专利名称：用于确定位置的装置和方法
技术领域：
本发明涉 及一种用于确定间距的装置和方法。
背景技术：
确定位置变化的物体的位置信息在广泛的技术领域都是重要的。大概确定位置的 最简单的方法是在要确定位置的物体上布置一发送器，可以基于传递的信号确定其位置。 此外例如存在有测量方法，其基于借助于红外线探测器或超声波探测器无接触地测量间距 的测量装置工作。然而，在一些领域应用这种方案是不利的，因为该方案与过大的开销相关 联。此外，该方法部分与对于位置待确定的物体不利的措施有关(例如，由用于确定位置的 发送器发出的辐射可能是不希望的)。需要在特定的边界条件下确定位置的技术装置的一个例子是在医疗技术中确定 所谓的多叶准直器(Multi-Leaf-Kollimator)的片的位置。这种准直器通常应用在肿瘤治 疗的辐射装置中。借助于片式视准器这样地限制辐射装置的辐射型面，使得待辐射的身体 区域尽可能接近于其形状地被治疗辐射包括。为了使辐射型面的形状和待辐射的区域最佳 适应，准视管通常由各个薄的、通常约为2至4mm厚的、且由对X光射线或伽玛射线有高的 吸收能力的材料制成的片组成，其中，各个片平行于辐射方向布置，并且可以相互无关地在 与辐射方向垂直的平面中移动。为此，各个片支承在固定的滑轨上，并且配设有自由的调节 驱动器。各个片的位置必须与调节驱动器无关地可以在比辐射持续时间更短的时间内测 量，以便能够校验片的位置与对于所提出的要求的处理的一致。在此，在可运动的片上布设 传感器或其它测量装置以及必要时布设附属的电缆连接会是耗费的并可能甚至是干扰的。例如在US2006/0072849A1中给出了一种用于确定多叶准直器中的片的位置的方 法。其中建议，将照射到多叶准直器上的光线的投影用于确定位置。该方法步骤需要额外 的光源，并且在光投影向定量信息的转换方面相对耗费，所述信息例如可以用于控制准直 器的调节驱动器。在US2009/0010395A1中建议，借助于摄像头进行多叶准直器的位置确定，该摄像 头拍摄所述多叶准直器。然后从所拍摄的照片中确定位置信息。该方案需要额外的摄像头 并且在将所拍摄的照片转换为多叶准直器的各个片的位置信息方面同样是耗费的。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，实现一种新式的位置确定，其开启了相比传统 的方法步骤是新的可能性，并且避免工知的方法的确定，尤其也关于多叶准直器的片的位
置确定。该技术问题通过在各权利要求中描述的方案解决。按本发明的方案设计为，将声表面波用于间距测量或位置测量。在此，优选涉及瑞 利波或在瑞利波和兰姆波之间的过渡范围中的波。本发明的核心构思在于借助一装置产生声表面波并且在一表面上过耦合。表面波在该表面上传播，直到反射点，从该反射点开始， 表面波被反射回该装置，并且通过该装置记录或检测。然后，根据表面波的运行时间确定装 置和反射位置之间的间距(其中，可以以有意义的方式将装置和反射点之间的间距定义为 标出的点，例如边界点和反射点之间的间距，在该边界点处，所述装置将该表面上的表面波 过耦合)。反射位置例如可以通过刻痕实现。当反射位置具有表面上的已知位置时，可以由 到反射位置的间距确定表面的另一标出的点的位置；尤其可以计算出该表面端部的位置。在本申请中，如果提到表面波，则是指声表面波，形式为空间有限的并且在时间 上变化的表面激励，该表面波适于在传播方向上沿着表面传播。关于空间有限的激励应 这样理解，即，波的尺寸是这样的，使得其适于测量。表面波用于测量的可使用性也在EP 0988538B1中作为主题说明。类似波的其它信息可参考0017和0018段。所介绍的方法以灵活且不耗费的方式执行位置确定。例如可以确定多叶准直器的 片的位置，其中片配设有分别至少一个反射点。多叶准直器的片通常由各自的调节驱动器 仅沿一个方向运动。但可以考虑，通过按本发明的方法通过沿相应各个方向发出的表面波 确定多个属于表面的位置信息。类似的，本发明的应用领域也不限于医疗技术的有限领域， 例如多叶准直器。本发明例如适于在其它医疗装置中用于位置测量，例如在病榻、X射线装 置三脚架、诊断光阑(blende)等。同样可考虑许多医疗技术之外的应用。一般来说，本发 明总是可以应用于通过表面来确定位置。在此，该方法也可以用于不平的表面，表面波也可 以沿着弯曲的表面传播，因此相比仅能应用在直线中的其它测量方法(例如光学方法)提 供了更大的构造自由度。所述测量方法在开启之后立即精确地测量位置，而不需要和在相 关的测量方法中一样的参考物。该特征明显有助于减少开销。为了产生表面波可以设置一电机械的换能元件，例如压电式叉指换能器。例如也 在TO 00/26658的图2示出了这种换能器用于其它测量方法的应用。产生表面波的一种替代方法在于，首先例如借助于压电式厚度振动器产生体积声 波，并且借助于模式转换转换为表面波。产生表面波的装置优选具有用于与带有反射位置的表面过耦合的表面。装置的该 表面被设计用于过耦合，例如用于直接接触或通过润滑剂的接触。在此要考虑的是，装置的 表面可以具有弯曲部，以便良好地与被检查的、非平的表面相适应。所述装置的表面可以配 设耦合剂，例如润滑脂。按照本发明主题的一种扩展方案，设置有多个相邻的反射位置，它们共同作用产 生反射图案，该反射图案可以由装置用于识别反射位置。反射位置之间的间距在此以有意 义的方式相比在通常情况下通过反射波传播过的路径或表面沿诊断方向的尺寸更小。通过 评估相继反射的数目并且即便在多个并行进行的位置确定或意外的反射时也能保证反射 图案单义的确定，使得能够正确地配属接收的反射波。首先，本发明具有这样的优点，当本发明应用这样一个场合，其中所检查的表面相 对产生声波的装置位置可变(通常是装置位置固定，而表面属于运动的物体)。这种情况例 如存在于多叶准直器，其中各个片总是按所进行的检查的标准来调节或运动。关于多叶准 直器及类似结构的物体有意义的是，这样构造按本发明的装置，使得一个表面波可在多个 物体(片)上输出耦合，因此实际上可以同时进行所有物体的位置确定。优选在这种情况 下使用上述的反射图案，以便区别不同物体的反射。例如通过在装置中前后依次布置多个分波器，沿该波分量方向延伸的波分别部分与一个物体输出耦合，并且部分对于下一个输 出耦合导通或传输，一个表面波例如可以在多个物体上输出耦合。表面波的传播速度以及由此确定的位置可以与外部影响有关，例如温度或空气压 力。可以针通过对已知的路径测量表面波的传播速度来进行校准。按照本发明主题的一种扩展方案，在发明主题中已经设置了这种规定。为此一种 设计在于，在装置内部设置一路径，该路径由表面波经过，然而借助于路径已知的长度确定 表面波的速度。在此，为清楚起见也可规定，表面波在装置内部反射。对于这种速度确定， 除了使用装置内的路径还存在这样使用表面的已知路径的可能性。这例如通过使两个波在 表面上的间距已知的各个反射点间反射而实现，。两个反射点例如可以位于装置的不同侧。


以下根据附图就各实施例而言详细解释本发明的主题。图1是垂直于辐射方向的平面内的准直器；图2是带有多叶准直器的辐射源的示意侧视图；图3是按本发明的装置；图4是反射图案在本发明主题中的应用；图5是本发明主题的一种构造，表面波通过体积声波的模式转换产生；图6是获得参考信号的一种变型；图7是波在多个片上的输出耦合的一种构造。
具体实施例方式在图1中以俯视图示意示出了多叶准直器61。多叶准直器61具有壳体62以及 可沿移动方向63在调节机构上调节的叶片。调节机构设置在壳体62中。叶片2吸收源自 辐射源70的射线束71的射线(图2)。在该视图中，辐射方向65为垂直图面向内。叶片2 可相向运动直至被调节到一封闭位置66，在该封闭位置上，叶片2的端面67相互间的间距 最小。通过叶片2的调节可以为沿辐射方向65穿过多叶准直器61的射线束这样地提供一 个开口，使得通过的射线束的横截面相当于直至边缘区域69的预定的辐射区域68。图3示出了多叶准直器的叶片2的一部分。叶片与按本发明的、用于产生表面波 的装置1接触。以下该装置也称作固定的滑动装置，因为该装置一方面是固定的，另一方 面，在叶片滑动时，可以沿着装置1这样地滑动叶片，使得表面波的过耦合所需的耦合或接 触得以保留。在叶片2和装置1之间设置有滑动剂5，该滑动剂同时用作耦合剂。表面波 的产生借助于带有电缆接头的电机械式的换能元件进行，例如压电式叉指换能器3。通过 换能元件3产生声表面波，也就是瑞利波或在瑞利波和兰姆波之间的过渡范围中的波。在 图1中，波首先朝表面运动，然后在表面上过耦合。然后，表面波朝设置在叶片2的表面上 的反射点4传播，然后被反射，并沿同一路径返回到电机械式的换能元件应答器3。换能元 件3记录或检测所反射的波。反射点4和叶片的端部之间的间距是已知的，可以通过传播时间计算出装置和叶 片端部之间的间距d。该间距取决于怎样针对各种处置调整叶片而变化。以这种方式在叶片运动的窄侧过耦合的声表面波被在该面上一直传导到固定在该面上的反射位置，例如刻痕，并且反射的表面波从该面以相同的方式再次反射回到电机 械式的换能器。现在，通过测量短的表面波脉冲在电机械式的换能元件内产生的时间点和 从反射位置反射的反射脉冲的到达时间点之间的传播时间，可以由反射位置相对于固定的 滑动装置的位置确定叶片的位置。借助于箭头表 示，所产生的表面波也可以在装置内部传播(如图6所示或并在该 图中详细说明的那样)，这可以用于计算波的传播速度。图4示出了按本发明的装置1的一种构造，其设计用于在两个方向上测量间距。该 装置具有两个换能元件31和32，其分别为相反的方向产生声波。借助于换能元件31产生 声波，该声波朝位于叶片2右侧的三个刻痕41的方向传播，并在这些刻痕处被反射，之后再 次由换能元件31记录。换能元件32用于在相反的方向上测量间距。所产生的表面波在附 图中朝左传播，并在此由三个刻痕42反射，然后通过换能元件32记录。在图中显示时间范 围内由换能元件31或32测得的结果。若在换能元件31中比在换能元件32中更晚记录到事件，这与间距dl比d2更大 相对应。刻痕41相互间比另一侧42更远，这在图中重现了测得的事件的间距。本发明的 这种设计具有两个优点，一个是可以由通过使用多次反射位置产生的不同的反射图案将事 件唯一配属于一个反射。另一方面，在此确定两个间距，即dl和d2。由叶片已知的尺寸结 合装置1已知的尺寸可以通过评估反射的时间间隔确定表面波的速度，也就是说，两个反 射点或叶片2的两端之间的间距用作参考量。在图5中示出了另一构造。在这种构造中，表面波不通过换能元件产生，而是通过 一种替代的方法产生。装置1配设有压电式的叉指振动器11，借助于该叉指振动器产生体 积声波。在装置1和滑动剂5之间的过渡位置借助于模式转换结构12产生表面波并与叶 片2过耦合，该模式转换结构例如由该表面的恰当的周期性结构(例如由刻痕装置)组成。 这种借助于模式转换的转换是可逆的，因此反射的表面波再次转换为(纵向或横向)体积 声波，并且可以由压电式叉指振动器11记录。与前述方案相应地在装置1的两侧再次设置 反射刻痕41或42，其中这次刻槽的数量不同(一个或两个)，使得反射图案不仅得出事件 的间距，而且得出事件的数量。借助于压电式的叉指振动器11可以以这种方式确定间距dl 和d2，其中，由已知的叶片总长度又可以计算出表面波的传播速度。图6示出了用于确定表面波速度的另一方法步骤的例子。在这种构造中规定，表 面波通过换能元件3产生，该表面波在装置内部前进，并在反射点43被反射回来。由换能 元件3和反射点43之间的已知距离可以确定表面波速度。同时规定，一个波在叶片2的表 面上过耦合，并在该表面处在反射点41反射后再次传递回到换能元件3。在此，所使用的反 射点41和43具有不同数目的刻痕(S卩1和2)，也就是使用至少一个多反射点，使得在同时 执行时可唯一地对应由换能元件3记录的事件。这将更清楚地由在图中示出的时间曲线得 出，该曲线示出了由换能器3记录的事件。在第一时间tl之后，检测属于反射点43的反射 图案，在较晚的时间t2检测反射点41的反射图案。而时间t2与待计算的长度d有关，对 于tl的路程是已知的，并且可以用于计算表面波的速度，由表面波速度结合时间t2得到路 程d。图6所示的装置的一种变型在于，为两个测量(参考测量和距离测量)使用一个 信号。这可以通过刻痕或分波器(teiler)执行，其将用于参考测量的信号部分输出耦合到叶片2。工作原理在对图7的说明中详细解释，在图7将该方案扩展为用于多个叶片。在图7中以两个不同的视图示出了本发明主题的一种扩展方案。在该构造中，设 置一用于产生表面波的元件3，该表面波用于多个叶片21，22，23。出于该目的，装置1配设 有形式为部分反射的刻痕的分波器，通过该分波器将所述波分配到多个可运动的叶片，因 此可以同时确定多个叶片的位置。通过换能器3产生的波首先朝分波器或刻痕51传播，所 述分波器或刻痕与叶片2. 1上的用于位置测量的波的部分成45°角分支。波的剩余部分继 续朝分波器52传播，在分波器处，波的一部分被分支用于叶片22上的位置测量。还示出了 第三叶片23，在分波器53上为该叶片分支出波。穿过分波器53的波部分在漏极，例如缓 冲器7中被去除。在图7的下部为另一透视图，即图3至图6的透视图示出了用于叶片21 的、分配之后波的曲线。类似于图3，该波或波分量在叶片21上过耦合，并且通过多次反射 位置以特别的反射图案41反射。剩余的路程与前面经过的路程是可逆的，也就是借助于分 波器51实现向换能元件3的反馈。换能元件3记录所有三个叶片21、22和23的反射。然 而，因为这些叶片各配设有特征化的反射点41，42或43并因此特征化的反射图案，那些由 换能元件3记录的事件可以唯一的对应。该设计具有这样的优点，借助于各个换能元件可 以为多个叶片进行位置确定。本发明主题的其它设计对于本领域技术人员来说易于找出。例如也可以将图5所 示的表面波产生低成本地用于多个叶片，即例如通过体积波的产生，该体积波在多个位置 通过模式转换结构分别在叶片上过耦合成一表面波。另外，本领域技术人员直接可知，本发 明的主题可以以多种形式应用并可以用于位置测量时的多个物体。因此，该主题不限于医 疗技术，而涉及任意的体结构。
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权利要求
一种用于确定间距(d)的装置(1)，该装置设计用于-产生声表面波，-在具有至少一个反射位置(4，41，42，43)的表面(2，21，22，23)上至少部分地过耦合所述表面波，-通过所述装置(1)记录在所述反射位置(4，41，42，43)反射的表面波，并且-根据所述表面波的传播时间确定所述装置(1)至所述反射位置(4，41，42，43)的间距。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，-所述反射位置(4，41，42，43)相对所述表面(2，21，22，23)的端部的位置是已知的，以及_所述装置设计用于根据相对所述反射位置(4，41，42，43)的间距和所述反射位置(4， 41,42,43)的位置计算所述表面的端部的位置。
3.如前述各权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置包括一电机械式的换能 元件(3)，用于产生所述表面波。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电机械式的换能元件(3)是压电式叉指 换能器。
5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置(1)设计用于产生至少一个体 积声波并且借助于模式转换将至少一个体积声波转换为表面波。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置(1)包括一个用于产生至少一个体 积声波的压电式厚度振动器(11)。
7.如前述各权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置(1)具有表面(2，21，22， 23)，该表面为了过耦合所述表面波的目的，设计用于与具有至少一个反射位置(4，41，42， 43)的表面(2，21，22，23)耦合。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置(1)的表面(2，21，22，23)配设有 耦合剂。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述耦合剂通过润滑脂提供。
10.如前述各权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置(1)设计用于识别反射 图案，其中，该反射图案通过在多个关于所述表面(2，21，22，23)的延伸沿通由所反射的表 面波的传播路径限定的方向相邻布置的反射位置(4，41，42，43)上的反射获得。
11.如前述各权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置(1)设计用于使所述 表面波相对于被设计用于执行相对所述装置(1)的相对运动的物体的一个表面(2，21，22， 23)过耦合。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置(1)设计用于将一个表面波过耦 合在多个物体上。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述装置(1)这样设计并且可这样布置， 使得在所述装置(1)中产生的表面波沿着所述装置(1)内部的路径延伸，在该路径上前后 依次设置有多个分波器(51，52，53)，所述表面波部分通过所述分波器传到用于与每个物体 的过耦合，并且部分通过。
14.如前述各权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置(1)设计用于，-沿所述装置(1)内部的路径传输附加的声表面波，“为所述传输确定所述附加的表面波的传播时间，并且_所述附加的表面波的传播时间和所述路程的长度被用于根据所述表面波的传播时间 确定相对所述反射位置(4,41,42,43)的间距(d)。
15.如前述各权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置(1)设计用于，-记录在所述表面(2，21，22，23)上的两个不同的反射位置(4，41，42，43)上反射的表 面波，-由所述反射位置(4，41，42，43)的间距和反射的表面波的两个传播时间确定所述表 面波的传播速度，以及-所确定的传播速度被用于根据在该反射位置(4，41，42，43)上反射的表面波的传播 时间确定相对该反射位置(4，41，42，43)的间距。
16.如前述各权利要求之一所述的装置，其特征在于，至少一个所述反射位置(4，41， 42，43)通过一个或多个刻痕实现。
17.如前述各权利要求之一所述的装置，其特征在于，至少一个表面波是瑞利波或在瑞 利波和兰姆波之间的过渡范围内的波。
18.如前述各权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置设计用于多叶准直器的 叶片的位置确定。
19.一种用于确定间距的方法，包括以下步骤-借助于装置(1)产生声表面波；-在具有至少一个反射位置(4，41，42，43)的表面(2，21，22，23)上至少部分过耦合所 述表面波，-通过所述装置(1)记录在所述反射位置(4，41，42，43)反射的表面波，并且_根据所述表面波的传播时间确定所述装置(1)相对所述反射位置(4，41，42，43)的间 距(d)。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，-所述反射位置(4，41，42，43)相对所述表面(2，21，22，23)的端部的位置是已知的，以及-根据相对所述反射位置(4，41，42，43)的间距和所述反射位置(4，41，42，43)的位置 计算所述表面(2，21，22，23)的端部的位置。
21.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，产生至少一个体积声波并且借助于 模式转换将该至少一个体积声波转换为声表面波。
22.如权利要求19至21之一所述的方法，其特征在于，进行所述反射图案的识别，其 中，所述反射图案通过在多个关于所述表面(2，21，22，23)的延伸沿由所反射的表面波的 传播路径限定的方向相邻布置的反射位置(4，41，42，43)上的反射获得。
23.如权利要求19至22之一所述的方法，其特征在于，进行一个表面波在多个物体上 的过耦合。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，在所述装置中产生的表面波沿着所述装 置内部的路径延伸，在该路径上前后依次设置有多个分波器，所述表面波部分通过所述分 波器传到用于与每个物体上的过耦合，而并且部分通过。
25.如权利要求19至24之一所述的方法，其特征在于， -附加的声学表面波沿所述装置(1)内部的路径传输， -为所述传输确定所述附加的表面波的传播时间，并且_所述附加的表面波的传播时间和所述路程的长度被用于根据所述表面波的传播时间 确定相对所述反射位置(4,41,42,43)的间距(d)。
26.如权利要求19至25之一所述的方法，其特征在于，-记录在所述表面(2，21，22，23)上的两个不同的反射位置(4，41，42，43)上反射的表 面波，-由所述反射位置(4，41，42，43)的间距和反射的表面波的两个传播时间确定所述表 面波的传播速度，以及-所确定的传播速度被用于根据在该反射位置(4，41，42，43)上反射的表面波的传播 时间确定相对该反射位置(4，41，42，43)的间距。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定间距(d)的装置(1)和方法。按照本发明，产生192声表面波，并且将所述表面波至少部分地在具有至少一个反射位置(4，41，42，43)的表面(2，21，22，23)上过耦合。最后通过所述装置(1)记录在所述反射位置(4，41，42，43)反射的表面波。根据所述表面波的传播时间确定所述装置(1)相对所述反射位置(4，41，42，43)的间距。通过本发明可以低成本并且灵活地测量间距并因而测量位置。
文档编号G01S15/08GK101887124SQ20101017800
公开日2010年11月17日 申请日期2010年5月11日 优先权日2009年5月11日
发明者亨德里克·福斯特曼, 弗朗兹·迪劳夫, 格哈特·林德纳, 迈克尔·明奇 申请人:西门子公司