected on an object ( 8th . 11 ) in the measurement volume (V) and is analyzed, which of the transmission signals (S) contribute to the sum received signal (I _PD ), wherein the analysis of the position and / or the position of the object ( 8th . 11 ) is determined in the measurement volume (V).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens einem Reflektor (11), insbesondere Retroreflektor (11) als im Messvolumen beleuchtetes Objekt (11) diejenigen Lichtstrahlen (7a, 7b) aus dem Messvolumen (V) heraus auf wenigstens einen Detektor (8) außerhalb des Messvolumens (V) reflektiert werden, die aus solchen Querschnittseinheiten stammen, die sich mit dem Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Reflektors (11) überdecken, wobei mit dem wenigstens einen Detektor (8) die Lichtstrahlen (7a, 7b) und deren aufgeprägte Einzelsignale (S) erfasst werden.Method according to claim 1, characterized in that with at least one reflector ( 11 ), in particular retroreflector ( 11 ) as object illuminated in the measuring volume ( 11 ) those light beams ( 7a . 7b ) out of the measuring volume (V) on at least one detector ( 8th ) are reflected outside the measuring volume (V), which originate from such cross-sectional units, which coincide with the opening cross-section of the at least one reflector (FIG. 11 ), wherein with the at least one detector ( 8th ) the light beams ( 7a . 7b ) and their impressed individual signals (S) are detected.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit wenigstens einem Detektor (8) als im Messvolumen (V) beleuchtetes Objekt (8) diejenigen Lichtstrahlen (7a, 7b) und deren aufgeprägte Einzelsignale (S) erfasst werden, die aus solchen Querschnittseinheiten stammen, die sich mit dem Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Detektors (8) überdecken.Method according to claim 1, characterized in that with at least one detector ( 8th ) as object illuminated in the measuring volume (V) ( 8th ) those light beams ( 7a . 7b ) and their impressed individual signals (S) are obtained, which come from such cross-sectional units, which coincides with the opening cross-section of the at least one detector ( 8th cover).

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittseinheit durch wenigstens ein ansteuerbares Pixel eines zweidimensionalen Lichtmodulators mit N×M ansteuerbaren Pixeln definiert wird, der in Transmission oder Reflektion betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a cross-section unit is defined by at least one controllable pixel of a two-dimensional light modulator with N × M controllable pixels, which is operated in transmission or reflection.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sendesignal (S) aufgeprägt wird als analoge oder digitale Modulation der Intensität oder Phase oder Polarisation der Lichtstrahlen einer jeden Querschnittseinheit des Lichtbündels.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a transmission signal (S) is impressed as analog or digital modulation of the intensity or phase or polarization of the light beams of each cross-sectional unit of the light beam.

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Analyse der zum Summenempfangssignal (I_PD) beitragenden Sendesignale (S) durchgeführt wird durch eine Korrelation, insbesondere Kreuzkorrelation von Summenempfangssignal (I_PD) und allen Sendesignalen (S) oder einer Fouriertransformation des Empfangssignals (I_PD).Method according to one of the preceding claims, characterized in that an analysis of the sum received signal (I _PD ) contributing transmit signals (S) is performed by a correlation, in particular cross-correlation of sum receive signal (I _PD ) and all transmit signals (S) or a Fourier transform of the received signal (I _PD ).

Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der bei der Analyse ermittelten Anteile der zum Summenempfangssignal (I_PD) beitragenden Sendesignale (S) innerhalb einer Verarbeitungseinheit (10) die drei Translationsfreiheitsgrade und drei Rotationsfreiheitsgrade des Objekts (8, 11) relativ zum Projektionsursprung des divergenten Lichtbündels (2''') ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, on the basis of the components determined in the analysis, the transmission signals (S) contributing to the sum reception signal (I _PD ) within a processing unit ( 10 ) the three translational degrees of freedom and three rotational degrees of freedom of the object ( 8th . 11 ) relative to the projection origin of the divergent light beam ( 2 ''' ) be determined.

System zur Bestimmung der Position und/oder Lage eines Objektes (8, 11) in einem räumlichen Messvolumen (V), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Lichtquelle (1) und eine Optik (6) aufweist zur Erzeugung eines divergent propagierenden Lichtbündels (2''') und einen Lichtmodulator (4) umfasst mit dem das Lichtbündel (2''') über seinen Querschnitt zweidimensional in einer vorbestimmten Anzahl von Querschnittseinheiten optisch modulierbar ist, indem den Lichtstrahlen jeder Querschnittseinheit eine insbesondere unterschiedliche zeitliche optische Modulation als Sendesignal (S) aufprägbar ist und das Messvolumen (V) in Propagationsrichtung über alle Querschnittseinheiten gebildet ist und wenigstens ein Detektor (8) vorgesehen ist, mit dem ein Summenempfangssignal (I_PD) aller Sendesignale (S) derjenigen Lichtstrahlen (7a, 7b) erfassbar ist, die auf ein Objekt (8, 11) im Messvolumen (V) treffen und eines Verarbeitungseinheit (10) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, zu analysieren, welche der Sendesignale (S) zum Summenempfangssignal (I_PD) beitragen und aus der Analyse die Position und/oder die Lage des Objektes (8, 11) im Messvolumen zu bestimmen.System for determining the position and / or position of an object ( 8th . 11 ) in a spatial measurement volume (V), characterized in that it is a light source ( 1 ) and an optic ( 6 ) has for generating a divergently propagating light beam ( 2 ''' ) and a light modulator ( 4 ) comprises the light beam ( 2 ''' ) is optically modulatable over its cross-section two-dimensionally in a predetermined number of cross-sectional units by the light beams of each cross-sectional unit a particular different temporal optical modulation as Sendesignal (S) can be impressed and the measuring volume (V) is formed in the propagation direction over all cross-sectional units and at least one detector ( 8th ) is provided, with which a sum reception signal (I _PD ) of all transmission signals (S) of those light beams ( 7a . 7b ) that can be detected on an object ( 8th . 11 ) in the measuring volume (V) and a processing unit ( 10 ), which is arranged to analyze which of the transmission signals (S) contribute to the sum reception signal (I _PD ) and from the analysis the position and / or the position of the object ( 8th . 11 ) in the measuring volume.

System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein insbesondere mittlerer Bereich einer lichtempfindlichen Detektorfläche oder der beleuchteten Fläche eines Reflektors ausmaskiert ist, insbesondere wobei mit mehreren unterschiedlichen Maskierungen an jeweils verschiedenen Objekten/Detektoren/Reflektoren diese im Messvolumen voneinander unterscheidbar sind.System according to claim 8, characterized in that a particular central region of a photosensitive detector surface or the illuminated surface of a reflector is masked out, in particular with several different masking on respectively different objects / detectors / reflectors these are distinguishable from each other in the measuring volume.

System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Information umfasst, wie die einzelnen Sendesignale (S) über die modulierte Querschnittsfläche verteilt angeordnet sind.System according to claim 8, characterized in that it comprises information on how the individual transmission signals (S) are distributed over the modulated cross-sectional area.