CN102042827B - 多波长激光接收机 - Google Patents

Abstract

公开了一种激光接收机，其用于检测由建筑工地上的旋转激光源所产生的脉冲激光。以此方式，激光接收机起到仰角检测器的作用并且为设备操作者或者建筑工人提供相对于激光平面的当前仰角状态。激光接收机是单个装置，可以检测多个光频率/波长，包括处于绿光、红光和红外光谱中的激光束。激光接收机还能够区分这种光束和其他干扰光源，尤其是荧光光源。

Description

多波长激光接收机

技术领域

本文所公开的技术总体上涉及光感测设备，更具体地说是涉及检测以下类型的脉冲激光，在建筑工地上使用这种脉冲激光来检测相对于旋转激光源产生的激光平面的设备仰角。具体地说，实施例被公开作为仰角检测器，该仰角检测器为移动用户或设备操作者提供了当前仰角状态，例如相对于激光平面处于太“高”、“水准面(on grade)”或太“低”。该仰角检测器是激光接收机，其作为单个装置可以检测多个光频率/波长，包括处于绿光、红光和红外光谱中的激光束。激光接收机还能够区分这种激光束与其他干涉光源，尤其是荧光光源。

有关联邦资助研究或发展的声明

无

背景技术

激光接收机(本文也称作“激光器接收机”、“激光检测器”、或“光束接收机”)在过去已可用于在建筑工地精确确定合适的仰角。用于这种检测器的标准方法是在建筑工地上以特定仰角安装旋转激光源，随后在一个设备上(诸如在推土机的铲刀上)安装激光检测器以使得设备的操作者在使用时准确掌握该设备的仰角。例如，激光检测器可以安装到附接在推土机铲刀的柱上，使得推土机的操作者可以把铲刀保持在正确位置，同时把土地平整成期望的精确仰角。

为了达到最有效，激光检测器将具有易于观看的显示器，为处在距检测器几英尺的人给出仰角指示。另外，在机器上使用的激光检测器通常会在检测器封套/外壳的所有四个角上具有几种类型的光电传感器(诸如光电二极管或其他类型的光敏装置)，使得它能够检测来自任何方向的激光。典型的激光检测器必须工作在一百毫秒周期内，这是因为大多数旋转激光源以600rpm旋转。

用作旋转激光源的许多激光源或者工作在红外光光谱内或者工作在红光光谱内。例如，通常使用工作在780nm波长下的红外激光二极管，以及工作在633nm波长下的红光氦氖气体激光器。而且，红光激光二极管现在在许多品种上很普及，工作在从635nm到670nm的几个不同波长下。此外，现在可以得到工作在绿光光谱，诸如在532nm波长下的一些旋转激光源。激光典型地是准直的。可以得到各种旋转激光源，光束尺寸从直径四分之一英寸小到至少直径四分之三英寸大。

激光检测器典型地可以以两种类型的模式得到：“机器控制接收机”和“手持接收机”。机器控制接收机典型地安装在一个设备上，诸如推土机，并且以上述方式来使用。手持接收机典型地是较小型装置，可以由典型的建筑工人携带用来检测瞬时观察的位置仰角。应当注意，可以使用机器控制接收机来直接控制机器的某些运动，并且因此接收机可以不包括显示器。

当前，存在可市售的激光接收机，能够仅仅检测红光和红外(IR)光谱内的光，而其他可得到的激光接收机能够仅仅检测绿光光谱内的光。然而，不存在能够检测这些激光范围的所有三种的激光接收机。这很大程度上是由于以下事实，这些接收机通常在光传感器前方具有滤光器，该滤光器仅传播允许期望的激光波长穿过所必需的最窄波长范围，同时尽可能地阻挡其余光谱的光。这么做减小了单元对不想要的“杂散”光，诸如来自荧光的光的易感性，或者将单元对太阳光的易感性减小到较小程度。接收机有时很难将“干扰源”所产生的不想要的光与期望的激光区分开，从而造成将从接收机传送到用户的不稳定和/或错误信息。这种不想要的光在此还被称作“不想要的干扰光信号”或干扰光源，诸如荧光或闪烁光产生的光。

在建筑工地上使用的仅对红光和红外光谱灵敏的典型激光接收机在消除许多荧光光源方面可能存在较小困难，这是因为大部分荧光输出出现在除了红光和红外光谱之外的其他波长下。因此，可用在这种红光/红外激光接收机上的滤光器自身可以把大部分荧光能量在到达安装在激光接收机单元上的光电传感器之前消除掉。然而，必须认识到，即使对于仅对红光/红外光灵敏的激光接收机来说，强荧光和闪烁光仍然能够引起这些问题。

然而，对绿光激光灵敏的激光接收机就其本质来说必须对可能会包括荧光光源所产生的一些能量的波长灵敏。这种激光接收机必须永久地对干扰荧光“杂散”光能去灵敏，或者必须具有能调制来对这种干扰荧光“杂散”光能去灵敏的灵敏度电路。否则，激光接收机可能在用于包括荧光光源的(室内)环境时不断地给出错误读数。因为许多激光接收机在检测它们的光电传感器处的电磁(光)能时产生可听见的“啁啾声”，所以由于具有安装在板上的有些种类的压电“扬声器”，那些类型的激光接收机在暴露于干扰荧光光源时会不断地，或者间歇地发出不同的“啁啾”噪声。在发生这种情况时，用户典型地很快意识到不能总是信任激光接收机的指示，因为在那些工作条件下，水准面、水准面之上或水准面之下的读数可能不准确。

有时采用来允许接收机更容易地将激光与其他光源区分开的其他方法是以特定频率调制发射激光，并且设计接收机以使得它仅仅“查找”以该特定调制频率调制的光。这种方法的不足之处在于，由于允许接收机识别这种离散频率所需的更复杂的电子线路特性的原因，所以接收机制造变得更加昂贵。另外，为了产生这种调制光束，激光发射机也变得更昂贵一些。而且，每个调制光接收机将需要“匹配”到特定模型的激光发射机，并且因此这种接收机决不会是“通用的”。

不存在能够检测绿光激光、红光激光和红外光的、所有都在单个整体封装中的已知激光接收机。大体上来说是这样的，因为绿光激光的设计考虑非常不同于红光或红外激光接收机的设计考虑。因此，在现有发射机(即，绿光和红光)中使用的两种不同可见光波长引起没有被已知激光接收机桥接起来的裂痕。

如上所指出的那样，当前市场上存在可以检测红光和红外(IR)光谱中的光的激光接收机，以及仅仅可以检测绿光光谱中的光的其他激光接收机，但是没有一个激光接收机工作于这些激光范围的所有三个光谱。期望的是具有能有效地检测这些波长范围的所有三个光谱中的激光的单个激光接收机单元，因为有些用户可能已经有(或者将来需要有)工作在多于一种、或所有这些波长下的各种手持激光发射机。这不仅会提高用户灵活性，而且还会降低制造商和零售商的库存，否则他们会需要制造并储备工作于不同激光波长的不同接收机。

发明内容

因此，一个优势在于，提供了一种能够检测包括绿光光谱和红光光谱的多波长光谱的激光发射机光线的激光接收机。

另一优势在于，提供了一种能够检测绿光激光、红光激光和红外激光光谱的单个封装的激光接收机。

再一个优势在于，提供了一种能够检测绿色可见光谱和红色可见光光谱两者中的激光的激光接收机，同时还具有把荧光光线消除到允许接收机与激光发射源之间的合理长的工作范围所需要程度的性能。

又一个优势在于，提供了一种能够检测绿光激光、红光激光和红外激光的单个封装的激光接收机，同时还有具有自动增益控制的电路，使得接收机将根据从激光发射机接收到的能级自动设置其工作范围灵敏度，同时还具有良好的荧光光线消除性能。

进一步的优势在于，提供了一种能够检测绿光激光、红光激光和红外激光的单个激光接收机，同时具有用户可选择灵敏度状态，允许用户手动选择提供了来自激光发射源的相对长的工作范围的灵敏度状态，而且还允许用户减小提供用于消除荧光光源的较大性能所需要的灵敏度状态。

附加的优势和其他新颖特征一部分将在随后的说明书中加以论述并且在查看本文时，对本领域技术人员来说部分变得明显，或者可以借助本文公开的技术实践获悉。

为了实现以上和其他优势，根据一个方面，提供了一种激光接收机，包括：处理电路，至少一个光电传感器、可变灵敏度控制电路、输出电路和至少一个滤光器；其中：(a)所述至少一个滤光器呈现出仅仅允许预定透射特性的电磁能波长穿过从而照射到所述至少一个光电传感器上的光学特性，使得所述预定透射特性足以穿过绿色和红色两者可见光范围内的波长；(b)所述至少一个光电传感器呈现出对绿色和红色两者可见光范围内的电磁能量足够灵敏的预定频率灵敏度特性；并且所述至少一个光电传感器在接收到照射到其上的足够电磁能量之后把至少一个第一信号输出到所述可变灵敏度控制电路，其根据所述可变灵敏度控制电路的增益状态调整所述至少一个第一信号从而产生至少一个第二信号，并且把所述至少一个第二信号输出到所述处理电路；(c)所述激光接收机被配置成：(i)估计所述至少一个第二信号并且基于所述至少一个第二信号的值确定所述至少一个光电传感器相对于照射到其上的所述接收到的电磁能的相对仰角，并且使用所述输出电路输出第三信号从而提供对所述确定的相对仰角的指示；以及(ii)通过阻止所述输出电路输出所述第三信号并且从而避免由于不想要的干涉光信号造成对所述确定的相对仰角的指示，以有效地消除可能包含在所述至少一个第二信号中的这种不想要的干扰光信号。

根据另一方面，一种激光接收机，包括：处理电路，至少一个光电传感器、可变灵敏度控制电路、输出电路和至少一个滤光器；其中：(a)所述至少一个滤光器呈现出使得包括绿色可见光光谱和绿色可见光光谱以上到红外光光谱的电磁能的波长范围有效穿过的高通波长光学透射特性，使得所述穿过的电磁能将照射到所述至少一个光电传感器上；(b)所述至少一个光电传感器呈现出对包括绿色可见光和绿色可见光以上到红外光谱的可见光范围内的电磁能足够灵敏的预定频率灵敏度特性；并且所述至少一个光电传感器在接收到照射到其上的足够电磁能量之后把至少一个第一信号输出到所述可变灵敏度控制电路，其根据所述可变灵敏度控制电路的增益状态调整所述至少一个第一信号从而产生至少一个第二信号，并且把所述至少一个第二信号输出到所述处理电路；(c)所述激光检测器位于截获激光脉冲的空间中，所述激光脉冲代表照射到所述至少一个光电传感器的所述电磁能的期望源；以及(d)所述激光接收机被配置成估计所述至少一个第二信号并且基于所述至少一个第二信号的值确定所述至少一个光电传感器相对于照射到其上的所述接收到的激光脉冲的相对仰角，并且使用所述输出电路输出第三信号从而提供对所述确定的相对仰角的指示；并且凭借将接收到的激光脉冲与其他光源产生的不想要的干扰光信号区分开的能力，能在工作在荧光环境的同时有效地作为仰角检测器工作。

根据又一方面，提供了一种用于把激光接收机用作相对仰角检测器的方法，所述方法包括：(a)提供处理电路、接收激光能量脉冲的至少一个滤光器、至少一个光电传感器、可变灵敏度控制电路和外壳，所有元件组合为单个装置；(b)将包括所述接收到的激光能量脉冲的电磁能的一部分穿过所述至少一个滤光器，其中所述穿过部分的电磁能受到所述至少一个滤光器的预定透射特性的控制，使得所述预定透射特性足以穿过绿色可见光和红色可见光两者范围内的波长；(c)允许所述穿过部分的电磁能照射到所述至少一个光电传感器上，其中所述至少一个光电传感器呈现出使得对绿色可见光和红色可见光两者范围内的电磁能足够灵敏的预定频率灵敏度特性；(d)所述至少一个光电传感器在接收到照射到其上的足够电磁能量之后，产生至少一个第一信号，并且将所述至少一个第一信号指引到所述可变灵敏度控制电路；(e)所述可变灵敏度控制电路根据所述可变灵敏度控制电路的增益状态调整所述至少一个第一信号，并且产生至少一个第二信号，并且把所述至少一个第二信号指引到所述处理电路；(f)估计所述至少一个第二信号并且根据所述至少一个第二信号的值确定所述至少一个光电传感器相对于照射到其上的所述接收到的激光能量脉冲的相对仰角；(g)指示所述确定的相对仰角；以及(h)通过阻止所述不想要的干扰光信号造成对所述确定的相对仰角的错误指示，有效地消除可能包括在所述至少一个第二信号中的不想要的干扰光信号。

根据另一方面，提供了一种激光接收机，包括：处理电路，至少一个光电传感器、可变灵敏度控制电路和至少一个滤光器；其中：(a)所述至少一个滤光器呈现出仅仅允许预定透射特性的电磁能的波长穿过从而照射到所述至少一个光电传感器上的光学特性；(b)所述至少一个光电传感器呈现出对预定频率响应特性的电磁能足够灵敏的频率灵敏度特性；并且所述至少一个光电传感器在接收到照射到其上的足够电磁能量之后把至少一个第一信号输出到所述可变灵敏度控制电路，其调整所述至少一个第一信号从而产生至少一个第二信号，并且把所述至少一个第二信号输出到所述处理电路；(c)(i)所述至少一个滤光器的所述预定透射特性、(ii)所述至少一个光电传感器的所述预定频率响应特性和(iii)所述可变灵敏度控制电路的放大特性的组合产生所接收到的电磁能的各个波长下的总体工作灵敏度特性，使得所述激光接收机呈现出相比较红外光波长下的总体工作灵敏度特性基本减小的绿色可见光波长下的总体工作灵敏度特性，同时仍然有效地检测绿色可见光、红色可见光和红外光的所有三个波长范围内的电磁能；以及(d)所述激光接收机被配置成：(i)估计所述至少一个第二信号并且根据所述至少一个第二信号的值，针对所接收到的电磁能的绿色可见光、红色可见光和红外光的所有三个波长范围，确定所述至少一个光电传感器相对于照射到其上的所述接收到的电磁能的相对仰角，以及(ii)输出第三信号并且提供对所述所确定的相对仰角的指示。

根据以下说明和附图，其他优势对于本领域技术人员来说是明显的，其中在尝试用于实现本技术的最佳方式中之一的优选实施例中进行了描述和展示。正如所认识到的那样，本文所公开的技术能够用于其他不同的实施例，并且其几个细节能够在不脱离其原理的情况下以各种明显的方面进行变型。因此，附图和说明本质上将被看作是示意性的，而非限制性的。

附图说明

并入并形成说明书的一部分的附图例示了本文公开的技术的几个方面，并且与说明书和权利要求书一起用于解释该技术的原理。在附图中：

图1是根据本文公开的技术的原理所构建的激光检测器的第一实施例的框图；

图2是图1的激光检测器的每个输入通道的脉冲积分器和自动增益控制电路的原理图；

图3是图1的激光检测器的前向正视图；

图4是根据本文公开的技术的第二实施例的光束接收机的框图；光束接收机具有光束检测器组件、放大器、高通滤波器、积分器、具有指定积分时间终止的比较器、模数转换器和估计元件；

图5是图4的光束接收机的框图，提供有利用数字元件用于显示、操作和电压供电的合适的外围元件；

图6是示出了图5中的框143的细节的电气示意图，包括积分起止电路；

图7是图4-6所述的诸如第二实施例中的激光接收机所执行的操作步骤的流程图；以及

图8是示出了跨越可见光光谱并且进入红外区域的波长范围内两个不同滤光器材料的透射特性的示图。

具体实施方式

现在将具体参考本优选实施例，在附图中示出了优选实施例的示例，其中类似的数字在所有附图中指示相同的部件。

应当理解，本文所公开的技术并非限制于在以下说明中提到或在附图中示出的元件的构造细节和布置的应用。本文所公开的技术能够用于其他实施例并且能够以各种方式实践或实现。而且，应当理解，本文使用的措辞和术语用于描述目的，不应被看作限制。本文中“包含”、“包括”或“具有”和其变型的使用意在涵盖下文列出的各条目及其等同物以及附加条目。除了另外限制以外，本文中的术语“连接的、“耦接的”和“安装的”及其变型被广义上使用并且涵盖直接和间接连接、耦接和安装。此外，术语“连接的”和“耦接的”及其变型并不限于物理或机械连接或耦接。

另外，应当理解，本文公开的实施例包括硬件和电子元件或模块两者，为了说明的目的，示出并描述这些硬件和电子元件或模块好像单独地以硬件实现大多数元件。

然而，本领域技术人员基于对本具体描述的阅读将会意识到，在至少一个实施例中，本文公开的技术的基于电子电路的方面可以以软件方式实现。同样地，应当注意，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同结构的元件来实现本文公开的技术。

应当理解，本文使用的术语“电路”可以代表真实的电子电路，诸如集成电路芯片(或集成电路芯片的一部分)，或者可以代表由诸如包括逻辑状态机或其他形式的处理部件(包括时序处理装置)的微处理器或ASIC之类的处理装置来执行的功能。特定的电路类型可以是模拟电路或某些类型的数字电路，但是这种电路可能以软件方式由逻辑状态机或时序处理器来实现。换言之，如果使用处理电路来执行本文公开的技术中所使用的期望功能(诸如解调功能)，那么不会存在会被称为“解调电路”的特定“电路”，然而，会存在以软件方式执行的解调“功能”。发明人想到了所有的这些可能，并且在讨论“电路”时这些可能都落入本技术的原理中。

现在参考附图，图1描绘了第一实施例的框图，示出了激光检测器50，其具有作为输入传感器的、组合到两个通道的三个光电传感器，适当的放大器和其他信号调节，以及驱动仰角显示器和状态显示器的至少两个显示器输出。在图1的示例实施例中，两个光电单元PD1和PD3的表面积比中央光电单元PD2的表面积大，这三个光电单元组成了光电二极管阵列94。三个光电单元连接到属于场效应晶体管的晶体管Q1和Q2，可以把光电单元PD2产生的电流路径i2切换成或者与光电单元PD1产生的电流路径i1平行或者与光电单元PD3产生的电流路径i3平行。晶体管Q1和Q2的切换受到电压v3和v4描绘的电压信号的控制。晶体管Q1和Q2优选地被安装到同一基板上，从而使得单个集成电路芯片可以包含两个晶体管。为此目的合适集成电路可以从位于Calif.的Santa Clara的Siliconix Inc.，制造的零件编号为SI9956DY得到。

所得到的标记为i4和i5的电流随后经过单个脉冲放大器51和52放大，分别产生输出电压v1和v2，接着分别经过脉冲积分器和自动增益控制电路61和62进行积分处理。分别由积分器61和62的输出产生了两个模拟电压v11和v12，这些电压的幅度与激光照射光电单元PD1、PD2和/或PD3的强度以及激光照射那些光电二极管的持续时间两者成比例。

图3示出了光电二极管阵列94的光电单元的可能的物理布局，其中光电单元PD1位于较小的中央光电单元PD2紧上方的外壳或封套上，光电单元PD2位于另一大光电单元PD3紧上方的外壳/封套上，从而定位所有三个光电单元并且形成了作为垂线的中心线。每个光电单元优选地为硅光电二极管，光电单元PD1和PD3可能的长度和宽度尺寸为0.2英寸(5.1mm)×0.8英寸(20.3mm)。

如图3所示，光电二极管PD1和PD3的较长尺寸优选地为垂直方向。中央光电二极管PD2可以具有0.1英寸(2.5mm)×0.2英寸(5.1mm)的尺寸，典型地精确定位成使得在其上边沿和光电单元PD1的下边沿之间形成间隙，并且在其下边沿和光电单元PD3的上边沿之间也形成间隙。根据在建筑工地上典型出现的激光束点大小的范围确定光电单元PD1和PD3的物理大小。各种旋转激光源可以在业界得到，它们遍及1/4英寸(6.3mm)到3/4英寸(19.0mm)的激光源束点大小。较小的激光束点大小趋向于随着它们与激光源的距离增大发散更多。

有关光电单元的尺寸和其间的间隙的更多细节可在美国专利No.5,486,690中得到，其全部内容以引用方式并入于此。该专利题为“METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING LASER LIGHT”，并且转让给Apache Technologies，Inc.，现在为Trimble NavigationLimited.。

激光检测器50的电子电路被设计成切换由光电单元PD2产生的电流i2，从而借助开关晶体管Q1和Q2与电流i1或者i3组合。在使用激光检测器50的典型应用中，旋转激光器(未示出)以特定仰角定位在建筑工地上。该旋转激光器生成旋转激光平面，激光检测器50定位在该激光平面内，从而在这种光照射其光电二极管阵列94时可以检测激光。激光检测器50可以由人手把持，从而可以精确定位在建筑工地内的任意位置，或者可以附接到诸如推土机之类的特定建筑设备。

在一束激光扫描照射到光电二极管阵列94之前，晶体管Q1被切换到其传导状态，并且因此电流i1和电流i2组合成单个较大电流i4，本质上是光电单元PD1和PD2产生的和电流。如果光电二极管阵列94的三个光电单元接收到的能量，对于光电单元PD1记为“A”、对于光电单元PD2记为“B”，对于光电单元PD3记为“C”，那么对于第一次激光扫描的传递函数等于[(A+B)-C]÷(A+B+C)。在第一次扫描发生之后，晶体管Q1截止而晶体管Q2导通(进入其传导状态)，光电单元PD2产生的电流i2与i3组合从而形成新的电流i5，这是由光电单元PD2和PD3产生的组合电流。这种配置将适当地保持直到第二次激光扫描照射到光电二极管阵列94为止，此时，这次零检测应用的新传递函数将会是[A-(B+C)]÷(A+B+C)。在第二次扫描发生之后，随后晶体管再次切换，使得激光检测器50返回到如上所述的第一传递函数。

图3示出了第一实施例激光检测器50的物理布局。在图3的例示实施例中，包含三个光电单元PD1、PD2和PD3的光电二极管阵列94位于激光检测器50正表面的上部暴露区域，该激光检测器50体型上足够小以致于可便携并且可以容易地握持在人手的适当位置从而接收在其正表面上的旋转激光。应当理解，如果期望的话，另外的光电二极管阵列可以位于激光检测器50的另一表面上。

包含光电二极管阵列94的区域优选地覆盖有包括滤光器99的窗口。在该第一实施例50中，滤光器99具有优选地对应于图8上的曲线290和292中之一的透射特性。下面将描述该优选透射特性的细节。在本质上讲，滤光器穿过一部分电磁能，包括接收到的激光能量脉冲，穿过部分的电磁能受到滤光器的预定透射特性的控制。

在激光检测器50上提供LCD(液晶显示器)80，包含水准面之上指示器95、水准面指示器96和水准面之下指示器97。如上所述，如果激光束点的中心在上静带边沿之下和下静带边沿之上照射光电二极管阵列94，则会照亮水准面指示器96。另一方面，如果激光束点的中心在上静带边沿之上照射光电二极管阵列94，则会照亮水准面之下指示器97，并且如果激光束点的中心在较低间隙之下照射光电二极管阵列94，则会照亮水准面之上指示器95。

激光检测器50还包括液晶显示器82，指示设备的设置操作者选择的各种可选设置。液晶显示器82可以使用标号85指示的符号来指示电池状况，使用标号86指示的符号来显示激光发射机未处于水平的警告，并且使用标号87所指示的符号显示音频扬声器打开或者关闭。使用键区84来选择在激光检测器50中可用的各种可选设置，并且可以用来把数据输入到处理电路。键区84上的键作为用户致动控制输入装置的示例。应当理解，可以把许多其他符号添加到液晶显示器82上用于指示其他信息。

美国专利No.5,486,690讨论了使用该电路设计的早先实施例的许多电路细节，本文将不再重复所有这些细节。整体电路设计用于第一实施例是有益的，包括在检测来自位于接收机特定距离处的特定激光发射机的激光脉冲时确定激光接收机50的灵敏度的自动增益控制的使用。然而，本文将详述图1所示的电路设计。

当光电单元PD1(与光电单元PD2相结合或者不结合)接收来自旋转激光源的激光信号时，生成的电流i1本质上是AC信号。在旋转激光照射光电二极管PD1时，电流i1的短脉冲流过晶体管Q1的源极，此时可以与来自光电单元PD2的类似的电流脉冲i2相结合，电流脉冲i2在晶体管Q1处于传导状态时流过Q1。电流i1和i2变成合成电流i4。脉冲放大器51设计成对该电流脉冲i4进行放大并且将其转换成对应的正向电压脉冲v1。在这些脉冲放大器分别接收到电流脉冲i4或i5时，脉冲放大器51和52两者分别产生电压输出v1和v2。

如果激光检测器50包括一个以上的光电单元阵列，则那些阵列的每一个都将并联连接，使得第一阵列的最顶部光电单元并联连接到其他阵列的每一个的最顶部光电单元，所有光电单元都连接到晶体管Q1的源极，并且继续连接到电流i4。类似地，所有的中间光电单元PD2都并联连接，使得所有这些连接相会在图1上示出的电流i2处，并且连接到晶体管Q1和Q2的漏极。而且，所有的最底部光电单元PD3都并联连接在一起接合到晶体管Q2的源极并且随后继续连接到电流i3。应当理解，激光检测器50的操作的总原理不会受到可以接收旋转激光的光电单元阵列的数量影响。

如图1所示，电流i4被通道1的脉冲放大器51转换成电压v1，继续通过AC耦合电容器C1(并且变成电压信号v8)进入脉冲积分器和自动增益控制电路61，随后输出电压电平v11。通道2具有对应的元件，将电压v2通过AC耦合电容器C2，从而产生电压v9，并且进入另一脉冲积分器和自动增益控制电路62，输出电压电平v12。然而，如果期望的话，可以把更多通道的脉冲放大器和积分器添加到激光检测器50，由于该应用仅仅尝试确定一个特定静带定位，所以此时仅需要两个通道的信息。应当理解，第三脉冲放大器(未示出)和第三积分器/自动增益控制电路(未示出)可以直接连接到光电单元PD2，同时消除开关晶体管Q1和Q2。凭借激光检测器50电路的这种变型，可以根据照射光电二极管阵列94的旋转激光源的每次扫描确定激光束点的中心位置，而不必等待旋转激光源的两次扫描，如图1中描述的电路那样。在这种配置中，中央光电单元PD2优选地具有分别从光电单元PD1和PD3两者添加到电压输出的电压(照射PD2的光的代表)，并且这将发生在旋转激光源的每次扫描之后。

每个DC电压电平v11和v12单独连接到模数(A/D)转换器70，其作为微处理器(或者可能更恰当地是“微控制器”)78的集成元件。电容器C1和C2是阻直流电容器，仅允许电压v1和v2的交流成分变成电压信号v8和v9。另一方面，电压v11和v12为DC信号，被设计成直接连接到A/D转换器70。标号为42的基准电压+VREF也被提供给A/D转换器。

优选的微处理器(或者微控制器)78包括板上RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)和用来与各个地址、数据和控制线通信的几个并行输入/输出端口。微处理器78确定A/D转换器70所产生的数字，这代表光电二极管阵列94所接收到的激光脉冲的光能和持续时间。这可以为每个通道单独确定，从而为电压v11和v12所代表的光成像电平提供不同的数值。

来自脉冲放大器51和52的输出信号(分别为信号v1和v2)的每一个都被指引到电压求和放大器72。电压v1和v2的和出现在求和放大器72的输出，并且具有标记v21。电压比较器电路74将v21与基准电压(或者“阈值电压”)v36，也称为+VREF进行比较。来自比较器电路74的输出电压标记为v22，如果没有光束接触激光检测器50的光电二极管阵列94的光电二极管中的任何一个，则输出电压为保持在逻辑0的数字信号。一旦光电二极管阵列94检测到足够的光能，则比较器电路74将其输出状态变成逻辑1。借助求和放大器72和电压比较器74，激光检测器50测量所有组合在一起来确定v22的逻辑状态的光电二极管的总能量。

来自比较器74的输出信号v22被指引到保持发生器76，其使用两级J-K触发器和NAND门的几个状态来产生“HOLD”信号v23和v23’。HOLD信号v23被指引回到每个脉冲积分器电路61和62，并且HOLD信号v23’被指引到微处理器78。HOLD信号v23和v23’两者以相同方式工作，但是针对它们的逻辑0和逻辑1状态具有不同的电压电平。

HOLD信号v23是数字信号，在等待光脉冲照射激光检测器50时保持在逻辑1状态。一旦激光检测器50的光电二极管检测到足够的光能以迫使比较器输出信号v22改变状态，HOLD信号v23保持在逻辑1状态直到检测到光脉冲的结束为止，此时将变成逻辑0状态。这发生在比较器输出信号v22下落回到其逻辑0状态时。HOLD信号v23现在保持在逻辑0状态直到从微处理器78接收到“RESET”信号v24为止。一旦接收到该RESET信号，保持发生器76的J-K触发器被复位到它们最初的输出状态，并且HOLD信号v23变换回到其逻辑1状态。附图中还存在求反的HOLD信号，并且还被称为“NOT v23”。求反的信号NOT v23是另一数字逻辑信号并且总是与v23处于相反的逻辑状态。

现在将参考图2讨论脉冲积分器和自动增益控制电路61(用于输入通道1)的操作。脉冲放大器输出信号v1经由电容器C1交流耦接到脉冲积分器和自动控制电路61，并且其AC分量作为电压信号v8继续通过C1。此时，电压信号v8被引导通过四个模拟开关U100中的一个，优选地是具有零件编号74HC4066的CMOS集成电路(四通道模拟开关)。借助四个不同的增益电阻R110、R111、R112和R114，模拟开关U100的使用允许该电路的增益可变(即，其“增益状态”)。如图2所示，电阻R114与电位计R113串联组成得到一个串联电阻。

微处理器78借助其GAIN命令信号v25确定哪个模拟开关将要关闭，GAIN命令信号v25包括四个单独电压信号v31、v32、v33和v34。如果期望最高增益，则v34将被置于其逻辑1状态，而信号v31到v33保持在它们的逻辑0状态。如果期望最低增益，则v31被置于其逻辑1状态，而其他三个信号保持在它们的逻辑0状态。

在图2的示例实施例中，增益比例如下：1.04.97∶16.5∶39.1。应当理解，可以根据给定激光检测器的确切需求来选择不同的增益值。下文将详述确定微处理器78将选择哪个增益(或者“增益状态”)的方法。

四个不同增益电阻和四个模拟开关的组合包括基于晶体管Q103的共基极放大器的输入级。该共基极放大器是把电压输入信号转换成电流输出信号的跨导放大器，并且具有高输出阻抗。Q103的集电极产生具有标记i37的电流信号，包括由于光脉冲照射激光检测器50引起的“信号”电流以及由于可以渗透到电路这部分的瞬态噪声和太阳噪声所引起的“噪声”电流，并且另外包括静态电流。注意，激光检测器50具有两个不同的公共点，模拟公共点“A”和数字公共点“D”，共同连接在一起但是具有单独的公共平面。

电容器C107、电阻R116和R119和晶体管Q104的组合包括大等效电感，与包含在电流信号i37中的任何DC偏置电流分接。晶体管Q105是n沟道场效应晶体管(FET)，通过HOLD信号v23导通或截止，HOLD信号v23连接到Q105的栅极输入。如上所述，在等待光脉冲出现时以及在光脉冲出现期间，HOLD信号v23为逻辑1状态。因此，Q105在相同时段内导通，从而允许电流信号i37的部分而非偏置电流通过Q105的漏极和源极。

在电流信号i37通过Q105时，它趋向于利用具有标号v35的电压为电容器C111充电。JFET Q106是具有高输入阻抗和低输出阻抗的电压跟随电路。给电容器C111充电的电流信号i37以与传统积分电路相同的方式直接产生电压v35，因此，在i37处于正脉冲状态时，电压v35将以接近恒定的斜度斜线上升。

在i37未处于正脉冲模式的时间段期间(意味着激光检测器50没有接收到光输入)，根据噪声的瞬时极性，只有i37中给电容器C111充电或者放电的信号分量是噪声分量。随着时间的推移，噪声的平均积分等于0，因此，激光检测器50这部分中使用的积分器提供了比仅仅利用增益放大获得的信噪比更大的信噪比。

一旦i37的信号部分开始给电容器C111充电，则正向斜坡电压v35开始以i37的幅度所确定的斜度斜线上升。在此正脉冲期间，只要Q105导通斜线上升就继续，只要HOLD信号v23保持其逻辑1状态，则保持斜线上升。当比较器74再也检测不到光脉冲时，HOLD信号v23下降到其逻辑0状态，从而使得晶体管Q105截止。此时，电容器C111的电压v35保持其先前电平足够长的时间，用于激光检测器50的电路的其余元件测量其电压。

由于晶体管Q106是电压跟随电路的一部分，所以其产生输出电压v11，除了某种程度的偏置偏移电压之外等于电压v35。使用求反的电压信号NOT v23部分地校正在v23改变状态时通过Q105的栅极沟道电容从C114吸取的电荷。由于v35在光脉冲消失之后被保持在恒定电压，电压v11也是类似的情况，被指引到A/D转换器70的输入。注意以下事实，激光检测器50的示例实施例的两个输入通道把这样的电压信号v11和v12同时发送到A/D转换器70，因此可以看出，微处理器78可以通过对A/D转换器70所提供的输出值进行顺序采样来确定光电二极管阵列的每个输入通道的精确的电压电平。应当理解，A/D转换器70可以是具有v11和v12复用输入的单独的集成电路，或者可以是用于每个输入通道的单独的A/D转换器。

由于激光检测器50的光电二极管阵列所接收到的光脉冲的持续时间是可变的，所以根据激光检测器50距旋转激光源定位的距离，在电容器C111被充电时电压信号v35不饱和是重要的。在微处理器78的控制下，使用图2的自动增益控制电路部分精确地避免这一问题。由于可以以此方式容易地控制增益，所以脉冲积分器和自动增益控制电路61可以适应非常大的脉冲宽度范围，典型地从小到0.5微秒到大到0.5毫秒。借助此电路，脉冲积分器和自动增益控制电路61的动态范围至少为30,000到1。这明显优于许多之前的设计，在考虑到极大改善了激光检测器50的信噪比的事实的情况下尤为如此。

将详述微处理器78的某些功能。如上所述，微处理器78在每个接收到的光脉冲的最后接收HOLD信号v23’。在这发生之后，微处理器78读取A/D转换器70的输出值，同时扫描例示实施例的两个输入通道。在扫描两个输入通道之后，微处理器78存储每个通道的A/D转换器信息。一旦微处理器78确定激光束点的中心位于水准面、水准面之上或水准面之下，则微处理器通过输出RESET信号v24来复位保持发生器76。这一系列事件发生在激光检测器50开始从旋转激光源接收光信号之后。

在激光检测器50首先接通时，并且在开始接收任何激光信号之前，微处理器78执行以下初始化功能：

(1)电路默认为最高增益状态，意味着启动高增益命令v34关闭模拟开关，允许电流通过电阻R114。

(2)微处理器78对来自A/D转换器70的两个输入通道的输出值进行周期采样。这两个输入通道中每一个的数值表示随后被存储在RAM中，允许微处理器78了解每个输入通道的积分电路61-62的静态偏置电压。

(3)微处理器78经由信号v26控制LCD显示器80，使得在该LCD显示器上不显示有关当前仰角的信息。在激光检测器50接收到光脉冲的时间段内，LCD显示器80将显示某些类型的水准面指示，使得操作者可以确信相对于激光旋转平面的当前仰角。

一旦第一光束照射光电二极管阵列94，HOLD信号就变得有效(在光脉冲的结尾)，并且微处理器78利用A/D转换器70立即对两个输入通道进行采样。以数值接收每个通道，将每个通道的先前的静态偏置电平(先前存储在RAM中)从A/D转换器70接收到的新的数值中减去。该相减得到每个输入通道的新的净数值，借助下面的优选公式用于“位置”计算：

$R=\frac{K_1{\mathrm{CH}}_1+K_2{\mathrm{CH}}_2}{{\mathrm{CH}}_1+{\mathrm{CH}}_2}$

其中：

CHx＝每个输入通道的净A/D转换器值；

R＝0-1FF16范围内的数字位置结果；

Kx＝存储在微处理器78中的常数。

以上公式计算了加权后的平均，其中各个常数Kx可以给定提供纯线性结果或者取决于设备设置操作者所选择的选项提供不同(非线性)结果的值。在例示的实施例中，可以如下选择常数Kx：

如从以上公式和常数Kx的值可以看出，位置结果R的最小数值为016，最大数值为1FF16。各个选项可以影响对结果进行解译的方式，下文将具体讨论。应当理解，在不脱离本文所公开的技术的原理的情况下，可以使用不同的公式来计算数值结果而非加权的平均。

在进行位置计算之后，将在LCD显示器80上指示计算出来的激光照射的位置R。然而，如果A/D转换器70的输入通道的至少一个饱和，则这个位置大概不准确。由于在出现第一个光束照射之前选择最高的增益状态，所以这些输入通道中的至少一个非常可能会饱和。

使用以下过程在下一次激光照射之后可以显示更准确的数据：在每次光照射发生之后，微处理器78扫描每个A/D通道的存储数据来确定任一通道的最大数值，针对本次讨论给定符号“X”。由于优选的A/D转换器70是10位A/D转换器，所以其数值输出范围是0-102310。“Y”是存储器中的固定数(存储在ROM中的计算机程序)，略小于最大可能数102310。如果X大于Y，则如果可能的话，微处理器78将单步减小增益状态。当然，如果激光检测器50已经处于其最大增益状态，则输入电路将不得不继续工作而输入通道中的一个或多个处于饱和状态。

“W”是存储在存储器(ROM)中的另一固定数，略大于来自A/D转换器70的的最小可能的输出值零(0)。如果X小于W，则如果可能的话，微处理器78将单步增大增益状态。而且，如果不可能单步增大增益状态(即，激光检测器50已经处于其最大增益状态)，激光检测器50将不得不使用电压电平非常低的数据继续工作。

增益状态的任何变化(如果发生的话)会发生在激光检测器50的光电二极管阵列的下一次期望的光照射之前。由于大多数旋转激光源工作在600rpm，所以期望的光脉冲接收之间典型地存在几百毫秒的时间。借助上述的自动增益状态控制功能，可以看出，处理电路78和自动增益控制电路51的结合起到激光接收机50的可变灵敏度控制电路的作用。

由于在激光检测器50的例示实施例中仅存在两个输入通道，微处理器78或者至少其A/D转换器70不必需要确定照射到光电二极管阵列94上的激光束点的中心位置。由于信号v11和v12的电压幅度与每个输入通道处接收到的激光强度直接成比例(分别产生电流信号i4和i5)，所以只需要确定哪个电压信号具有较大幅度从而求出照射激光的束点的中心位置。可以使用简单的电压比较器(未示出)来确定哪个信号幅度较大，v12或v12。取决于当前哪个晶体管Q1或Q2导通，比较器将确定激光束点中心线处于上间隙或下间隙之上或之下。

使用键区84利用微处理器78接收到的信号v28来选择在激光检测器50中可用的各种选项。有些选项用于提供指示，诸如低电池电量、激光发射极过电平、扬声器打开或关闭。这些选项中每一个的状态显示在液晶显示器82上，液晶显示器82经由信号v27受到微处理器78控制。

激光检测器50包括由微处理器78所控制的电压信号v5激活的扬声器48。信号通过数字反向器44、45和46，提供信号v6和v7。优选地使用扬声器48来指示激光束点中心线是否相对于激光检测器50处于水准面。例如，扬声器48可以在激光检测器处于水准面之上时以“快”速率“嘟嘟响”，在激光检测器50处于水准面之下时以“慢”速率“嘟嘟响”，并且在激光检测器50处于水准面时以连续音“嘟嘟响”。

另外，可以使用扬声器48指示激光源处于过电平。旋转光源典型地以600RPM(每分钟一周)的速率扫描。然而，如果光源检测到处于过电平，则其扫描速率典型地降低到300RPM。激光检测器50将注意这种较慢的扫描速率，并且扬声器48优选地会输出不同于正常频率的音调，或者将以非常缓慢的速率“嘟嘟响”。另外，液晶显示器82的指示器86也将提供对这一问题的可视指示。

如上所述，扬声器48可以借助键区命令去激活，并且其激活或去激活状态由液晶显示器82指示(标号87)。在有些应用中，期望扬声器48的可听到的输出声音相当高，并且提供具有非常高输出值的典型低电压AC或DC SONALERTTM。另一方面，在室内环境中，高声的音频输出优选地将会被衰减到非常低的可听见的声级，并且激光检测器50可以可选择地提供有谐振腔98，其具有等于扬声器48的正常音频的谐振频率。如果期望衰减的音频输出，则电压v6和v7处的音频信号的频率可以显著地增大或减小，从而使得扬声器48工作在没有落在谐振腔98的谐振频率范围内的频率，这具有显著衰减从激光检测器50输出的声级的效果。以此方式，在室内和室外都可以使用激光检测器50，并且可以进行这种选择而无需任何移动部件。通过键区84可以做出选择，并且其指示将在液晶显示器82上可见为索引标号88。

应当理解，上述选项仅仅是可为激光检测器50提供的一些特征的示例。在不脱离本文公开的技术所指教的原理的情况下，可以向激光检测器50添加许多其他选项。例如，可以使用驱动图1上的显示符号80和82的信号v26和v27在“机器控制”操作模式下驱动机器，并且包括任何必要的信号调节的输出电路可以产生信号v26和/或v27。

在机器控制模式中，可替换的激光检测器可以不需要任何类型的显示器，这是因为可以使用由可替换的激光检测器50所产生的输出信号v26和/或v27直接控制机器自身的某些运动。而且，如果期望的话，可以作为比例信号来提供机器控制输出信号v26和/或v27，而不是单纯数字信号。(应当理解，这种比例信号可以是数字二进制信号，或者是并行多位信号，或者串行数据流信号)

由于在电子电路中是普通的，所以多电压DC电源90提供有激光检测器50并且在附图上提供标记为+VDC，+V1和+V2的输出电压。该DC电源可以卡在激光检测器50所附接的设备的电池92中。如果期望无线安装，则DC电源90可以靠其自身内部电池供电。

激光检测器50可以使用上述之外的其他结构和硬件。例如，不提供液晶显示器82，液晶显示器82的符号可以由LED或白炽灯组成。此外，如果激光检测器50要永久安装到诸如推土机之类的机器上，则无需提供电池92。

激光检测器50的另一结构使用电压比较器替代A/D转换器来确定静带边沿的空点(null point)，如上所述。应当注意，使用比较器替代A/D转换器和微处理器使得很难补偿初始的静态积分器状况。当然，比较器结构制造起来不太昂贵，并且仍然可以与仍然控制显示器和光电二极管阵列94的晶体管Q1和Q2的切换的微处理器相结合来使用。另一方面，如果取代数字逻辑，则可以消除微处理器自身。实现这种数字逻辑的一种方法是使用可编程逻辑状态集成电路。这种数字逻辑可以控制晶体管Q1和Q2的切换并且控制LCD显示器82和LCD显示器80。事实上，借助足够的数字逻辑，可以实现通常由微处理器控制的所有功能。

应当理解，图3描绘的激光接收机50的物理布局可以在执行上述所有重要功能的同时在很大程度上加以修改，并且这种修改将落入本文所公开的技术的指教中。

现在参考图4，提供了通常表示为101的光束接收机的第二实施例用于分析光束103的接收。接收机101包括光束检测器装置110，其包含几个光电检测器组件112、113和用于基于光束组件的信号的积分器141、142。典型地以覆盖光电传感器112和113的窗口的形式提供滤光器104。下文将详述该滤光器104的使用。

提供了信号积分时间限制控制系统143，分配给至少两个积分器(并且因此在这种情况下是积分器141、142两者)，从而可以响应于两个积分器输出信号171、172对光束接收进行分析。使用比较器估计/控制级200彼此相关联地估计信号171和172。

图5中的光束接收机101在该示例中设计成手持接收机，并且因此具有图5中标号300(能量源、诸如经过调节的DC电源)、400(电池)、500(显示器)、600(输入键区或键盘)和700(具有驱动电路的发信号单元)所示的电池电源和本地控制组件。可以使用键区600来把输入数据输入到处理电路200，并且其各个键是用户致动控制输入装置的示例。发信号单元700可以包括，例如扬声器或其他类型的可听见的发声组件，并且设计用于例如使用音调调制和音高变化发出位于中央、太高或太低的光束入射的信号。接收机101还包括与比较器/系统控制级200通信的校准数据存储器210。

在该示例实施例中，校准单元被分配到光束接收机，根据图5设计成具有发光二极管111，其由来自估计和控制单元200的信号191供电。LED111被设计布置成在检测器组件112、113之间的已知位置发光，使得两个检测器组件都接收到本质上相同比例的光，从而可以在相关检测器112、113上产生基于时间或基于温度的变化。

图4示出了在图中作为灯泡的光束发射源102，单纯是为了更容易识别，但是通常它发出清晰(sharply defined)的光束，特别地，将由建筑工地上通常使用的激光器，典型地由旋转激光器生成。这种旋转激光器可以具有不同的设计。特别地指出，可以使用诸如在PCT/EP 01/08841中所述的那些旋转激光器之类的旋转激光器。接收机101可以容易地设计成用于估计在这种激光发射机中短时间接连发出的光束，在特定的积分时间，对于每个光束可以单独确定延迟等等，和/或为了简化起见，对于紧密接连成组地到达接收机的所有光束，可以使用相同延迟、放大倍数。

在该光接收机101中，光束103将照射导光杆114，由于内部总反射和传播的原因，光线将从入射点到达紧固到导光杆114的端面的光检测器112、113。到达光束检测器组件112、113的光线比例的强度在此取决于光束103照射导光杆114与光束检测器组件112、113的靠近程度。在所示的例示实施例中，光束103照射导光杆114相比光束检测器组件112更靠近光束检测器组件113。这在不同部分“l”和“m”上可以看出，从入射点到相关正表面。

应当理解，第一和第二实施例的滤光器99和104不必安装成光电传感器上方的“窗口”，如图所示。相反，例如在第二实施例中，滤光器104的(多个)位置可以位于杆状传感器114和光电二极管112和113之间的两个单独定位，或者滤光器可以结合到杆114自身中作为杆套的一部分，或者杆材料可以是展示出适当的光谱透射特性的特定类型的塑料，或者可替代地，(多个)滤光器可以结合到光电二极管封装的盖层和/或包装材料中。

在所示的例示实施例中，假定在光束检测器组件上接收到的光的强度是导光杆114上的光束103的入射点与相关端面的距离的量度。光束检测器组件上的光强度与入射点与杆长度的比例之间具有线性关系不是完全必要。然而，即使在高吸光性的杆的情况下，例如，随着任何指数衰减的运行周期可以产生吸光效果，或者如果由于其他原因可能存在线性偏差，但为了说明的目的，这可以容易地假定。然而，应当提到，这种情况通常可以由适当的估计或校准检测到。如果必要的话，可以使用对应于发光二极管111等的几个校准源来确定非线性度。

光束检测器组件112、113布置在发光杆114的端面上，使得它们接收耦合到杆114中的光，并且能够把光线转换成电信号。在所示的示例实施例中，光电检测器组件112、113例如是光敏光电二极管。与分别由光束检测器组件112和113产生的输出信号151和152相对应的图4中表示为I1和I2的信号随后受到接口级120和130的调整。信号151和152首先经过放大级121、131放大，并且如果需要的话，经过阻抗转换，那些信号随后通过滤光器122、132，在所示的示例实施例中，滤光器122、132由高通滤光器构成。滤光器122和132适于滤除由于虚假发光的AC频率造成的光抖动，以及用于仅检测以足够速度旋转的旋转激光器的较高频率信号分量。

在图4中表示为Sig1和Sig2的经过调整和滤波的信号161和162随后被馈送到包括积分器141、142的积分级140，从而随时间对信号强度进行积分。这种积分电路是公知的。在这种情况下积分器是可控的，从而可以从外部预定(控制)积分开始的起始时间、终止积分时间。在简单变型中，根据上升沿选择起始时间，使得直到达到某个阈值才开始积分。这防止在两个通道上改变数量的噪声(在考虑延长时间段的情况下可能会包括噪声)产生较多虚假信号。在一个可替代变型中，起始时间相对于上升沿可能存在延迟。110处的光电传感器、滤光级120、130以及积分级140是激光接收机101的输入接口电路100的所有部分。

为了限制积分时间，为其中包括积分器141、142的积分级140分配积分时间终止值。在所示的示例实施例中，通过把对应的积分模拟信号171、172馈送到比较器1432完成分配，确定积分值(171或172)中的一个是否达到或超过某个阈值“c”。应当提到，可替代的中断条件例如也可以是诸如积分器信号的和之类的函数是否达到阈值“c”。一确立这种余量，就发出停止信号以防止进一步过多的积分。如果停止信号激活，则积分器的选通信号184去激活。这例如可以通过接通将被积分处理并且允许信号通过的开关组件实现。准入(或选通)电路在信号强度在一个通道(在此情况下为通道1，因为考虑到关系式1＜m，存在较强信号)接近“c”，而在另一通道，接收的积分信号比“c”小得多时发挥作用。

“c”的值由比较器估计/控制器级200所产生的输出信号182和183设置。信号182、183在附图中也被称为“Threshold1”和“Threshfold2”信号。更具体地，如果比较器估计/控制器级200包括微处理器或微控制器，则将使用某些类型的数模转换器来改变代表阈值信号的数字值。在图6上，这种D/A转换器被标记为标号501，并且其输出信号被用作指引到比较器级1431的Threshold1信号182。

D/A转换器501的一个重要用途是允许用户使用数字值和使用用户易读的显示器改变激光接收机101的工作灵敏度。显示器500可以由用户观看到以确定激光接收机101的当前工作灵敏度，其在图6上由可变阈值设置电路502表示，用户随后能够通过在键区/键盘600上输入键击来改变该灵敏度状态。(该工作灵敏度状态还可以称为第一实施例101的接口电路100的“增益状态”)。

与第一实施例50中那样，可以可替代地使用驱动显示器500的信号在“机器控制”操作模式中直接控制机器。在该机器控制模式中，这种信号可以是正确驱动机器电路必需的经过调整的信号。而且，在这种机器控制模式中，在激光接收机101上可以不需要显示器。

一旦用户改变工作灵敏度状态，新的值将从设置电路502发送到D/A转换器501，这将改变信号182处的模拟电压。这有效地改变了随后由比较级1431使用的阈值，并且因此改变了激光接收机101的工作范围。同时，这将改变激光接收机101的“干扰”消除性能的总量，这是需要的功能，这是因为可能的干扰光源，诸如在建筑工地上可能存在的荧光和闪烁光。激光接收机的干扰消除性能越强，将接收到的激光脉冲与其他光源(诸如像荧光和闪烁光)产生的不想要的干扰光信号区分开的性能越强。

借助上述的工作灵敏度状态控制功能，可以看出，处理电路200和可变阈值设置电路502的结合起到激光接收机101的可变灵敏度控制电路的作用。应当理解，工作灵敏度参数(由当前增益状态设置)越大，激光接收机101对不想要的干扰光信号的消除速率越小。如果工作灵敏度设置太高，则激光接收机将变得太灵敏并且将不足以消除干扰(或“杂散”)光源所产生的不想要的干扰光信号。另一方面，如果正确设置工作灵敏度，则激光接收机能有效地消除不想要的干扰光信号同时仍然足以从期望光源，诸如以串行激光脉冲输出照射接收机的激光平面的旋转激光发射机接收激光。

应当提到，除了用于积分时间限制的单纯阈值控制之外，可以可替换地和/或附加地提供定时器控制的积分时间限制。即使仅仅接收到极弱的信号或者由随机光入射、信号噪声或类似物开始积分，这也可以防止信号被处理，但是实际上不存在相关信号。在附加积分时间控制的情况下，与旋转激光器的情况那样，也可以可替代地和/或附加地提供，用以通过用于重复接收的光束的几个信号通道进行积分。这样的优势在于考虑到仰角确定，即使相距非常远的距离，可接受的精度仍然是可行的。为此，例如为光束的同步提供了在期望的信号通道内仅在某个准入时间馈送到积分器的信号。

把经过积分的信号值171和172转换成对应的数字值的合适的模数转换器201、202串联连接到图4中所示的示例实施例中的积分器。这些A/D转换器是比较器估计/控制器级200的一部分。对应的数字值在图4中表示为X和Y，并且从上面可以看出，在该示例中，X近似为“c”，而Y可以较小。为了从模数转换器上获得的值X、Y确定导光杆114上的入射点102的位置，估计级200包括计算单元203，在此情况下，估计级例如由通用数学运算构成。这例如可以是除法级，但是还可以由具有适当标准化的差级构成，即，例如根据(X-Y)/(X+Y)计算值。后者的变型具有特别的优势，对于两个通道上非常弱的信号来说，仍然接收到单独的信号幅度值。而且，为了从测得值去除乘积或设计调节线性误差，计算单元203还可以考虑来自校准数据存储器210中的校正值。在进行乘法时，在校准装置中确定这些值，随后存储在校准数据存储器210中。

如下使用所述的布置：

首先，旋转激光器102投入工作，即，使得发出扫描尽可能准确地位于水平方向的平面的激光束。在旋转稳定时，激光接收机101进入光束平面。激光束103现在在导光杆114上重复照射指示导光杆114相对于激光束所扫描的水平面的位置的点。导光杆114上的光的入射产生位于杆端面上的光束检测器组件112、113上的脉冲型信号，这些组件在滤光级120和130中经过放大和频率响应调节之后施加到积分级140。在此情况下，在两个通道中的一个中超出某个信号强度时，就首次允许调节后的信号161和162进入两个积分通道。如果仅对于一个通道出现这种情况，则不但这个通道而且另一个通道也被有效地切换。

现在两个通道的信号都被积分直到在通道的积分器输出处超出在比较级1432中确立的某个阈值“c”为止。在超过该阈值之后，在级143确立积分必须终止并且两个积分器上的输入信号必须相应地中断。积分器输出171、172随后被导向模数转换器201、202，并且确定对应的数字值X、Y。由于在相对长时间内存在信号，所以这可以以低采样率实现。同时，可以在无需高花费的情况下提高模数转换的精度。

在模数转换之后，可以使用信号181来复位积分单元140以使下一个通道从初始值0开始。在计算单元203中随后确定在模数转换器上得到的值X、Y，并且发出对应于所计算的值的指示值(使用显示器500)。该值可以指示光束检测器中心与光束扫描的仰角的距离，或者可以指示中心是否精确地落在扫描平面上。

注意，可以从图5和6推导出在图4上仅以框图形式描述的各个信号调节级的细节。然而，执行具有带宽减小的信号滤波不是绝对必须的。即使集成元件的使用是优选的，但是选择用于触发电路的集成比较器也不是必须的。

图6示出了触发电路的可能的设计的细节，但是这里的独有特征是所示的比较器1431、1432表示为具有开集输出的比较器。

在图6中，凭借可由估计单元200的控制电压186编程的单稳态触发器1433实现了时间延迟。这里凭借简单时间测量电路1434，积分时间控制系统143生成了电压185，电压值指示积分时间Δtint在光束通过时间Δtpulse内的位置。估计单元随后使用该电压生成下一事件的新的控制电压186。

第二实施例的操作的基本原理的另外细节可以在题为“LIGHT BEAMRECEIVER”的公开的美国专利申请US 2009/0046269A1中得到。该专利申请于2007年4月27日提交，指定的序列号为No.11/666,596，其全部内容以引用方式并入于此。

现在参考图7，描绘了操作流程图，描述了在激光接收机工作时第二优选实施例101所执行的一些主要步骤。开始于初始化步骤250，在接下来的步骤252把工作灵敏度设置为其默认值。在第二实施例101中，接收机灵敏度可由用户手动调节，在第二实施例的一种模式中，存在四种不同的灵敏度状态。这四种灵敏度状态称为“低”、“中”、“高”和“极高”。

在优选的操作模式中，在图7上描绘的流程图的步骤252中，灵敏度默认值被设置为“中”。用户稍后能够改变灵敏度状态，如下所述。

接收机操作现在进行到步骤254，在此接收机开始检测照亮其光电传感器的激光信号。在该功能开始操作时，接收机还检查接收机101的键区600上输入键的状态。这发生在步骤260，开始检查用户输入键的例程。

操作流程现在进行到判断步骤262，确定是否按下“MENU”键。如果答案为“是”，则逻辑流程被指引到步骤264，在此在接收机的显示器500上显示当前的灵敏度状态。如果刚刚打开接收机，则默认灵敏度状态将显示为单词“中”。当然，如果期望的话，第二实施例激光接收机可以具有不同的由系统设计者确定的默认状态。在这种情况下，当前的灵敏度状态将呈现不同的值，而不是“中”。

判断步骤262使用称为“MENU”的键击作为确定因子来确定用户是否尝试改变接收机的灵敏度状态。应当理解，可以使用包括瞬时多于一个键按下的组合的其他类型的键按下(或者键击)来使得显示器500显示当前的灵敏度状态并且输入用户可以改变该灵敏度状态的模式。这种设计选择肯定受到激光接收机101的键区/键盘600上可用的类型的按键的影响。“完整”数字键区对于大多数激光接收机装置来说不是必须的，在大多数情况下，对于这些装置来说，缩略的功能键组合将是可行的。这些键的操作通过键自身上的符号，或者通过提供给接收机单元101的用户手册为用户所知。

逻辑流程现在到达步骤266，在此第二实施例接收机101将检测用户输入并且把灵敏度状态改变成期望值。在第二优选实施例中，具有四种不同的灵敏度状态，并且用户可能希望把灵敏度提高到“高”状态或者“极高”状态。如果用户的确提高了接收机单元101的灵敏度，则用户可以发现该提高的灵敏度值对于单元101工作的环境来说可能太高。在这种情况下，用户可能会希望通过再次执行在图7上的步骤260开始的MENU键按下例程来降低单元的灵敏度状态。下文将更具体地描述各种灵敏度步骤的影响。

在用户在步骤266改变灵敏度状态时，显示器500将显示用户现在已经选择的灵敏度状态的当前值。一旦用户完成改变接收机工作灵敏度状态，则逻辑流程被指引到判断步骤270，在此接收机101确定用户现在是否输入了其他MENU驱动功能。如果答案为“是”，则逻辑流程被指引到步骤272，按照用户按键盘输入改变接收机的其他功能。一旦已经发生，或者在步骤270没有尝试其他MENU驱动功能，则逻辑流程被指引到步骤274，在此接收机101保存用户输入的最近的设置。

操作流程现在被指引到步骤280，在此接收机101继续其操作并且显示接收机当前物理仰角相对于其光电传感器检测的激光脉冲的水准面状态。如果相对于“MENU”键是否被按下的答案为“否”，则还从判断步骤262到达该步骤280。典型地，在步骤280，激光接收机101将在其显示器500上指示单元处于水准面、水准面之上或者水准面之下。该指示为用户提供对激光接收机101相对于从旋转激光发射机发出的激光平面所指示的期望仰角的快速而准确的指示。建筑工地上的激光接收机的用户熟知这种类型的操作。

在接收机101在步骤280继续操作时，逻辑流程被指引到步骤282，在此接收机周期查找另外的用户输出，试图确定用户是否希望改变接收机101的状态中的一个。这包括改变接收机的灵敏度状态，并且如果发生该用户输入，则逻辑流程被指引回到步骤260开始的用户输入检查例程。如果用户没有按下MENU键(或者其他一些等效的键击组合)，则逻辑流程被指引回步骤280，在此接收机继续其操作来显示其当前的水准面状态。应当理解，步骤282实际上可以不是以时序软件出现的周期任务，但是相反，如果控制电路设计成适应中断驱动功能，则使用可以由按键区600生成的中断可以快速地进入该步骤282。

现在参考图8，在可见光并且到红外光谱的波长上提供了两个不同滤光器材料的透射特性的曲线。由标号292描绘的曲线代表位于California，Burbank的Lee Filters USA制造的滤光器薄膜材料的透射特性。该滤光器被Lee公司称为编号767，并且其颜色被称为“Oklahoma黄”。

图8上标号为290的另一曲线代表Trimble Navigation Limited销售的、产品系列名为Apache Technologies的用于激光接收机产品的窗口。如通过观察图8可以看出的那样，尽管针对Apache Technoligy激光接收机的Trimble的线条对曲线290进行了优化，但是曲线290和292在透光响应与波长特性方面非常类似。

图8还指示沿X轴(即，波长轴)存在的“主要”激光发射机波长的位置。直线294用于绿光激光发射机，更具体地说是波长532nm的那些发射机。图8上的直线296指示用于红光激光发射机的“主要”波长，更具体地说是以波长635nm发光的那些发射机。直线298指示用于红外激光发射机的“主要”波长，更具体地说是发射波长780nm的红外光的那些发射机。

如通过观察图8也可以看出的那样，相比较允许穿过532nm光谱的绿光的量，滤光器透射特性允许更多的光穿过红光和红外光谱。通过设计部分地有助于禁止激光接收机对荧光的响应。如在背景技术中讨论的那样，对绿光激光灵敏的激光接收机有时很难消除荧光频率，并且因此通常给出错误指示。这些错误指示典型地发生在建筑物内(而非室外)的工地上，具体是因为在室内环境的结构下趋向于存在照亮工地的更多荧光发光。然而，即使对于室内环境，使用绿光激光发射机存在一些优势，所以在许多情况下，需要能够检测绿光激光的激光接收机。

另一方面，激光接收机还需要考虑在建筑工地上室外环境的太阳光的饱和影响。典型地，这在所有可见光波长到红外光谱中会存在问题。这种问题业界公知，并且本质上需要激光接收机不具有太大的灵敏度。

相对于荧光光源的灵敏度，公知的是，大多数荧光光源产生波长范围500和600nm之间的可见光。另外，有些荧光具有400和500nm之间强输出峰值，并且还有些荧光光源具有刚刚超过600nm的强峰值。因此，激光接收机的设计者需要考虑主要落在400和刚刚超过600nm之间的波长范围内的荧光光源的总体灵敏度。不幸地是，该范围包括绿光激光发射机，其典型地发出大约530到540nm的光。因此，必须慎重选择400-600nm范围内的激光接收机的总体灵敏度。

本文公开的技术的激光接收机不必对红光和红外光源两者都灵敏。在可替换模式中，滤光器99(或104)可以设计成仅对绿色可见光和红色可见光(例如，大约532nm和625nm波长内)足够透光，并且在红外光谱中(例如，在大约780nm和780nm以上的波长中)不透光。或者，在该可替换模式中，光电传感器94(或112、113)可以设计成具有频率响应，从而仅对绿色可见光和红色可见光(例如，在大约532nm和625nm波长中)足够灵敏，并且在红外光谱中(例如，在大约780nm和780nm以上的波长中)不灵敏。或者，如果期望的话，滤光器透光性和光电传感器频率响应的组合可以达到该效果。在该可替换模式中，滤光器透射曲线和光电传感器频率响应之间的组合会在大约670nm的红光波长范围与大约780nm的红外波长范围之间明显消逝。

激光接收机的系统设计者可以确定其灵敏度状态、以及激光接收机的操作范围检测性能相对于特定光频率的影响、以及相对于特定激光发射机装置功率电平的影响。例如，Apache Technologies销售的产品编号为HL700的激光接收机已经有售，具有用户选择三个不同灵敏度状态“高”、“中”和“低”的性能。HL700接收机对红光和红外激光都灵敏，但是没有任何能力来检测红光激光。这在下面展现的表#1中数字指示出来。

表#1

灵敏度状态    激光波长      工作范围(英寸)

                            接收机101   HL700

极高          532nm(绿光)    ＞1400     ---

高            532nm(绿光)    925        0

中            532nm(绿光)    625        0

低            532nm(绿光)    575        0

极高      635nm(红光)    1175    ---

高        635nm(红光)    825     1175

中        635nm(红光)    600     1000

低        635nm(红光)    525     600

极高      780nm(红外)    ＞1400  ---

高        780nm(红外)    1075    ＞1400

中        780nm(红外)    700     1350

低        780nm(红外)    600     800

如通过观察表#1可以看出的那样，HL700对于绿光波长(具体地说为532nm)具有零工作范围，但是在红光和红外范围具有非常良好的工作范围性能。更具体地说，表#1中列出的用于HL 700的范围相对于TrimbleLaser Model#EL1，属于发出780nm光的红外激光发射机。另外，表#1中的红光激光的工作范围统计相对于Agatek Model#A410S，属于发出635nm激光的红光激光发射机。

表#1还提供了用于第二实施例接收机101的示例工作范围特性，不仅能够检测红光和红外光，还可以检测绿光激光，所有都在单个装置中。用于红光和红外的范围统计信息也相对于Trimble Model#EL1红外发射机和Agetek Model#A410S红光发射机。对于绿光特性来说，使用TrimbleModel#HV310G来测试第二实施例的接收机101。Trimble Model#HV310G发射机发出532nm的绿光激光。

应当理解，接收机设计者已经选择了表#1中提供的工作范围性能数据，并且如果期望的话，可以改变这些数据来增大或减小工作范围。当然，如果工作范围增大，则激光接收机可以展示由于干扰光源，诸如荧光或闪烁光，特别是绿光波长造成的额外的错误读数。而且，如果范围特性增大太大，则由于户外工地的太阳光造成光电传感器可能更易于饱和。针对第二实施例接收机101在表#1中列出的工作范围提供了在工作范围性能和荧光消除特性之间的良好折中。

相对于第二实施例的接收机101理解的其他考虑在于，用于红光和红外波长的工作范围对应于与Apache Technologies/Trimble Navigation销售的较早型号HL700激光接收机兼容的荧光消除特性的预定集合。换言之，用于红光和红外波长的HL700的荧光消除性能与用于相同灵敏度状态和接收光的波长的接收机101(作为第二实施例)的荧光消除特性相同。例如，在635nm的红光激光波长中，如果选择了低灵敏度状态，则型号HL700具有600英尺的工作范围，而接收机101具有525英尺的工作范围。两个不同激光接收机的这两个范围特性都是基于荧光消除性能的相同值。如果期望的话，系统设计者可以针对期望的红光635nm波长的低灵敏度状态选择600英尺的工作范围，但是荧光消除性能也会以大约相同的百分比降低。这些工作范围与荧光消除性能作为接收接系统设计者的设计值总是可调节的，并且被看成结合到本文所公开的技术的原理中。

本质上，通过设计选择，接收机101(第二实施例)的工作范围可以有意地略微降低，使得接收机101的荧光消除特性紧密匹配ApacheTechnologies/Trimble Navigation销售的前一型号HL700的荧光消除特性。以此方式，如果用户变得习惯使用特定激光发射机波长的特定灵敏度状态的型号HL700，则新接收机101将工作在与相同的荧光消除性能相同的环境。尽管工作范围可以降低到某种程度是真实的，但是如果期望的话，用户可以总是把灵敏度状态增大到下一级别从而增大工作范围。当然，增大灵敏度状态的用户可以发现干扰光源引起太多错误读数，并且终究可能不得不通过减小灵敏度状态来克服这一问题。

如从表#1可以看出的那样，尽管在红光和红外光谱中略微减小了工作范围，但是针对室内工地活动来说接收机101还是具有可用的宽工作范围。而且，接收机101具有额外的灵敏度状态，即，“极高”，允许与较早型号HL700的最高灵敏度状态匹配的增大的工作范围性能。这对于户外环境来说尤其有用，并且对于这种户外环境来说荧光光源干扰典型地将很少存在这种问题。从这种观点来看，接收机101(即，第二实施例)可以制造成展示与Apache Technologies/Trimble Navigation销售的较早HL700接收机相同的高端工作范围特性。

图1-3上描绘的第一实施例包括自动增益控制电路，如上所述。这种自动增益控制电路已经可以在Apache Technologies/Trimble Navigation销售的型号#HR450的较早型号中得到。两个单元都具有自动增益控制，其中，工作范围和灵敏度状态根据激光接收机单元50(用于第一实施例)的光电传感器94上接收到的激光功率的量自动调节，并且因此，第一实施例的激光接收机50和较早型号HR150将具有类似的范围特性和荧光消除性能，如接收机单元的系统设计值期望的那样。而且，可以在“老单元”HR150与第一实施例的“新单元”50的工作范围和荧光频率消除性能之间进行折中。对于许多用户应用来说，有意义的是，提供略微降低的工作范围性能从而使得荧光消除特性在“新单元”和“老单元”之间保持相同。

在“老单元”型号HR150和“新单元”激光接收机(第一实施例)之间的一个明显差别在于，激光接收机50能够检测绿光激光，而型号HR150实际上根据本不具有检测绿光激光的能力。这允许把这两个实施例看成“通用接收机”，从这种观点来看，它们可以检测在包括绿光、红光和红外光的所有“正常”光谱中的激光波长。通过精心设计，这些“通用接收机”还具有良好的荧光消除性能。

本文描述的第二实施例101可以设计成展示可以比照ApacheTechnologies销售的产品编号HL700的现有激光接收机的某些性能参数。整体性能参数是各个激光波长的激光接收机的工作灵敏度。工作灵敏度与激光接收机可以检测来自激光发射机的激光脉冲的范围(距离)。在这些激光接收机中，工作灵敏度取决于光学窗口的透射特性、“杆状传感器”透射特性和光电传感器的频率响应特性(也称为光电二极管灵敏度因数)。在此示例中，光学窗口等效于滤光器104；杆状传感器为组件114；光电传感器为光电二极管组件112和113。在以下讨论中，相对于现有的Apache产品编号HL700器件，这三个值都被归一化为因数1.0。

灵敏度公式可以表示如下：

S＝W_T×R_T×PD，其中：

S为总体工作灵敏度(或“相对响应”)。

W_T为窗口透射特性因数。

R_T为杆状传感器传输因数。

PD为光电二极管灵敏度因数。

以下的表格数据示出了三个不同激光发射机波长下的HL器件特性：

波长  W_T      R_T      PD      S(总体相对响应)

780nm 1.00    1.00    1.00    1.00

635nm 0.99    0.89    0.64    0.64

532nm 0.02    0.84    0.36    0.006

以下的表格示出了相同的三个不同的激光发射机波长的第二实施例101的相同性能参数：

波长    W_T      R_T       PD     S(总体相对响应)

780nm   1.07    1.00    1.00    1.07

635nm   1.00    0.89    0.64    0.57

532nm   0.68    0.84    0.36    0.20

如可以从以上性能数据中看出的那样，对于电磁能的红外(780nm)和红色可见光(635nm)波长来说，第二实施例101和HL700器件呈现了类似的总体工作灵敏度特性。在电磁能的绿光波长(532nm)中，第二实施例101具有更好的响应，尽管其在绿光的总体工作灵敏度在设计上有意地小于红外光或红色可见光。这改善了消除不想要的荧光的能力。应当理解，以上性能数据仅仅作为可以利用本文公开的技术的示例方式加以展示，并且可以在不脱离本文公开的技术的原理的情况下容易地对这种性能特性进行变型。

用于第一实施例101的以上性能数据示出了对于绿光来说其总体工作灵敏度仅是红外光的总体工作灵敏度的大约20％。如上所述，这是设计实现的。然而，应当理解，在不脱离本文公开的技术的原理的情况下，可以从这些以上数字略微改变激光接收机的精确性能规格。在可替换的模式中，激光接收机可以展示位于红外光的总体工作灵敏度的大约10％到50％范围内的绿光的总体工作灵敏度。在另一可替换的模式中，如果用户希望牺牲某些室内应用的一些工作范围，则激光接收机对绿光的灵敏度会更小，并且在此模式中，与红外光总体工作灵敏度相比，激光接收机能展示小于10％的绿光的总体工作灵敏度。

在激光接收机的一个实施例中，包含总体工作灵敏度的光谱响应特性基本上可以与荧光光源产生的光谱能量分布相反。如上所述，荧光光源趋向于产生主要位于500到600nm范围内的电磁能，在400到500nm之间具有一些强峰值。以上性能数据是对绿光、红色可见光和红外光波长足够灵敏，但是还趋向于消除荧光能量的激光接收机的一个示例。

在建筑技术领域，存在许多不同的当今销售的激光发射机模型。下表示出了这种发射机的几种型号编号，包括它们输出激光的波长：

绿光激光器：

Trimble HV301G    532nm

CST ALHV-G    535nm

Leica Roteo 35G    532nm

Topcon RL-VH4G2532nm

红光激光器：

Trimble GL422    635nm

Trimble GL522    635nm

Trimble HV101    635nm

Trimble HV401    635nm

Agatek A410S     635nm

Topcon RL-VH4DR  635nm

Leica Rugby 100    635nm

Trimble LL400    650-658nm

Trimble GL412    650nm

Trimble GL512    650nm

Trimble GL7XX    658nm

Trimble LL 100    650nm

Trimble LL300    635-670nm

Tri mble LL500    670nm

Laser Ref.Vertex    650-670nm

Agatek GAT120    670nm

红外激光器：

Trimble EL 1780nm

Trimble GL7XX    785nm

Leica Rugby 100LR  780nm

综上，借助更通用的激光接收机的这种新方法，利用了允许较宽范围的光通过的滤光器。为了弥补与使用这种滤光器典型相关的“杂散信号”问题，激光接收机可以具有可得到的多种用户可选择的阈值设置(触发电子电路的最小电平)，从这些阈值设置用户能够选择适合的灵敏度设置从而在给定工地的特有条件下工作。例如，如果有人尝试在具有许多荧光的区域内(诸如室内，并且可能在接收机和发射机之间的相对短范围中工作)工作，检测阈值可以增加到(从而减小单元的灵敏度)接收机单元依然可以在可行的工作范围内检测激光，但是不对荧光做出响应的足够电平。在另一极端，如果用户要工作在外边(远离荧光)并且还需要在相对远距离处检测激光，则可以在接收机单元能在较长距离处检测激光，但是仍然不会被太阳光无意触发的位置上选择较低阈值设置(具有较高灵敏度)。

应当理解，可以使用时序逻辑(诸如使用微处理器技术)，或者使用逻辑状态机、或者可能通过分立逻辑来实现与图7的流程图相关地描述的逻辑运算，甚至可以使用并行处理器来实现。一个优选实施例可以使用微处理器或微控制器(例如，微处理器78)来运行存储在ASIC内的存储器单元中的软件指令。事实上，在一种方式中，整个微处理器78以及RAM和可执行ROM可以可以包含在单个ASIC中。当然，在不脱离本文所公开的技术的原理的情况下，可以使用其他类型的电路来实现附图中描绘的这些逻辑运算。在任一事件中，无论是基于微处理器、逻辑状态机、通过分立逻辑组件完成这些任务，或者可能通过还未发明出的一种计算装置，都将提供某些类型的处理电路，而且，无论是基于典型的RAM芯片、EEROM芯片(包括闪速存储器)、采用分立逻辑组件来存储数据或其他运算信息(诸如像存储在存储器组件210中的校准数据)，或者可能借助还未发明出的一种存储装置，都将提供某些类型的存储电路。

还应当理解，在不脱离本文所公开的技术的原理的情况下，可以对图7的流程图中描绘和上述的精确逻辑运算稍作变型来执行类似，但不精确的功能。这些流程图中的一些判断步骤和其他命令的精确特点被指引到激光接收机的特定未来模型(例如包括Trimble或Apache激光接收机的那些激光接收机)，并且在许多情况下，某些类似但少许不同的步骤可以采用用于激光接收机的其他模型和品牌，整个发明结果是相同的。

背景技术和具体描述引用的所有文献的相关部分以引用方式并入本文，任何文献的引用并不被认为承认相对于本文公开的技术来说是现有技术。

为了例示和说明的目的给出了优选实施例的上述说明。并非意在把本文公开的技术穷尽或限制在所公开的精确形式，在本公开的精神和范围内还可以对本文公开的技术进行变型。本文描述或例示的任何示例意在作为非限定性示例，在不脱离本文所公开的技术的精神和范围的情况下，根据以上指教可以进行许多变型、示例的变化、或者(多个)优选实施例的变化。选择和描述(多个)优选实施例用以例示本文公开的技术的原理及其实际应用从而使得本领域技术人员能够利用在各个实施例中在本文公开的技术以及适合于设想的特殊用途的各种变型。因此，该应用意在覆盖利用一般原理对本文公开的技术的任何变化、使用或修改。而且，该应用意在覆盖与本公开的这种偏差，因为这些偏差落入本文公开的技术所属技术领域的已知或惯用应用范围内并且落入所附权利要求的限定范围内。

Claims (24)

1.一种激光接收机，包括：

处理电路，多个光电传感器、可变灵敏度控制电路、输出电路和至少一个滤光器，所述多个光电传感器中包括第一光电传感器；

其中：

(a)所述至少一个滤光器呈现出仅仅允许预定透射特性的电磁能波长穿过从而照射到所述第一光电传感器上的光学特性，使得所述预定透射特性足以穿过绿色和红色两者可见光范围内的波长；

(b)所述第一光电传感器对绿色和红色两者可见光范围内的电磁能量呈现出这样的频率灵敏度特性，使得在检测到照射到其上的足以改变所述可变灵敏度控制电路中的部件的状态的所述电磁能量时，所述第一光电传感器的灵敏度产生至少一个第一信号；并且所述可变灵敏度控制电路进而根据所述可变灵敏度控制电路的增益状态调整所述至少一个第一信号从而产生至少一个第二信号，并且把所述至少一个第二信号输出到所述处理电路；

(c)所述激光接收机被配置成：

(i)估计所述至少一个第二信号并且基于所述至少一个第二信号的值确定所述第一光电传感器相对于照射到其上的所接收到的电磁能量的相对仰角，并且使用所述输出电路输出第三信号从而提供对所述确定的相对仰角的指示；以及

(ii)通过阻止所述输出电路输出所述第三信号并且从而避免由于不想要的干涉光信号造成对所述确定的相对仰角的指示，以有效地消除可能包含在所述至少一个第二信号中的这种不想要的干扰光信号。

2.根据权利要求1所述的激光接收机，其中所述激光接收机进一步被配置成确定可变灵敏度电路的所述增益状态，并且根据所确定的增益状态输出用于指示所述相对仰角的所述第三信号。

3.根据权利要求2所述的激光接收机，其中所述激光接收机进一步被配置成以所述增益状态所确定的消除速率来有效地消除不想要的干扰光信号。

4.根据权利要求2所述的激光接收机，还包括至少一个用户致动控制输入装置；并且

其中：

(a)所述激光接收机进一步被配置成确定所述至少一个用户致动控制输入装置是否被激活，并且如果已被激活，则运行以下功能，所述功能把所述激光接收机配置到由所述至少一个用户致动控制输入装置输入的输入数据所确定的工作模式；以及

(b)可变灵敏度电路的所述增益状态由所述工作模式手动控制，所述工作模式由所述至少一个用户致动控制输入装置输入作为所述输入数据。

5.根据权利要求4所述的激光接收机，其中把所述输入数据输入到所述至少一个用户致动控制输入装置上的用户：

(a)首先通过选择所述激光接收机的第一工作范围来确定所述增益状态的期望值，所述第一工作范围过于灵敏以至于使得所述激光接收机不能消除所述不想要的干扰光信号；

(b)并且随后选择所述激光接收机的不同的第二工作范围，所述第二工作范围比所述第一工作范围灵敏度略小，使得所述激光接收机现在能够消除所述不想要的干扰光信号。

6.根据权利要求2所述的激光接收机，其中所述可变灵敏度控制电路包括自动增益控制电路，所述自动增益控制电路：

(a)将所述增益状态初始化为第一预定增益状态值并且在工作在所述第一预定增益状态值的同时把所述至少一个第二信号输出到所述处理电路；

(b)随后，基于从所述处理电路输出到所述自动增益控制电路的增益控制信号，以迭代方式把所述增益状态调整为第二增益状态值，并且在以迭代方式工作在所述第二增益状态值的同时把所述至少一个第二信号输出到所述处理电路直到所述第一光电传感器所产生的所述至少一个第一信号不饱和为止。

7.根据权利要求1所述的激光接收机，其中所述不想要的干扰光信号包括由(a)荧光光源和(b)闪烁光源中的至少一个所产生的电磁能。

8.根据权利要求1所述的激光接收机，其中：

(a)所述至少一个滤光器的所述预定透射特性足以使得(i)所述绿色可见光范围、(ii)所述红色可见光范围和(iii)红外光范围中所有的波长穿过；以及

(b)所述第一光电传感器的所述频率灵敏度特性包括对(i)所述绿色可见光范围、(ii)所述红色可见光范围和(iii)所述红外光范围中所有的电磁能的预定灵敏度；

并且因此，所述激光接收机作为激光发射机的仰角检测装置工作，所述激光发射机输出绿色可见光、红色可见光和红外光波长中所有的激光。

9.根据权利要求1所述的激光接收机，其中所述输出电路所产生的所述第三信号用于驱动：

(a)用户可见的显示器；以及

(b)机器中的至少一个。

10.一种激光接收机，包括：

处理电路，多个光电传感器、可变灵敏度控制电路、输出电路和至少一个滤光器，所述多个光电传感器中包括第一光电传感器；

其中：

(a)所述至少一个滤光器呈现出使得包括绿色可见光光谱和绿色可见光光谱以上到红外光光谱的电磁能的波长范围有效穿过的高通波长光学透射特性，使得所述穿过的电磁能将照射到所述第一光电传感器上；

(b)所述第一光电传感器呈现出对包括绿色可见光和绿色可见光以上到红外光谱的可见光范围内的电磁能的频率灵敏度特性；并且所述第一光电传感器在检测到照射到其上的足以改变所述可变灵敏度控制电路中的部件的状态的电磁能量时产生至少一个第一信号，所述可变灵敏度控制电路进而根据所述可变灵敏度控制电路的增益状态调整所述至少一个第一信号从而产生至少一个第二信号，并且把所述至少一个第二信号输出到所述处理电路；

(c)激光检测器位于截获激光脉冲的空间中，所述激光脉冲代表照射到所述第一光电传感器的所述电磁能的期望源；以及

(d)所述激光接收机被配置成估计所述至少一个第二信号并且基于所述至少一个第二信号的值确定所述第一光电传感器相对于照射到其上的接收到的激光脉冲的相对仰角，并且使用所述输出电路输出第三信号从而提供对所述确定的相对仰角的指示；并且凭借将接收到的激光脉冲与其他光源产生的不想要的干扰光信号区分开的能力，能在工作在荧光环境的同时有效地作为仰角检测器工作。

11.根据权利要求10所述的激光接收机，其中所述接收到的激光脉冲由旋转激光发射机输出，生成代表工地上预定仰角的激光平面。

12.根据权利要求10所述的激光接收机，其中所述不想要的干扰光信号包括由(a)荧光光源和(b)闪烁光源中至少一个所产生的电磁能。

13.根据权利要求10所述的激光接收机，其中所述可变灵敏度控制电路的所述增益状态由(a)包括在所述可变灵敏度控制电路中并且与所述处理电路协同工作的自动增益控制电路；和(b)由用户使用至少一个用户致动控制输入装置输入的手动控制命令中的一个来控制。

14.根据权利要求13所述的激光接收机，其中以所述增益状态所确定的消除速率阻止所述不想要的干扰光信号造成错误仰角读数。

15.根据权利要求13所述的激光接收机，其中所述第三信号驱动：

(a)用户可见的显示器；和

(b)机器中的至少一个。

16.一种用于把激光接收机用作相对仰角检测器的方法，所述方法包括：

(a)提供处理电路、接收激光能量脉冲的至少一个滤光器、多个光电传感器、可变灵敏度控制电路和外壳，所有元件组合为单个装置，其中所述多个光电传感器包括第一光电传感器；

(b)将包括所述接收到的激光能量脉冲的电磁能的一部分穿过所述至少一个滤光器，其中所述穿过部分的电磁能受到所述至少一个滤光器的预定透射特性的控制，使得所述预定透射特性足以穿过绿色可见光和红色可见光两者范围内的波长；

(c)允许所述穿过部分的电磁能照射到所述第一光电传感器上，其中所述第一光电传感器呈现出对绿色可见光和红色可见光两者范围内的电磁能这样的频率灵敏度特性，使得在检测到照射到其上的足够的电磁能量时，所述第一光电传感器产生至少一个第一信号，所述至少一个第一信号被指引到所述可变灵敏度控制电路并改变所述可变灵敏度控制电路中的部件的状态；

(d)所述可变灵敏度控制电路根据所述可变灵敏度控制电路的增益状态调整所述至少一个第一信号，并且产生至少一个第二信号，并且把所述至少一个第二信号指引到所述处理电路；

(e)估计所述至少一个第二信号并且根据所述至少一个第二信号的值确定所述第一光电传感器相对于照射到其上的所述接收到的激光能量脉冲的相对仰角；

(f)指示所述确定的相对仰角；以及

(g)通过阻止不想要的干扰光信号造成对所述确定的相对仰角的错误指示，有效地消除可能包括在所述至少一个第二信号中的所述不想要的干扰光信号。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述接收到的激光脉冲由旋转激光发射极输出，生成代表工地上预定仰角的激光平面。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述不想要的干扰光信号包括(a)荧光光源和(b)闪烁光源中至少一个所产生的电磁能。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括由(a)包括在所述可变灵敏度控制电路中并且与所述处理电路协同工作的自动增益控制电路；和(b)由用户使用至少一个用户致动控制输入装置输入的手动控制命令中的一个来控制所述可变灵敏度控制电路的所述增益状态的步骤。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述有效地消除不想要的干扰光信号的步骤包括：以所述增益状态所确定的消除速率阻止错误仰角读数。

21.根据权利要求16所述的方法，其中所述可变灵敏度控制电路的所述增益状态受到用户使用至少一个用户致动控制输入装置输入的手动命令的控制，并且还包括步骤：

(a)把所述增益状态设置成最大工作范围，并且确定所述激光接收机目前是否处于对工地上特定物理位置上的荧光光源太过灵敏的增益状态；

(b)如果在步骤(a)中所述增益状态太过灵敏，则以迭代方式把所述增益状态设置成较低工作范围直到所述激光接收机不再对荧光光源过于灵敏为止；以及

(c)继续使得所述激光接收机工作在较低的工作范围的所述增益状态下。

22.一种激光接收机，包括：

处理电路，多个光电传感器、可变灵敏度控制电路和至少一个滤光器，所述多个光电传感器包括第一光电传感器；

其中：

(a)所述至少一个滤光器呈现出仅仅允许预定透射特性的电磁能的波长穿过从而照射到所述第一光电传感器上的光学特性；

(b)所述第一光电传感器呈现出对频率响应特性的电磁能的频率灵敏度特性，使得所述第一光电传感器在检测到照射到其上的足够的电磁能量时，所述第一光电传感器把至少一个第一信号输出到所述可变灵敏度控制电路并改变所述可变灵敏度控制电路中的部件的状态，所述可变灵敏度控制电路进而调整所述至少一个第一信号从而产生至少一个第二信号，并且把所述至少一个第二信号输出到所述处理电路；

(c)(i)所述至少一个滤光器的所述预定透射特性、(ii)所述第一光电传感器的所述频率响应特性和(iii)所述可变灵敏度控制电路的放大特性的组合产生所接收到的电磁能的各个波长下的总体工作灵敏度特性，使得所述激光接收机呈现出相比较红外光波长下的总体工作灵敏度特性基本减小的绿色可见光波长下的全部工作灵敏度特性，同时仍然有效地检测绿色可见光、红色可见光和红外光的所有三个波长范围内的电磁能；以及

(d)所述激光接收机被配置成：(i)估计所述至少一个第二信号并且根据所述至少一个第二信号的值，针对所接收到的电磁能的绿色可见光、红色可见光和红外光的所有三个波长范围，确定所述第一光电传感器相对于照射到其上的所述接收到的电磁能的相对仰角，以及(ii)输出第三信号并且提供对所述所确定的相对仰角的指示。

23.根据权利要求22所述的激光接收机，其中绿色可见光波长下的所述总体工作灵敏度特性处于红外光波长下的所述总体工作灵敏度特性的大约10-50％的范围内。

24.根据权利要求23所述的激光接收机，其中：

(a)绿色可见光波长下的所述总体工作灵敏度特性是红外光波长下的所述总体工作灵敏度特性的大约20％；并且

(b)红色可见光波长下的所述总体工作灵敏度特性是红外光波长下的所述总体工作灵敏度特性的至少50％。

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