CN103688134A - 具有相位和间距调整的扫描装置 - Google Patents

Abstract

一种用于确定物体的表面上的物点的三维坐标的方法，该方法包括下述步骤：设置具有第一区域和第二区域的透明板，第二区域具有不同于第一区域的楔角；将第一光束分束为第一光线和第二光线；发送第一光线使其通过第一区域或第二区域；对第一光线和第二光线进行组合以在物体的表面上产生条纹图案，条纹图案的间距依赖于第一光线行进所通过的楔角；将物点成像到光敏阵列上的阵列点上以获得电气数据值；至少部分地基于电气数据值确定第一物点的三维坐标。

Description

具有相位和间距调整的扫描装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年7月14日提交的美国临时专利申请第61/507,763号的权益，其全部内容通过引用合并于本申请中。

背景技术

本公开内容涉及一种坐标测量装置。一套坐标测量装置属于通过将光的图案投射到物体上并且采用摄像装置记录该图案来测量点的三维（3D）坐标的一类仪器。

一种特定类型的坐标测量装置（有时被称为云纹干涉仪（accordionfringe interferometer））通过由两个小的密集的光斑所发出的发散波前的光的干涉来形成投射的光的图案。对所得到的被投射在物体上的条纹图案进行分析以在摄像装置中的每个单独像素中寻找表面点的3D坐标。

在云纹干涉仪的一个实现中包括：衍射光栅、电容反馈传感器、挠性平台、多个激光源以及多个物镜。这种类型的云纹干涉仪的制造相对昂贵并且在执行测量时相对慢。所需要的是一种改进的寻找3D坐标的方法。

发明内容

根据本发明的一个实施例，一种用于确定物体的表面上的第一物点的三维坐标的方法包括下述步骤：设置具有第一透明区域和第二透明区域的第一透明板，第一区域具有第一表面、第二表面、第一折射率以及第一楔角，第一楔角是第一表面与第二表面之间的角，第二区域具有第三表面、第四表面、第二折射率以及第二楔角，第二楔角是第三表面与第四表面之间的角；将第一光束分束为第一光线和第二光线，第一光线和第二光线是互相相干的。该方法还包括：在第一种情况下，发送第一光线使其通过第一区域，第一光线穿过第一表面和第二表面，第一区域配置为以第一偏转角改变第一光线的方向，第一偏转角与第一楔角和第一折射率相对应；在第二种情况下，发送第一光线使其通过第二区域，第一光线穿过第三表面和第四表面，第二区域配置为以第二偏转角改变第一光线的方向，第二偏转角与第二楔角和第二折射率相对应，其中，第二偏转角不同于第一偏转角。该方法还包括：在第一种情况下，对第一光线和第二光线进行组合以在物体的表面上产生第一条纹图案，第一条纹图案在第一物点处具有第一间距，第一间距与第一偏转角相对应；在第二种情况下，对第一光线和第二光线进行组合以在物体的表面上产生第二条纹图案，第二条纹图案在第一物点处具有第二间距，第二间距与第二偏转角相对应，第二间距不同于第一间距；在第一种情况下，将第一物点成像到光敏阵列上的第一阵列点上以从光敏阵列获得第一电气数据值；在第二种情况下，将第一物点成像到光敏阵列上的第一阵列点上以从光敏阵列获得第二电气数据值；至少部分地基于第一电气数据值和第二电气数据值确定第一物点的三维坐标；以及存储第一物点的三维坐标。

根据本发明的另一实施例，一种用于确定物体的表面上的第一物点的三维坐标的方法包括下述步骤：将第一光束分束为第一光线和第二光线，第一光线和第二光线是互相相干的；设置包括透明板和旋转机构的第一透明板装配体，第一透明板具有第一表面、第二表面、第一折射率、第一厚度，第一表面和第二表面基本上是平行的，第一厚度是第一表面与第二表面之间的距离，旋转机构配置为对第一透明板进行旋转。该方法还包括：在第一实例中，对第一透明板进行旋转以获得第一表面关于第一光线的第一入射角；在第二实例中，对第一透明板进行旋转以获得第一表面关于第一光线的第二入射角，第二入射角不等于第一入射角；在第三实例中，对第一透明板进行旋转以获得第一表面关于第一光线的第三入射角，第三入射角不等于第一入射角或第二入射角。该方法还包括：在第一实例中，对第一光线和第二光线进行组合以在物体的表面上产生第一条纹图案；在第二实例中，对第一光线和第二光线进行组合以在物体的表面上产生第二条纹图案；在第三实例中，对第一光线和第二光线进行组合以在物体的表面上产生第三条纹图案；在第一实例中，将第一物点成像到光敏阵列上的第一阵列点上以从光敏阵列获得第一电气值；在第二实例中，将第一物点成像到第一阵列点上以从光敏阵列获得第二电气值；在第三实例中，将第一物点成像到第一阵列点上以从光敏阵列获得第三电气值；至少部分地基于第一电气数据值、第二电气数据值、第三电气数据值、第一厚度、第一折射率、第一入射角、第二入射角以及第三入射角确定第一物点的三维坐标；以及存储第一物点的三维坐标。

根据本发明的又一实施例，一种用于确定物体的表面上的第一物点的三维坐标的方法包括下述步骤：将第一光束分束为第一光线和第二光线，第一光线和第二光线是互相相干的；设置包括透明板和旋转机构的第一透明板装配体，第一透明板具有第一表面、第二表面、第一折射率、第一厚度，第一表面和第二表面基本上是平行的，第一厚度是第一表面与第二表面之间的距离，旋转机构配置为对第一透明板进行旋转。该方法还包括：在第一实例中，对第一透明板进行旋转以获得第一表面关于第一光线的第一入射角；在第二实例中，对第一透明板进行旋转以获得第一表面关于第一光线的第二入射角，第二入射角不等于第一入射角；在第三实例中，对第一透明板进行旋转以获得第一表面关于第一光线的的第三入射角，第三入射角不等于第一入射角或第二入射角。该方法还包括：在第一实例中，对第一光线和第二光线进行组合以在物体的表面上产生第一条纹图案；在第二实例中，对第一光线和第二光线进行组合以在物体的表面上产生第二条纹图案；在第三实例中，对第一光线和第二光线进行组合以在物体的表面上产生第三条纹图案；在第一实例中，将第一物点成像到光敏阵列上的第一阵列点上以从光敏阵列获得第一电气值；在第二实例中，将第一物点成像到第一阵列点上以从光敏阵列获得第二电气值；在第三实例中，将第一物点成像到第一阵列点上以从光敏阵列获得第三电气值；至少部分地基于第一电气数据值、第二电气数据值、第三电气数据值、第一厚度、第一折射率、第一入射角、第二入射角以及第三入射角确定第一物点的三维坐标；以及存储第一物点的三维坐标。

附图说明

现在参照附图示出了示例性的实施例，该示例性的实施例不应被理解为是对关于本公开内容的整个范围的限制，并且其中在几幅附图中以相同的方式对元件进行编号：

图1是示出了3D测量装置的操作的三角测量原理的示意图；

图2是示出了依照本发明的实施例的示例性投影机的元件的框图；

图3是示出了依照本发明的实施例的示例性投影机的主要元件的示意图；

包括图4A和图4B的图4是示出了与将光的两个准直光束发送到透镜相关的效果的示意图；

图5是对于将光发送到示例性投影机中的物镜的两种不同方式、在工件上所观测到的干涉图案的曲线图；

图6是对穿过倾斜窗口和非倾斜窗口的光射线的几何结构进行比较的示意图；

图7是示出了穿过一对倾斜窗口的光射线的几何结构的示意图；

图8A和图8B是示出了依照本发明的实施例在不同旋转角度下的相位调节器机构的顶视图的图；

图9A和图9B是分别示出了依照本发明的实施例的相位调节器机构的侧视图和顶视图的图；

图10A和图10B是分别示出了依照本发明的实施例的相位调节器板的正视图和横截面图的图；

图11是示出了穿过倾斜的并且呈楔形的窗口的光射线的几何结构的图；

图12是示出了穿过依照本发明的实施例的、包括三个楔形窗口的装配体的光射线的几何结构的图；

图13A和图13B是条纹间距调节器装配体的顶视图和侧视图；

图14A至图14D是分别示出了依照本发明的实施例的相位和间距调节器窗口的正视图、第一截面视图、第二截面视图以及顶视图的图；

图15A和图15B分别是依照本发明的实施例的、能够调节相位和条纹间距的装配体的正视图和顶视图；

图16是示出了依照本发明的实施例的、对相位/条纹调节器施加线性运动的机动化平台的元件的示意图；

图17是示出了依照本发明的实施例的、由电机旋转至由角编码器所测量的角度的反射镜的示意图；

图18A是示出了依照本发明的实施例的移相器的框图；

图18B是示出了依照本发明的实施例的、用于使相位和条纹间距偏移的空间光调制器的框图；

图19是示出依照本发明的实施例的、由压电平台所调整的反射镜的框图；

包括图20A至图20D的图20是示出了依照本发明的实施例通过采用致动器将反射镜推动到固定的停止件来设置反射镜的角度的方法的示意图；以及

图21是示出了依照本发明的实施例的替选的干涉仪装置的元件的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了根据云纹干涉法的原理而进行操作的示例性3D测量装置100。在电子单元150控制下的投影机160产生两个小的光斑112、114。这些光斑在工件130的表面上产生条纹图案。根据两条光射线120、122在点124处的干涉来确定在特定点124处的图案的辐照度。光射线120、122在工件130的表面上的各种点处发生增强干涉或相消干涉，从而产生条纹图案。摄像装置140包括透镜系统142和光敏阵列146。摄像装置140在光敏阵列146上形成工件130上的光的图案的图像。来自点124的光可以被认为穿过了透镜系统142的对称中心144，从而在光敏阵列上形成了图像点128。光敏阵列146的特定像素接收从工件130的表面的小的区域所散射的光。根据摄像装置140（包括透镜系统142）的几何性质可知限定从该小的区域穿过透视中心144到特定像素的方向的两个角度。

落到光敏阵列146上的光被转换成数字电信号，该数字电信号被发送到电子单元150进行处理。包括有处理器的电子单元150对从透视中心144到工件130的表面上的每个点的距离进行计算。这种计算至少部分地基于从摄像装置140到投影机160的已知距离164。如在本文中以上所解释地，对于摄像装置140中的每个像素，两个角度和所计算出的距离是已知的。通过对从所有像素所获得的信息进行组合，获得了工件表面的三维映射。

根据图1中所示的系统100使用云纹干涉法来计算距离的方法是：移动两个斑点112、114的相对相位，其具有移动工件上的条纹的效果。摄像装置的每个像素针对三个相移中的每个来对从相等的曝光所获得的光线水平进行测量，该三个相移是通过改变斑点112、114的相对相位获得的。对于每个像素，电子单元150内的处理器使用至少三个所测量的光线水平来计算到工件表面130上的区域的距离。

如果从扫描装置到工件的距离会以相对大的量发生改变，则扫描装置还将需要分辨所测量距离的模糊度的能力。在这种情况下，因为条纹之间的间隔相对小，所以基于由摄像装置所采集的图像存在几种可能的有效的距离解。可以通过以已知量改变条纹之间的间隔（间距）并且然后重复进行相移测量来移除这种模糊度。在实施例中，使用了三个不同的条纹间距。为了计算3D坐标，在大多数情况下系统100需要至少两个条纹间距值。

图2示出了根据实施例的示例性投影机200的元件。光源210将光发送到光束分离器220。光被分束成两部分，一部分可以穿过可选的相位/条纹调节器280以及另一部分可以穿过可选的相位/条纹调节器282。在光束组合器230中对两束光进行组合。光穿过光束扩展器240、物镜260以及可选的相位/条纹调节器288。由物镜260形成两个光斑270，该两个斑点可以是实的或虚的。例如，如果物镜260是会聚透镜，则可以形成实的斑点；并且如果物镜260是发散透镜，则可以形成虚的斑点。干涉发生在交叠区域275中并且可以在工件表面上的点处看到。

图3示出了与图2的通用元件相对应的示例性投影机300的特定元件。光源310提供可能来自激光器、超发光二极管、LED或其他源的光。在实施例中，来自光源310的光通过光纤312行进到包括有套接管322和透镜324的光纤发射机320。替选地，来自光源310的光可以行进通过自由空间到达透镜324。离开光纤发射机320的准直光380行进到将光分束为透射部分382和反射部分386的分束器330。在实施例中，分束器330的第一表面的涂层反射50%的光并且透射50%的光，以及分束器330的第二表面的涂层是防反射涂层。

光386由反射镜332反射，行进通过可选的相位/条纹调节器340，并且穿过光束组合器356的第一区域，该第一区域具有防反射涂层352。光382穿过可选的相位/条纹调节器342，由反射镜334反射，并且由光束组合器356的第二区域354反射，该第二区域具有反射涂层。从光束组合器356出射的两束光385、389在位置390处相交。在实施例中包括两个会聚透镜元件362、364的远焦光束扩展器360被定位成使得第一透镜元件362的焦距被置于距交叉点390等于第一透镜元件362的焦距f₁的距离处。第一透镜元件362将两个准直光束385、389在距第一透镜362的距离f₁处聚焦成两个光斑。透镜362与透镜364之间的距离等于f₁+f₂，以使得在光束扩展器内的两个光斑距第二透镜元件364为距离f₂。两个准直光束391、393从光束扩展器360中出射。出射的光束391、393的大小等于光束扩展器的横向放大率M乘以入射光束的大小，其中，放大率为M=f₂/f₁。与入射激光束391、393之间的角度相比，两个出射的激光束之间的角度减少到1/M。作为示例，假设每个入射激光束385、389的直径为0.7mm，光束的分离角为120毫弧度（mrad）。还假设光束扩展器360的横向放大率为M=10。然后，出射的激光束391、393各自的直径为7mm并且分离角为12mrad。从光束扩展器360中出射的准直光束391、393在位置392处相交。放置例如可以是焦距为f_O=4.5mm并且数值孔径为NA=0.65的40倍显微物镜的物镜370，以使得从物镜370的前焦距位置到交叉点392的距离等于物镜370的焦距f_O。物镜370将准直光束391、准直光束393聚焦成两个小的斑点394。

对于具有上述特征的高品质物镜370，光束满溢入口孔径，因此对于波长为658nm的光，聚焦的斑点的直径的直径合理近似值为d₀=1.22λ/NA=1.22（0.658×10^-3）/0.65mm=1.24微米。每个光束发散到值稍大于θ_1/2=4λ²/πd₀ ²=0.27弧度的远场半角。例如，如果从3D测量装置到工件的距离为L=0.75米，则由发散光束所覆盖的区域稍大于w=2Ltan(θ_1/2)=0.4米。假设期望的三个不同的条纹间隔（间距），并且假设这些间隔可以通过将两个小的斑点394之间的距离a_i（i=1，2，3）设置成三个不同值：46微米、52微米以及58微米而获得。在这种情况下，对于三个期望的斑点间隔，准直光束391、393之间的分离角由γ_i=a_i/f_O={10.2，11.6，12.9}毫弧度给出。对于三个斑点间隔，在位于距投影点394的距离为r的工件上的条纹之间的间隔h_i为h_i=a_iλ/r。对于距离r=L，三个条纹间隔为h_i=a_iλ/L={10.7，9.5，8.5}mm。

图4A示出了以关于光轴412的一个角度进入透镜410并且穿过透镜410的前焦点417的两个准直光束420、424。在这种情况下，光束420的中央射线422出射成为平行于光轴412的射线434。光束420的射线在后焦面处聚焦成小的斑点436，后焦面是穿过后焦点418并且垂直于光轴412的平面。光束424的中央射线426出射成为平行于光轴412的射线430。光束424的射线在后焦面处聚焦成小的光斑432。对于光束420与424之间的分离角γ以及焦距为f_O的透镜，小的斑点436与432之间的距离为a=γf_O。对于图4A中所示的情况，光束从点432、436发散到附图的右边，并且对于这两束光，代表光束的投射能量中心的方向的中央射线430、434平行于光轴。在实施例中，斑点432、436之间的间隔a是50微米数量级上的小值。从斑点432、436出射的光发散并且在工件处可以扩展到大于0.4米。为了确保光束的最大的交叠，中央射线430和434应当沿着平行于光轴的方向440、442出射。

图4B示出了不穿过透镜410的前焦点的两个准直光束460、464。光束460的中央射线462沿着不平行于光轴412的方向从透镜410中出射。光束460的射线被聚焦成透镜410的后焦面中的小的斑点476，但是能量480沿着不平行于光轴的方向480发送。光束464的中央射线465沿着不平行于光轴412的方向从透镜410中出射。光束464的射线被聚焦成透镜410的后焦面中的小的斑点472，但是能量沿着不平行于光轴的方向482发送。

针对在图4A和4B中所描绘的两种情况，图5对条纹辐照度进行了比较。在图表500中，标绘值指示工件上的条纹的相对辐照度，在这种情况下工件距离从-250mm延伸到+250mm。标绘值510代表当来自两个斑点394的能量中心平行于光轴行进以使得光束达到最大的交叠时所获得的相对条纹辐照度。标绘值520代表当第一高斯激光束的中心与工件的中心偏移了等于高斯w（半径）值的量（在这种情况下该量为200mm）时所获得的相对条纹辐照度。第二高斯激光束的中心与工件的中心偏移了相等的量，但是沿着相反的方向（-200mm）。当光束没有完全交叠时，干涉光束的辐照度较低。因此，需要较长的曝光时间。另外，在520的条纹图案中，未调制的光（来自摄像装置像素的“DC”电平）相对较大，尤其在边缘附近。图表中的调制水平是在被照射工件的特定部分处、相对于最大辐照度的条纹的峰谷变化。因为对于交叠的光束调制深度为100%，所以对于这种情况调制水平是恒定的。因为对于光束不交叠的情况，在工件的边缘附近调制深度减小，所以对于这种情况调制深度减小。因为DC电平确定了在使得光敏阵列的阱满溢之前可能的曝光量，所以当光束没有交叠时，在视场的边缘附近没有获得高的调制深度并且精度受到损害。

对图4和图5的理解帮助解释了图3中光束扩展器360的益处。假设从图3的框图中移除光束扩展器。考虑下述情况：在该情况中，进入物镜370的光束391、393的期望的直径为7mm，期望的分离角为10.2mrad。则在光束组合器385处，光束385、389的中心之间所需的分离是7mm。使得光束385、光束389达到交叉点392所需的距离为7mm/10.2mrad=686mm，其远远大于在便携式或台式扫描装置中可以使用的距离。

下文考虑了用于移相、改变条纹间距或同时进行二者的各种方法。执行这些功能的装置被称为相位/条纹调节器。

图6示出了用于通过旋转具有平行的入口侧和出口侧的玻璃窗口来使得光束630的相位偏移的物理原理。图示600示出了倾斜成具有入射角a（相对于光束630）的第一窗口610和倾斜成具有零度入射角（相对于光束632）的第二相同窗口620。窗口610旋转的结果是增加了光行进的光程长度（OPL），这种增加对应于光的相位的增加。以入射角a进入窗口的光在玻璃内以角度b发生折射。光在厚度为t的玻璃窗口610中行进的距离为t/cos(b)，并且光在玻璃窗口620中行进的距离为t。对于垂直参考距离T，光束630在空气中行进的距离为T-tcos(b-a)/cos(b)。光束632在空气中行进的距离为T-t。对于折射率为n的玻璃，光束630的总的光程长度（OPL）（包括玻璃路径和空气路径两者）为nt/cos(b)+T-tcos(b-a)/cos(b)。非倾斜玻璃的总的OPL为nt+T-t。行进在倾斜玻璃中的总的OPL与行进在非倾斜玻璃中的总的OPL之间的差由下述等式给出：

$\begin{array}{c}\mathrm{OPL}=\frac{\mathrm{nt}}{\cos \left(b\right)}+T-\frac{t\cos (b-a)}{\cos \left(b\right)}-(\mathrm{nt}+T-t)\\ =t(\frac{n}{\cos \left(b\right)}-n+1-\frac{\cos (b-a)}{\cos \left(b\right)})\end{array}---\left(1\right)$

在等式（1）中，使用斯涅耳（Snell）定律得到角度b，其在等式（2）中示出：

$b=a\sin \left(\frac{\sin \left(a\right)}{n}\right).---\left(2\right)$

图7示出了下述实施例：在该实施例中，两个窗口710、720以相反的角度倾斜以使得出射的光束没有从其原始方向移位。在该实施例中，光是波长为658nm的激光，并且期望的相位是0度、120度以及240度。窗口的宽度为t=100微米以及窗口玻璃的折射率为n=1.5。使用等式（1）和等式（2），可以看出当图2中窗口210、220的倾斜分别被设置为a=0度、a=4.6447度以及a=6.56442度时获得了期望的相移。

可以使用如图6所示的一个旋转板或如图7所示的一对旋转板来产生两个光束384、386中的一个的相移。结果在大多数情况下，由于在本段的剩余部分中解释的原因，因此需要两个旋转板。可以将一个旋转板或一对旋转板放置在图3中的位置340、342处或图2中的位置280、282处。对于使用单个旋转板的情况，在折射率为1.5以及厚度为100微米的玻璃的情况下实现240度相移所需要的倾斜的角度为9.275度。根据图6，可以看出光束630的位移由tsin(a-b)/cos(b)给出。对于9.275度的旋转角度，角度b由asin(sin(9.275°)/1.5)=6.23度给出，所以位移等于5.5微米。当穿过图3中的光束扩展器360时，如果旋转板位于位置340处，则在光束之一（例如，光束389）中的侧向位移是5.5微米。在穿过光束扩展器360之后，侧向位移增大到10倍（对于M=10的光束扩展器）变成55微米。如果物镜370的焦距为4.5mm，则光束391的所得到的方向改变了55微米/4.5毫米=0.012弧度的角度。如果从投影机300到工件的距离为0.75米，则形成两个斑点394中的一个的光束391将相对于另一光束偏移大约0.75m×0.012=9.2毫米的量。这证明了光束的位置的这种偏移导致了条纹水平的百分之0.85的降低，如图5所示。因为使用在本文中以上所述的相移方法的距离的计算是基于条纹水平保持恒定只有相位移动的构思，所以在这种情况下在图3的配置中的单个旋转楔形的使用使精度降低了相对显著的量。

图8A、图8B以及图9B示出了顶视图并且图9A示出了侧视图，这些视图描绘了沿着相反的方向旋转两个窗口812A、812B的机构。在图8A、图9A以及图9B中，包含窗口812A、812B的旋转装配体810A、810B以彼此平行的方式对准。在图8B中，两个窗口沿着相反方向倾斜大约6.6度。致动器装配体840将线性运动转换成旋转运动，该旋转运动沿着相反的方向施加在两个旋转装配体810A、810B上。传感器860读取装配体810A、810B的位移并且将反馈提供给致动器装配体840，从而使得致动器机构840能够快速地驱动旋转装配体810A、810B达到期望的角度。

旋转装配体810A包括延伸臂814A，在该延伸臂814A上安装有窗口812A并且采用固定圈使窗口812A固定就位。窗口812A在其大部分范围上相对厚但是在窗口的中心附近具有小的相对薄的区域。例如，窗口可以在其大部分范围上为1毫米但是在侧边约1.5mm的区域中仅为100微米厚。

在实施例中，在以下三个位置处支撑延伸臂和其他连接部件：（1）在底部处由位于窗口812A正下方的滚珠816A所支撑；（2）在侧部由滚珠826A所支撑；以及（3）在端部由致动器856的驱动器854所支撑。该三个支撑位置被设计成允许窗口812A关于其中心旋转。滚珠816A由底板817A上的硬化底座（hardened seat）和位于窗口812A下方的延伸臂814A上的硬化底座所支撑。滚珠通过两个弹簧822A被保持抵靠硬化底座，该两个弹簧822A又通过销824A而固定就位。

滚珠826A被保持抵靠在延伸臂814A的侧部，滚珠直接定位在窗口812A的中心的侧部。滚珠826A由侧板828A上的硬化底座所支撑并且被压靠在延伸臂814A的凹部中的平面上。滚珠826A通过两个弹簧832A固定就位，该两个弹簧832A又通过销833A而固定就位。除了后缀A被B替代以外，旋转装配体810B的元件与810A的元件相同。

致动器装配体840包括：致动器856，其可以是例如音圈致动器；致动器驱动器854，其线性地移动反向旋转的旋转轴承装配体，该旋转轴承装配体包括两个密封的旋转轴承846A、846B；夹具848，其将两个旋转轴承846A、846B保持在一起作为一个单元；基部852，其将夹具848附接到驱动器854；滚珠导轨844A、844B，其附接到楔形元件842A、842B，该楔形元件分别附接到延伸臂814A、841B的端部；连接臂850A、850B，其将滚珠导轨844A、844B分别连接到旋转轴承846A、846B。

当驱动器854对基部852施加线性运动时，包含有旋转轴承846A、846B的装配体向上或向下移动，从而使得滚珠导轨844A、844B向上或向下移动楔形元件842A、842B。同时，滚珠导轨之间的分离发生改变，从而使得滚珠导轨844A、844B的角度发生改变。作为响应，旋转轴承846A、846B沿着相反方向旋转，从而消除了缠绕的倾向。

角度测量和致动器反馈由传感器860提供。当楔形元件842B移动到侧部时，其使得附接到旋转轴承872和滚珠导轨868的附加件870推动位移平台862的垂直构件866。这使得安装在位移平台上的线性标尺864移动到固定的读头（read head）872的下方。读头872通过底座876中的切口附接，底座876被螺丝固定到固定柱878。读头872底部中的孔874发出激光束，该激光束由线性标尺864的线所反射，反射的光被读头872中的检测器读取并且由电子单元885中的处理器进行分析以确定线性标尺864的位置。

线性编码器未提供对窗口812A、812B的角旋转的精确测量；然而即使在低成本的线性编码器单元中，其仍以优于1微米的可重复度测量线性移动。为了找到线性编码器上的期望的位置以获得期望的相移，实施了补偿（校准）过程，在该补偿（校准）过程中通过采用诸如图1中的摄像装置140的摄像装置来观测被投射到平的屏幕上的大的条纹图案来测量相移。通过测量大量条纹集合的偏移，可以以高精度将相移确定为线性标尺864的线性位置的函数。此后，线性编码器通过中间电子单元885为致动器提供反馈以驱动窗口812A、812B达到期望的倾斜角度。

对于从贯穿窗口812A、812B的枢轴到对滚珠导轨844A、844B施加力的相应的点的25毫米的延伸臂长度，以及对于1微米的编码器可重复度，可以使用图8和图9的装配体800、801以约0.3nm的精度来设置相位，与658nm的波长相比较其为优于0.0005的分数精度。

在图8A的配置800中，在成对的弹簧832A、832B上的力是平衡的以使得由成对的弹簧施加到延伸臂814A、814B上的扭矩的和为零。因为在滚珠导轨844A、844B上需要的以克服扭矩的力近似等于由弹簧所施加的扭矩的和除以从窗口812A、812B的中心到将力施加到滚珠导轨844A、844B的位置处的距离，所以为了产生期望的旋转致动器856需要相对小的力。在图8B的配置801中，在成对的弹簧上的力是不平衡的。如从图8B中可以看出地，对于弹簧832A、832B，上部弹簧比下部弹簧伸展的更长，因此上部弹簧施加到延伸臂上的力大于下部弹簧施加到延伸臂上的力。因此，通过弹簧所施加的扭矩的和不接近于零，并且致动器856将需要施加较大的力。

稍微更复杂的但是需要来自致动器856的最少限度的力的替选配置是采用延伸臂814A、814B内置的轴来替代图8和图9中的滚珠和弹簧，该轴被定位在窗口812A、812B的中心的正上方并且旋转轴承被附接到该轴。在具有这种类型的安装装置的实施例中，以与图8A中所示的方向成90度来安装致动器856，从而有可能更有效地利用空间。另外，由于摩擦的减少，有可能使用较小的致动器856。

另一种可能的配置是采用旋转编码器来替代线性编码器装置860。在实施例中，来自这种编码器的盘被安装到以上所提议的轴中的一个上。即使相对便宜的旋转编码器也可以获得10微弧度或更好的可重复度。通过将两个读头安装在固定的结构上（该读头被定位在编码器盘的相对侧），并且通过对两个读头的读数进行平均，可以使得编码器对温度的变化相对不敏感。采用这种方法，可以确保在大的温度范围内的高的角度测量性能。

添加两个轴承安装的轴的构思的进一步的延伸是为轴之一添加电机。电机可以是永久性磁铁直接被安装到轴上并且磁场绕组被放置在关于永久性磁铁的固定结构上的类型的无刷式伺服电机。如果使用具有类似于滚珠导轨844、844B和旋转轴承846A、846B的功能的耦接装置，则可以使用在轴中的一个上的单个电机来产生两个窗口812A、812B的对称移动。比图8和图9的装配体800稍微更紧凑的装置将包括：两个轴，每个被安装在两个轴承；合并到一个轴中的角编码器；以及合并到一个轴中的电机。

例如，除了安装到轴上的电机或在图8和图9的装置中所使用的音圈致动器以外，包括滚珠螺杆或凸轮的其他替选致动装置是可能的。

在图10A和图10B中示出了用于移相的替选窗口元件1000。窗口元件1000包括可能为石英玻璃的玻璃窗口，在该玻璃窗口中蚀刻三个台阶1020、1030、1040，台阶各自具有不同的深度。替选地，可以对区域进行涂覆以提供不同的厚度，而不是蚀刻为不同的深度。在这种情况下，应注意对于三个涂层中的每个使得通过窗口元件1000的透射保持恒定以使相位计算不受影响。对于定向成垂直于入射光束的窗口元件1000，在台阶之间的OPL的改变等于台阶深度之间的差乘以n-1，其中n是玻璃的折射率。相位的弧度的改变等于OPL的改变乘以2π然后除以光的波长。可以将窗口元件1000放置在位置340或342处以获得期望的相移。如在下文中更详细的讨论地，可以使用诸如图16中所示的机构来线性地移动窗口元件。为了获得三个相移，可以在窗口元件1000中刻蚀两个而不是三个台阶，因为窗口元件1000的顶部表面被用作三个表面中的一个表面。

现在考虑一种用于改变条纹间距的方法。图11示出了行进通过具有楔角ε以及在第一表面1112处的入射角α的楔形窗口1100的光射线的几何结构。楔形窗口1100具有第一折射角β、第二入射角γ以及第二折射角δ。关注于寻找到离开楔形窗口的最终射线关于进入楔形窗口的最初射线的角度。特别地，关注于对于在α接近于零的情况下这个角度改变如何随着入射角α变化。

在第一界面处的光束角度的改变为β-α，以及在第二界面处的光束角度的改变为γ-δ。第二入射角由下述公式给出：

γ=β+ε                  （3）

并且光束角度的总的改变ζ为：

ζ=β–α+δ–γ=-α+asin(nsin(γ))-ε                （4）

为了产生给出图3中的期望的斑点394之间的间隔的三个不同角度，可以将楔形窗口布置组合为如图12中所示的装配体1200。采用反射镜332、334来设置每个光束的主方向。图12中的装配体1200的目的是使图3中的光束385、389之间的角度发生小的改变以产生条纹间距的期望的小变化。这可以通过使用具有非楔形的窗口1212在中心并且相对成角度的楔形窗口1210和1214在两侧的装配体1200实现。

如在本文中以上所讨论地，在实施例中，进入物镜370的光束的期望的分离角可以为a_i={10.2，11.6，12.9}mrad。如果远焦光束扩展器360的横向放大率为10，则在光束之间的分离角为±13.3mrad的情况下，光束385和389之间的分离角应该是十倍大或近似为{102，116，129}mrad。如果在将楔形窗口1210、1214安装到同一装配体之前将其旋转到相反的方向，则楔形窗口1210、1214可以使用相同的楔形窗口。

为了产生期望的偏向角，将图12的装配体1200在纸平面上向上以及向下移动。这将在三个元件1210、1212以及1214中的每个中产生一致的角度偏差，但是保持在每种情况下将有不同的相移，并且这个相移将依赖于装配体1200在其向上和向下移动中的位置。

为了避免当装配体移动时随着玻璃的厚度变化而出现的不期望的相移，楔形物可以被布置成如同图13A和图13B的装配体1300一样。当从图13A的顶视图来看时，楔形物离开纸平面。单光束1330进入三个部分1310、1315、1320中的一个。玻璃部分1315、1310、1320的楔角将分别确定出射光束1340、1350、1345的方向。对于进入非楔形部分1310的光束1330，光束1340沿着原始方向离开装配体。对于其他两个部分1315、1320，依照图11，光束弯向玻璃的前边缘。装配体1300（1350）的设计的一个重要方面是当装配体移动时在部分1310、1315、1320中的任一个部分中光束的相位不发生改变。已证实只要部分1310、1315、1320适当地对准，则在移动期间玻璃厚度不发生改变。

对于楔形窗口的第一表面被放置成垂直于入射光束1220、1222以及1224的情况，使用等式（3）和等式（4）得到：为了获得13.3mrad的分离角对于楔形窗口1210和1214所期望的楔角ε近似为26.6mrad。在穿过光束扩展器360之后，分离角减小到1/10变为1.33mrad。在此可能提出的疑问是支持窗口装配体1200的位移平台的摆动是否将导致问题。等式（3）和等式（4）可以用来回答这个问题。在可以用在图13A和图13B的机构中的代表性的滚珠导轨中，滚珠导轨的平直度是0.00008m/m。对于这种情况可以看到，所得到的摆动使得条纹间距以小于百万分之0.5发生变化，这是可接受的变化。

可以将图10A和10B的相移装配体插入到图3的装配体300的一个臂340或342中，并且可以将条纹偏移装配体1300插入到另一个臂342或340中。这样可以简化装配体1300、1000的构造。

替选地，可以使用单个光学装配体执行相移和条纹间隔调整二者。在图14A至图14D中示出了包含多个台阶的单个楔形元件。玻璃的楔形窗口1410具有不平行于出射表面的入射表面1422。入射表面1422的上部部分1414是未被蚀刻的。两个部分1414和1416被蚀刻成不同的深度。在三个其他区域1414、1416以及1418中，玻璃被蚀刻成不同的深度。光射线1450在穿过有角度的表面1420时改变方向，并且作为射线1454射出。穿过两个部分1412、1414的射线1450的OPL的差等于两个部分的厚度的差乘以n-1，其中n是玻璃的折射率。相移等于2π/λ乘以OPL的差。作为示例，为了针对行进穿过折射率为n=1.5的玻璃的658nm波长获得为120度=2λ/3弧度的相移，两个部分的深度的所需的差为d=λ/3（n-1）=658/3（1.5-1）=438.7nm。对于240度的相移，两个部分之间的深度的差可以是这个量的两倍或877.3nm。

为了获得三个不同的条纹间距，需要三个不同的楔角。在图15A的正视图和图15B的顶视图中分别示出了具有三个不同楔角的光学装配体1500的示例性实施例。对类似于窗口1400的三个窗口进行组合。制作这种装配体的简单的方式是将楔角为零的平行平面用于窗口1510，以及使用具有不同角度的未蚀刻窗口来开始窗口1508、1512的制造。可以在图3中的位置340或342处使用装配体1500。

图16中所示的机动化机构1600可以用于为需要线性运动的那些相位/条纹调节器提供线性运动，相位/条纹调节器包括相位/条纹调节器1000、1200、1300以及1500。在实施例中，平台1600包括其中心有孔的滚珠导轨。这种类型的商用滚珠导轨的特定平直度为0.00008m/m。相位/条纹调节器附接到位置1620。运动由致动器1630来提供，在一个实施例中致动器1630为音圈致动器。致动器1630推动驱动元件1632以移动滚珠导轨。位置反馈由传感器1640来提供，在一个实施例中传感器1640为线性编码器。电子单元1650为致动器1630和反馈传感器1640提供电子支持。电子单元1650可以包含处理器以提供计算支持。

图17示出了可以放置在图3中的位置332或334处的可旋转反射镜1700。可旋转反射镜1700可以用作通过改变图3的两个光束385、389之间的角度来获得条纹间距的变化的替选方法。可旋转反射镜1700包括：反射镜1710、反射镜底座1712、安装在旋转轴承1730、1732上的轴1720、电机1734、包括刻度盘1736和一个或更多个读头1738、1740的角编码器、以及为电机和编码器提供电子支持和提供用于执行计算的处理器的电子单元1750。

图18A的相位调节器装配体1800包括对穿过相位调节器1800的光1830的相位进行调节的相位调节器1810，以及提供电子和处理器支持的电子单元1820。存在对光进行移相而不需要机械运动的各种装置。图18B的相位/条纹调节器装配体1850是透射式空间光调制器（SLM），其通过改变SLM介质的总折射率来为穿过其的光1880提供相移。还可以通过提供折射率的梯度来提供条纹调整，从而导致光的弯曲。SLM1860包括为SLM提供电子和处理器支持的电子单元1870。调节器1800和1850可以位于图3中的位置340或342处。

图19的相位/条纹调节器装配体1900包括：反射光束1940的反射镜1910和压电（PZT）致动器1920、反馈传感器1930、以及电子单元1940。PZT致动器1920可以向里或向外移置反射镜，从而改变光1940的相位。PZT致动器1920还可以旋转反射镜，从而改变条纹间距。反馈传感器1930可以是能够测量小的运动的电容式传感器、应变计传感器或其他传感器。电子单元1940为PZT致动器1920和反馈传感器1930提供处理器支持和电子支持。相位/条纹调节器装配体1900可以附接到图3中的反射镜332或334。

图20示出了通过使用致动器2022倾斜反射镜元件2010以将反射镜2010按压至强制停止件（hard stop）2030、2032、2034、2036来调节条纹间距的装置2000。图20中所描绘的装置的优势是不需要通常为昂贵元件的反馈传感器。例如，致动器可以是附接到强制停止件的电磁发生器，其使得铁磁反射镜框架被快速拉到位置处。替选地，致动器可以是将反射镜移动到位置处的压电致动器或其他机械装置。可以在图3中的位置332、334中使用条纹调节器。

图21示出了替选的干涉仪装配体2100的实施例，在该替选的干涉仪装配体中使用单个反射/透射界面2117来替代图3中分离的分束器和光束组合器。装配体2100包括光源2110、包括有套接管2112和透镜2114的光发射机、分束器2116、反射镜2130、2132、可选的相位调节器2120、2122、可选的反射镜相位/条纹调节器2124、2126、物镜2141以及为装配体2100中的单元提供电子和处理器支持的电子单元2160。当激光束离开分束器2116时，激光束稍微发散。激光束进入物镜，在物镜中被聚焦成两个小的斑点2154。可选的相位/条纹调节器2120、2122可以是装配体1000、1200、1500、1800以及1850中的任何装配体。可选的反射镜相位/条纹调节器2124、2126可以是装配体1700、1900以及2000中的任何装配体。

在一些情况下，光束2152和2154从界面2117行进到物镜2140的距离与物镜2140的焦距相比会相对较大。在这种情况下，可以期望添加透镜对（光束扩展器或光束收缩器）以使得光束2152、2154被转换为在物镜2140前面等于物镜2140的焦距的距离处相交。

虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解在不背离本发明的范围的情况下，对于本发明可以作出各种改变并且对于本发明的元件可以将其替换为等价物。另外，在不背离本发明实质范围的情况下，可以进行多种修改以使得特定的情况或材料适应于本发明的技术教导。因此，本发明不限于作为被考虑为实施本发明的最佳模式所公开的具体实施例，而且本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有的实施例。此外，术语第一、第二等的使用并不表示任何顺序或重要性，更确切的说，术语第一、第二等被用于将一个元件与其他元件相区分。另外，术语一（a）、一个（an）等的使用并不表示对数量的限制，而是表示存在至少一个所引用项目。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于确定物体的表面（130）上的第一物点（124）的三维坐标的方法，所述方法包括下述步骤：

设置具有第一透明区域（1212，1310，1510）和第二透明区域（1210，1315，1508）的第一透明板（1100，1200，1300，1400，1500，1620），第一区域具有第一表面（1112，1422）、第二表面（1114，1420）、第一折射率以及第一楔角，所述第一楔角是所述第一表面与所述第二表面之间的角，第二区域具有第三表面（1112，1422）、第四表面（1114，1420）、第二折射率以及第二楔角，所述第二楔角是所述第三表面与所述第四表面之间的角；

将第一光束分束为第一光线（386，382）和第二光线（382，386），所述第一光线和所述第二光线是互相相干的，所述第一光线沿着第一路径行进，所述第二光线沿着第二路径行进，所述第一路径与所述第二路径不交叠；

在第一种情况下，发送所述第一光线使其通过所述第一区域，所述第一光线穿过所述第一表面和所述第二表面，所述第一区域被配置为以第一偏转角改变所述第一光线的方向，所述第一偏转角与所述第一楔角和所述第一折射率相对应；

在第二种情况下，发送所述第一光线使其通过所述第二区域，所述第一光线穿过所述第三表面和所述第四表面，所述第二区域被配置为以第二偏转角改变所述第一光线的所述方向，所述第二偏转角与所述第二楔角和所述第二折射率相对应，其中，所述第二偏转角不同于所述第一偏转角；

在所述第一种情况下，对已经穿过所述第一区域的所述第一光线和所述第二光线进行组合以在所述物体的表面上产生第一条纹图案（275，510，520），所述第一条纹图案在所述第一物点处具有第一间距，所述第一间距与所述第一偏转角相对应；

在所述第二种情况下，对已经穿过所述第二区域的所述第一光线和所述第二光线进行组合以在所述物体的表面上产生第二条纹图案（275，510，520），所述第二条纹图案在所述第一物点处具有第二间距，所述第二间距与所述第二偏转角相对应，所述第二间距不同于所述第一间距；

在所述第一种情况下，将所述第一物点成像到光敏阵列（146）上的第一阵列点（128）上并且从所述光敏阵列获得第一电气数据值（152）；

在所述第二种情况下，将所述第一物点成像到所述光敏阵列上的所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第二电气数据值；

至少部分地基于所述第一电气数据值和所述第二电气数据值确定所述第一物点的所述三维坐标；以及

存储所述第一物点的所述三维坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

设置第二透明板（1000），所述第二透明板具有第三透明区域（1020）和第四透明区域（1030），第三区域具有第五表面、第六表面、第三折射率、第一厚度以及第一光程长度，所述第五表面和所述第六表面基本上是平行的，所述第一厚度是所述第五表面与所述第六表面之间的距离，所述第一光程长度是所述第一厚度乘以所述第三折射率，第四区域具有第七表面、第八表面、第四折射率、第二厚度以及第二光程长度，所述第七表面和所述第八表面基本上是平行的，所述第二厚度是所述第七表面与所述第八表面之间的距离，所述第二光程长度是所述第二厚度乘以所述第四折射率，其中，所述第一光程长度和所述第二光程长度是不同的；以及

在所述第一种情况下，发送所述第一光线或所述第二光线中的一个使其在第一实例中通过所述第三区域并且在第二实例中通过所述第四区域；

在所述第二种情况下，发送所述第一光线或所述第二光线中的所述一个光线使其在第三实例中通过所述第三区域并且在第四实例中通过所述第四区域；

对于所述第一实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第三电气数据值；

对于所述第二实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第四电气数据值；

对于所述第三实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第五电气数据值；

对于所述第四实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第六电气数据值；以及

在确定所述三维坐标的步骤中，所述第一物点的所述三维坐标还至少部分地基于所述第三电气数据值、所述第四电气数据值、所述第五电气数据值以及所述第六电气数据值，其中，所述第一电气数据值等于所述第三电气数据值并且所述第二电气数据值等于所述第五电气数据值。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括下述步骤：

在设置所述第二透明板的步骤中，还包括第五区域（1040），所述第五区域具有第九表面、第十表面、第五折射率、第三厚度以及第三光程长度，所述第九表面和所述第十表面基本上是平行的，所述第三厚度是所述第九表面与所述第十表面之间的距离，所述第三光程长度是所述第三厚度乘以所述第五折射率，其中，所述第三光程长度不同于所述第一光程长度和所述第二光程长度；

在所述第一种情况下，发送所述第一光线或所述第二光线中的一个使其在第五实例中通过所述第五区域；

在所述第二种情况下，发送所述第一光线或所述第二光线中的一个使其在第六实例中通过所述第五区域；

对于所述第五实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第七电气数据值；

对于所述第六实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第八电气数据值；以及

在确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤中，还包括进一步基于所述第七电气数据值和所述第八电气数据值确定所述第一物点的所述三维坐标。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括下述步骤：

至少部分地基于所述第三电气数据值、所述第五电气数据值以及所述第七电气数据值计算所述第一阵列点的第一相位值；

至少部分地基于所述第四电气数据值、所述第六电气数据值以及所述第八电气数据值计算所述第一阵列点的第二相位值；以及

在确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤中，所述第一物点的所述三维坐标还至少部分地基于所述第一相位值和所述第二相位值。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

设置第一透镜系统（370）；

发送被组合的所述第一光线和所述第二光线使其通过所述第一透镜系统以形成第一光斑（394）和第二光斑（394）；以及

将所述第一光斑和所述第二光斑传播到所述物体上。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括下述步骤：

设置第二透镜系统（360），所述第二透镜系统是横向放大率大于1的远焦透镜系统；以及

在发送被组合的所述第一光线和所述第二光线使其通过所述第一透镜系统之前，发送被组合的所述第一光线和所述第二光线使其通过所述第二透镜系统。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

设置第一分束器（356），所述第一分束器具有配置为对光线进行反射的第一部分（354）以及配置为对光线进行透射的第二部分（352）；以及

在对所述第一光线和所述第二光线进行组合之前，对所述第一光线进行反射使其离开所述第一部分并且对所述第二光线进行透射使其通过所述第二部分。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

设置第一分束器（356），所述第一分束器具有配置为对光线进行反射的第一部分（354）以及配置为对光线进行透射的第二部分（352）；以及

在对所述第一光线和所述第二光线进行组合之前，对所述第二光线进行反射使其离开所述第一部分并且对所述第一光线进行透射使其通过所述第二部分。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

设置光纤（322）、准直透镜（324）以及第二分束器（330）；以及

从所述光纤发射第三光线；

采用所述准直透镜对所述第三光线进行准直以形成所述第一光束（380）；以及

在分束所述第一光束的步骤中，还包括将所述第一光束发送到所述第二分束器以获得所述第一光线和所述第二光线。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，在分束第一光束的步骤中，所述第一光束选自由可见光、红外光和紫外光构成的组。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在设置所述第一透明板（1400，1500）的步骤中，还包括设置第三透明区域（1414）和第四透明区域的步骤，所述第一区域还具有第一厚度和第一光程长度，所述第二区域还具有第二厚度和第二光程长度，所述第三区域具有第五表面、第六表面、第三楔角、第三折射率、第三厚度以及第三光程长度，所述第四区域具有第七表面、第八表面、第四折射率、第四楔角、第四厚度以及第四光程长度，所述第一厚度是沿着所述第一表面与所述第二表面之间的第一路径的长度，所述第一光程长度是所述第一厚度乘以所述第一折射率，所述第二厚度是沿着所述第三表面与所述第四表面之间的第二路径的长度，所述第二光程长度是所述第二厚度乘以所述第二折射率的长度，所述第三楔角是所述第五表面与所述第六表面之间的角，所述第三厚度是沿着所述第五表面与所述第六表面之间的第三路径的长度，所述第三光程长度是所述第三厚度乘以所述第三折射率，所述第四楔角是所述第七表面与所述第八表面之间的角，所述第四厚度是沿着所述第七表面与所述第八表面之间的第四路径的长度，所述第四光程长度是所述第四厚度乘以所述第四折射率，其中，所述第三楔角基本上等于所述第一楔角，所述第四楔角基本上等于所述第二楔角，所述第三光程长度不同于所述第一光程长度，以及所述第四光程长度不同于所述第二光程长度；

在所述第一种情况下发送所述第一光线使其通过所述第一区域的步骤中，还包括：在第一实例中，沿着所述第一路径发送所述第一光线的步骤；

在所述第二种情况下发送所述第一光线使其通过所述第二区域的步骤中，还包括：在第二实例中，沿着所述第二路径发送所述第一光线的步骤；

在第三实例中，沿着所述第三路径发送所述第一光线；

在第四实例中，沿着所述第四路径发送所述第一光线；

在所述第一种情况下对所述第一物点进行成像的步骤中，还包括：在所述第一实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上以获得所述第一电气值的步骤；

在所述第二种情况下对所述第一物点进行成像的步骤中，还包括：在所述第二实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上以获得所述第二电气值的步骤；

在所述第三实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上并且从所述光敏阵列获得第三电气数据值；

在所述第四实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上并且从所述光敏阵列获得第四电气数据值；以及

在确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤中，还包括至少部分地基于所述第三电气数据值和所述第四电气数据值确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括下述步骤：

在设置所述第一透明板的步骤中，还包括设置第五区域和第六区域的步骤，所述第五区域具有第九表面、第十表面、第五楔角、第五折射率、第五厚度以及第五光程长度，所述第六区域具有第十一表面、第十二表面、第六楔角、第六折射率、第六厚度以及第六光程长度，所述第五楔角是所述第九表面与所述第十表面之间的角，所述第五厚度是沿着所述第九表面与所述第十表面之间的第五路径的长度，所述第五光程长度是所述第五厚度乘以所述第五折射率，所述第六楔角是所述第十一表面与所述第十二表面之间的角，所述第六厚度是沿着所述第十一表面与所述第十二表面之间的第六路径的长度，所述第六光程长度是所述第六厚度乘以所述第六折射率，其中，所述第五楔角基本上等于所述第一楔角，所述第六楔角基本上等于所述第二楔角，所述第五光程长度不同于所述第一光程长度和所述第三光程长度，以及所述第六光程长度不同于所述第二光程长度和所述第四光程长度；

在第五实例中，沿着所述第五路径发送所述第一光线；

在第六实例中，沿着所述第六路径发送所述第一光线；

在所述第五实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上并且从所述光敏阵列获得第五电气数据值；

在所述第六实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上并且从所述光敏阵列获得第六电气数据值；以及

在确定所述三维坐标的步骤中，还至少部分地基于所述第五电气数据值和所述第六电气数据值确定所述第一物点的所述三维坐标。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括下述步骤：

至少部分地基于所述第一电气数据值、所述第三电气数据值以及所述第五电气数据值计算所述第一阵列点的第一相位值；

至少部分地基于所述第二电气数据值、所述第四电气数据值以及所述第六电气数据值计算所述第一阵列点的第二相位值；以及

在确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤中，所述第一物点的所述三维坐标还至少部分地基于所述第一相位值和所述第二相位值。

14.一种用于确定物体的表面（130）上的第一物点（124）的三维坐标的方法，所述方法包括下述步骤：

设置具有第一透明区域（1020）、第二透明区域（1030）以及第三透明区域（1040）的第一透明板（1000），第一区域具有第一表面、第二表面、第一折射率以及第一光程长度，第二区域具有第三表面、第四表面、第二折射率以及第二光程长度，第三区域具有第五表面、第六表面、第三折射率以及第三光程长度，所述第一表面和所述第二表面基本上是平行的，所述第一厚度是所述第一表面与所述第二表面之间的距离，所述第一光程长度是所述第一厚度乘以所述第一折射率，所述第三表面和所述第四表面基本上是平行的，所述第二厚度是所述第三表面与所述第四表面之间的距离，所述第二光程长度是所述第二厚度乘以所述第二折射率，所述第五表面和所述第六表面基本上是平行的，所述第三厚度是所述第五表面与所述第六表面之间的距离，所述第三光程长度是所述第三厚度乘以所述第三折射率，其中，所述第一光程长度、所述第二光程长度以及所述第三光程长度是不同的；

将第一光束（380）发送到第一分束器（330）；

采用所述第一分束器将所述第一光束分束为第一光线（386，382）和第二光线（382，386），所述第一光线和所述第二光线是互相相干的，所述第一光线沿着第一路径行进，所述第二光线沿着第二路径行进，所述第一路径与所述第二路径不交叠；

在第一实例中，发送所述第一光线使其通过所述第一区域以获得第三光线；

在第二实例中，发送所述第一光线使其通过所述第二区域以获得第四光线；

在第三实例中，发送所述第一光线使其通过所述第三区域以获得第五光线；

在所述第一实例中，将所述第三光线和所述第二光线发送到光束组合器（356）以形成第六光线；

在所述第二实例中，将所述第四光线和所述第二光线发送到所述光束组合器以形成第七光线；

在所述第三实例中，将所述第五光线和所述第二光线发送到所述光束组合器以形成第八光线；

在所述第一实例中，将所述第六光线发送到所述物体的表面（130）上；

在所述第二实例中，将所述第七光线发送到所述物体的表面上；

在所述第三实例中，将所述第八光线发送到所述物体的表面上；

在所述第一实例中，将所述第一物点（124）成像到光敏阵列（146）上的第一阵列点（128）上并且从所述光敏阵列获得第一电气数据值；

在所述第二实例中，将所述第一物点成像到所述光敏阵列上的所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第二电气数据值；

在所述第三实例中，将所述第一物点成像到所述光敏阵列上的所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第三电气数据值；

至少部分地基于所述第一电气数据值、所述第二电气数据值以及所述第三电气数据值确定所述第一物点的所述三维坐标；以及

存储所述第一物点的所述三维坐标。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

设置具有配置为对光线进行反射的第一部分（354）以及配置为对光线进行透射的第二部分（352）的所述光束组合器（356）；

对所述第一光线（384）进行反射使其离开所述第一部分；以及

对所述第二光线（386）进行透射使其通过所述第二部分，其中，对被反射的第一光线和被透射的第二光线进行组合以形成所述第三光线。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

设置具有配置为对光线进行反射的第一部分（354）以及配置为对光线进行透射的第二部分（352）的所述光束组合器（356）；

对所述第二光线（384）进行反射使其离开所述第一部分；以及

对所述第一光线（386）进行透射使其通过所述第二部分，其中，对被反射的第二光线和被透射的第一光线进行组合以形成所述第三光线。

17.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

至少部分地基于所述第一电信号、所述第二电信号以及所述第三电信号计算所述第一阵列点的相位值；以及

在确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤中，所述第一物点的所述三维坐标还至少部分地基于所述相位值。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

设置第一透镜系统（370）；

发送所述第三光线使其通过所述第一透镜系统以形成第一光斑（394）和第二光斑（394）；以及

将所述第一光斑和所述第二光斑传播到所述物体上。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

设置第二透镜系统（360），所述第二透镜系统是横向放大率大于1的远焦透镜系统；以及

在发送所述第三光线使其通过所述第一透镜系统之前，发送所述第三光线使其通过所述第二透镜系统。

20.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

设置光纤（312）、准直透镜（324）以及第二分束器（330）；以及

从所述光纤发射第四光线；

通过所述准直透镜（324）对所述第四光线进行准直以形成所述第一光束（380）；以及

在分束所述第一光束的步骤中，还包括将所述第一光束发送到所述第一分束器以获得所述第一光线和所述第二光线。

21.根据权利要求14所述的方法，其中，在分束第一光束的步骤中，所述第一光束选自由可见光、红外光和紫外光构成的组。

22.一种用于确定物体的表面（130）上的第一物点（124）的三维坐标的方法，所述方法包括下述步骤：

将第一光束分束为第一光线和第二光线，所述第一光线和所述第二光线是互相相干的，所述第一光线沿着第一路径行进，所述第二光线沿着第二路径行进，所述第一路径与所述第二路径不交叠；

设置包括第一透明板（600，710，812A）和旋转机构（840）的第一透明板装配体（800，801），所述第一透明板具有第一表面、第二表面、第一折射率、第一厚度，所述第一表面和所述第二表面基本上是平行的，所述第一厚度是所述第一表面与所述第二表面之间的距离，所述旋转机构配置为对所述第一透明板进行旋转；

在第一实例中，对所述第一透明板进行旋转以获得所述第一表面关于进入所述第一透明板的所述第一光线的第一入射角；

在第二实例中，对所述第一透明板进行旋转以获得所述第一表面关于进入所述第一透明板的所述第一光线的第二入射角，所述第二入射角不等于所述第一入射角；

在第三实例中，对所述第一透明板进行旋转以获得所述第一表面关于进入所述第一透明板的所述第一光线的第三入射角，所述第三入射角不等于所述第一入射角或所述第二入射角；

在所述第一实例中，对已经穿过所述第一透明板的所述第一光线和所述第二光线进行组合以在所述物体的表面上产生第一条纹图案；

在所述第二实例中，对已经穿过所述第一透明板的所述第一光线和所述第二光线进行组合以在所述物体的表面上产生第二条纹图案；

在所述第三实例中，对已经穿过所述第一透明板的所述第一光线和所述第二光线进行组合以在所述物体的表面上产生第三条纹图案；

在所述第一实例中，将所述第一物点成像到光敏阵列（146）上的第一阵列点（128）上并且从所述光敏阵列获得第一电气数据值；

在所述第二实例中，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第二电气数据值；

在所述第三实例中，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上并且从所述光敏阵列获得第三电气数据值；

至少部分地基于所述第一电气数据值、所述第二电气数据值、所述第三电气数据值、所述第一厚度、所述第一折射率、所述第一入射角、所述第二入射角以及所述第三入射角来确定所述第一物点的所述三维坐标；以及

存储所述第一物点的所述三维坐标。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括下述步骤：

设置第二透明板（720，812B），所述第二透明板与所述第一透明板基本上相同；

使所述第一光束（890）穿过所述第一透明板并且穿过所述第二透明板以获得第三光线；

对所述第二透明板进行旋转以使得所述第一光线和所述第三光线基本上共线；以及

在所述第一实例、所述第二实例以及所述第三实例中，将所述第一光线和所述第二光线组合在所述物体表面上。

Claims (23)

1.一种用于确定物体的表面（130）上的第一物点（124）的三维坐标的方法，所述方法包括下述步骤：

设置具有第一透明区域（1212，1310，1510）和第二透明区域（1210，1315，1508）的第一透明板（1100，1200，1300，1400，1500，1620），第一区域具有第一表面（1112，1422）、第二表面（1114，1420）、第一折射率以及第一楔角，所述第一楔角是所述第一表面与所述第二表面之间的角，第二区域具有第三表面（1112，1422）、第四表面（1114，1420）、第二折射率以及第二楔角，所述第二楔角是所述第三表面与所述第四表面之间的角；

将第一光束分束为第一光线（386，382）和第二光线（382，386），所述第一光线和所述第二光线是互相相干的；

在第一种情况下，发送所述第一光线使其通过所述第一区域，所述第一光线穿过所述第一表面和所述第二表面，所述第一区域被配置为以第一偏转角改变所述第一光线的方向，所述第一偏转角与所述第一楔角和所述第一折射率相对应；

在第二种情况下，发送所述第一光线使其通过所述第二区域，所述第一光线穿过所述第三表面和所述第四表面，所述第二区域被配置为以第二偏转角改变所述第一光线的方向，所述第二偏转角与所述第二楔角和所述第二折射率相对应，其中，所述第二偏转角不同于所述第一偏转角；

在所述第一种情况下，对所述第一光线和所述第二光线进行组合以在所述物体的表面上产生第一条纹图案（275，510，520），所述第一条纹图案在所述第一物点处具有第一间距，所述第一间距与所述第一偏转角相对应；

在所述第二种情况下，对所述第一光线和所述第二光线进行组合以在所述物体的表面上产生第二条纹图案（275，510，520），所述第二条纹图案在所述第一物点处具有第二间距，所述第二间距与所述第二偏转角相对应，所述第二间距不同于所述第一间距；

在所述第一种情况下，将所述第一物点成像到光敏阵列（146）上的第一阵列点（128）上以从所述光敏阵列获得第一电气数据值（152）；

在所述第二种情况下，将所述第一物点成像到所述光敏阵列上的所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第二电气数据值；

至少部分地基于所述第一电气数据值和所述第二电气数据值确定所述第一物点的所述三维坐标；以及

存储所述第一物点的所述三维坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

设置第二透明板（1000），所述第二透明板具有第三透明区域（1020）和第四透明区域（1030），第三区域具有第五表面、第六表面、第三折射率、第一厚度以及第一光程长度，所述第五表面和所述第六表面基本上是平行的，所述第一厚度是所述第五表面与所述第六表面之间的距离，所述第一光程长度是所述第一厚度乘以所述第三折射率，第四区域具有第七表面、第八表面、第四折射率、第二厚度以及第二光程长度，所述第七表面和所述第八表面基本上是平行的，所述第二厚度是所述第七表面与所述第八表面之间的距离，所述第二光程长度是所述第二厚度乘以所述第四折射率，其中，所述第一光程长度和所述第二光程长度是不同的；

在所述第一种情况下，发送所述第一光线或所述第二光线中的一个使其在第一实例中通过所述第三区域并且在第二实例中通过所述第四区域；

在所述第二种情况下，发送所述第一光线或所述第二光线中的所述一个光线使其在第三实例中通过所述第三区域并且在第四实例中通过所述第四区域；

对于所述第一实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第三电气数据值；

对于所述第二实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第四电气数据值；

对于所述第三实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第五电气数据值；

对于所述第四实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第六电气数据值；以及

在确定所述三维坐标的步骤中，所述第一物点的所述三维坐标还至少部分地基于所述第三电气值、所述第四电气值、所述第五电气值以及所述第六电气值，其中，所述第一电气值等于所述第三电气值并且所述第二电气值等于所述第五电气值。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括下述步骤：

在设置所述第二透明板的步骤中，还包括第五区域（1040），所述第五区域具有第九表面、第十表面、第五折射率、第三厚度以及第三光程长度，所述第九表面和所述第十表面基本上是平行的，所述第三厚度是所述第九表面与所述第十表面之间的距离，所述第三光程长度是所述第三厚度乘以所述第五折射率，其中，所述第三光程长度不同于所述第一光程长度和所述第二光程长度；

在所述第一种情况下，发送所述第一光线或所述第二光线中的一个使其在第五实例中通过所述第五区域；

在所述第二种情况下，发送所述第一光线或所述第二光线中的一个光线使其在第六实例中通过所述第五区域；

对于所述第五实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第七电气值；

对于所述第六实例，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第八电气值；以及

在确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤中，还包括进一步基于所述第七电气值和所述第八电气值确定所述第一物点的所述三维坐标。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括下述步骤：

至少部分地基于所述第三电信号、所述第五电信号以及所述第七电信号计算所述第一阵列点的第一相位值；

至少部分地基于所述第四电信号、所述第六电信号以及所述第八电信号计算所述第一阵列点的第二相位值；以及

在确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤中，所述第一物点的所述三维坐标还至少部分地基于所述第一相位值和所述第二相位值。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

设置第一透镜系统（370）；

发送被组合的所述第一光线和所述第二光线使其通过所述第一透镜系统，以形成第一光斑（394）和第二光斑（394）；以及

将所述第一光斑和所述第二光斑传播到所述物体上。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括下述步骤：

设置第二透镜系统（360），所述第二透镜系统是横向放大率大于1的远焦透镜系统；以及

在发送被组合的所述第一光线和所述第二光线使其通过所述第一透镜系统之前，发送被组合的所述第一光线和所述第二光线使其通过所述第二透镜系统。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

设置第一分束器（356），所述第一分束器具有配置为对光线进行反射的第一部分（354）以及配置为对光线进行透射的第二部分（352）；以及

在对所述第一光线和所述第二光线进行组合之前，对所述第一光线进行反射使其离开所述第一部分并且对所述第二光线进行透射使其通过所述第二部分。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

设置第一分束器（356），所述第一分束器具有配置为对光线进行反射的第一部分（354）以及配置为对光线进行透射的第二部分（352）；以及

在对所述第一光线和所述第二光线进行组合之前，对所述第二光线进行反射使其离开所述第一部分并且对所述第一光线进行透射使其通过所述第二部分。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

设置光纤（322）、准直透镜（324）以及第二分束器（330）；以及

从所述光纤发射第三光线；

采用所述准直透镜对所述第三光线进行准直以形成所述第一光束（380）；以及

在分束所述第一光束的步骤中，还包括将所述第一光束发送到所述第二分束器以获得所述第一光线和所述第二光线。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，在分束第一光束的步骤中，所述第一光束选自由可见光、红外光和紫外光构成的组。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在设置所述第一透明板（1400，1500）的步骤中，还包括设置第三透明区域（1414）和第四透明区域的步骤，所述第一区域还具有第一厚度和第一光程长度，所述第二区域还具有第二厚度和第二光程长度，所述第三区域具有第五表面、第六表面、第三楔角、第三折射率、第三厚度以及第三光程长度，所述第四区域具有第七表面、第八表面、第四折射率、第四楔角、第四厚度以及第四光程长度，所述第一厚度是沿着所述第一表面与所述第二表面之间的第一路径的长度，所述第一光程长度是所述第一厚度乘以所述第一折射率，所述第二厚度是沿着所述第三表面与所述第四表面之间的第二路径的长度，所述第二光程长度是所述第二厚度乘以所述第二折射率的长度，所述第三楔角是所述第五表面与所述第六表面之间的角，所述第三厚度是沿着所述第五表面与所述第六表面之间的第三路径的长度，所述第三光程长度是所述第三厚度乘以所述第三折射率，所述第四楔角是所述第七表面与所述第八表面之间的角，所述第四厚度是沿着所述第七表面与所述第八表面之间的第四路径的长度，所述第四光程长度是所述第四厚度乘以所述第四折射率，其中，所述第三楔角基本上等于所述第一楔角，所述第四楔角基本上等于所述第二楔角，所述第三光程长度不同于所述第一光程长度，以及所述第四光程长度不同于所述第二光程长度；

在所述第一种情况下发送所述第一光线使其通过所述第一区域的步骤中，还包括：在第一实例中，沿着所述第一路径发送所述第一光线的步骤；

在所述第二种情况下发送所述第一光线使其通过所述第二区域的步骤中，还包括：在第二实例中，沿着所述第二路径发送所述第一光线的步骤；

在第三实例中，沿着所述第三路径发送所述第一光线；

在第四实例中，沿着所述第四路径发送所述第一光线；

在所述第一种情况下对所述第一物点进行成像的步骤中，还包括：在所述第一实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上以获得所述第一电气值的步骤；

在所述第二种情况下对所述第一物点进行成像的步骤中，还包括：在所述第二实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上以获得所述第二电气值的步骤；

在所述第三实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上以从所述光敏阵列获得第三电气值；

在所述第四实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上以从所述光敏阵列获得第四电气值；以及

在确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤中，还包括至少部分地基于所述第三电气值和所述第四电气值确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括下述步骤：

在设置所述第一透明板的步骤中，还包括设置第五区域和第六区域的步骤，所述第五区域具有第九表面、第十表面、第五楔角、第五折射率、第五厚度以及第五光程长度，所述第六区域具有第十一表面、第十二表面、第六楔角、第六折射率、第六厚度以及第六光程长度，所述第五楔角是所述第九表面与所述第十表面之间的角，所述第五厚度是沿着所述第九表面与所述第十表面之间的第五路径的长度，所述第五光程长度是所述第五厚度乘以所述第五折射率，所述第六楔角是所述第十一表面与所述第十二表面之间的角，所述第六厚度是沿着所述第十一表面与所述第十二表面之间的第六路径的长度，所述第六光程长度是所述第六厚度乘以所述第六折射率，其中，所述第五楔角基本上等于所述第一楔角，所述第六楔角基本上等于所述第二楔角，所述第五光程长度不同于所述第一光程长度和所述第三光程长度，以及所述第六光程长度不同于所述第二光程长度和所述第四光程长度；

在第五实例中，沿着所述第五路径发送所述第一光线；

在第六实例中，沿着所述第六路径发送所述第一光线；

在所述第五实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上以从所述光敏阵列获得第五电气值；

在所述第六实例中，将所述第一物点成像在所述光敏阵列上以从所述光敏阵列获得第六电气值；以及

在确定所述三维坐标的步骤中，还至少部分地基于所述第五电气值和所述第六电气值确定所述第一物点的所述三维坐标。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括下述步骤：

至少部分地基于所述第一电信号、所述第三电信号以及所述第五电信号计算所述第一阵列点的第一相位值；

至少部分地基于所述第二电信号、所述第四电信号以及所述第六电信号计算所述第一阵列点的第二相位值；以及

在确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤中，所述第一物点的所述三维坐标还至少部分地基于所述第一相位值和所述第二相位值。

14.一种用于确定物体的表面（130）上的第一物点（124）的三维坐标的方法，所述方法包括下述步骤：

设置具有第一透明区域（1020）、第二透明区域（1030）以及第三透明区域（1040）的第一透明板（1000），所述第一区域具有第一表面、第二表面、第一折射率以及第一光程长度，所述第二区域具有第三表面、第四表面、第二折射率以及第二光程长度，所述第三区域具有第五表面、第六表面、第三折射率以及第三光程长度，所述第一表面和所述第二表面基本上是平行的，所述第一厚度是所述第一表面与所述第二表面之间的距离，所述第一光程长度是所述第一厚度乘以所述第一折射率，所述第三表面和所述第四表面基本上是平行的，所述第二厚度是所述第三表面与所述第四表面之间的距离，所述第二光程长度是所述第二厚度乘以所述第二折射率，所述第五表面和所述第六表面基本上是平行的，所述第三厚度是所述第五表面与所述第六表面之间的距离，所述第三光程长度是所述第三厚度乘以所述第三折射率，其中，所述第一光程长度、所述第二光程长度以及所述第三光程长度是不同的；

将第一光束（380）发送到第一分束器（330）；

采用所述第一分束器将所述第一光束分束为第一光线（386，382）和第二光线（382，386），所述第一光线和所述第二光线是互相相干的；

在第一实例中，发送所述第一光线使其通过所述第一区域，所述第一光线穿过所述第一表面和所述第二表面；

在第二实例中，发送所述第一光线使其通过所述第二区域，所述第一光线穿过所述第三表面和所述第四表面；

在第三实例中，发送所述第一光线使其通过所述第三区域，所述第一光线穿过所述第五表面和所述第六表面；

将所述第一光线和所述第二光线发送到光束组合器（385）；

采用所述光束组合器对所述第一光线和所述第二光线进行组合以形成第三光线；

将所述第三光线发送到所述物体的表面（130）上；

在所述第一实例中，将所述第一物点（124）成像到光敏阵列（146）上的第一阵列点（128）上以从所述光敏阵列获得第一电气值；

在所述第二实例中，将所述第一物点成像到所述光敏阵列上的所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第二电气值；

在所述第三实例中，将所述第一物点成像到所述光敏阵列上的所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第三电气值；

至少部分地基于所述第一电气数据值、所述第二电气数据值以及所述第三电气数据值确定所述第一物点的所述三维坐标；以及

存储所述第一物点的所述三维坐标。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

设置具有配置为对光线进行反射的第一部分（354）以及配置为对光线进行透射的第二部分（352）的所述光束组合器（356）；

对所述第一光线（384）进行反射使其离开所述第一部分；以及

对所述第二光线（386）进行透射使其通过所述第二部分，其中，对被反射的第一光线和被透射的第二光线进行组合以形成所述第三光线。

16.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

设置具有配置为对光线进行反射的第一部分（354）以及配置为对光线进行透射的第二部分（352）的所述光束组合器（356）；

对所述第二光线（384）进行反射使其离开所述第一部分；以及

对所述第一光线（386）进行透射使其通过所述第二部分，其中，对被反射的第二光线和被透射的第一光线进行组合以形成所述第三光线。

17.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

至少部分地基于所述第一电信号、所述第二电信号以及所述第三电信号计算所述第一阵列点的相位值；以及

在确定所述第一物点的所述三维坐标的步骤中，所述第一物点的所述三维坐标还至少部分地基于所述相位值。

18.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

设置第一透镜系统（370）；

发送所述第三光线使其通过所述第一透镜系统以形成第一光斑（394）和第二光斑（394）；以及

将所述第一光斑和所述第二光斑传播到所述物体上。

19.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

设置第二透镜系统（360），所述第二透镜系统是横向放大率大于1的远焦透镜系统；以及

在发送所述第三光线使其通过所述第一透镜系统之前，发送所述第三光线使其通过所述第二透镜系统。

20.根据权利要求14所述的方法，还包括下述步骤：

设置光纤（312）、准直透镜（324）以及第二分束器（330）；以及

从所述光纤发射第四光线；

通过所述准直透镜（324）对所述第四光线进行准直以形成所述第一光束（380）；以及

在分束所述第一光束的步骤中，还包括将所述第一光束发送到所述第一分束器以获得所述第一光线和所述第二光线。

21.根据权利要求14所述的方法，其中，在分束第一光束的步骤中，所述第一光束选自由可见光、红外光和紫外光构成的组。

22.一种用于确定物体的表面（130）上的第一物点（124）的三维坐标的方法，所述方法包括下述步骤：

将第一光束分束为第一光线和第二光线，所述第一光线和所述第二光线是互相相干的；

设置包括透明板（600，710，812A）和旋转机构（840）的第一透明板装配体（800，801），所述第一透明板具有第一表面、第二表面、第一折射率、第一厚度，所述第一表面和所述第二表面基本上是平行的，所述第一厚度是所述第一表面与所述第二表面之间的距离，所述旋转机构配置为对所述第一透明板进行旋转；

在第一实例中，对所述第一透明板进行旋转以获得所述第一表面关于所述第一光线的第一入射角；

在第二实例中，对所述第一透明板进行旋转以获得所述第一表面关于所述第一光线的第二入射角，所述第二入射角不等于所述第一入射角；

在第三实例中，对所述第一透明板进行旋转以获得所述第一表面关于所述第一光线的第三入射角，所述第三入射角不等于所述第一入射角或所述第二入射角；

在所述第一实例中，对所述第一光线和所述第二光线进行组合以在所述物体的表面上产生第一条纹图案；

在所述第二实例中，对所述第一光线和所述第二光线进行组合以在所述物体的表面上产生第二条纹图案；

在所述第三实例中，对所述第一光线和所述第二光线进行组合以在所述物体的表面上产生第三条纹图案；

在所述第一实例中，将所述第一物点成像到光敏阵列（146）上的第一阵列点（128）上以从所述光敏阵列获得第一电气值；

在所述第二实例中，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第二电气值；

在所述第三实例中，将所述第一物点成像到所述第一阵列点上以从所述光敏阵列获得第三电气值；

至少部分地基于所述第一电气数据值、所述第二电气数据值、所述第三电气数据值、所述第一厚度、所述第一折射率、所述第一入射角、所述第二入射角以及所述第三入射角来确定所述第一物点的所述三维坐标；以及

存储所述第一物点的所述三维坐标。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括下述步骤：

设置第二透明板（720，812B），所述第二透明板与所述第一透明板基本上相同；

使所述第一光束（890）穿过所述第一透明板并且穿过所述第二透明板以获得第三光线；

对所述第二透明板进行旋转以使得所述第一光线和所述第三光线基本上共线；以及

在所述第一实例、所述第二实例以及所述第三实例中，将所述第一光线和所述第二光线组合在所述物体表面上。

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