CN103797330A - 光检测电路 - Google Patents

Abstract

提供了一种电子光检测电路，该电子光检测电路用于在背光条件下检测光敏部件上的强度调制的光信号。所述电路包括：所述光敏部件，具体地，作为光位置检测器，用于检测所述光信号光斑在检测窗内的击中位置；放大器，该放大器具有连接至所述光敏部件的输出端的高输入电阻；以及背光抑制电路。所述背光抑制电路与所述放大器并联地连接至所述光敏部件的输出端，并且包括电子有源谐振器结构。所述有源谐振器结构按向所述光敏部件的输出端提供负载阻抗的以下方式来进行设计：针对低频提供低负载阻抗，以抑制所述光敏部件的自然背光饱和与人工背光饱和，而在所述强度调制的光信号的频率下提供高负载阻抗。

Description

光检测电路

本发明总体上涉及根据权利要求1的前序部分用于在背光条件下检测光敏部件上的强度调制的光信号的电子光检测电路，并且涉及根据权利要求11的前序部分用于评估背光条件下的光斑的方法。

在激光测平技术领域，激光旋转器或线激光器被用于跨越可以水平、垂直或倾斜达希望的角度的水准面。激光平面通常被激光接收器所检测，激光接收器检测激光在检测窗内部的击中位置，以确定接收器相对于激光平面的位置。该检测窗（或接收器窗）是激光接收器装置处的位置，其被具体实施为对激光束进行检测。检测该光束在检测窗内的击中点的位置，以确定激光束的光轴在至少一个方向上相对于接收器装置的位置。在许多实施方式中，中心（检测窗长度的一半）是激光束的希望水平面，并且接收器通过指示性的或量化的方法来指示相对于理想位置的偏差。与投射激光平面的人工观察相比，激光束的电子接收允许扩展激光测平的距离范围、日光条件下的可用性等。与它们的竞争者相比，具有许多不同的功能、性能以及成本优势的许多类型的激光接收器是已知的。这些装置可以包括许多附加的特征，像光学水平指示、声学水平指示、距离确定、角确定、数据通信、接收器-旋转器配对等，这些不是本发明的主要范围。

这种激光测平实现的某些示例为：示出了旋转单束激光发射器的US6,435,283，或示出了通过按锥面导引激光而生成连续的360°激光平面的US4,756,617，其中，通常使用幅度调制激光源。投射激光线的这两种原理还被称为具有扫描线的线激光或具有连续的激光线的线激光，其中，光可以被调制。

旋转或扫描激光束发射器生成掠过接收器的光束，并且在检测窗中生成持续时间短但带宽高的激光脉冲。与此相反，连续激光发射器在调制频率生成带宽窄的连续的激光信号。尽管接收器的传感器部件（和接收器的许多其它部分）对两类激光水平仪来说可以相同，但接收器中的信号调节和评估可以不同。本文呈现的发明涉及旋转光束发射器，但对于调制的连续光束激光发射器来说也是有效的。

在许多使用情况下，激光接收器附接至测平杆或者要测平的机构。通过测量光束的光轴在接收窗内的击中位置来确定接收器的接收窗处的激光平面的交点。该位置被指示给用户，具体地作为相对于希望的测平位置处的希望的击中位置的偏差。

存在多种已知技术，来确定激光在接收器窗中的击中位置。确定光束的位置的一种方法是，使用光电二极管或光电二极管阵列。

US3,649,122描述了彼此并联连接并且利用相同的电阻器串联连接的一行分离的相邻的光电单元。在这样获得的极之间测量的光电流给出了激光束击中与该行光电单元的长度相对的接收器的点的位置。光导用于利用光电单元增大检测窗的填充/密度。对于光电单元的排布结构来说，该接收器仅产生分段线性响应。

US3,894,230描述了并行光检测装置的对准阵列，其中，每一个光检测装置都对应于一个位置增量。该接收器指示哪一个光检测单元首先接收到超过预定水平的光信号。有机玻璃杆与传感器阵列对准，以形成柱面透镜，增加落在检测阵列上的光量。该装置还采用光学滤波器，以减小紫外光、明亮的太阳光或其它光源的影响。该接收器假定激光束的碰撞束形状为圆形并且光检测单元被充分地分开。因此，该接收器的检测范围有限。

EP1,484,577描述了这样一种接收器，即，其通过连接至相移电路的（并行）光电二极管间歇性阵列来对激光束（100kHz至10MHz）进行调幅。光扩散传感器窗设置在光电二极管间歇性阵列前面。光扩散器按这样的方式传播激光，即，当激光束冲击两个光电二极管之间的中心时，两个二极管被同等地照亮。通过这种结构，接收器可以使用更少的光电二极管；然而，该接收器仅是部分线性的。

US7,372,011描述了具有关联的加权电路的（并行）光电二极管线性阵列。该加权电路被用于确定接收器是否被激光束或者被另一频闪光击中。为了将直流日光电流分路，该接收器使用参照地的电感器。

US7,339,154和JP04046282示出了这样的传感器级，即，具有利用基于串联电阻器排布结构的电路进行加权的光电二极管并行阵列。负载电阻器Rh和R1被优选地制成所需的尺寸，以使加权电阻器的和显著地大于负载电阻器。

除如上使用的单个的光电二极管以外，还使用BiCell，作为双光电二极管，放置在具有一般的长宽比的矩形上，并且按对角线电隔离并光隔离，形成两个全等三角形（BiCell）。当激光束击中矩形的上/下侧处时，第一光电二极管覆盖具有小/大面积的激光束，而第二光电二极管覆盖具有剩余的大/小面积。两个信号的差与两个信号的和之间的关系为线性的。例如，US4,676,634示出了采用对接（butt-to-butt）排布结构的BiCell和另选的两个光电池，其具有分级（on-grade）稳定化的光束平均化和死区选择。

US4,756,617描述了使用所谓的BiCell，以线性地确定激光束冲击接收器的位置。使用无源电感器被描述为用于通过将来自BiCell输出端的无源电感器连接至地，来将DC和低频信号旁路至地（日光防护）。而且，使用幅度调制的激光束被描述为，增加激光束的峰值强度，而不增加调节的RMS（均方根）值，这允许增大接收器的最大距离范围。

US6,750,953示出了一种位置检测激光接收器，其基于BiCell输出值的对数标度来进行位置检测。还存在从BiCell输出端至地的无源电感器。

US4,830,489描述了基于BiCell的激光接收器，其用于线性地确定激光束的相对高度。借助于接收器的反向反射信号而在旋转器处确定该接收器的方位角位置。无线电装置用于传送方位角位置以及旋转器到接收器的距离。对于距离测量来说，提出了渡越时间以及相移测量方法。

US4,907,874和US4,976,538都通过以两个信号的两个所得部件进行组合的单个叉指状光学元件的并行排布结构描述了一种修改的BiCell传感器。

US6,133,991描述了堆叠在彼此顶部上的多个BiCell传感器，其具有不同的传感器形状和传感器排布结构，以减小阴影效应。起作用的传感器部件并联地以电子方式使用。

US6,747,266描述了一种利用光学滤波器的排布结构，其具有能够沿扫描方向扩展激光束的透镜部分以及能够扩散所扩展的激光束的扩散部分，其优点是，可以通过划分的BiCell传感器来检测宽激光束以及窄聚焦（扫描）的激光束。

而且，在测平激光接收器中使用光导是已知的。例如，在DE19540590中，描述了N型或V型线状光学检测单元。该检测单元可以包括：光电传感器阵列、在检测窗处沿直线对齐的许多光学透射玻璃或塑料光纤或者光学材料构成的专门制造的杆，该光学材料能够将正交冲击的激光传导至该杆端部处的光电传感器。通过利用N状或V状的杆，并且测量任一杆上的信号的接收之间的时间差，确定激光束在光学接收部件上的相对高度。

US7,394,527和US2003/0174305都描述了具有至少两个信号光束的旋转器，其中，至少两个信号光束彼此之间具有给定的关系，以确定从接收器至旋转器的距离。该接收器被设计用于这些信号光束的时间分辨接收（time resolved reception）。而且，接收器被描述为在光导体的两个端部处具有两个光感测器，光感测器允许测量光束冲击光导体的点。利用按固定的距离设置的两个接收器允许仅通过单一的光束来确定到旋转器的距离。可以通过在接收器处发射不同的旋转频率、编码所发射信号、选择合适的发射谱等来区别两个信号发生器。

用于确定光斑的另一已知部件是PSD（Position Sensitive Device：位置感测装置），其在工业界是公知的，并且例如用于三角测量传感器中，作为用于检测（反射的）激光束的位置的装置。

根据本申请的理解，PSD是与基于横向光电效应的那些装置类似的装置，还被称为各向同性PSD或横向效应光电二极管（LEP）或MOS型PSD。如所提出的读出电路所暗示的，本文所引用的PSD基板具有（至少两个）相对的平衡的输出端。该输出端上的信号取决于PSD的有源表面上的光束的位置。这两个输出信号相对地取决于该位置（这种输出行为有时也被称为对称输出）。鉴于已知的电特性或等效电路，PSD与BiCell相比的显著差异是PSD的输出端子之间的电阻性连接。BiCell是在几何形状上为锥形的2个光电二极管，在其相对的信号输出端之间未提供电子互连。并不意味着有时也称为PSD的快速读出CCD或CMOS阵列（因为它们也可以用于确定投射在它们上的光斑的位置），具体地是因它们的电气连接和读出特性不同。所谓的“分段PSD”在本文被称为BiCell。

为了容易理解，在本文的说明中的PSD是一维的PSD，但本领域技术人员知道，相同的原理还可应用于二维PSD的第二方向上，因此，对二维PSD的评估也是本发明的一部分。

尽管将PSD用于位置检测具有优势，但主要的问题是，它们的低饱和阈值，为此，在具有明亮日光的户外条件下，PSD至今尚未被使用。具体地，在户外激光测平应用中，PSD传感器遭受它们在日光之下相对于光电二极管容易饱和的事实，而且在接收器与激光源之间的远距离处具有更低的信号强度。为此，PSD传感器没有被用于建筑业中的激光接收器的商业实现中（例如，用于建筑工地等）。

PSD的信号响应以某种方式类似于BiCell排布结构的信号响应：提供随着入射激光束的改变的位置而增大/减小的两个连续信号。然而，与PSD相比，在BiCell的使用方面存在若干种计算差异，例如：

1、由BiCell的每一个光电二极管生成的信号之间存在相位延迟。该相位延迟在脉冲的数字化期间具有缺点，并且导致了某种非线性。

2、在被圆形或椭圆形激光束击中时，由于在三角传感器区域的重心和激光束强度分布方面的差异，BiCell中的每一个二极管的三角形状导致某种非线性。

3、BiCell通常需要比PSD更大的检测区域，其导致更高的传感器成本和更多的背光饱和。

4、当BiCell未正交地对准至激光束并且传感器的一部分被覆盖（例如，被接收器外壳覆盖）时，该传感器将给出错误的高度读数。这还被称为阴影效应。已经提出了许多解决方案，来解决这种固有的BiCell传感器问题。

在使用“智能测平杆”的测平应用中，希望覆盖大的高度差，例如，10cm或以上。

例如，具有大于5cm或7cm或甚至大于10cm的有效检测长度的PSD这样的具有长的检测区域的现成的PSD装置不可用。那些不很长的可用的PSD装置遭受因背景光等造成的饱和问题，而且无法实现测平接收器所需的希望的性能，为此，它们通常未使用在这种应用中。

本发明的一个目的是，提供具体地用于测平应用的改进激光接收器。

本发明的一个目的是，实现一种要被接收器覆盖的增加的高度范围，优选地具有保持的或增加的高度测量准确度，尤其是，在“水平面”位置周围。

而且，本发明的一个目的是实现更大的测平距离。长范围的测平还会因光束发散性而需要增加的传感器长度。

因此，本发明的一个目的是，实现光位置检测的更大的检测窗。

本发明的另一目的是，提供一种优选地利用不太复杂且模块化的组件的、具体地用于测平应用的接收器中的改进的光斑位置测量装置。

本发明的另一目的还提供一种用于对短范围距离和长范围距离两者进行测平的激光接收器。

另一目的是，提供这样一种用于光敏部件（具体地，用于多个PSD排布结构）的方法和电气读出排布结构，其能够检测具有宽跨度激光光斑直径的位置，优选地，还具有该位置的线性读出，而且在不利的环境条件下进行。

本发明的另一目的是，提供一种需要更少功率的接收光的激光接收器，由此，可以增加接收器的工作距离和/或可以缩减发射器的发送功率需求。

本发明的又一目的是，提供一种具有增加的接收器窗口长度、特别是具有高的位置准确度的激光接收器。

本发明的另一目的是，增加用于对准和定位应用的接收器位置分辨率准确度。

本发明的又一目的是，通过将接收器处的测平信号与噪声信号比最小化来增加光学部件的检测范围。

这些目的通过实现独立权利要求的特征来实现。按另选或有利方式进一步开发本发明的特征在从属专利权利要求中进行了描述。

增加接收器可操作的距离范围和/或增加测平方面的可覆盖高度范围都需要放大检测窗和其中包括的传感器。

而且，分析这种认知显示出，使用放大的感测区域需要对干扰、背光等进行更强的抑制，因为它们的影响随着传感器长度而增加。因此，保持足够的灵敏度本身对于增加光敏部件长度来说是矛盾的。保持足够的灵敏度对于增加背光和/或噪声抑制来说也是矛盾的需求，因为被传感器收集的背光的量也随着其尺寸增加。

本发明涉及一种电子光检测电路，该电子光检测电路用于在背光条件下检测光敏部件上的强度调制的光信号。所述电路包括：所述光敏部件，具体地，作为光位置检测器，用于检测所述光信号光斑在检测窗内的击中位置；放大器，该放大器具有连接至所述光敏部件的输出端的高输入电阻，具体地，所述放大器为优选地具有随后的模数转换器的互阻抗放大器；以及背光抑制电路。

根据本发明，所述背光抑制电路与所述放大器并联地连接至所述光敏部件的输出端。

所述电路包括：电子有源谐振器结构，具体地，该电子有源谐振器结构具有至少一个运算放大器，该电子有源谐振器结构以向所述光敏部件的输出端提供负载阻抗的以下方式来进行设计：

■针对低频，具体地，针对主频率的零至两倍的频率范围提供低负载阻抗，以抑制所述光敏部件的自然背光饱和与人工背光饱和，

■在强度调制的频率下提供高负载阻抗，具体地，所述负载阻抗被匹配至所述光敏部件的阻抗，以向所述放大器发送经调制的信号。

术语匹配意指，选择所述有源谐振器结构在调制频率下或该调制频率周围的阻抗，以缩减或消除因排出电路而造成的信号损耗，而同时在使用多个光敏部件时确保线性度。具体地，选择所述有源谐振器结构在调制频率下或该调制频率周围的阻抗，以使其处于并联连接的放大器的输入阻抗的范围中或优选地高于该输入阻抗。在阻抗电桥配置中，所述有源谐振器结构在调制频率下或该调制频率周围的阻抗被选择成高于所述光敏部件的输出阻抗。

如上面已经提到，希望具有长测量范围的激光接收器。长测量范围需要长接收器窗和传感器，因为测平光束与针对激光束发射器的范围/距离成比例地发散。通过选择像长BiCell或PSD的更长的传感器部件来扩展测量范围具有增加传感器电容和更高的背光产生电流的缺点，其可以被视为不需要的噪声，并且其覆盖了实际上要测量的信号，甚或在传感器饱和的情况下对该信号削波。增加所述传感器部件的偏置电压是当前工艺水平方法，以增加出现饱和时的背光电平，然而，其以功耗为代价。而且，对于传感器部件的偏置电压来说，存在物理限制，其还限制所述传感器部件的、可实现足够的背光抑制的最大的有效传感器区域（并由此，限制其长度）。

明显地，在此呈现的方法和电路还可以在不需要扩大传感器区域的情况下改进信号评估，例如，在目前工艺水平接收器中，通过并入根据本发明的有源谐振器结构，而允许缩减发送功率、增加检测范围和/或增加位置准确度。

根据本发明另一方面，所述激光接收器的用于位置确定的接收窗的长度可以通过串联级联的多个传感器部件来扩展超出起作用的传感器部件的最大物理长度。

用于光位置确定的单一的PSD是公知的，但本身不可应用于工地激光测平，具体地是由于如上所述的它们的有限的尺寸和饱和效应。多个传感器的排布结构不等于传感器长度通过随后排列多个传感器的简单延长。

用于测平的理想光束位置检测器需要以足够灵敏度和背光抑制来进行具有宽范围光束直径的准确位置确定。其中，所述接收器处的光束直径甚至可以超过一串联排布结构中的单一传感器部件的长度，具体地，用于覆盖测平应用中的宽范围距离。

多个传感器的笔直向前串联排布结构也仍遭受和一个长传感器相同的饱和效应，由此，未获得优点。

优选的是，位置确定的准确度必须处于毫米范围中或以下，其中，位置读出的线性度也是重要的方面。现有技术读出和背光抑制电路（由于它们的负载阻抗）将造成非线性和信号阻尼，其将超出有用的水平面，并且将破坏准确水平面确定所需的线性度。具体地，在传感器的串联排布结构中，通过现有技术电路分接每一个传感器输出是不可应用的，因为它们的负载阻抗将缩减信号强度和/或破坏线性度。

由此，技术人员希望，传感器的串联排布结构不会导致任何明显的优点，具体地，将不适于激光测平，由此，将不考虑应用它。这也是例如现有技术中为何不使用PSD的理由，尽管PSD装置已经已知并且可用达较长时间。

作为本发明的一种实施方式，在每一个端子处组合多个传感器的串联排布结构与合适的谐振器在背光抑制和保持线性度方面获得附加优点。而且，根据本发明的另一子方面，专用于远距离或近距离的切换传感器读出排布结构的另一附加方面以改进的可检测性和位置准确度，针对宽范围光束直径帮助更进一步实现了更长的光位置传感器。

作为本发明另一方面，所述光束位置检测器还可以包括读出电路，该读出电路具有多个光敏部件的可变的（具体地，可改变的）读出互连。由此，所述读出电路可以被用于，通过改变所述读出电路，而将所述光束位置检测器设置成，所述光束位置在所述检测窗内具有不同位置加权的至少两种模式，具体地，通过改变PSD的输出端的互连和/或调节施加给PSD输出端的负载阻抗。

本发明可以被用于，通过包括有利的设置和电子信号评估电路来克服如同饱和度、非线性度和/或低灵敏度的上述缺点，而实现允许长接收器窗的简单且成本效益合算的激光位置感测装置。

对于线性检测所述接收器上的激光束位置来说，所呈现电路在利用基于横向光电效应的位置敏感装置PSD时特别有利的。然而，所述提出的电路和信号处理方法不限于使用PSD传感器。具体地，通过根据本发明的有源谐振器滤波电路，与背光抑制相结合的可修改互连还可以有利地与BiCell、光电二极管或作为传感器的其它光电部件一起使用。

如上面已经提到，本发明还涉及一种用于通过光敏部件来评估背光条件下的光斑的方法。具体地，所述光斑的位置要在包括所述光敏部件的检测窗内确定。

其中，所述光斑按在所述光敏部件上实现调制光强度的这种方式，应用至所述光敏部件的所述有源表面。根据所述光强度并且根据所述背光条件，生成至少一个电气信号。评估该电气信号，以确定所述光斑在所述光敏部件的位置。因此，电气信号可利用高输入阻抗放大器放大，并随后从模拟转换成数字。

根据本发明，在评估所述信号之前，由背光产生的所述电气信号的低频部分通过具有针对低频（具体地，从零至主频率的两倍）的低阻抗的有源谐振器结构而主动排出，以避免所述光电部件的背光饱和。

另一方面，调制频率（或多个调制频率）下的高阻抗被用于保持所述电气信号的调制频率部分（即，所述电气信号处于该调制频率下的部分，或者在合适情况下，处于调制频率）的电平，以用于评估。

下面，本发明的各个方面针对利用PSD传感器的示例性激光接收器进行描述，不排除还可以根据本发明的教导克服的具有相似特性和/或相似缺点的另选传感器装置。

下面，参照附图中示意性地示出的工作示例，完全通过示例的方式，对根据本发明的方法和根据本发明的装置和系统进行更详细的描述或说明。具体地，

图1a示出了现有技术中已知的无源电路；

图1b示出了根据本发明的有源电路的第一示例性实施方式；

图2a示出了根据本发明的有源谐振器结构的第二示例性实施方式；

图2b示出了根据本发明的有源谐振器电路的第三示例性实施方式；

图3示出了与根据本发明的回转器和有源谐振器的实施方式的响应相比较的现有技术无源电感器的示例性频率响应的第一图；

图4示出了根据本发明的有源谐振器的实施方式的第二示例性频率响应；

图5例示了通过根据本发明的读出电路分接的PSD部件的一示例性实施方式；

图6例示了具有根据本发明的读出电路的具有可调节频率响应的BiCell的示例性实施方式；

图7示出了包括根据本发明连接的多个PSD并且被配置为用于近距离模式读出的光位置检测单元的示例性实施方式；

图8示出了包括根据本发明连接的多个PSD并且被配置为用于远距离模式读出的光位置检测单元的示例性实施方式；

图9示出了根据本发明的具有激光旋转器的激光测平应用以及具有包括电路的光束位置检测器的激光接收器的第一示例；

图10示出了根据本发明的具有激光接收器的户外激光测平应用的第二示例，该激光接收器具有包括用于避免日光饱和效应的电路的光束位置检测器；

图11a示出了导致图3中的频率响应11a的抑制电路的现有技术实施方式的模型；

图11b和图11c示出了根据本发明的与图3中的频率响应11b和11c相对应的有源谐振器电路的示例性实施方式；以及

图12a至图12c示出了根据本发明的与图4中的频率响应12a、12b以及12c相对应的有源谐振器电路的示例性实施方式。

附图中的图不应被视为按比例绘制。

在增大光接收器中的传感器尺寸的时候特别希望改进信噪比，具体地，用于其中例如距离和可覆盖高度有益的测平应用。在检测大的光敏部件中的光斑时，背光可能成为问题，因为它们在与要测量的光斑无关的光敏部件中感应出电子并由此可以被视为不希望的“噪声”。另一重要问题是，光敏部件遭受饱和。如果感应出的光电子未足够快地排出，则它们累积在光敏部件中，致使该部件饱和。

这可以通过遮蔽日光和其它干扰来克服，像旋转光和不希望的频闪光一样，由此，可以增加实际希望的信号的可检测性。这例如帮助克服长PSD的饱和效应。即使长PSD由多个更短的PSD的串联排布结构形成，也会在没有进一步预防措施的情况下，经受和一个长PSD相同的饱和效应。如下所述地去除或缩减饱和度可以克服或者至少减少这种效应，具体地，按串联排布结构允许串联连接的每一个分接头处的饱和排出，由此，与使用一个长传感器相比，可以实现进一步的改进。但是，不仅PSD，而且光电二极管（具体地，设置为用于位置检测的BiCell）也遭受饱和问题。

落在光敏部件上的强日光产生许多电子。如果这些电子未有效地排出，则它们使传感器饱和。因此，PSD制造商推荐，通过增加偏置电压并且通过缩减传感器的负载电阻，来以电子的方式影响该传感器能够处理的日光的量。而且，可以将窄光学滤波器（仅可以通过期望接收的波长）放置在该传感器的前面，以缩减另外促进饱和而非信号的不希望的波长的强度。具体地，由于许多背光源在光学上是宽带的（尤其是日光），并且还由于实际滤波器并不完美，因而，在传感器处仍存在背景光的剩余量。

因而，为排出由强日光产生的足够的电子，连接至传感器的高阻抗输出的低负载电阻器是有益的。然而，该负载电阻器还影响击中传感器的激光脉冲的信号幅度，并且还减小传感器的线性度，由此，这两个方面是矛盾的。

现有技术中的用于增加在评估的输出端口SIG处的信号强度并且用于抑制日光感应的饱和度的常见方法是，使用与传感器D4并联的电感器L7，如图1a中所示。例如，文献US7,012,237、US5,886,776以及US4,756,617提到了这种方法。BIAS端口还可以如本领域所已知的用于实现某种抑制。

其中，电感器L7的阻抗Z为

Z=jωL，

其中，ω：频率，L：电感。

该可实现阻抗被电感器L7的物理实现所限制，其受到该电感器的串联电阻并结合平行对齐的导线的电容的影响。

旋转激光测平应用中的激光脉冲Δt的示例性持续时间由下式给出

其中：D=激光旋转器与传感器之间的距离，

f=激光旋转器的旋转频率。

假定距离为100m，激光光斑尺寸为25mm，以及旋转频率为10Hz，该激光脉冲的持续时间为

$\mathrm{\Δt}=\frac{25}{2\mathrm{\π}\·100000\·10}=4\mathrm{\μs}$

与传感器的宽度、传感器的上升时间以及互阻抗放大器的带宽相结合地，在示波器上观察到的所得的总脉冲持续时间是大约25μs。这导致至少20kHz的频率响应。该频率响应下的理想的电感器（50mH）的阻抗为6千欧姆，其处于传感器的读出线性度和/或灵敏度已经明显受该阻抗影响的范围中。

根据本发明的用于抑制背光饱和的改进结构在图1b中示出并且在下面进行说明。

该结构表示有源谐振器或有源电抗，其谐振可以通过改变构成组件的阻抗来调节。例示为光电二极管的传感器D4（表示半导体结）在低频下由有源电路的低负载阻抗排出，而有源电路在所关注的信号频率下具有高阻抗，允许在SIG端子处读出传感器的高灵敏度和高线性度。

图1b示例性示出的电路包括电感器Z1和串联电阻器Z2（其还可以由电感器的固有串联电阻来具体实施）以及所示地连接至运算放大器U13的电容器Z3和电阻器Z4。其中，Z4可以被具体实施为例如处于大约100千欧至几兆欧的范围内的高阻抗电阻器。如在下面具体例示的，该电路具有阻抗跟随频率的频率响应特性，其在低频下具有低阻抗（例如，抑制或多或少的恒定日光或来自人工电源驱动的光的100/120Hz）、在接收到测平光的频率下具有非常高的阻抗（实际关注的信号，例如，20kHz），以及在多个频率之上具有下降的阻抗（例如，用于噪声抑制）。本申请中的最重要方面是，用于排出电子以避免因背景光而造成的饱和的低通特性。尽管如此，严格说来，该电路事实上因其低阻抗DC排出特性而导致一种（非对称）带通滤波，其直接施加在光接收部件的输出端处，具体地，在包括第一放大和/或信号滤波级的信号评估之前，并且具有高阻抗中心频率，优选地调谐至所接收的激光的幅度调制的频率（因强度调制或光束旋转）。如下所述，该电路还可通过可调节或可切换的电子组件来调谐，以修改在如下图中之一所例示的阻抗和/或中心频率下的频率响应。在运算放大器电路领域的技术人员意识到还存在其它可能的等效的组件排布结构的事实，从而导致相同或相似的负载特性和频率响应。而且，更高级或附加的HF抑制的实施方式在本领域是已知的。本实施方式例示了有源谐振器的基本原理，并且具体地考虑了所使用组件的优选的低材料成本的方面。

甚至可以在线调节有源谐振器的参数，例如通过电子电位器、晶体管、该电路中的可切换组件等。由此，可以实现电路的调谐以实现针对实际操作条件的最佳的感测特性。而且，可以通过相应地对电路进行调节来改进位置线性度，位置线性度在该电路中可能处于宽的值和参数范围内。

图1b所示的谐振器结构的阻抗由下式给出：

$Z_{\mathrm{in}}=\frac{(Z_3+Z_4)\·(Z_1+Z_2)}{Z_1+Z_2+Z_3}$

当使用下列分量时：

Z₁=jωL，

Z₂=R2，

Z₃=1/jωC，

Z₄=R4，

该谐振器的阻抗为：

$Z_{\mathrm{in}}=\frac{(1+\mathrm{j\ωCR}4)\·(R2+\mathrm{j\ωL})}{1-{\mathrm{\ω}}^2\mathrm{LC}+\mathrm{j\ωR}2C}$

对该公式的讨论揭示出如下：

在ω=0时：

Z_in=R₂。

为了良好的日光和DC抑制，R₂将被选择得低，例如，R₂=100欧姆。

其中，

并且通常来说，L=50mH，C=1nF

ω=140·10^3，

并且其中，频率f≈20kHz，R₄=1兆欧，该阻抗结果为：

$Z_{\mathrm{in}}=R_4+\frac{L}{R_{2}C}+j\sqrt{\frac{L}{C}}\frac{R_4}{R_2}$

|Z_in|=70·10^6Ohm

在ω=1/R₂C时，其中，R₄＞＞R₂和R₂ ²·C＜＜1：

Zin≈R₄=1·10^6Ohm

在ω=∞时，

Z_in≈R₄=1·10^6Ohm

与图1a所示的电路的阻抗相比，图1b所示的谐振器结构提供了几个优点：

a、在中频（该例示例中为20kHz）下显著更高的阻抗。例如，针对无源电感器大约5·10^3欧姆，相对地，针对谐振器结构大约70·10^6欧姆。这导致在远距离处的更强的电信号脉冲，由此，实现更好的可检测性。

b、在低频（<1kHz）下保持非常低的阻抗，因而，针对其它外部噪声源（像霓虹灯、旋转光以及频闪光）提供极好的抑制，获得了改进的鲁棒性。由此不需要附加频闪光抑制电路（如例如在US7,372,011中所描述的）。

c、通过改变电阻器和电容器而不需要巨大的努力来对响应曲线进行控制的能力。

d、使用具有高串联电阻的低质量电感器并由此可以将低成本部分用于实现谐振器的能力。

e、当串联地连接多个PSD传感器部件时，谐振器结构的高阻抗导致高度线性的检测器。对于评估负载和线性度的对称性来说，一个或更多个光敏部件的每一个信号端子可以配备有该谐振器结构。

图2a以更抽象的方式例示了该电路的功能原理的示意性草图，其例如可以在Tietze/Schenk的书籍“electronic circuits”中找到（其中被称为回转器电路（gyratorcircuit）），以无需物理电感性组件实现电感器。在要连接至光敏部件的输入部U1处，可以用L=R^2*C来描述该电路的电感特性，由于使用了有源部件，所以提供一虚拟的电感器，其电感可以被设计为宽范围，并且实现了超过可通过不连续的线圈型电感器（由于使用有源部件）实现的值，在这情况下，用T1、T2、T3来具体实施有源部件。

所示电路的已知的和所提到的实现是在希望避免电路板上的电感器的情况下，例如，因EMI效应的缘故（如无源电感器趋于既接收又发射电磁场）。而且，SMD封装中可用的宽范围值的电容器的装配线工序通常比必须对具有绕线、具有大铁心、需要专门焊接技术、更昂贵等的电感器进行处理更可取。

基于所谓的回转器电路的有源谐振器在某些频率范围内的行为几乎像“理想的电感器”。该电路可以获得通过无源电感器（或者如果可能的话，仅通过具有许多绕线的线圈、高度专用的铁心材料等，这使它们体积大且昂贵）无法实现的高电感性值。

技术人员意识到回转器的虚拟阻抗的缺点。一个主要的缺点是，示出了电感行为的有限的频率范围。而且，可实现的Q因子会无法满足特定的应用。如图1b或图2b中呈现的电路设计还导致总是在一侧上接地的电感（尽管存在避免该缺点的已知的更复杂电路设计）。

在对在天然或人造的背光条件下的光敏部件上的光束位置进行评估的特定应用中，具体地，对旋转（由此得到强度调制）激光束进行评估的特定应用中，可以按照使上述缺点可接受的方式来设计电路。甚至可以看出抑制调制频率上的高频光或噪声信号有利于总体信噪比，因为它还帮助抑制HF噪声。该阻抗的Q因子不是减小背光效应方面的主要问题，而且，将电子排出至地电位可以被视为适合的抑制技术。

避免电感器不是本抑制电路如在合成电抗器电路的经典应用中的主要目标。因此，根据本发明的电路还可以包括如例如在图2a中的无源电感器，具体地，用于进一步地增强抑制特性、提高电路稳定性等。尽管如此，在有源电感中使用的无源电感器不需要这种复杂的参数值来实现如它们在无源设计中的期望的抑制特性。这允许使用便宜的标准电子组件。而且，它们的频率特性可更多地对特别是不需要极大的努力的精确的应用需要进行定制。

由于像光电二极管或PSD的光检测器的高电源阻抗，所以信号评估可以优选地包括互阻抗放大器。还存在可专用于这些光敏部件的读出的可用的专用芯片。

与在互阻抗放大器之后进行的现有技术的低通滤波方法相比，目前的电路能够主动地排出由背光产生的生成光的电子，这将另外使半导体饱和，因而还妨碍对由要评估的调制的光所产生的电子的检测。

该电路的抑制比可以限定为调制频率下的阻抗除以DC电平下的阻抗。由于无源电感器需要大量的绕线来实现高阻抗（其导致高频下的高电抗，而且，电感器的DC电阻上升），而对于DC抑制来说，所需要的高阻抗较低。因此，无源电感器的设计总是在这两个值之间折衷。

可以在两个参数方面更加自由地设计根据本发明的合成的电抗器（具体地，电感器），其中，主要根据电路稳定性和所使用的组件的非理想行为来对限制进行标记。

该描述中提到的分量值不应被视为限制性的，而仅被视为示例性实施方式，给出该值范围的粗略的构思，以实现希望的电路行为。运算放大器电路设计领域的工程师还意识到当以硬件实际上实现该设计时，可以针对附图所示基本电路进行特定的修改和扩展。

本发明的另一方面是这样的事实，即，由于根据本发明的用于背光抑制的改进方法，因而，可以缩减光束发射器的功率需求，从而导致更低的功耗、提高的眼睛安全性等，而不存在准确性或功能性缺陷，特别是由于根据本发明可以实现提高的信噪比。

背光抑制方法的另一方面或用途是激光测平系统的增大的范围，其包括激光平面发射器和具有根据本发明的有源背光抑制电路的激光接收器。通过有源谐振器增大的背光和干扰抑制以及由此而提高的信噪比，与现有技术装置相比，该接收器可以在距同一发射器的增大的距离范围进行操作。具体地，在工地机械（例如，筑路或地形修整）的引导中，这可以带来优势，特别是由于这种工作优选地在明亮的日光条件下执行。如果在该接收器中使用根据本发明另一方面的采用Butt-Cell配置的多个光敏传感器部件排布结构，则范围增加可以更多地扩展。

而且，图2b示出了根据本发明的用于背光抑制的有源谐振器电路的实施方式的示例性变型例。其中，示出了附加的组件Z5和Z6，并且光敏部件用输入端口SRC来表示。而且，还示出了与光敏部件的输出端口并联连接的、与有源谐振器并联连接的用于信号评估的放大器TA1。该放大器特别地具有高输入阻抗，例如通常称为互阻抗放大器这样的放大器。

图3和图4示出了根据本发明的可以用于背光抑制的有源谐振器电路的阻抗的示例性频率响应11b、11c、12a、12b、12c。可以在图11和图12中以对应的编号找到该电路的导致这些响应的示例性实施方式。图3所示响应11b和11c与现有技术抑制电路响应11a进行比较。根据本发明的响应示出了具有处于大约20kHz处的中心频率的带通特性，其很好地适于针对以相同的频率接收的激光束的背光抑制。由此，通过该电路使低频背光和高频噪声被衰减。根据本发明，该抑制率明显地高于现有技术。如上所述，根据本发明的电路可以被设计成与所接收的信号的频率相匹配，或者甚至可以具有可调节频率响应。

在图4中，所示的特性实现更高的抑制率。响应12a和12b被整形成更接近低通特性，其具有更窄的稍微偏移的约8kHz中心频率、增加的低频衰减以及在更高频率范围下的更少的抑制。与如图3所示的现有技术无源抑制电路的大约60dB相比，响应12c提供所示的最少的排出（=最高的阻抗），在10kHz下具有140dB。与图3所示的无源电路的大于40dB相比，响应12b提供了100Hz或120Hz下30dB的DC至电源驱动人工例示的最佳排出。同时，与5kHz至100kHz的频率范围上的55dB至75dB（可以利用在图3中的响应11a中所示的无源电路来实现）相比，响应12b在同一频率范围上提供100dB的阻抗。

根据本发明，如果该电路包括可调节电子组件，则可以以十分简单的方式由同一电路实现多个频率响应。可以通过可变的或可切换的电阻器十分简单地实现该特性的调节。现有技术的电路板上的无源电感器的值的调节是更加复杂的。由此，接收器可以调节成不同的发送频率或者环境条件，例如，还调节为补偿该接收器和/或发射器的温度漂移等。所需的调节可以由评估微处理器自动地检测并执行，或者它们可以由操作者人工地选择。

图5例示了PSD上的根据本发明的抑制电路的实施方式的示例，其用于在存在背光干扰的情况下，检测PSD有源表面上的强度调制光束的中心位置。其中，有源谐振器电路并联连接至PSD读出连接SIG-L和SIG-R的每一个，其可以连接至跟随有模数转换器的（未示出）互阻抗放大器（未示出），以进一步对信号进行数字处理并评估光束位置。在DC（日光）或两倍的市电频率（人造光）以及高频（高频调制光、噪声等）下的低阻抗（其由谐振器提供给PSD或光电二极管输出端）将这些频率范围的电子排出至地。在光调制的频率下，抑制电路向该输出端提供更高的阻抗，为此，该信号的这部分未被有源谐振器排出，而是可以例如通过连接至SIG-L和/或SIG-R处的输出端的互阻抗放大器来进行评估。该有源谐振器可以按这样的方式来设计，即，提供更高的或处于互阻抗放大器的输入阻抗的范围内的阻抗，为此，可以将要评估的信号的损耗最小化。而且，由有源谐振器中的可调节组件来采用调制频率下的阻抗可以被用于适应由PSD接收的调制光的强度。例如，具体地，通过在线调节影响谐振器阻抗（独立于实际接收到的光的强度）的组件来保持信号幅度处于特定范围中，后面的评估电路的所需的动态范围可以被缩减，而不会造成严重的测量性能损失，而仍覆盖宽范围的接收到的光束强度。这例如还可以允许省略可调节BIAS，或者甚至可以是完全要提供给光敏部件的任何偏置。

图6例示了具有对齐的BiCell排布结构的两个光电二极管的检测器。这两个抑制电路示出了可调节组件可变电阻器P4、P2（例如，电位器、数字电位器、…）以及具有对应的开关（例如，晶体管、可切换电阻器网络等）的电阻器Z4a的两个示例性实施方式。这些示例允许改变电路的特性，具体地，通过以低频和/或调制频率进行频移或采用衰减。而且，尽管可调节电阻器比可调节电容器更常用，也可以使电容器组件可调节。

当将窄光束2施加至两个传感器1时，光束（例如，激光束）在该装置上具有尖锐的光斑特性。这是激光光斑在近距离下的测平应用中的典型的示例，其中，需要确定作为光斑的强度在传感器上的重心的激光的光轴的位置。在近距离处，通常，更小的激光束2落在更大的传感器上，并且传感器1可以非常好地辨别整个激光束的重心点。

传感器区域上的光强度分布通常不如远距离测平应用中那么窄，其中，激光束的发散性已经将激光束扩大至如光束2的强度分布图所示的强度分布。当在远距离时，激光束2甚至可以比传感器1更高，该激光束内的要针对光束位置测量来确定的强度分布更难以被检测。

对于激光束2大于传感器1的情况来说，该传感器需要确定重心点，而不需要查看整个光束。具体地，如果光束2具有平滑的强度分布，则无法确定具有某种精确度的光束2的中心。因此，还需要长的接收器窗来优选地覆盖整个光束。

可以在光束直径上以抛物线强度分布对激光束2在远距离下的强度分布来建模。在光束的边缘处，与光束的中心的强度相比，该强度被假定成下降了50%。

利用该模型，可能的传感器概念的中心性能可以根据下列公式来评估：

具有加权函数的单一PSD1导致根据下式的信号：

$S_r=\underset{0}{\overset{L}{\&Integral;}}(1-{\mathrm{ax}}^2)\&CenterDot;\left(\frac{x}{L}\right)\mathrm{dx}$

$S_l=\underset{0}{\overset{L}{\&Integral;}}(1-a{x}^2)\&CenterDot;\left(\frac{L-x}{L}\right)\mathrm{dx}$

其中

L=PSD的长度

C=PSD的中心的相对于光束的中心的位置，

描述激光束的强度分布图的因子。

p=激光束边缘处的功率下降

Φ=光束斑点直径

S_r=PSD/光电二极管的右手侧11处的信号

S_l=PSD/光电二极管的左手侧12处的信号

图8示出了在PSD1的串联排布结构之上的具有按相对方向的信号加权的采用Butt-Cell排布结构的四个PSD。

$S_r=\underset{C-\frac{L}{2}}{\overset{C+\frac{L}{2}}{\&Integral;}}(1-a{x}^2)\&CenterDot;(-\frac{x}{L}+\frac{C+\frac{L}{2}}{L})\mathrm{dx}$

$S_l=\underset{C-\frac{L}{2}}{\overset{C+\frac{L}{2}}{\&Integral;}}(1-a{x}^2)\&CenterDot;(\frac{x}{L}-\frac{C+\frac{L}{2}}{L})\mathrm{dx}$

利用该模型，两个PSD的Butt-Cell排布结构的居中灵敏度比利用光电二极管的相同排布结构高50%。

尽管如此，采用特定星座的Butt-Cell排布结构也存在缺点，其可以根据本发明的用于实现更宽的可应用性的附加方面来克服。

PSD的Bull Cell排布结构导致近距离下的斑点尺寸相关性。这可以根据本发明的附加方面来克服，通过将PSD传感器排布结构从如图8中所示的Bull-Cell切换至如图7所示的近距离下的级联的线性传感器排布结构（串联连接的传感器）。通过将两个PSD的互连切换成串联连接，如果不针对传感器之间的小的间隙，则形成理想的长的单一的PSD。PSD之间的更小的间隙导致该装置的线性度更好。

图7例示了根据本发明评估的光位置传感器的具有小的光斑直径和背光抑制的、针对近距离的读出配置的示例性实施方式。

激光束2冲击接收器的检测窗30的行中的最后的传感器部件1，在底部信号放大器15处的、与底部放大器阻抗并联的阻抗为阻抗25。图7和图8中的阻抗21、22、23、24、25、231、232中的至少一个由根据本发明的有源谐振器电路具体实现，在所有的阻抗中，优选地包括用于背光抑制和/或负载阻抗调节的有源谐振器。

针对在信号强度上没有消极的影响的阻抗25，该阻抗25必须被选择成大于底部信号放大器15的阻抗。对于对称性来说，阻抗21被选择成等于阻抗25。该阻抗（如从沿顶部放大器14方向的光束2的位置看出）是与阻抗23并联、与阻抗22并联的阻抗24，其与顶部放大器14阻抗并联。为避免所评估信号的线性失真，与阻抗23、22以及21并联的阻抗24必须类似于阻抗25（25≈24//23//22//21）。因此，阻抗24、23以及22优选地大于阻抗21（和25）。所提到的放大器优选为高输入阻抗，具体地具体实施为互阻抗放大器或专用于光部件连接的集成电路。该放大器输出可以馈送至模数转换部，以进行进一步的数字处理。由于高频信号分量的有源谐振器衰减，所以针对模数转换之前的抗混叠滤波器的需求可以减小或者该抗混叠滤波器可以是低阶的甚或被完全省略。

可以通过选择根据本发明的有源谐振器结构中的恰当的组件来满足在级联多个传感器时的进一步的上述线性化需求。通过利用PSD部件的串联排布结构，通过使用一个延长部件可以改进背光饱和的排出，如在多个光敏部件的互连处对抑制电路的附加分接导致比仅在一个长部件的端部处的分接更好的抑制效果。

对于切换至图8的实施方式（示出了和图7中相同的传感器排布结构的远距离配置），先前呈现的阻抗23必须拆分成具有阻抗231和232的两个结构，其并联形成阻抗23。另外，呈现了中间连接器处的与阻抗231和232分别并联的两个放大器11和12。

针对近距离和远距离的实际电路可以按可切换的方式包括图7和图8两种配置。判断存在近光束还是远光束可以人工地进行或者取决于传感器所检测的强度分布。Butt-Cell排布结构的分接和拆分不必一定在串联排布结构的中间进行，而是可以在任何一个、某些或所有的传感器互连处进行，具体地，在上述阻抗考虑相应地被应用以保持线性度的情况下。阻抗的可调节特性（具体实施为根据本发明的有源谐振器）允许在两种模式之间容易地切换以及在两种模式下的合适的阻抗，而不需要极大的电路努力。

读出电路的重构改变了线性传感器排布结构的加权方法，以实现近距离下具有小的窄光束的线性传感器并且在远距离下具有宽的激光束的和极好的中心灵敏度的传感器。通过调节至有源谐振器结构，加权方法可以调节成任意的多项式。

对于用于将激光接收器的中心对准至所接收的激光束的光轴的测平接收器来说，在偶数数量的PSD传感器的情况下，拆分Butt-Cell读出配置的优选的实施方式是在行中间的拆分点。对于奇数数量的传感器来说，读出电路例如可以通过评估Butt-Cell配置中的上接收器和下接收器而具体实施为两个拆分点，并且将中心PSD用作个体的单一PSD或者甚至另选地跳过中心PSD，导致在中部具有间隙的Butt-Cell配置（具体地，如在该读出配置中），所接收的光束的直径将大于单一PSD的长度。

图9示出了利用根据本发明的激光接收器31的第一示例性测平应用，其接收来自旋转激光器32的激光束2。另选的是，强度调制的激光平面还可以通过光束整形光学装置来发射，而不需要旋转光束。所投射的光平面不必一定是平坦的，而且也可以弯曲或者包括边缘。接收器的检测窗30包括至少一个光敏部件1，其如上所述地根据本发明进行连接。用代表人造光的电灯泡来表示背光3。针对所例示的应用的典型的示例是混凝土施工，其中，必须构建平坦的混凝土表面，例如建筑物的天花板或楼板。在这个示例中，激光发射器32和激光接收器31通常没有离得很远而使激光的发散性扩大了接收器窗30处的投射的激光光斑。由于较小的光斑尺寸（根据本发明的其它方面之一），所以，选择PSD的电气串联连接。

由于根据本发明的高背光抑制和位置确定的线性度，所以，可以实现精确的测平，并且还可以在长检测窗范围内进行相对于希望的水平的偏差测量（根据本发明），例如，针对建筑物的倾斜部分、台阶等，就是说，例如在+/-10cm或甚至更大的非水平范围内。由于所述混凝土测平是在明亮日光条件下（或者聚光灯下的夜间）的户外进行，所以，抑制因这些恒定或低频光源而造成PSD的饱和是以下中的一个方面：根据本发明，通过用于抑制的有源谐振器电路，该电路可以被用于某些或全部的PSD的电气输出端处而且更加改进；根据本发明的其它方面之一，通过将检测窗拆分成具有更高的饱和阈值的多个PSD。明显地，除了平面测平以外，针对像用于装配螺栓以接合管道或安装钢结构的沿垂直线的钻孔的应用，来自发射器32的激光平面还可以跨越倾斜的或直立的位置。

图10示出了第二示例性测平应用，其中，激光旋转器32发射跨越针对推土机33的水平面的激光束2，该推土机配备有具有根据本发明的检测器的激光接收器31。用代表几乎恒定的自然光的太阳符号来例示背光3。由于发射器32与接收器31之间的长的距离，所以光束2例如已经扩大至5cm或7cm的宽度。为了覆盖该光束的整个宽度以准确地测平，检测窗必须具有至少该长度，以覆盖整个光束。由于所产生的检测器的位置加权，因而可以使用传感器的电气Butt-Cell排布结构来实现高的中心灵敏度，以按远距离精确地测平。而且，根据本发明的上述饱和抑制被应用在该应用中，其帮助克服扩大的光束相对于背光强度的信号损耗。

在本文引用的设备的用途方面的技术人员将意识到许多其它应用场景。

图11a所示的电路例示了一种现有技术设计，其中，L1是无源抑制电路，而用交流电源I1和串联电阻器R3对接收部件建模。在用于图3的图的示例中，L1具有47mH的电感和130欧姆的串联电阻，它们是合理的真实值。

图11b和图11c的电路示出了根据本发明的有源谐振器结构的实施方式。由于该电路包括放大器U1（具体地，运算放大器或等效晶体管电路），所以，该电路被称作有源结构。图11b示出了根据本发明的基本设计，还被称为回转器电路，其适合于本申请的按照要接收的光的调制频率或者在要接收的光的调制频率范围中进行谐振的需要。

图11c示出了根据本发明的有源谐振器电路，该电路包括与电阻器R2串联的电感组件L2。本应用不具有省略如回转器通常具有的电感组件的设计目标。L2的电感值可以被设计成低于图11a中的L1的电感值，在该实施方式中仅为8mH，这允许缩减的组件尺寸和价格。尽管如此，仍可实现比现有技术中的抑制率高出很多的抑制率。

图12a示出了根据本发明的具有更复杂的有源谐振器的反馈电路的一种实施方式。这时，与图4中的图12a所示的希望的信号频率相比，频率响应可以更多地调谐至希望的低频下的高抑制率。

图12b的实施方式示出了根据本发明的另一种设计，其提供高达大约100Hz的高的频率抑制，但具有忍受希望的信号频率的稍微下降的频率抑制。

在图12c的实施方式中，运算放大器U1已经被具有不同的特征值的另一放大器类型所代替。由于运算放大器吸收大部分背光的信号能量，因而在选择运算放大器时，必须考虑输出的低dc阻抗和足够的排出功率。

本领域技术人员知道针对根据本发明的有源抑制电路的构思的更多修改例。具体地，电子工程技术人员知道针对有源谐振器的其它电路修改例和增强例，以进一步针对产品需求对频率响应进行整形，并且增加像用于避免振荡、寄生谐振等的附加组件的必要性。

在另一实施方式中（其还可以被视为单独的发明），由背光提供的信号能量不仅可以被吸收，而且可以用于（至少部分地）向接收器电路提供功率。其中，根据本发明的有源谐振器的有源组件被功率变换器替换，优选地在DC下具有低输入电阻，以充分地进行低频背光排出。对于切换模式功率转换器的情况来说，还必须按不干扰希望的测量信号的方式来选择切换频率。接收部件例如可以被具体实施为由大面积光电二极管制成的Bi-Cell，这已知为太阳能电池。由此，日光饱和的现有技术问题可以转变为优点，具体地，具有增大的传感器长度的优点。如果所接收的背光功率不足以供应整个电路，则至少可以增加电池寿命，或者该电路可以在接收器未使用时用于进行太阳能充电。

根据该方面，用于激光测平接收器的电子光检测电路（其包括光敏部件，具体地，具体实施为太阳能电池的一个或更多个光电二极管）和功率转换电路（其抑制并转换由光敏部件收集的背光能量，并且至少部分地向激光测平接收器供应包括在背光中的功率）还可以要求独立于本发明的其它方面来进行保护。

Claims (15)

1.一种电子光检测电路，所述电子光检测电路用于在背光（3）条件下检测光敏部件上的强度调制的光信号（2），所述电子光检测电路包括：

■所述光敏部件（1、D4、BiCell、PSD），具体地，作为光位置检测器，用于检测光信号光斑在检测窗内的击中位置，

■放大器（TA1、11、12、13、14），所述放大器具有连接至所述光敏部件的输出端的高输入电阻，具体地，所述放大器为具体地具有随后的模数转换器的互阻抗放大器，以及

■背光抑制电路，

其特征在于，

所述背光抑制电路与所述放大器并联地连接至所述光敏部件的输出端，并且

所述背光抑制电路包括电子有源谐振器结构，具体地，所述电子有源谐振器结构具有至少一个运算放大器（U13、U1），

以向所述光敏部件的输出端提供负载阻抗的以下方式来设计所述电子有源谐振器结构：

■针对低频，具体地，针对主频率的零至两倍的频率范围提供低负载阻抗，以抑制所述光敏部件的自然背光饱和与人工背光饱和，

■在强度调制的频率下提供高负载阻抗，具体地，所述负载阻抗被匹配至所述光敏部件的阻抗，以向所述放大器发送经调制的信号，

其中，所述低负载阻抗低于所述高负载阻抗，

具体地，通过排出来自所述光敏部件（1、D4、BiCell、PSD）的输出端的低频光感应电流来进行背光抑制，

具体地，其中，所述高负载阻抗处于并联连接的所述放大器的输入阻抗的范围内或者高于并联连接的所述放大器的输入阻抗。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述有源谐振器结构

针对超过调制频率的高频范围向所述光敏部件的输出端提供比在调制频率下的所述高负载阻抗更低的负载阻抗。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于，

所述有源谐振器结构是回转器结构，所述回转器结构仅包括无电感的电子组件并且具有电感频率特性，具体地，其中，在零频率与调制频率之间的所述低负载阻抗和所述高负载阻抗相差至少20dB，优选的是，低阻抗在低于1kHz的频率下低于1千欧，而高阻抗在特别是在10kHz至100kHz的范围内的所述调制频率下高于10千欧。

4.根据权利要求1至2中的任一项所述的电路，其特征在于，

所述有源谐振器结构包括运算放大器（U13），具体地，所述运算放大器被配置为单位增益缓冲器，

■其中，将非反相输入端通过电容性组件（Z3）耦接至信号，并且通过具体地具有至少100千欧的电阻的高阻抗电阻器组件（Z4）接地，并且

■其中，将反相输入端通过具体地具有低于10千欧的电阻的低阻抗电阻器组件（Z2）耦接至所述信号，并且还耦接至所述运算放大器（U13）的输出端，

■优选的是，其中，将电感性组件（Z1）串联地连接至所述低阻抗电阻器组件（Z2）。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电路，其特征在于，

所述有源谐振器结构通过调节或切换包括在所述有源谐振器结构中的至少一个电子组件（P2、P2、Z4a）而具有随频率可调节的阻抗特性，具体地，其中，所述有源谐振器结构的输入阻抗在低频、调制频率和/或高频下是可调节的，并且/或者所述调制频率是可移动的，优选的是，其中，所述频率特性在操作期间能够在线调节。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电路，其特征在于，

按这样的方式来设计所述有源谐振器的跟随频率的阻抗特性，即，根据调制频率下的所述高负载阻抗将调制频率下的检测电路读出特性线性化，具体地，针对在调制频率下所述光敏部件处的所述光信号光斑的所述击中位置的线性位置读出。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电路，其特征在于，

所述有源谐振器具有低通频率特性，其中，所述有源谐振器在零频率下的低负载阻抗低于所述有源谐振器在调制频率下的高负载阻抗，由此，主动地排出来自所述光敏部件（1、D4、BiCell、PSD）的输出端的由背景光所感应的电流，具体地，其中，负载阻抗在零频率与调制频率下相差至少因子100，优选的是，在低于1kHz的低频下具有低于1千欧的低阻抗，而在经调制的光信号（2）的频率下具有超过10千欧的高阻抗。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电路，其特征在于，

所述光敏部件包括基于横向的光电效应的一个或更多个PSD基板。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的电路，其特征在于，

所述光敏部件包括一个或更多个光电二极管，具体地，采用BiCell排布结构。

10.一种激光对准系统，具体地，一种激光测平系统，所述系统具有

■激光投射装置，所述激光投射装置用于发射激光平面，优选地，通过旋转激光束或者发射脉冲激光线来发射激光平面，以及

■光束位置检测器，所述光束位置检测器用于确定所述激光平面在包括根据权利要求1至9中的任一项所述的电路的检测窗内的击中位置。

11.一种用于通过光敏部件来评估背光条件下的光斑的方法，

具体地，用于评估所述光斑在包括所述光敏部件的检测窗内的位置，优选地，评估所述光斑在测平激光接收器中的位置，该方法包括以下步骤：

■以在所述光敏部件上实现调制的光强度的方式，向所述光敏部件的有源表面施加所述光斑，

■根据所述光斑强度和所述背光条件，生成至少一个电信号，

■评估所述电信号，具体地，包括利用高输入阻抗放大器放大所述电信号，并且随后从模拟转换成数字，

其特征在于：

由所述光敏部件的输出端处的有源谐振器结构主动地排出由背光产生的电信号的低频部分，所述有源谐振器结构针对具体地是主频率的零至两倍的低频具有低阻抗，以通过排出所述电信号的低频部分来避免光电部件的背光饱和，

而在调制频率下具有高阻抗，以保持要评估的所述电信号的调制频率部分的高电平，其中，所述低阻抗低于所述高阻抗，具体地，至少低十倍，优选地低100倍以上，

具体地，导致针对所述调制频率部分的排出与针对所述低频部分相比减少。

12.根据权利要求11所述的方法，

其特征在于：

通过调节所述有源谐振器的电组件，切换或重构所述有源谐振器的跟随频率的阻抗特性，来调节所述有源谐振器结构，

具体地，通过按低频、调制频率和/或高于调制频率调节所述有源谐振器结构的阻抗并且/或者移动所述有源谐振器结构的临界频率。

13.根据权利要求11或12中的任一项所述的方法，其特征在于，

所述排出与所述评估在电气上并行地进行，并且所述有源谐振器结构提供比无源电感性组件的电感与串联电阻比更高的电感与串联电阻比。

14.一种通过激光对准系统延伸距离的方法，所述激光对准系统具体地为激光测平系统，所述激光对准系统包括激光发射器和激光接收器，所述激光对准系统能够通过在所述激光接收器中执行根据权利要求11至13中的任一项所述的方法来进行操作，以改进信号与背景和噪声比。

15.一种方法，所述方法在包括激光发射器和激光接收器的激光对准系统中，通过在所述激光接收器中执行根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，来缩减在背光条件下所述激光测平发射器所必需的发射能量。

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