DE102010048924A1

DE102010048924A1 - Mehrfachwellenlängenfähiger Laserempfänger

Info

Publication number: DE102010048924A1
Application number: DE102010048924A
Authority: DE
Inventors: Chris W. Union City Snyder
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Spectra Precision USA LLC
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2011-04-21
Also published as: US20110090481A1; CN102042827A; CN102042827B; US20130038858A1; US8482721B2; US8319950B2

Abstract

Die Verwendung eines Laserlichtempfängers an einer Baustelle zur Erkennung von gepulster Laserstrahlung, das von einer rotierenden Laserlichtquelle stammt, wird offenbart. Auf diese Art fungiert der Laserlichtempfänger als ein Elevationsdetektor und meldet einem Maschinenbetreiber oder einem Bauschaffenden den aktuellen Elevationsstatus hinsichtlich einer Laserlichtebene. Der Laserlichtempfänger stellt ein einheitliches Gerät dar, das mehrfache Lichtfrequenzen/Wellenlängen, einschließlich Laserstrahlen, die sich im grünen, roten oder infraroten Spektrum befinden, erkennt. Der Laserlichtempfänger kann auch zwischen diesen Laserstrahlen und anderen Störlichtquellen, insbesondere Neonlichtquellen, einen Unterschied machen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die hier offenbarte Technologie bezieht sich im Allgemeinen auf Lichtsensoranlagen und zielt insbesondere auf das Erkennen von gepulstern Laserlicht von der Art, die auf Baustellen zur Entdeckung der Elevation einer Anlage in Hinblick auf die Ebene eines Laserlichts, was von einer rotierenden Laserlichtquelle stammt, verwendet wird. Ausführungsformen werden spezifisch offenbart als ein Elevationsdetektor, der einen mobilen Anwender oder einen Betreiber einer Maschine den aktuellen Elevationsstatus anzeigt, wie zum Beispiel „zu hoch”, „bodengleich” oder „zu niedrig” in Hinblick auf die Ebene des Laserlichts. Der Elevationsdetektor stellt einen Laserlichtempfänger dar, der als einheitliches Gerät verschiedene Lichtfrequenzen/Wellenlängen einschließlich Laserstrahlen, die sich im grünen, roten oder infraroten Spektrum befinden, erkennen kann. Der Laserlichtempfänger kann auch zwischen diesen Laserstrahlen und anderen Störlichtquellen, insbesondere Neonlichtquellen einen Unterschied machen.
ANGABE ÜBER DIE BUNDESSTAATLICH GESPONSERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
keine
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Laserlichtempfänger (nachfolgend auch „Laserempfänger”, „Laserlichtdetektoren” oder „Lichtstrahlempfänger”) waren in der Vergangenheit zur Verwendung bei der genauen Bestimmung der richtigen Elevation bei Baustellen verfügbar. Das standardmäßige Verfahren für die Verwendung dieser Detektoren beinhaltet das Anbringen einer rotierenden Laserlichtquelle an einer bestimmten Elevation an einer Baustelle, dann wird der Laserlichtdetektor an einem Teil einer Maschine (wie etwa an die Schaufel einer Planierraupe) befestigt, damit der Betreiber der Maschine genau die Elevation der Maschine während des Betriebs erkennt. Beispielsweise könnte der Laserlichtdetektor an einen Pfahl befestigt werden, der sich auf der Schaufel einer Planierraupe befindet, damit der Betreiber der Raupe die Schaufel in der richtigen Position hält, während er den Boden in der genau gewünschten Elevation planiert.
Zur Erzielung der besten Wirkung würde der Laserlichtdetektor ein einfach zu sehendes Display aufweisen, die eine Elevation einer Person anzeigt, die einige Meter vom Detektor entfernt ist. Des Weiteren würde ein bei einer Maschine verwendeter Laserlichtdetektor normalerweise eine Art von Fotosensor (wie eine Fotodiode oder eine andere Art von fotosensitiven Bauteilen) an allen vier Ecken der Abdeckung oder des Gehäuses des Detektors aufweisen, damit dieser Laserlicht, was auf allen Richtungen kommt, entdecken kann. Typische Laserlichtdetektoren müssen innerhalb einer Zykluszeit von einhundert Millisekunden operieren, da die meisten rotierenden Laserlichtquellen mit einer Drehzahl von 600 rpm (U/min) rotieren.
Viele Laserquellen, die als rotierende Laserlichtquellen fungieren, arbeiten entweder im infraroten Frequenzspektrum oder im Rotlichtfrequenzspektrum. Beispielsweise werden allgemein infrarote Laserdioden verwendet, die mit einer Wellenlänge von 780 nm arbeiten oder auch Helium-Neon-Laser (Rotlicht), die mit einer Wellenlänge von 633 nm arbeiten. Des Weiteren sind die Rotlicht-Laserdioden in vielen Variationen populär, die mit verschiedenen Wellenlängen, die von 635 nm bis 670 nm rangieren, arbeiten. Außerdem sind jetzt manche rotierenden Laserlichtquellen verfügbar, die im grünen Lichtfrequenzspektrum arbeiten, wie zum Beispiel mit einer Wellenlänge von 532 nm. Das Laserlicht ist normalerweise kollimiert. Verschiedene rotierende Laserlichtquellen sind verfügbar mit Strahlergrößen, die von so klein wie einem Viertel Zoll im Durchmesser bis so groß wie drei Viertel Zoll im Durchmesser rangieren.
Laserlichtdetektoren sind normalerweise in zwei Modellarten erhältlich: als „Maschinensteuerungsempfänger” und als ein „handgehaltener Empfänger”. Der Maschinensteuerungsempfänger ist normalerweise an einem Teil von einer Maschine, wie einer Planierraupe montiert und wird in der oben besprochenen Weise verwendet. Der handgehaltene Empfänger ist normalerweise ein kleineres Gerät, welches von einem Bauschaffenden getragen werden kann, um damit die Elevation an Einsatzorten kurzfristig zu bestimmen. Hier darf angemerkt werden, dass der Maschinensteuerungsempfänger auch dafür verwendet werden kann, um direkt bestimmte Bewegungen der Maschine zu steuern und er kann deshalb kein Display aufweisen.
Derzeit sind Laserlichtempfänger auf dem Markt verfügbar, die nur Licht im roten und infraroten Spektrum (IR) erkennen können, während andere verfügbare Laserlichtempfänger nur Licht im grünen Spektrum erkennen können. Jedenfalls gibt es keine Laserlichtempfänger, die in der Lage sind, alle drei dieser Bereiche von Laserlicht zu erkennen. Das ist hauptsächlich deshalb der Fall, weil diese Empfänger im Allgemeinen einen optischen Filter vor dem Lichtsensor aufweisen, der nur den engsten Bereich von Wellenlängen überträgt, der notwendig ist, damit die gewünschte Wellenlänge durchdringen kann, während er so viel als möglich des verbleibenden Lichtspektrums blockiert. Dies geschieht, damit die Anfälligkeit des Geräts für nicht gewünschtes „Streulicht”, wie etwa Licht von Neonröhren oder zu einem geringeren Maße Tageslicht, reduziert wird. Bei dem nicht erwünschten Licht, was von „Störquellen” erzeugt wird, kann es manchmal für den Empfänger schwierig sein, zwischen diesem und dem gewünschten Laserlicht zu unterscheiden, wodurch unkontrollierte und/oder fehlgeleitete Information erzeugt wird, die vom Empfänger an den Anwender übermittelt wird. Derartiges nicht erwünschtes Licht wird hierin auch als nicht gewünschtes Störlichtsignal bezeichnet oder Licht, das von Störungslichtquellen, wie etwa Neonlicht und Stroboskoplicht, verursacht wird.
Typische Laserempfänger, die auf Baustellen verwendet werden und die nur für das rote und Infrarot-Spektrum empfindlich sind, haben kaum ein Problem, viele Neonlichtquellen abzuweisen, da das meiste Neonlichtoutput Wellenlängen aufweist, die nicht dem roten und IR-Spektrum entsprechen. Daher können die bei diesen Rotlicht/IR-Laserempfängern verwendeten optischen Filter alleine den Hauptteil der Neonlichtenergie abweisen, bevor diese die Fotosensoren erreichen, die auf den Laserempfängern montiert sind. Es musst jedoch erkannt werden, dass starkes Neonlicht und auch Stroboskoplichter immer noch Probleme erzeugen können und das sogar bei Laserempfängern, die nur für Rotlicht und Infrarot-Licht empfindlich sind.
Jedenfalls müssen Laserempfänger, die für grünes Laserlicht empfindlich sind, naturgemäß für Wellenlängen empfindlich sein, die wahrscheinlich auch einige der Lichtenergie enthalten, die von Neonlichtquellen produziert werden. Derartige Laserempfänger müssen entweder auf Dauer weniger empfindlich für das störende „Neonstreulicht” gemacht werden oder müssen eine Empfindlichkeitsschaltung aufweisen, die derart eingestellt wird, damit der Empfänger weniger empfindlich für das störende „Neonstreulicht” gemacht wird. Andererseits kann der Laserempfänger konstant falsche Anzeigenwerte jedes Mal dann ausgeben, wenn er in einer Umwelt (Innenraum) verwendet wird, in der Neonlichtquellen vorkommen. Da viele Laserempfänger ein hörbares „Zirpen” produzieren, wenn sie bei ihren Fotosensoren elektromagnetische Energie (Licht) erkennen, da sie eine Art von vor Ort montierten, piezoelektrischen „Lautsprecher” aufweisen, wird diese Art von Laserempfängern, konstant oder periodisch, ein markantes „Zirpen” ausstoßen, wenn sie den störenden Neonlichtquellen ausgesetzt sind. Wenn dies geschieht, erkennt normalerweise der Anwender schnell, dass den Anzeigen des Laserempfängers nicht immer getraut werden kann, weil die Anzeigenwerte bodengleich, oberhalb und unterhalb wahrscheinlich unter diesen Betriebsbedingungen nicht genau sind.
Ein weiteres Verfahren, was manchmal angewendet wird, damit ein Empfänger einfacher zwischen dem Laserlicht und von anderen Lichtquellen unterscheiden kann, ist das übertragene Laserlicht für eine spezifische Frequenz zu modulieren und den Empfänger so zu entwickeln, dass er nur nach Licht sucht, was bei dieser spezifischen Modulationsfrequenz moduliert wurde. Der Nachteil bei diesem Verfahren besteht darin, dass der Empfänger wegen der komplexen Beschaffenheit der Elektronik, die notwendig ist, damit der Empfänger diese diskrete Frequenz erkennen kann, teurer in der Herstellung wird. Des Weiteren wird der Lasertransmitter ebenfall ein bisschen teurer, wenn er den modulierten Strahl produzieren soll. Außerdem müsste jeder modulierte Lichtempfänger mit einem bestimmten Modell von Lasertransmitter „gepaart” werden und ein derartiger Empfänger würde ganz und gar nicht universell ausfallen.
Es gibt keine bekannten Laserempfängermodelle, die grünes Laserlicht, rotes Laserlicht und infrarotes Laserlicht erkennen können und alles in einem einheitlichen Paket anbieten. Dies ist hauptsächlich deshalb der Fall, weil die Entwicklungsgesichtspunkte für grüne Laserlichtempfänger sehr unterschiedlich zu den Entwicklungsgesichtspunkten für rote oder infrarote Laserlichtempfänger ausfallen. Daher haben die zwei sichtbaren Lichtwellenlängen, die bei bestehenden Transmittern verwendet werden (d. h. grünes Licht und rotes Licht) eine Kluft geschaffen, die bei den bekannten Laserempfängern nicht überbrückt wurde.
Wie oben angedeutet wurde, gibt es heutzutage Laserempfänger auf dem Markt, die Licht im rotem und IR-Spektrum erkennen können und andere Laserempfänger, die nur Licht im grünen Spektrum erkennen können, aber nicht einen einzigen Empfänger, der für alle diese drei Bereiche von Laserlicht funktioniert. Ein einziger Laserempfänger wäre wünschenswert, der wirksam Laserlicht in allen dreien dieser Wellenlängenbereiche erkennen könnte, da Verbraucher bereits eine Vielzahl von Laserempfängern verfügbar haben (oder in der Zukunft benötigen), die bei mehr als einer oder bei allen diesen Wellenlängen funktioniert. Damit würde dem Verbraucher nicht nur mehr Flexibilität gewährt, sondern auch das Inventar der Hersteller und Händler reduziert, die andernfalls verschiedene Empfänger herstellen und lagern müssten, die bei unterschiedlichen Wellenlängen von Laserlicht funktionieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Dementsprechend ergibt sich ein Vorteil dadurch, dass ein Laserempfänger verfügbar gemacht wird, der in der Lage ist, multiple Wellenlängenspektren von Lasertransmitterlicht, einschließlich des grünen Lichtspektrums und des roten Lichtspektrums, zu erkennen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Laserempfänger in einem einheitlichen Paket verfügbar gemacht wird, der in der Lage ist, die Spektren von grünem Laserlicht, rotem Laserlicht und infrarotem Laserlicht zu erkennen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Laserempfänger verfügbar gemacht wird, der in der Lage ist, Laserlicht sowohl in den grünen als auch in den roten Spektrum zu erkennen und auch die Funktion aufweist, Neonlicht zurückzuweisen und zwar in dem Ausmaß, das notwendig ist, um einen angemessen langen Betriebsbereich zwischen dem Empfänger und der Lasertransmitterquelle zu ermöglichen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Laserempfänger in einem einheitlichen Paket verfügbar gemacht wird, der in der Lage ist, grünes Laserlicht, rotes Laserlicht und infrarotes Laserlicht zu erkennen und gleichzeitig eine automatische Verstärkungssteuerschaltung aufweist, so dass der Empfänger automatisch seinen Betriebsempfindlichkeitsbereich gemäß dem Niveau der vom Laserempfänger empfangenen Energie einstellt, wobei er noch gute Lichtabweisungsfunktionen aufweisen kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein universeller Laserempfänger verfügbar gemacht wird, der in der Lage ist, grünes Laserlicht, rotes Laserlicht und infrarotes Laserlicht zu erkennen und gleichzeitig vom Anwender wählbare Empfindlichkeitsstufen aufweist, womit der Anwender in der Lage ist, manuell eine Empfindlichkeitsstufe auszuwählen, um einen relativ langen Betriebsbereich von einer Lasertransmitterquelle zu ermöglichen und der Anwender auch die Empfindlichkeitsstufe soweit reduzieren kann, wie es für eine erweiterte Fähigkeit zur Ablehnung von Neonlichtquellen notwendig ist.
Weitere Vorteile und andere neue Funktionen werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und auch teilweise der Fachwelt bei Untersuchung der nachfolgenden Beschreibung oder bei der Anwendung der hier offenbarten Technologie in der Praxis offensichtlich.
Zum Erhalt des Obengenannten und der anderen Vorteile und gemäß einem Aspekt wird ein Laserlichtempfänger bereitgestellt, der Folgendes umfasst: eine Verarbeitungsschaltung, mindestens einen Fotosensor, eine variable Empfindlichkeitsschaltung, eine Ausgangsschaltung und mindestens einen optischer Filter, wobei: (a) der mindestens eine optische Filter eine optische Eigenschaft aufweist, bei der nur Wellenlängen von elektromagnetischer Energie zu vorbestimmten Transmissionseigenschaften durch diesen durchdringen können, um auf den mindestens einen Fotosensor aufzutreffen, so dass die vorbestimmten Transmissionseigenschaften genügend Wellenlängen sowohl im grünen als auch im roten sichtbaren Lichtbereich durchlassen; (b) der mindestens eine Fotosensor eine vorbestimmte Eigenschaft der Frequenzempfindlichkeit aufweist, so dass er genügend empfindlich auf elektromagnetische Energie sowohl im grünen als auch im roten sichtbaren Lichtbereich ist; und der mindestens eine Fotosensor, nach Empfangen einer genügenden Menge von elektromagnetischer Energie, die auf ihn auftrifft, mindestens ein erstes Signal an die variable Empfindlichkeitsschaltung abgibt, welche dieses mindestens eine erste Signal gemäß eines Verstärkungszustands der variablen Empfindlichkeitsschaltung modifiziert, um mindestens ein zweites Signal zu produzieren und dieses mindestens eine zweite Signal zur Verarbeitungsschaltung abgibt und (c) der Laserlichtempfänger derart konfiguriert ist: (i) um das mindestens eine zweite Signal auszuwerten und basierend auf dem Wert des mindestens einen zweiten Signals, eine relative Elevation des mindestens einen Fotosensors in Hinblick auf die empfangene elektromagnetische Energie, die darauf auftrifft, zu bestimmten und bei Verwenden der Ausgangsschaltung ein drittes Signal abzugeben, um damit eine Meldung der erkannten relativen Elevation zu geben und (ii) um wirksam ein nicht erwünschtes Störungslichtsignal, das in dem mindestens einen zweiten Signal enthalten sein kann, durch Sperren des Outputs des dritten Signals durch die Ausgangsschaltung und damit Verhindern einer Anzeige der bestimmten relativen Elevation aufgrund des nicht erwünschten Störungslichtsignals, zurückzuweisen.
Gemäß eines weiteren Aspektes wird ein Laserlichtempfänger bereitgestellt, der Folgendes umfasst: eine Verarbeitungsschaltung, mindestens einen Fotosensor, eine variable Empfindlichkeitsschaltung, eine Ausgangsschaltung und mindestens einen optischer Filter: (a) der mindestens eine optische Filter eine optische Hochpasstransmissionseigenschaft aufweist, damit wirksam ein Wellenlängenbereich von elektromagnetischer Energie durch ein infrarotes Lichtspektrum durchgelassen werden kann, der über dem grünen sichtbaren Lichtspektrum liegt oder diesen mit einschließt, so dass die durchgedrungene elektromagnetische Energie auf den mindestens einen Fotosensor auftreffen wird; (b) der mindestens eine optische Filter eine vorbestimmte Frequenzempfindlichkeitseigenschaft aufweist, so dass dieser genügend empfindlich für elektromagnetischer Energie in einem Lichtbereich, der über dem grünen sichtbaren Lichtspektrum liegt oder diesen mit einschließt, durch ein infrarotes Spektrum ist und der mindestens eine Fotosensor, nach Empfangen einer genügenden Menge von elektromagnetischer Energie, die auf ihn auftrifft, mindestens ein erstes Signal an die variable Empfindlichkeitsschaltung abgibt, welche dieses mindestens eine erste Signal gemäß eines Verstärkungszustands der variable Empfindlichkeitsschaltung modifiziert, um mindestens ein zweites Signal zu produzieren und dieses mindestens eine zweite Signal zu der Verarbeitungsschaltung abgibt; (c) der Laserlichtdetektor wird innerhalb eines Raums positioniert, so dass er Laserlichtpulse abfängt, welche eine gewünschte Quelle von der elektromagnetischen Energie darstellen, der auf den mindestens einen Fotosensor auftrifft und (d) der Laserlichtempfänger ist derart konfiguriert, um das mindestens eine zweite Signal auszuwerten und basierend auf dem Wert des mindestens einen zweiten Signals, eine relative Elevation des mindestens einen Fotosensors in Hinblick auf die empfangenen Laserlichtpulse, die auf ihn treffen, zu bestimmen und, unter Verwenden der Ausgangsschaltung ein drittes Signal abzugeben, um damit eine Meldung der erkannten relativen Elevation zu geben und um wirksam als ein Elevationsdetektor im Betrieb in einer Neonlichtumgebung zu fungieren, durch seine Fähigkeit, die empfangenen Laserlichtpulse von einem nicht erwünschten von anderen Lichtquellen produzieren Störungslichtsignal unterscheiden zu können.
Gemäß eines weiteren Aspektes wird ein Verfahren zur Verwendung eines Laserlichtempfängers als relativer Elevationsdetektor bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: (a) Bereitstellung einer Verarbeitungsschaltung, mindestens eines optischen Filters der Pulse von Laserlichtenergie empfangt, mindestens eines Fotosensors, einer variablen Empfindlichkeitsschaltung und eines Gehäuses, was alles in ein einheitliches Gerät zusammengefasst ist; (b) Durchdringen eines Teils der elektromagnetischen Energie, einschließlich der empfangenen Pulse von Laserlichtenergie, durch den mindestens einen Filter, in welchem der durchgedrungene Teil der elektromagnetischen Energie durch vorbestimmte Transmissionseigenschaften des mindestens einen optischen Filters gesteuert werden, so dass die vorbestimmte Transmissionseigenschaften genügend Wellenlängen von sowohl im grünen sichtbaren Bereich als auch im roten sichtbaren Bereich durchlassen; (c) Ermöglichen, dass der durchgedrungene Teil der elektromagnetischen Energie auf den mindestens einen Fotosensor auftrifft, wobei der mindestens einen Fotosensor eine vorbestimmte Eigenschaft der Frequenzempfindlichkeit aufweist, um genügend empfindlich für elektromagnetische Energie sowohl im grünen als auch im roten sichtbaren Lichtbereich zu sein; (d) Produzieren von mindestens einem ersten Signal durch den mindestens einen Fotosensor nach Erhalten von einer genügenden Menge von elektromagnetischer Energie, die auf ihn auftrifft und Weiterleiten des mindestens einem ersten Signals an die variable Empfindlichkeitsschaltung; (e) Modifizieren von mindestens einem ersten Signal durch die variable Empfindlichkeitsschaltung und zwar gemäß eines Verstärkungszustands der variable Empfindlichkeitsschaltung und Produzieren von mindestens einem zweiten Signal and und Weiterleiten des mindestens einem zweiten Signals an die variable Empfindlichkeitsschaltung; (f) Auswerten des mindestens einen zweiten Signals und Bestimmen basierend auf dem Wert des mindestens einen zweiten Signals einer relativen Elevation des mindestens einen Fotosensors in Hinblick auf die empfangenen Pulse von Laserlichtenergie, die darauf auftrifft; (g) Anzeigen der festgestellten relativen Elevation und (h) wirksames Ablehnen des unerwünschten Störungssignals, das in dem mindestens einen zweiten Signal enthalten sein kann, indem das nicht erwünschte Störungssignal daran gehindert wird, eine falsche Auswertung der festgestellten relativen Elevation zu verursachen.
Gemäß eines weiteren Aspektes wird ein Laserlichtempfänger bereitgestellt, welcher Folgendes umfasst: eine Verarbeitungsschaltung, mindestens einen Fotosensor, eine variable Empfindlichkeitsschaltung und mindestens einen optischer Filter wobei: (a) der mindestens eine optische Filter eine optische Eigenschaft aufweist, der nur Wellenlängen von elektromagnetischer Energie mit vorbestimmten Transmissionseigenschaften durch diesen durchdringen können, um auf den mindestens einen Fotosensor aufzutreffen; (b) der mindestens eine Fotosensor eine vorbestimmte Eigenschaft der Frequenzempfindlichkeit aufweist, so dass er genügend empfindlich auf elektromagnetische Energie bei vorbestimmten Frequenzempfindlichkeiten ist; und der mindestens eine Fotosensor, nach Empfangen einer genügenden Menge von elektromagnetischer Energie, die auf ihn auftrifft, mindestens ein erstes Signal an die variable Empfindlichkeitsschaltung abgibt, welche dieses mindestens eine erste Signal modifiziert, um mindestens ein zweites Signal zu produzieren und dieses mindestens eine zweite Signal zur Verarbeitungsschaltung abgibt; (c) eine Kombination von: (i) den vorbestimmten Transmissionseigenschaften des mindestens einen optischen Filters; (ii) den vorbestimmten Eigenschaften der Frequenzempfindlichkeit des mindestens einen Fotosensors; und (iii) den Verstärkungseigenschaften der variablen Empfindlichkeitsschaltung, erzeugt eine allgemeine Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei verschiedenen Wellenlängen von empfangener elektromagnetischer Energie und zwar in der Art, dass der Laserlichtempfänger eine allgemeine Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei grünen sichtbaren Wellenlängen aufweist, die im Wesentlichen niedriger ist im Vergleich zur allgemeinen Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei Infrarotwellenlängen, während dieser immer noch wirksam elektromagnetische Energie in allen drei Wellenlängenbereichen erfasst: grünes sichtbares Licht, rotes sichtbares Licht und Infrarotlicht und (d) der Laserlichtempfänger derart konfiguriert ist: (i) um das mindestens eine zweite Signal auszuwerten und basierend auf dem Wert des mindestens einen zweiten Signals, eine relative Elevation des mindestens einen Fotosensors mit Hinblick auf die empfangene elektromagnetische Energie, die darauf auftrifft, für alle drei Wellenlängenbereiche zu bestimmen: grünes sichtbares Licht, rotes sichtbares Licht und Infrarotlicht der empfangenen elektromagnetischen Energie und (ii) um eine drittes Signal abzugeben, um damit eine Meldung der erkannten relativen Elevation zu geben.
Weitere Vorteile werden für die Fachwelt offensichtlich durch die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnungen, in welchen eine bevorzugte Ausführungsform und zwar in einer der besten Art und Weise, wie diese Technologie angewendet werden kann, beschrieben und aufgezeigt wird. Wie man erkennen kann, kann die hier offenbarte Technologie auch andere Ausführungsformen enthalten und die verschiedenen Details können verschiedene offensichtliche Aspekte ausführen, ohne dass dabei von den Prinzipien der Technologie abgewichen wird. Dementsprechend sollten die Beschreibungen und Zeichnungen als erklärend und nicht als einschränkend erachtet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen sind hier mit aufgenommen, bilden einen Teil der technischen Beschreibung, verdeutlichen verschiedene Aspekte der hier offenbarten Technologie und erklären zusammen mit der Beschreibung und den Ansprüchen die Prinzipien der Technologie. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Laserlichtdetektors, der gemäß den Prinzipen der hier offenbarten Technologie konstruiert ist.
2 ein schematisches Diagramm des Pulsintegrators und der automatischen Verstärkungssteuerschaltung von jedem Eingangskanal des Laserlichtdetektors von 1.
3 eine erhobene Vorderansicht eines Laserlichtdetektors von 1.
4 ein Blockdiagramm eines Lichtstrahlempfängers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Technologie, die hier offenbart wird mit den folgenden Komponenten: Lichtstrahldetektorbauteil, Verstärker, Hochpassfilter, Integrator, Komparator mit festgesetzter Integrationszeitbeendigung, Analog-Digital-Umsetzer und ein Auswertungsbauteil.
5 ein Blockdiagramm eines Lichtstrahlempfängers von 4, bei dem angemessene Peripheriebauteile für Display, Betrieb und Spannungszufuhr bereitgestellt sind, wobei digitale Bauteile verwendet werden.
6 ein elektrisches schematisches Diagramm, was Details von Block 143 von 5 aufzeigt, was eine Integrations-Start- und Stopp-Schaltung aufweist.
7 ein Ablaufdiagramm der Betriebsschritte, die ein Laserempfänger wie der bei der zweiten Ausführungsform in 4–6 gezeigte, ausführt.
8 ein Diagramm, was die Transmissionseigenschaften von zwei verschiedenen optischen Filtermaterialien über einen Wellenlängenbereich darstellt, der sich vom sichtbaren Lichtspektrum zum Infrarotspektrum erstreckt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun ausführlich Bezug genommen auf die vorliegende bevorzugte Ausführungsform, wobei ein Beispiel davon in den beiliegenden Zeichnungen illustriert wird und wobei die gleichen Ziffern auf dieselben Bestandteile bei allen Darstellungen hinweisen.
Es versteht sich, dass die hier offenbarte Technologie in ihrer Anmeldung nicht auf die Details der Konstruktion und Anreihung der Komponenten, die in der Beschreibung ausgeführt und in den Zeichnungen illustriert werden, beschränkt ist. Die hier offenbarte Technologie kann auch andere Ausführungsformen beinhalten und kann auf verschiedenen Wegen ausgeführt und verwirklicht werden. Es versteht sich weiter auch, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologien nur zur Beschreibung dienen und nicht als einschränkend erachtet werden sollen. Die Verwendung von „einschließlich”, „umfassend” oder „mit” und Variationen davon soll die nachfolgend aufgezählten Artikel und deren Äquivalente sowie zusätzliche Artikel umfassen. Soweit nicht anderweitig eine Einschränkung gemacht wurde, werden die Begriffe „verbunden”, „gekuppelt” und „angebracht” und Variationen davon im weiten Sinne verwendet und umfassen direkte und indirekte Verbindungen, Kupplungen und Anbringungen. Des Weiteren beschränken sich die Begriffe „verbunden” und „gekuppelt” und Variationen davon nicht auf physische oder mechanische Verbindungen und Kupplungen.
Des Weiteren versteht es sich, dass die hier offenbarten Ausführungsformen sowohl Hardware als auch elektronische Komponenten oder Module betreffen, die zum Zweck der Erläuterung derart illustriert und beschrieben sein können, als ob die Mehrheit der Komponenten nur in Hardware implementiert ist.
Jedenfalls kann die Fachwelt nach dem Lesen der ausführlichen Beschreibung erkennen, dass bei mindestens einer Ausführungsform, die hier offenbarten auf Elektronik basierenden Aspekte auch in Software implementiert sein können. Es sollte daher beachtet werden, dass eine Mehrheit der auf Hardware und Software basierten Geräte sowie eine Mehrheit der unterschiedlichen strukturellen Komponenten zur Implementierung der hier offenbarten Technologie verwendet werden können.
Es versteht sich, dass der Begriff „Schaltung”, wie er hier verwendet wird, eine tatsächliche elektronische Schaltung, wie ein integriertes Schaltchip (oder einen Teil davon) oder eine Funktion repräsentieren kann, die von einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, wie etwa von einem Mikroprozessor oder von einer Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltung (ASIC), die einen logischen Zustandsautomat oder eine andere Form von Verarbeitungseinheit (einschließlich einer sequentiellen Verarbeitungseinheit) mit einschließt. Eine spezifische Art der Schaltung könnte eine Analogschaltung oder eine Art von Digitalschaltung darstellen, wenngleich eine derartige Schaltung möglicherweise von einem logischen Zustandsautomaten oder einer sequentiellen Datenverarbeitungseinheit in Software implementiert sein könnte. Mit anderen Worten, wenn eine Datenverarbeitungseinheit verwendet wird, um eine gewünschte Funktion zu erfüllen, die in der hier offenbarten Technologie verwendet wird (wie etwa eine Demodulationsfunktion), dann mag es zwar keine spezifische „Schaltung” geben, die man Demodulationsschaltung nennen könnte, jedoch gäbe es dann eine Funktion der Demodulation, die von der Software ausgeführt wird. Alle diese Möglichkeiten wurden von den Erfindern bedacht und sind in den Prinzipien der Technologie mit einbegriffen, wenn eine „Schaltung” erörtert wird.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen stellt 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform dar, wobei ein Laserlichtdetektor 50 mit drei Fotodetektoren als Eingangssensoren, die in zwei Kanälen kombiniert sind, gezeigt wird, sowie angemessene Verstärker und andere Signalkonditionierung und mindestens zwei Ausgabeanzeigen, die eine Elevationsanzeige und eine Statusanzeige beinhalten. In der dargestellten Ausführungsform von 1 sind die Oberflächen der Fotozellen PD1 und PD3 viel größer als die von der Fotozelle PD2 und diese drei Fotozellen ergeben ein Fotodiodenarray 94. Die drei Fotozellen sind mit den Transistoren Q1 und Q2 verbunden, welche Feldeffekttransistoren darstellen, die den Strompfad i2, der von der Fotozelle PD2 produziert wurde, derart umschalten, damit er parallel mit entweder dem Strompfad i1, der von Fotozelle PD1 produziert wurde, oder mit dem Strompfad i3, der von Fotozelle PD3 stammt, verläuft. Das Umschalten der Transistoren Q1 und Q2 wird durch Spannungssignale gesteuert, die durch die Spannungen v3 und v4 dargestellt werden. Die Transistoren Q1 und Q2 sind vorzugsweise auf dem gleichen Substrat angebracht, wobei ein einzelner integrierter Schaltchip beide Transistoren kontrollieren kann. Eine für diesen Zweck angemessene integrierte Schaltung ist als Teilnummer SI9956DY erhältlich und wird von Siliconix Inc. mit Hauptsitz in Santa Clara in Kalifornien hergestellt.
Die resultierenden Stromstärken, die mit i4 und i5 bezeichnet sind, werden dann von individuellen Pulsverstärkern 51 und 52 verstärkt, welche die Ausgangsspannungen v1 bzw. v2 erzeugen, die wiederum vom Pulsintegrator 61 bzw. von der Verstärkungssteuerungsschaltung 62 integriert werden. Zwei Analogspannungen v11 bzw. v12 werden von der Ausgabe der Integratoren 61 und 62 produziert und diese Spannungen haben eine Größenordnung, die proportional sowohl zu der Intensität des Laserlichts, was auf die Fotozellen PD1, PD2, und/oder PD3 trifft als auch zu der Zeitdauer, in welcher das Licht auf diese Fotodioden getroffen hat, ist.
Ein mögliches physisches Layout der Fotozellen des Fotodiodenarrays 94 wird in 3 illustriert, wobei die Fotozelle PD1 auf ein Gehäuse oder Kapselung direkt über der kleineren zentralen Fotozelle PD2 positioniert wird, welche wiederum auf dem Gehäuse/Einkapselung direkt über einer weiteren großen Fotozelle PD3 positioniert ist, so dass alle drei Fotozellen mit einer Mittellinie positioniert sind, die eine vertikale Linie darstellt. Jede Fotozelle ist vorzugsweise eine Silizium-Fotodiode und mögliche Längen- und Breitendimensionen der Fotozellen PD1 und PD3 sind 5,1 mm mal 20,3 mm.
Wie aus 3 ersichtlich, zeigt das längere Ausmaß der Fotodioden PD1 und PD3 vorzugsweise in die vertikale Richtung. Die zentrale Fotodiode PD2 kann die Ausmaße von 2,5 mm mal 5,1 mm aufweisen und ist normalerweise genau so positioniert, dass eine Brücke zwischen ihrer oberen Ecke und der unteren Ecke von Fotozelle PD1 gebildet wird und auch eine genaue Lücke zwischen ihrer unteren Ecke und der oberen Ecke von Fotozelle PD3 entsteht. Die physikalischen Größen der Fotozellen PD1 und PD3 werden angesichts der Reichweite der Laserlichtfleckgrößen, wie sie normalerweise bei Baustellen bestehen, bestimmt. Verschiedene rotierende Laserlichtquellen sind in der Branche verfügbar und ihre Fleckgrößen rangieren von ihrer Quelle zwischen 6,3 mm bis 19,0 mm. Die kleineren Fleckgrößen divergieren in der Regel umso mehr, wie ihre Entfernung von der Quelle erhöht wird.
Weitere Details über die Ausmaße von Fotozellen und den zwischen ihnen bestehenden Lücken findet man in dem U.S. Patent Nr. 5,486,690 , welches hier in seiner Ganzheit durch Referenz eingebracht wird. Das Patent hat den Titel „METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING LASERLICHT” und wurde auf Apache Technologies, Inc., jetzt Trimble Navigation Limited, übertragen.
Die elektronische Schaltung des Laserlichtdetektors 50 ist derart entwickelt, um die Stromstärke i2, die von der Fotozelle PD2 produziert wurde so umzuschalten, dass sie entweder mit der Stromstärke i1 oder i3 unter Verwendung von Umschalttransistoren Q1 und Q2 kombiniert wird. Bei einer normalen Anwendung mit dem Laserlichtdetektor 50 wird ein rotierender Laser (nicht gezeigt) an einer Baustelle in einer bestimmten Elevation positioniert. Eine Ebene von rotierendem Laserlicht wird von diesem rotierenden Laser geschaffen und der Laserlichtdetektor 50 wird innerhalb der Laserlichtebene positioniert, damit er das Laserlicht erkennen kann, wenn dieses Licht sein Fotodiodenarray 94 erreicht. Der Laserlichtdetektor 50 kann auch von Hand gehalten werden, damit er genau an jeder Stelle innerhalb der Baustelle positioniert werden kann, oder er kann an ein bestimmtes Teil einer Baumaschine wie etwa eine Planierraupe angebracht werden.
Transistor Q1 wird in seinen Leitungsstatus geschaltet bevor eines der Laserlichter gegen das Fotodiodenarray 94 streicht und daher sind die Stromstärken i1 und i2 in eine größere Stromstärke i4 zusammengefasst, welche letztendlich die Stromstärkensumme darstellt, die von den Fotozellen PD1 und PD2 geschaffen wurde. Wenn die von den drei Fotozellen des Fotodiodenarray 94 empfangene Energie die Bezeichnung „A” für Fotozelle PD1, „B” für Fotozelle PD2 und „C” für Fotozelle PD3 erhält, dann ist die Transferfunktion für dieses erste Abtasten von Laserlicht gleich [(A + B) – C] ÷ (A + B + C). Nach erfolgtem ersten Abtasten wird der Transistor Q1 ausgeschaltet und der Transistor Q2 eingeschaltet (in seinen Leitungsstatus) und die Stromstärke i2, die von Fotozelle PD2 produziert wird, wird mit i3 kombiniert, um eine neue Stromstärke i5 zu bilden, welche eine kombinierte von den Fotozellen PD2 und PD3 produzierte Stromstärke darstellt. Diese Konfiguration verbleibt solange, bis ein zweites Abtasten von Laserlicht auf das Fotodiodenarray 94 auftrifft und in welcher Zeit eine neue Transferfunktion für die Null erkennende Applikation [A – (B + C)] (A + B + C) entspricht. Nach erfolgtem zweiten Abtasten werden die Transistoren wieder angeschaltet, so dass der Laserlichtdetektor 50 zu der oben erörterten Transferfunktion zurückkehrt.
Das physikalische Layout der ersten Ausführungsform des Laserlichtdetektors 50 ist in 3 dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform von 3, befindet sich das Fotodiodenarray 94, welches die drei Fotozellen PD1, PD2 und PD3 enthält, an der oberen, exponierten Stelle auf der Vorderfläche des Laserlichtdetektors 50, welches physikalisch klein genug dafür ist, um portabel zu sein und einfach von Hand in einer Position gehalten zu werden, um das rotierende Laserlicht and der Vorderseite zu empfangen. Es versteht sich, dass weitere Fotodiodenarrays, falls gewünscht an anderen Oberflächen des Laserlichtdetektors 50 angebracht werden können.
Der Bereich mit dem Fotodiodenarray 94 ist vorzugsweise von einem Fenster verdeckt, das den optischen Filter 99 aufweist. Bei dieser ersten Ausführungsform 50 hat der optische Filter 99 eine Lichttransmissionskenngröße, die vorzugsweise einer der Kurven von 290 und 292 in 8 entspricht. Die Details dieser bevorzugten Lichttransmissionskenngröße werden weiter unten erörtert. Im Wesentlichen lässt der optische Filter eine Portion der elektromagnetischen Energie, einschließlich empfangener Pulse der Laserlichtenergie hindurch dringen; die durchgedrungene Portion der elektromagnetischen Energie wird von der vorbestimmten Transmissionskenngröße des Filters gesteuert.
Eine Flüssigkristallanzeige (LCD) 80 befindet sich auf dem Laserlichtdetektor 50, die einen Indikator über bodengleich 95, einen Indikator bodengleich 96 und einen Indikator 97 unter bodengleich enthält. Wie bereits erörtert wurde, leuchtet der Indikator bodengleich 96 auf, wenn das Zentrum des Laserlichtpunktes auf das Fotodiodenarray 94 unterhalb des oberen Totzonenbereichs und oberhalb des unteren Totzonenbereichs auftrifft. Andererseits, wenn das Zentrum des Laserlichtpunktes auf das Fotodiodenarray 94 oberhalb des oberen Totzonenbereichs auftrifft, leuchtet der Indikator 97 unter bodengleich auf und wenn das Zentrum des Laserlichtpunktes auf das Fotodiodenarray 94 unterhalb der unteren Lücke auftrifft, leuchtet der Indikator über bodengleich 95 auf.
Der Laserlichtdetektor 50 enthält auch eine Flüssigkristallanzeige 82, was verschiedene optionale Einstellungen anzeigt, die vom Betreiber des Geräts gewählt wurden. Die Flüssigkristallanzeige 82 kann den Zustand der Batterie mit dem Symbol, das unter Indexziffer 85 gelistet ist, anzeigen, eine Warnung mit dem Symbol, das unter Indexziffer 86 gelistet ist, abgeben, dass der Laserlichttransmitter nicht gerade ist und mit dem Symbol, das unter Indexziffer 87 gelistet ist, anzeigen, ob die Lautsprecher ein- oder ausgeschaltet sind.
Eine Tastatur 84 wird zur Auswahl der verschiedenen optionalen Einstellungen für den Laserlichtdetektor 50 verwendet und es kann auch für die Eingabe von Daten in die Verarbeitungsschaltung verwendet werden. Die Tasten der Tastatur 84 stellen Beispiele der anwenderbetätigten Steuerungseingabegeräte dar. Es versteht sich, dass viele andere Symbole der Flüssigkristallanzeige 82 zur Anzeige weiterer Informationen hinzugefügt werden kann.
U.S. Patent Nr. 5,486,690 erörtert viele Schaltungsdetails einer frühen Ausführungsform, die dieses Schaltungsdesign verwendet und alle diese Details werden hier nicht wiederholt. Das allgemeine Schaltungsdesign ist bei der Verwendung in einer ersten Ausführungsform vorteilhaft, einschließlich der Verwendung einer automatischen Verstärkungssteuerung zum Bestimmen der Empfindlichkeit des Laserempfängers 50, wenn dieser Laserlichtpulse von einem bestimmten Lasertransmitter, der sich in einer bestimmten Entfernung zum Empfänger befindet, erkennen soll. Jedenfalls wird das Schaltungsdesign, wie es in 1 dargestellt ist, ausführlich hier beschrieben.
Wenn die Fotozelle PD1 (mit der oder ohne die Kombination mit Fotozelle PD2) ein Laserlichtsignal von einer rotierenden Laserlichtquelle empfängt, stellt die generierte Stromstärke i1 im Wesentlichen ein Wechselspannungssignal dar. Wenn das rotierende Laserlicht auf die Fotodiode PD1 trifft, fließt ein kurzer Strompuls i1 von der Quelle von Transistor Q1 und in dieser Zeit kann er mit einem ähnlichen Strompuls i2 von der Fotozelle PD2 kombiniert werden, welcher durch Q1 fließt, wenn dieser im leitenden Zustand ist. Die Stromstärken i1 und i2 werden dann die kombinierte Stromstärke i4. Der Pulsverstärker 51 ist derart entwickelt, um diesen Strompulse i4 zu verstärken und in einen entsprechenden positiven Strompuls v1 umzuwandeln. Beide Pulsverstärker 51 und 52 produzieren ein Spannungsoutput v1 bzw. v2, wenn diese Pulsverstärker einen Strompuls i4 bzw. i5 erhalten.
Wenn der Laserlichtdetektor 50 mehr als ein Array von Fotozellen aufweist, dann kann jede dieser Arrays parallel verbunden werden, so dass die oberste Fotozelle des ersten Arrays parallel mit der obersten Fotozelle von jedem anderen Array verbunden werden und alle werden mit der Quelle von Transistor Q1 verbunden und fahren als Stromstärke i4 fort. Ähnlich sind alle mittleren Fotozellen PD2 parallel verbunden, so dass alle diese Verbindungen sich treffen, wo Stromstärke i2 in 1 angezeigt wird und mit den Drains der Transistoren Q1 und Q2 verbunden sind. Des Weiteren sind alle untersten Fotozellen PD3 parallel miteinander verbunden, um sich an der Quelle von Transistor Q2 zu treffen und weiter als Stromstärke i3 fortzufahren. Es versteht sich, dass die allgemeinen Betriebsprinzipien des Laserlichtdetektors 50 nicht von einer Zahl von Arrays der Fotozellen, die das rotierende Laserlicht empfangen können, betroffen sind.
Wie in 1 deutlich wird, wird die Stromstärke i4 durch den Pulsverstärker 51 in eine Spannung v1 für Kanal 1 konvertiert, welche weiter durch einen Wechselstrom-Kopplungskondensator C1 (und dabei ein Spannungssignal v8 wird) geht und dann in einen Pulsintegrator mit automatischer Verstärkungssteuerschaltung 61 läuft, welcher dann ein Spannungsniveau v11 ausgibt. Kanal 2 hat entsprechende Komponenten, die die Spannung v2 durch einen Wechselstrom-Kopplungskondensator C2 bringt, wobei dann eine Spannung v9 produziert wird und in einen anderen Pulsintegrator mit automatischer Verstärkungssteuerschaltung 62 läuft, welche dann ein Spannungsniveau v12 ausgibt. Mehrere solcher Kanäle von Pulsverstärkern und -integratoren können, falls erwünscht, dem Laserlichtdetektor 50 hinzugefügt werden, wobei jedoch nur zwei Kanäle von Informationen an dieser Stelle benötigt werden, da diese Applikation hauptsächlich versucht, eine bestimmte Totzonenstelle zu bestimmen. Es versteht sich, dass ein dritter Pulsverstärker (nicht gezeigt) und eine dritte Integrator-/automatische Verstärkungssteuerschaltung (nicht gezeigt) direkt mit der Fotozelle PD2 verbunden werden könnte, wobei die Schalttransistoren Q1 und Q2 eliminiert werden. Unter Verwendung derartig variierter Schaltungen des Laserlichtdetektors 50 kann die Position des Zentrums des Laserlichtpunktes bei jedem Abtasten der rotierenden Laserlichtquelle, was auf das Fotodiodenarray 94 trifft, bestimmt werden, ohne dass dabei auf ein zweimaliges Abtasten der rotierenden Laserlichtquelle gewartet werden muss, wie etwa bei der in 1 dargestellten Schaltung. Bei dieser Konfiguration sollte die zentrale Fotozelle PD2 vorzugsweise ihre Spannung (repräsentativ für das auf PD2 eintreffende Licht) den Spannungsoutput der beiden Fotozellen PD1 bzw. PD3 hinzufügen und dies würde nach jedem Abtasten der rotierenden Laserlichtquelle geschehen.
Beide Gleichspannungsniveaus v11 und v12 sind individuell verbunden mit einem Analog-zu-Digital-(A/D)-Wandler 70, welcher eine integrale Komponente des Mikroprozessors (oder richtiger gesagt der Mikrosteuerung) 78 darstellt. Kondensator C1 und C2 stellen eine Gleichspannung blockierende Kondensatoren dar, wobei nur die Wechselstromkomponenten der Spannungen v1 und v2 die Spannungssignale v8 und v9 werden können. Andererseits sind die Spannungen v11 und v12 Wechselstromsignale, die so entwickelt sind, dass sie sich direkt mit dem Analog-zu-Digitalwandler 70 verbinden. Eine Bezugsspannung +VREF mit Bezugsnummer 42 wird auch an den Analog-zu-Digitalwandler angelegt.
Ein bevorzugter Mikroprozessor (oder Mikrosteuerung) 78 beinhaltet einen eigenen Speicher mit direktem Zugriff (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und verschiedene parallele Inputports und Outputports, die zur Kommunikation mit verschiedenen Adressen, Daten und Steuerungslinien dienen. Der Mikroprozessor 78 bestimmt eine digitale Zahl, die vom A/D-Wandler 70 stammt und welche die Lichtenergie und die Dauer des Laserlichtpulses, die von dem Fotodiodenarray 94 empfangen wurde, repräsentiert. Das kann für jeden Kanal individuell bestimmt werden, wobei verschiedene numerische Werte für Lichtbildebenen geschaffen werden, die durch die Spannungen v11 und v12 repräsentiert werden.
Alle Outputsignale von den Pulsverstärkern 51 und 52 (Signale v1 bzw. v2) werden in einen Spannungsaufrechnungsverstärker 72 geleitet. Die Aufrechnung der Spannungen v1 und v2 erscheint am Ausgang des Aufrechnungsverstärkers 72 und hat die Bezeichnung v21. Ein Spannungsvergleichschalter 74 vergleicht v21 mit einer Referenzspannung (oder „Grenzbereichspannung”) v36, die auch +VREF genannt wird. Die Ausgangsspannung des Spannungsvergleichschalters 74 wird als v22 bezeichnet, was das digitale Signal darstellt, was bei der Logik 0 behalten wird, wenn kein Lichtstrahl auf einen der Fotodioden des Fotodiodenarray 94 des Laserlichtdetektors 50 auftrifft. Sobald genug Lichtenergie durch das Fotodiodenarray 94 entdeckt wird, ändert der Vergleichsschalter 74 seinen Outputzustand zu Logik 1. Durch die Verwendung des Spannungsaufrechnungsverstärkers 72 und Spannungsvergleichschalter 74 misst der Laserlichtdetektor 50 die gesamte Energie von allen kombinierten Fotodioden, um dann den Logikstatus von v22 zu bestimmen.
Das Ausgangssignal von v22 vom Vergleichsschalter 74 wird in einen Hold Generator 7 geleitet, der zwei Stadien von J-K Flipflops und verschiedene Stadien von NAND Gates verwendet, um die „HOLD” Signale v23 und v23' zu produzieren. Das HOLD-Signal v23 wird zurück zu jeder Pulsintegratorschaltung 61 und 62 geleitet und das HOLD-Signal v23' wird zum Mikroprozessor 78 geleitet. Die HOLD-Signale v23 und v23' arbeiten beide in derselben Art, sie weisen aber verschiedene Spannungsniveaus für den entsprechenden Logikstatus 0 und Logikstatus 1 auf.
Das HOLD-Signal v23 ist ein digitales Signal, welches im Logikstatus 1 verbleibt, während es darauf wartet, dass ein Lichtpuls auf den Laserlichtdetektor 50 trifft. Sobald genug Lichtenergie durch die Fotodioden des Laserlichtdetektor 50 entdeckt wurden, um ein Ausgangssignal des Vergleichschalters v22 dazu zu zwingen, den Status zu wechseln, verbleibt das HOLD-Signal v23 in seinem Logikstatus 1, bis das Ende des Lichtpulses entdeckt wird und zu der Zeit wechselt es zu seinen Logikstatus 0 über. Dies geschieht, wenn das Ausgangssignal des Vergleichschalters v22 zurück auf seinen Logikstatus 0 fällt. Das HOLD-Signal v23 verbleibt bei seinem Logikstatus 0 bis ein „RESET”-Signal v24 vom Mikroprozessor 78 empfangen wird. Sobald dieses RESET-Signal empfangen wurde, werden die J-K-Flipflops des Hold Generators 76 auf ihren anfänglichen Status zurückgesetzt und das HOLD-Signal v23 geht zurück auf seinen Logikstatus 1. Es gibt auch ein umgekehrtes HOLD-Signal auf dem Zeichnungen und es wird darauf auch als „NOT v23” Bezug genommen. NOT v23 ist ein anderes digitales Logiksignal und befindet sich immer im umgekehrten Logikstatus von v23.
Nun wird der Betrieb des Pulsintegrators und der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 61 (Für Eingabekanal 1) erörtert, wobei auf 2 Bezug genommen wird. Das Ausgangssignal des Pulsverstärkers v1 ist ein mit dem Pulsintegrator und der automatische Steuerungsschalter 61 über den Kondensator C1 gekoppelter Wechselstrom und seine Wechselstromkomponente geht durch C1 als Spannungssignal v8 weiter. Zu diesem Zeitpunkt wird das Spannungssignal v8 durch eine der vier Analogschalter U100 geleitet, welcher vorzugsweise ein CMOS integrierter Schalter mit der Teilenummer 74HC4066 ist (Vierkanalige Analogschaltung). Durch die Verwendung des Analogschalters U100 wird die Verstärkung dieses Schalters variabel (d. h., sein „Verstärkungsstatus”) durch die Verwendung von vier unterschiedlichen Verstärkungswiderständen R110, R111, R112 und R114. Wie in 2 zu erkennen ist, ist der Widerstand R114 serienmäßig mit einem Potentiometer R113 kombiniert, um einen serienmäßigen Widerstand zu schaffen.
Der Mikroprozessor 78 bestimmt, welcher der Analogschalter unter Verwendung von seinem GAIN-Befehlsignal v25, welches vier individuelle Spannungssignale v31, v32, v33 und v34 umfasst, geschlossen werden soll. Wenn die höchste Verstärkung gewünscht wird, dann wird v34 in seinen Logikzustand 1 gebracht, während die Signale v31 bis v33 bei ihrem Logikzustand 0 verbleiben. Wenn die niedrigste Verstärkung gewünscht wird, dann wird v31 in seinen Logikzustand 1 gebracht, während die anderen drei Signale bei ihrem Logikzustand 0 verbleiben.
Bei der dargestellten Ausfürungsform von 2 sind die Verstärkungsverhältnisse wie folgt: 1.0 4.97:16.5:39.1. Es versteht sich, dass in Abhängigkeit der genauen Anforderungen des Laserlichtdetektors unterschiedliche Verstärkungswerte gewählt werden können. Ein Verfahren zur Bestimmung, welche Verstärkung (oder „Verstärkungsstatus”) von dem Mikroprozessor 78 gewählt werden soll, wird nachfolgend ausführlich erörtert.
Die Kombination der vier verschiedenen Verstärkungswiderstände und der vier Analogschalter umfassen den Eingabestatus für einen gewöhnlichen Basisverstärker, der auf dem Transistor Q103 basiert. Dieser gewöhnliche Basisverstärker ist ein Transkonduktanzverstärker, der ein Spannungseingangssignal in ein Stromausgangssignal umwandelt und einen hohen Ausgangsscheinwiderstand aufweist. Die Sammel-Elektrode von Q103 produziert ein Stromsignal mit der Bezeichnung i37, was beide Signale beinhaltet, sowohl „Signalstrom”, aufgrund dessen, weil Lichtpulse auf den Laserlichtdetektor 50 treffen, als auch „Rauschstrom” wegen dem flüchtigen Rauschen und dem solaren Rauschen, was auf diesen Teil der Schaltung eingedrungen sein kann und was zusätzlich auch Ruhestrom enthält. Zu beachten ist, dass der Laserlichtdetektor 50 zwei verschiedene geläufige Punkte hat, einen analogen geläufigen Punkt „A” und einen digitalen „D”, welche üblicherweise verbunden sind, aber getrennte übliche Ebenen aufweisen.
Die Kombination von Kondensator C107, den Widerständen R116 und R119 und dem Transistor Q104 umfasst eine große Induktanz, welche jeglichen Gleichspannungsvorstrom, der im Stromsignal i37 enthalten ist, umleitet. Der Transistor Q105 ist ein n-Kanal Feldeffekttransistor (FET), der durch das HOLD-Signal v23 entweder ein- oder ausgeschaltet wird, welcher mit dem Gateeingang von Q105 verbunden ist. Wie bereits erörtert, befindet sich das HOLD-Signal v23 im Logikstatus 1, während es auf das Eintreffen eines Lichtpulses und während dem Auftreten des Lichtpulses wartet. Demzufolge wird Q105 zur gleichen Zeit angeschaltet und damit kann die Portion von Stromsignal i37 ohne den Vormagnetisierungsstrom durch den Drain und die Quelle von Q105 dringen.
Wenn das Stromsignal i37 durch Q105 dringt, legt es in der Regel an den Kondensator C111 eine Spannung an, was die Bezeichnung v35 hat. JFET Q106 ist eine Spannungsfolgerschaltung mit einer hohen Eingansimpedanz und einer niedrigen Ausgangsimpedanz. Das Stromsignal i37, was den Kondensator C111 auflädt, produziert direkt Spannung v35 auf die gleiche Weise wie die klassische Integrator-Schaltung und deshalb erhöht sich die Spannung v35 mit einer fast konstanten Steigerung, wenn i37 sich in einem positiven Pulsstatus befindet.
Während den Zeitenräumen, in denen i37 sich nicht in einem positiven Pulsstatus befindet (gleichbedeutend damit, dass kein Lichtzugang vom Laserlichtdetektor 50 empfangen wird), entspricht die einzige Signalkomponente von i37 einer Rauschkomponente, die entweder den Kondensator C111 auf- oder entlädt, jeweils abhängig von der momentane Polarität des Rauschens. Über die Zeit ist die durchschnittliche Integration des Rauschens gleich Null und damit bietet der in diesem Teil des Laserlichtdetektors 50 verwendete Integrator ein weit größeres Signal/Rausch-Verhältnis, als eine reine Widerstandsverstärkung dies bewirken könnte.
Sobald die Signalportion von i37 beginnt, den Kondensator C111 zu laden, beginnt eine positive Rampenspannung v35 sich mit einer Steigerung zu erhöhen, die von der Größenordnung von i37 bestimmt wird. Während diesem positiven Puls fährt die Steigerung so lange fort, solange Q105 angeschaltet ist, was solange dauert, solange das HOLD-Signal v23 in seinem Logikstatus 1 verbleibt. Wenn der Lichtpuls nicht mehr vom Vergleichsschalter 74 entdeckt wird, fällt das HOLD-Signal v23 auf seinen Logikstatus 0 zurück, wobei der Transistor Q105 abgeschaltet wird. An diesem Punkt verbleibt die Spannung v35 von Kondensator C111 bei ihrem vorherigen Niveau für eine genügend lange Zeit, damit ihre Spannung vom verbleibenden Teil der Schaltungen von Laserlichtdetektor 50 gemessen werden kann.
Da der Transistor Q106 ein Teil einer Spannungsfolgerschaltung ist, produziert er eine Ausgangsspannung v11, die gleich der Spannung v35 ist, mit Ausnahme einer bestimmten BIAS-Offsetspannung. Das invertierte Spannungssignal NOT v23 wird zur teilweisen Korrektur der Ladung verwendet, die von C114 durch die Gate-Kanal-Kapazität von Q105 entzogen wird, wenn v23 den Status wechselt. Da v35 bei einer konstanten Spannung gehalten wird, nachdem der Lichtpuls verschwindet, führt Spannung v11 ähnliches aus, was an den Eingang des A/D-Wandlers 70 geleitet wird. Aufgrund der Tatsache, dass beide Eingangskanäle der aufgezeigten Ausführungsform des Laserlichtdetektors 50 gleichzeitig Spannungssignale v11 und v12 zu dem A/D-Wandler 70 senden, kann dadurch erkannt werden, dass der Mikroprozessor 78 das genaue Spannungsniveau von jedem Eingabekanal der Fotodiodenarrays messen kann, in dem er die vom A/D-Wandler 70 bereitgestellten Ausgangsventile der Reihe nach prüft. Es versteht sich, dass der A/D-Wandler 70 eine getrennte integrierte Schaltung mit Multiplexer-Input für v11 und v12 sein kann, oder es kann einen separaten A/D-Wandler für jeden Eingangskanal geben.
Da die Zeitdauer, in der ein Lichtpuls von dem Fotodiodenarray des Laserlichtdetektors 50 empfangen wird, variabel in Abhängigkeit davon ist, wie weit der Laserlichtdetektor 50 von der rotierenden Laserlichtquelle entfernt ist, ist es wichtig, dass das Spannungssignal v35 nicht saturiert, wenn der Kondensator C111 aufgeladen wird. Die Portion der automatischen Verstärkungssteuerschaltung in 2 wird genau deshalb dazu verwendet, um dieses Problem zu vermeiden und das mithilfe der Steuerung vom Mikroprozessor 78. Da der Widerstand einfach auf diese Weise gesteuert werden kann, kann der Pulsintegrator und die automatische Verstärkungssteuerschaltung 61 einen sehr großen Pulsweitenbereich aufnehmen, normalerweise von so klein wie 0,5 Mikrosekunden bis so groß wie 0,5 Millisekunden. Bei der Verwendung von dieser Schaltung beträgt der dynamische Bereich des Pulsintegrators und der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 61 bis mindestens 30.000 zu 1. Das stellt einen deutlichen Vorteil gegenüber vielen vorherigen Entwicklungen dar, insbesondere angesichts der Tatsache, dass sich das Signal/Rausch-Verhältnis des Laserlichtdetektors 50 besonders verbessert hat.
Einige der Funktionen des Mikroprozessors 78 werden jetzt ausführlich erörtert. Wie hier bereits erörtert wurde empfangt der Mikroprozessor 78 ein HOLD-Signal v23' am Ende von jedem empfangenen Lichtpuls. Nachdem dies geschehen ist, liest der Mikroprozessor 78 die Ausgabewerte des A/D-Wandlers 70, während er durch beide Eingangskanäle der aufgezeigten Ausführungsform scannt. Nach dem Scannen der Eingangskanäle speichert der Mikroprozessor 78 die Information des A/D-Wandlers für jeden der Kanäle. Wenn der Mikroprozessor 78 bestimmt, ob das Zentrum des Laserlichtpunktes bodengleich, oberhalb und unterhalb ist, setzt der Mikroprozessor den Hold-Generator 76 mit einem ausgehenden RESET-Signal v24 zurück. Diese Reihenfolge der Vorgänge geschieht, nachdem der Laserlichtdetektor 50 beginnt, Lichtsignale von einer rotierenden Laserlichtquelle zu empfangen.
Wenn der Laserlichtdetektor 50 zuerst einmal eingeschalten wurde und bevor er beginnt, Laserlichtsignale zu empfangen, führt der Mikroprozessor 78 die folgenden anfänglichen Funktionen aus:

(1) Die Schaltung ist standardmäßig auf den höchsten Verstärkungszustand eingestellt, was bedeutet, dass der hohe Widerstandsbefehl v34 aktiviert ist, um den Analogschalter zu schließen und Strom kann durch den Widerstand R114 fließen.
(2) Der Mikroprozessor 78 prüft zeitweise die Ausgangswerte der beiden Eingangskanäle des A/D-Wandlers 70. Die Repräsentation der numerischen Werte von jedem dieser Eingangskanäle wird dann in RAM gespeichert, wodurch der Mikroprozessor 78 den BIAS-Ruhestrom der Integratorschaltungen 61–62 für jeden der Eingangskanäle verfolgen kann.
(3) Der Mikroprozessor 78 steuert die LCD-Anzeige 80 über die Signale v26, so dass keine Information über die vorliegende Elevation auf der LCD-Anzeige erscheint. In der Zeit, in der Lichtpulse vom Laserlichtdetektor 50 empfangen werden, zeigt die LCD-Anzeige 80 eine Form von Neigung an, damit der Anwender die vorliegende Elevation im Vergleich zu der Ebene des rotierenden Laserlicht feststellen kann.

Sobald der erste Laserstrahl auf die Fotodiodenarray 94 trifft, wird das HOLD-Signal (am Ende des Lichtpulses) aktiv und der Mikroprozessor 78 vergleicht sofort die beiden Eingangskanäle mithilfe des A/D-Wandlers 70. Jeder Kanal wird als ein numerischer Wert empfangen und der vorher genannte BIAS-Ruhestrom von jedem Kanal (was vorher in RAM gespeichert wurde) wird von den neuen numerischen Werten, die der A/D-Wandler 70 erhalten hat, abgezogen. Die Subtraktion führt zu einem neuen Netto-numerischen Wert für jeden der Eingangskanäle, welcher in einer Kalkulation für die „Position” verwendet wird, indem die folgende bevorzugte Gleichung verwendet wird:
Wobei:

CHx: = der Netto-numerische A/D-Wandlerwert, pro Eingangskanal;
R: = ein numerisches Positionsergebnis, im Bereich von 0-1FF16;
Kx: = Konstanten, die im Mikroprozessor 78 gespeichert sind.

Die obige Gleichung kalkuliert einen gewichteten Durchschnitt, in welchem die verschiedenen Konstanten Kx Werte erhalten können, die zu einem rein linearen Ergebnis führen oder zu einem unterschiedlichen (nicht linearen) Ergebnis in Abhängigkeit von den Optionen, die vom Anwender am Gerät voreingestellt werden. In der aufgezeigten Ausführungsform können die Konstanten Kx wie folgt gewählt werden: Wie in der obigen Gleichung und bei den Werten für die Konstanten Kx zu erkennen ist, ist der minimale numerische Wert für das Positionsergebnis R gleich 016 und der maximale Wert gleich 1FF16. Die verschiedenen Optionen beeinflussen den Weg, wie die Ergebnisse interpretiert werden, was weiter unten ausführlich erörtert wird. Es versteht sich, dass eine unterschiedliche Gleichung verwendet werden kann, um ein numerisches Ergebnis zu errechnen, was nicht dem gewichteten Durchschnitt entspricht, ohne dass dadurch von den Prinzipien der offenbarten Technologie abgewichen wird.
Nachdem die Positionskalkulation stattgefunden hat, wird die errechnete Position R des Laserlichteinfalls auf der LCD-Anzeige 80 angezeigt. Diese Position wird jedoch vielleicht nicht genau sein, wenn mindestens einer der Eingangskanäle des A/D-Wandlers 70 saturiert ist. Da der höchste Verstärkungszustand gewählt wurde, bevor ein erster Strahleinfall erfolgte, ist es ziemlich wahrscheinlich, dass mindestens einer der Eingangskanäle saturiert sein wird.
Genauere Daten können nach dem nächsten Laserlichteinfall aufgezeigt werden, wobei die folgende Prozedur zur Anwendung kommt: nachdem jeder der Laserlichteinfälle geschehen ist, scannt der Mikroprozessor 78 die gespeicherten Daten für jeden der A/D-Kanäle, um einen maximalen numerischen Wert von einem der Kanäle zu bestimmen, dem die Bezeichnung „X” für diese Erörterung gegeben wird. Da der bevorzugte A/D-Wandler 70 einen 10-Bit-A/D-Wandler darstellt, liegt der numerische Output im Bereich 0-102310. Der Wert „Y” stellt eine festgelegte Zahl im Speicher dar (im Computerprogramm, was in ROM gespeichert ist), was gerade etwas niedriger ist als die maximal mögliche Zahl 102310. Wenn X größer als Y ist, dann wird der Mikroprozessor 78 den Verstärkungszustand um ein Grad reduzieren, falls dies möglich ist. Natürlich müssen die Eingangsschalter weiter arbeiten, während einer oder mehrere der Eingangskanäle sich im saturierten Status befinden, wenn der Laserlichtdetektor 50 bereits bei seinem niedrigsten Verstärkungszustand ist.
„W” ist eine andere festgelegte Zahl, die im Speicher (ROM) gespeichert ist, welche etwas größer ist als der minimale mögliche Ausgangswert Null (0) vom A/D-Wandler 70. Wenn X weniger als W ist, dann wird der Mikroprozessor 78 den Verstärkungszustand um ein Grad erhöhen, falls möglich. Wenn es nicht möglich ist, den Verstärkungszustand um ein Grad zu erhöhen (d. h., der Laserlichtdetektor 50 arbeitet bereits im maximalen Verstärkungszustand), muss der Laserlichtdetektor 50 weiter mit Daten arbeiten, die ein sehr niedriges Spannungsniveau darstellen.
Jegliche Veränderung im Verstärkungszustand, falls zutreffend, erfolgt weit vor dem nächsten erwarteten Lichteinfall in das Fotodiodenarray vom Laserlichtdetektor 50. Da die meisten rotierenden Laserlichtquellen mit einer Drehzahl von 600 rpm (U/min) arbeiten, bestehen normalerweise ein hundert Millisekunden Zeit zwischen den erwarteten Lichtpulsempfängen. Bei Verwendung der automatischen Verstärkungszustandsfunktionen, die oben beschrieben sind, wird ersichtlich, dass die Kombination der Verarbeitungsschaltung 78 und der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 51 eine sehr variable Empfindlichkeitssteuerung für den Laserlichtempfänger 50 darstellt.
Da es nur zwei Eingangskanäle in der dargestellten Ausführungsform des Laserlichtdetektors 50 gibt, muss der Mikroprozessor 78 oder mindestens sein A/D-Wandler 70 nicht notwendigerweise das Zentrum des Laserlichtpunktes ermitteln, der auf das Fotodiodenarray 94 trifft. Da die Spannungsausmaße der Signale v11 und v12 direkt proportional mit der Intensität des an jedem Eingangskanal (welches die Stromsignale i4 bzw. i5 produziert) empfangenen Laserlichts ist, ist es nur notwendig, festzustellen, welches Spannungssignal das größere Ausmaß besitzt, um das Zentrum des Laserlichtpunktes zu ermitteln. Ein einfacher Spannungsvergleichschalter (nicht gezeigt) kann dafür verwendet werden, um festzustellen, welches Signalausmaß größer ist, entweder v12 oder v12. Abhängig davon, ob Transistor Q1 oder Q2 derzeit eingeschaltet ist, bestimmt der Vergleichschalter, ob das Zentrum des Laserlichtpunktes oberhalb oder unterhalb entweder der oberen Lücke oder der unteren Lücke ist.
Eine Tastatur 84 wird für die Auswahl der verschiedenen Optionen, die beim Laserlichtdetektor 50 verfügbar sind, verwendet, wobei auch die Signale v28, die vom Mikroprozessor 78 empfangen werden, Anwendung finden. Einige der Optionen beziehen sich auch auf Anzeigen, wie etwa niedrige Batteriespannung, der Lasertransmitter ist nicht eben oder die Lautsprecher sind ein- oder ausgeschaltet off. Der Status von jeder dieser Optionen wird auf der Flüssigkristallanzeige 82 angezeigt, welche vom Mikroprozessor 78 über die Signale v27 gesteuert wird.
Der Laserlichtdetektor 50 enthält einen Lautsprecher 48, der durch das Spannungssignal v5 unter der Steuerung von Mikroprozessor 78 aktiviert wird. Das Signal passiert durch die digitalen Inverter 44, 45 und 46 und erstellt die Signale v6 und v7. Der Lautsprecher 48 wird vorzugsweise als Indikator verwendet, der anzeigt, ob das Zentrum des Laserlichtpunktes bodengleich in Hinblick auf den Laserlichtdetektor 50 ist oder nicht. Beispielsweise kann der Lautsprecher 48 einen „Pieps” mit einer „schnellen” Rate erzeugen, wenn der Laserlichtdetektor 50 über bodengleich liegt und eine „niedrige” Rate, wenn der Laserlichtdetektor 50 unter bodengleich und einen fortdauernden Ton, wenn der Laserlichtdetektor 50 bodengleich ist.
Des Weiteren kann der Lautsprecher 48 zur Bestimmung verwendet werden, ob eine Laserlichtquelle nicht eben liegt. Die Laserlichtquelle tastet normalerweise mit einer Drehzahl von 600 RPM (Umdrehungen pro Minute) ab. Wenn die Lichtquelle entdeckt, dass sie nicht eben liegt, dann fällt ihre Abtastrate normalerweise auf 300 RPM herunter. Der Laserlichtdetektor 50 erkennt die niedrigere Abtastrate und der Lautsprecher 48 gibt vorzugsweise einen Ton ab, der eine andere Frequenz als normal aufweist oder er gibt einen „Pieps” mit einer viel niedrigeren Rate ab. Außerdem würde der Indikator 86 der Flüssigkristallanzeige 82 auch ein visuelles Anzeichen von diesem Problem abgeben.
Wie oben erörtert, kann der Lautsprecher 48 durch einen Tastaturbefehl deaktiviert werden und der aktivierte oder deaktivierte Status wird an der Flüssigkristallanzeige 82 (mit Referenznummer 87) angezeigt. Bei manchen Anwendungen ist es wünschenswert, den hörbaren Output von Lautsprecher 48 ziemlich laut einzustellen und eine typische niedrige AC-Spannung oder DC SONALERTTM wird bereitgestellt, die einen lauten Outputwert haben. Andererseits wird in einer Innenraumumgebung das laute hörbare Output auf ein sehr viel niedrigeres hörbares Niveau abgemildert und der Laserlichtdetektor 50 kann wahlweise auch mit einem getunten Hohlraum 98 ausgestattet werden, der eine resonante Frequenz aufweist, die gleich mit der normalen Audiofrequenz des Lautsprechers 48 ist. Wenn ein gemildertes Audiooutput erwünscht wird, kann die Frequenz des Audiosignals bei den Spannungen v6 und v7 wesentlich erhöht oder reduziert werden, wodurch der Lautsprecher 48 zu einer Frequenz arbeitet, die außerhalb der resonanten Frequenz des getunten Hohlraums 98 liegt, was zur Wirkung hat, dass der Ausgangspegel des Laserlichtdetektors 50 erheblich gemildert wird. Auf diese Weise kann der Laserlichtdetektor 50 sowohl in Innenräumen als auch im Freiraum verwendet werden und diese Auswahl kann ohne die Verwendung von beweglichen Teilen erfolgen. Die Auswahl kann durch die Tastatur 84 erfolgen und die Anzeige würde mit der Indexziffer 88 auf der Flüssigkristallanzeige 82 sichtbar werden.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Optionen eher als Beispiele einiger der Funktionen dienen, die für den Laserlichtdetektor 50 verfügbar sind. Viele weitere Optionen können der Schaltung des Laserlichtdetektors 50 hinzugefügt werden, ohne dass dabei von den Prinzipien der Technologie, die hier offenbart werden, abgewichen wird. Beispielsweise können die Signale v26 und v27, die die Anzeigesymbole 80 und 82 in 1 betreiben, auch zum Betreiben einer Maschine in einem „Maschinesteuerungsmodus” benutzt werden und das Signal v26 und/oder v27 kann von einer Ausgangsschaltung, die jegliche notwendige Signalkonditionierung enthält, produziert werden.
Im Maschinesteuerungsmodus kann ein alternativer Laserlichtdetektor eine Form von Anzeige nicht erfordern, da das Outputsignal v26 und/oder v27 von einem alternativen Laserlichtdetektor 50 zur Steuerung bestimmter Bewegungen der Maschine selbst direkt verwendet wird. Des Weiteren kann das Outputsignal v26 und/oder v27 zur Maschinenkontrolle als proportionales Signal anstatt dem reinen digitalen Signal, falls erwünscht, bereitgestellt werden. (Es versteht sich, dass ein derartiges proportionales Signal der Form eines numerisch binären Signals, entweder eines parallel Multibit-Signals oder eines seriellen Datenstromsignals entspricht.) Wie es bei allgemeinen elektronischen Schaltungen üblich ist, wird eine Mehrfachspannungs-DC-Stromversorgung 90 dem Laserlichtdetektor 50 bereitgestellt und diese stellt die Outputspannungen mit der Bezeichnung +VDC, +V1 und +V2 in den Zeichnungen her. Diese DC-Stromversorgung kann an die Batterie 92 der Anlage, auf dem der Laserlichtdetektor 50 angebracht ist, angehängt sein. Wenn eine kabellose Installation gewünscht wird, kann die DC-Stromversorgung 90 mit eigenen internen Batterien laufen.
Der Laserlichtdetektor 50 kann mit anderen als die hier beschriebenen Konfigurationen und Hardware verwendet werden. Beispielsweise anstatt einer Flüssigkristallanzeige 82 können die Symbole der Flüssigkristallanzeige 82 von LED oder Weißlicht angezeigt werden. Des Weiteren muss keine Batterie 92 bereitgestellt werden, wenn der Laserlichtdetektor 50 permanent an einer Maschine wie etwa eine Planierraupe angebracht werden soll.
Eine andere Konfiguration des Laserlichtdetektors 50 verwendet Spannungsvergleichsschalter anstatt des A/D-Wandlers, um die Nullpunkte der Totzonenecken zu bestimmen, wie weiter oben beschrieben wird. Hier sei zu beachten, dass bei Verwendung von Vergleichschaltern anstatt dem A/D-Wandler und dem Mikroprozessor es schwieriger wird, die anfänglichen Ruhekonditionen des Integrators zu ersetzen. Natürlich ist die Vergleichschalterkonfiguration billiger in der Herstellung und könnte immer noch in Verbindung mit einem Mikroprozessor verwendet werden, der immer noch die Anzeige und das Umschalten der Transistoren Q1 und Q2 des Fotodiodenarrays 94 steuert. Andererseits kann der Mikroprozessor selbst eliminiert werden, wenn die digitale Logik substituiert werden würde. Eine Möglichkeit der Implementierung der digitalen Logik wäre die Verwendung von programmierbaren integrierten Schaltungen für den logischen Zustand. Eine derartige digitale Logik kann das Umschalten der Transistoren Q1 und Q2 sowie auch die LCD-Anzeige 82 und LCD-Anzeige 80 steuern. Tatsächlich können mit genügend digitaler Logik alle Funktionen, die normalerweise vom Mikroprozessor gesteuert werden, implementiert werden.
Es versteht sich, dass das physikalische Layout des Laserempfängers 50, was in 3 dargestellt ist, im großen Ausmaß modifiziert werden kann, wobei alle wichtigen Funktionen, die oben erörtert wurden, ausgeführt werden können und dass diese Modifikationen Bestandteil der Lehre für diese hier offenbarten Technologie sind.
Bezugnehmend auf 4, eine zweite Ausführungsform, wird allgemein ein Lichtstrahlempfänger mit der Ziffer 101 für die Analyse eines Empfangs von einem Lichtstrahl 103 angezeigt. Der Empfänger 101 enthält ein Lichtstrahlbauteil 110, was wiederum verschiedene Fotoerkennungselemente 112, 113 und Integratoren 141, 142 für auf Lichtstrahlelemente basierte Signale umfasst. Ein optischer Filter 104 wird bereitgestellt, normalerweise in Form eines Fensters, was die Fotosensoren 112 und 113 abdeckt. Die Verwendung dieses optischen Filters 104 wird ausführlich weiter unten erörtert.
Ein Zeitbegrenzungssteuersystem für die Signalintegration 143 wird bereitgestellt, was mindestens zwei Integratoren zugeordnet ist (und daher in diesem Fall den beiden Integratoren 141 und 142), so dass die Analyse des Lichtstrahlempfangs als Antwort auf zwei Integratorausgabesignale 171, 172 möglich wird. Die Signale 171 und 172 werden im Verhältnis zueinander mit einer Vergleichsschalterauswertung/Reglerstufe 200 ausgewertet.
Der Lichtstrahlempfänger 101 in 5 ist in diesem Beispiel als handgehaltener Empfänger entwickelt und weist dementsprechend eine Batterieversorgung und örtliche Steuerelemente auf, die in 5 mit der Referenznummer 300 (eine Stromquelle, wie etwa eine regulierte DC-Stromversorgung), 400 (eine Batterie), 500 (eine Anzeige), 600 (eine Eingabetastatur oder Tastatur) und 700 (ein Signalteil mit einer Treiberschaltung) angezeigt sind. Mit der Tastatur 600 können Inputdaten in die Verarbeitungsschaltung 200 eingegeben werden und ihre individuellen Tasten stellen Beispiele für anwenderbetätigte Eingabegeräte dar. Das Signalteil 700 kann beispielsweise ein Lautsprecher oder eine andere Art von hörbaren Sound produzierenden Teil sein und derart entwickelt, um Strahlereignisse zu signalisieren, die zentral, zu hoch oder zu niedrig sind unter Verwendung von beispielsweise Tonmodulation und Abstandsvariation. Der Empfänger 101 beinhaltet auch einen Kalibrierungsdatenspeicher 210, der mit Vergleichsschalter/Systemreglerstufe 200 kommuniziert.
Eine Kalibrierungseinheit wird in der beispielsweisen Ausführungsform dem Lichtstrahlempfänger beigeordnet, welche gemäß 5 mit einer lichtemittierenden Diode 111 ausgestattet ist, welche Energie durch ein Signal 191 von der Auswertung- und Steuerungseinheit 200 erhält. Die LED 111 ist derart entwickelt und beigestellt, dass es Licht in einer bekannten Position zwischen den Detektorelementen 112, 113 emittieren kann, so dass im Wesentlichen die gleichen Lichtproportionen von beiden Detektorelementen empfangen wird, so dass zeitrelevante oder temperaturrelevante Variationen auf den entsprechenden Detektoren 112, 113 produziert werden können.
Die lichtemittierende Quelle 102, in 4 als eine Glühbirne dargestellt, was nur der einfacheren Erkennung dienen soll, emittiert im Allgemeinen einen genau definierten Lichtstrahl und insbesondere wird diese durch einen Laser, normalerweise einen rotierenden Laser generiert, wie es im Allgemeinen bei Baustellen der Fall ist. Derartige rotierende Laser können ein unterschiedliches Design aufweisen. Insbesondere wird angedeutet, dass solche rotierenden Laser verwendet werden können, die in PCT/EP 01/08841 beschrieben werden. Der Empfänger 101 kann einfach entwickelt werden, um die Lichtstrahlen, die kurz nacheinander im Lasertransmitter emittiert werden, auszuwerten und insbesondere können Integrationszeiten, Verzögerungen etc. separat für jeden Strahl bestimmt werden und/oder die gleichen Verzögerungen, Verstärkungen, etc. können zur Vereinfachung für alle Strahlen, die die nahe hintereinander gereihten Empfänger erreichen, verwendet werden.
Bei diesem Lichtstrahlempfänger 101 trifft der Lichtstrahl 103 auf den Lichtleitstab 114, wobei Licht die Lichtdetektoren 112, 113, die an den Enden eines Lichtleitstab 114 angebracht sind, erreicht und zwar vom Einfallpunkt aufgrund von einer internen totalen Reflektion und Propagation. Die Intensität der Lichtproportionen, die die Lichtstrahl-Detektorelemente 112, 113 erreicht, hängt hier davon ab, wie nahe Lichtstrahl 103 zu den Lichtstrahl-Detektorelementen 112, 113 den Lichtleitstab 114 trifft. Bei der beispielsweisen hier gezeigten Ausführungsform trifft Lichtstrahl 103 den Lichtleitstab 114 näher bei Lichtstrahl-Detektorelement 113 als bei Lichtstrahl-Detektorelement 112. Das wird aus den unterschiedlichen Sektionen „1” und „m” ersichtlich, die vom Einfallpunkt bis hin zur relevanten Oberfläche verlaufen.
Es versteht sich, dass die optischen Filter 99 und 104 der ersten und zweiten Ausführungsform nicht notwendigerweise am „Fenster” über den Fotosensoren angebracht werden muss, wie es in den Zeichnungen dargestellt ist. Stattdessen kann sich, wie beispielsweise bei der zweiten Ausführungsform, der optische Filter 104 an zwei verschiedenen Orten zwischen dem Stabsensor 114 und der Fotodioden 112 und 113 sein oder der optische Filter könnte im Lichtleitstab 114 selbst integriert sein, entweder als Teil der Stabbeschichtung oder das Stabmaterial kann eine bestimmte Art von Plastik sein, was die spektralen Transmissionseigenschaften aufweist oder alternativ kann der (die) optische(n) Filter in der Beschichtung integriert sein und/oder im Verkapselungsmaterial der Fotodiodenpakete.
Bei der beispielsweisen gezeigten Ausführungsform wird angenommen, dass die Intensität des empfangenen Lichts auf dem Lichtstrahl-Detektorelement einem Maßstab der Entfernung vom Einfallspunkt von Lichtstrahl 103 auf dem Lichtleitstab 114 von den relevanten Endflächen entspricht. Es ist nicht absolut notwendig, dass eine lineare Beziehung zwischen der Lichtintensität auf den Lichtstrahl-Detektorelementen und der Proportion des Einfallpunkts zur Stablänge besteht. Zum Zweck dieser Erklärung hier kann dies einfach angenommen werden, auch wenn, im Fall von stark absorbierenden Stäben, beispielsweise, Absorptionseffekte über die Lauflänge von jeglicher exponenzieller Dämpfung produziert werden können, oder eine Abweichung von der Linearität aus anderen Gründen bestehen kann. Jedenfalls soll hier erwähnt sein, dass solche Fälle im Allgemeinen durch einen angemessene Auswertung oder Kalibrierung entdeckt werden können. Falls notwendig, können verschiedene Kalibrierungsquellen in Hinblick auf die lichtemittierende Diode 111 oder ähnliches zur Bestimmung von Nicht-Linearitäten verwendet werden.
Die Lichtstrahl-Detektorelemente 112, 113 sind an den Endpunkten des Lichtleitstabs 114 angebracht, so dass sie das an den Stab 114 gekoppelte Licht empfangen und in der Lage sind, dieses Licht in elektrische Signale umzuwandeln. Bei der beispielsweisen, gezeigten Ausführungsform stellen die Fotodetektor-Elemente 112 und 113 beispielsweise lichtempfindliche Fotodioden dar. Die als I1 und I2 in 4 bezeichneten Signale, die den Ausgangssignalen 151 und 152 entsprechen, welche von Lichtstrahl-Detektorelement 112 bzw. 113 produziert werden, werden dann durch die Schnittstellenphasen 120 und 130 konditioniert. Die Signale 151 und 152 werden zuerst durch die Verstärkungsphasen 121, 131 verstärkt und, falls notwendig, hinsichtlich der Impedanz konvertiert. Diese Signale werden dann durch die Filter 122, 132 durchgeführt, welche in der beispielsweisen gezeigten Ausführungsform Hochpassfilter darstellen. Die Filter 122 und 132 können Lichtfluktuationen mithilfe der AC-Frequenz von künstlichem Licht und durch Erkennen nur der höheren Frequenzsignalkomponenten des rotierenden Lasers, der mit ausreichender Geschwindigkeit rotiert, ausfiltern
Die konditionierten und gefilterten Signale 161 und 162, in 4 auch als Sig1 und Sig2 bezeichnet, werden dann in eine Integrationsphase 140 geführt, welche die Integratoren 141, 142 einschließt, um die Signalintensität über Zeit zu integrieren. Derartige Integrationsschaltungen sind weit verbreitet. Die Integratoren sind in diesem Fall steuerbar, so dass die Startzeit, in der die Integration beginnt und die Zeit, in der die Integration beendet wird, von außen vorbestimmt (d. h. gesteuert) werden kann. In einer einfachen Variante wird die Startzeit in Abhängigkeit von einem ansteigenden Endpunkt ausgewählt, so dass die Integration erst beginnt, wenn ein bestimmter Schwellenwert erreicht wird. Dies verhindert, dass Rauschen von verschiedener Lautstärke an beiden Kanälen, welches in den Bestimmungen für eine verlängerte Periode mit eingeschlossen werden könnte, zu erheblichen Signalverfälschungen führt. In einer anderen Variante könnte die Startzeit relativ zum ansteigenden Endpunkt verzögert werden. Die Fotosensoren bei 110, die Filterphasen 120, 130 und die Integrationsphasen 140 sind alle Teil der Inputschnittstellenschaltung 100 vom Laserempfänger 101.
Um die Integrationszeit zu begrenzen, wird ein Beendigungswert der Integrationszeit der Integrationsphase 140 zugeordnet, welche die Integratoren 141, 142 unter anderem enthält. Bei der beispielsweisen gezeigten Ausführungsform geschieht das, indem die entsprechenden integrierten analoge Signale 171, 172 in einen Vergleichsschalter 1432 geführt werden, der bestimmt, ob einer der Integralwerte (171 oder 172) den bestimmten Schwellenwert „c” erreicht hat oder diesen übertrifft. Es sei hier angemerkt, dass eine alternative Unterbrechungsbedingung, beispielsweise, auch dem entsprechen könnte, ob eine Funktion wie die Summe der beiden Integratorsignale den Schwellenwert „c” erreicht hat. Sobald ein Übermaß festgestellt wird, wird ein Stoppsignal gegeben, um eine weitere Integration nach oben zu verhindern. Wenn das Stoppsignal aktiv ist, wird das Gatesignal 184 der Integratoren deaktiviert. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem ein Schalterelement, was integriert werden muss, geöffnet wird und Signale durchlässt. Dieser Zulass-(oder Gate)-Schalter bewirkt, dass wenn die Signalstärke „c” in einem der Kanäle (in diesem Fall Kanal 1, weil ein stärkeres Signal im Bezug auf die Relation 1 < m präsent ist) erreicht, während im anderen Kanal ein Integratorsignal empfangen wird, was erheblich kleiner als „c” ist. [sic].
Die Werte für „c” werden von den Outputsignalen 182 und 183, die vom Vergleichsschalter/Systemreglerstufe 200 produziert werden, eingestellt. Auf die Signale 182, 183 wird auch Bezug genommen in den Zeichnungen als Signale für „Schwellenwert1” und „Schwellenwert2”. Ausführlicher, wenn der Vergleichsschalter/Systemreglerstufe 200 einen Mikroprozessor oder eine Mikrosteuerung enthält, wird eine Art von Digital-Analog-Wandler verwendet, um einen digitalen Wert, der dem Schwellenwertsignal entspricht, umzuwandeln. In 6 ist ein D/A-Wandler mit der Referenznummer 501 dargestellt und sein Outputsignal wird als das Schwellenwert1-Signal 182 verwendet, welches in die Vergleichsschalterphase 1431 geleitet wird.
Eine wichtige Verwendung des D/A-Wandlers 501 dient dazu, dass die Betriebsempfindlichkeit des Laserempfängers 101 von einem Anwender unter Verwendung der digitalen Werte und der Anzeige, die von einem Anwender einfach zu erkennen ist, verändert wird. Die Anzeige 500 kann von einem Anwender angesehen werden, um die bestehende Stromstärkenempfindlichkeit des Laserempfängers 101 zu erkennen, welche in 6 dargestellt ist, durch die variable Schwellenwerteingabeschaltung 502. Der Anwender ist dann in der Lage, die Empfindlichkeit durch Eingabe auf der Tastatur oder dem Tastenfeld 600 zu verändern. (Auf diese Betriebsempfindlichkeit kann auch als „Gainzustand” des Schnittstellenschalters 100 der ersten Ausführungsform 101 Bezug genommen werden.)
Wie bei der ersten Ausführungsform 50 können die Signale, die die Anzeige 500 betreiben, alternativ auch zur direkten Steuerung einer Maschine, in einem „Maschinensteuermodus” verwendet werden. Bei diesem Maschinensteuermodus können diese Signale derart konditioniert sein, um damit angemessen die Schaltungen der Maschine zu betreiben. Des Weiteren muss in einem derartigen Maschinensteuermodus eine Anzeige für den Laserempfänger 101 nicht erforderlich werden.
Sobald der Anwender den Betriebsempfindlichkeitszustand verändert hat, wird ein neuer Wert vor der Einstellschaltung 502 an den D/A-Wandler 501 gegeben, welche dann die analoge Spannung bei Signal 182 ändert. Dadurch werden die Schwellenwerte wirksam geändert, die dann von der Vergleichsschalterphase 1431 verwendet werden und dem entsprechend wird der Betriebsbereich des Laserempfängers 101 geändert. Zur gleichen Zeit wird dadurch der Betrag, der die Ablehnungsfähigkeit auf „Störungen” des Laserempfängers 101 darstellt, geändert, was eine erforderliche Funktion wegen den möglichen störenden Lichtquellen, wie Neonlicht und Stroboskoplampen, die an den Baustellen präsent sein können, darstellt. Je größer die Ablehnungsfähigkeit auf „Störungen” des Laserempfängers ist, desto größer ist auch die Fähigkeit, zwischen den empfangenen Pulsen von Laserlicht und unerwünschten Störungslichtsignalen, die von andere Lichtquellen produziert werden, (wie etwa z. B. Neonlicht und Stroboskoplampen) zu unterscheiden.
Bei Verwendung der oben beschriebenen Steuerfunktionen des Betriebsempfindlichkeitszustands wird ersichtlich, dass die Kombination Verarbeitungsschaltung 200 und variable Schwellenwerteingabeschaltung 502 als variable Empfindlichkeitssteuerschaltung für Laserlichtempfänger 101 fungiert. Es versteht sich, dass je größer die Betriebsempfindlichkeitsparameter sind (die vom aktuellen Gainzustand eingestellt werden) desto niedriger ist die Ablehnungsrate des Laserlichtempfängers 101 für unerwünschte Störlichtsignale. Wenn die Betriebsempfindlichkeit zu hoch angesetzt wird, dann wird der Laserlichtempfänger zu empfindlich und kann die unerwünschten Störlichtsignale durch Störlichtquellen (oder „Streulicht”) nicht wirksam ablehnen.
Andererseits, wenn die Betriebsempfindlichkeit korrekt eingestellt wird, kann der Laserlichtempfänger wirksam die unerwünschten Störlichtsignale ablehnen und immer noch genügend Laserlicht von einer erwünschten Quelle empfangen, wie etwa von einem rotierenden Lasertransmitter, der eine Laserlichtebene abgibt, die auf den Empfänger als eine Reihe von Laserlichtpulsen trifft.
Hier sei angemerkt, dass zusätzlich zu der einfachen Schwellenwertsteuerung zur Begrenzung der Integrationszeit ein vom Zeitschalter gesteuerter Integrationszeitbegrenzer als Alternative oder zusätzlich bereitgestellt werden kann. Dadurch wird verhindert, dass Signale bearbeitet werden, obwohl nur ein sehr schwaches Signal empfangen wurde oder die Integration durch einen zufälligen Lichteinstrahl, Signalrauschen oder Ähnliches begonnen wurde, obwohl kein relevantes Signal besteht. Im Fall einer zusätzlichen Integrationszeitsteuerung sollte eine Bestimmung auch alternativ oder zusätzlich gemacht werden, damit die Integration durch verschiedene Signalpassagen für wiederholt empfangene Lichtstrahle, wie es beim Rotierenden Laser der Fall ist, stattfinden kann. Der Vorteil liegt hier darin, dass immer noch akzeptable Genauigkeiten bezüglich der Elevationsbestimmung möglich sind und dies auch über sehr lange Distanzen. Zu diesem Zweck sollte eine Synchronisierung des Strahls vorgenommen werden mit beispielsweise einem Signal, was den Integratoren nur für eine bestimmte Zulassungszeit während der erwarteten Signalübertragung eingespeist wird. Die ermöglich ein quasi Lock-in-Verhalten.
Geeignete Analog-Digital-Wandler 201, 202, die die integrierten Signalwerte 171 und 172 zu entsprechenden digitalen Werten umwandeln, werden in Reihe an den Integratoren bei der beispielsweisen in 4 gezeigten Ausführungsform angebracht. Diese A/D-Wandler sind Bestandteil vom Vergleichsschalter/Systemreglerstufe 200. Die entsprechenden digitalen Werte werden mit X und Y in 4 bezeichnet und aus dem oben Genannten kann erkannt werden, dass in diesem Beispiel X ungefähr „c” ausmacht, wobei Y kleiner sein kann. Um die Position des Einfallpunktes 102 auf Lichtleitstab 114 durch die von den Analog-Digital-Wandlern erhaltenen Werte für X, Y zu bestimmen, umfasst die Auswertungsphase 200 eine Berechnungseinheit 203, wobei die Auswertungsphase in diesem Fall beispielsweise durch eine allgemeine mathematische Funktion formuliert wird. Dies kann beispielsweise eine Divisorphase sein, es könnte aber auch durch eine unterschiedliche Phase mit angemessener Standardisierung formuliert werden d. h. einen Wert gemäß (X – Y)/(X + Y), beispielsweise zu kalkulieren. Die letztere Variante hat den besonderen Vorteil, dass unabhängige Signalamplitudewerte auch für sehr schwache Signale auf beiden Kanälen empfangen werden können. Des Weiteren kann die Berechnungseinheit 203 auch Korrekturwerte von einem Kalibrierungsspeicher 210 einbeziehen, um damit Linearitätsfehler, die von der Produktion oder der Entwicklung herrühren, von den gemessenen Werten zu entfernen. Zum Zeitpunkt der Produktion sind diese Werte für ein Berechnungsgerät bestimmt und werden dann im Kalibrierungsspeicher 210 gespeichert.
Das beschriebene Arrangement wird Folgendermaßen angewendet:
Zuerst wird ein rotierender Laser 102 in Betrieb genommen, d. h., er gibt einen Laserstrahl ab, der eine Oberfläche abtastet, die so genau horizontal als möglich ist. Wenn die Rotation stabilisiert ist, wird der Laserlichtempfänger 101 in die Strahlebene gebracht. Der Laserlichtstrahl 103 trifft nun wiederholt auf einen Punkt auf dem Lichtleitstab 114 auf, was eine Anzeige der Position des Lichtleitstabes 114 relativ zur horizontalen Ebene, die vom Laserstrahl abgetastet wird, darstellt. Die Inzidenz von Licht auf dem Lichtleitstab 114 ergibt pulsartige Signale auf den Lichtstrahl-Detektorelementen 112, 113, die sich auf den Enden des Stabes befinden, deren Elemente der Integrationsphase 140 zugeführt werden und zwar nach der Verstärkung und der Konditionierung der Frequenzreaktion in den Filterphasen 120 und 130. Die konditionierten Signale 161 und 162 werden in diesem Fall von beiden Integrationskanälen zum ersten Mal zugelassen, sobald eine bestimmte Signalstärke in einem der beiden Kanäle übertroffen wird. Wenn dies nur für einen Kanal der Fall ist, dann wird nicht nur der eine sondern auch der andere Kanal aktiv geswitcht.
Die Signale von beiden Kanälen sind jetzt integriert, bis ein bestimmter Schwellenwert „c”, welcher in der Vergleichsschalterphase 1432 etabliert wird, am Integrationsausgang eines Kanals überschritten wird. Nachdem dieser Schwellenwert überschritten wurde, wird in der Phase 143 etabliert, dass die Integration beendet werden muss und das Eingangssignal an beiden Integratoren wird entsprechend unterbrochen. Die Integrator-Ausgabesignale 171, 172 werden dann zu den Analog-Digital-Wandlern 201, 202, geroutet und entsprechende digitale Werte X, Y werden bestimmt. Das kann zu einer geringen Beispielrate passieren, da dieses Signal für eine relative lange Zeit präsent ist. Zur selben Zeit kann die Genauigkeit der Analog-Digital-Wandlung ohne hohe Kosten erhöht werden.
Nach der Analog-Digital-Wandlung kann die Integratoreinheit 140 mit dem Signal 181 zurückgesetzt werden, damit der nächste Durchgang von einem anfänglichen Wert 0 beginnen kann. Die auf den Analog-Digital-Wandlern erhaltenen Werte X, Y werden dann in der Berechnungseinheit 203 bestimmt und ein Anzeigewert, der dem errechneten Wert entspricht, wird emittiert (mit der Anzeige 500). Dieser Wert kann die Entfernung des Zentrums von dem Lichtstrahldetektor zu einer Elevation, die vom Lichtstrahl abgetastet wird anzeigen, oder anzeigen, ob das Zentrum genau auf der abgetasteten Ebene liegt.
Hier sei angedeutet, dass Details der individuellen Signalkonditionierungsphase nur in einem Blockdiagramm auf 4 dargestellt sind und diese auch von 5 und 6 abgeleitet werden können. Des Weiteren ist es nicht immer absolut notwendig, eine Signalfilterung mit Bandbreitenreduktion durchzuführen. Es ist auch nicht notwendig, integrierte Vergleichsschalter für die Triggerschaltung zu wählen, auch wenn die Verwendung von integrierten Komponenten vorgezogen wird.
Details einer möglichen Entwicklung der Triggerschaltung sind in 6 gezeigt, aber die besondere Funktion hier beinhaltet, dass die gezeigten Vergleichsschalter 1431, 1432 Vergleichsschalter mit offenen Sammel-Elektrodenoutputs repräsentieren.
Bei 6 wird eine Zeitverzögerung eingesetzt, die mithilfe eines monostabilen Flipflops 1433 erzeugt wird, welcher wiederum durch eine Steuerungsspannung 186 der Auswertungseinheit 200 programmiert wird. Das Steuerungssystem für Integrationszeit 143 generiert hier mithilfe einer einfachen Zeitmesserschaltung 1434 eine Spannung 185, deren Wert die Position der Integrationszeit Δ-Farbe innerhalb Strahldurchgangszeit Δ-Pulse angibt. Die Auswertungseinheit verwendet dann diese Spannung, um eine neue Steuerungsspannung 186 für den nächsten Fall zu generieren.
Weitere Details der Grundprinzipien für den Betreib der zweiten Ausführungsform sind in der veröffentlichten Patentanmeldung US 2009/0046269 A1 mit dem Titel „LIGHT BEAM RECEIVER (LICHTSTRAHLEMPFÄNGER)” erhältlich. Diese Patentanmeldung wurde am 27. April 2007 eingereicht, erhielt die Seriennummer 11/666,596 und wird hier in ihrer Gesamtheit als Referenz mit einbezogen.
Bezugnehmend auf 7 wird hier ein Ablaufdiagramm gezeigt, was einige der wichtigsten Schritte darstellt, die von einer zweiten bevorzugten Ausführungsform 101 ausgeführt wird, wenn der Laserempfänger in Betrieb ist. Beginnend mit einem Initialisierungsschritt 250, legt der nächste Schritt bei 252 die Betriebsempfindlichkeit auf ihren Standardwert fest. Bei der zweiten Ausführungsform 101 kann die Empfindlichkeit des Empfängers manuell vom Anwender eingestellt werden und in einem Modus der zweiten Ausführungsform gibt es vier verschiedene Empfindlichkeitszustände. Die vier Empfindlichkeitszustände werden als: „Niedrig”, „Mittel”, „Hoch” und „Sehr hoch” bezeichnet.
In einem bevorzugten Betriebsmodus wird der Standardwert auf „Mittel” in Schritt 252 des Ablaufdiagramms von 7 eingestellt. Der Anwender kann später den Empfindlichkeitszustand, wie weiter unten beschrieben wird, andern.
Der Betrieb des Empfängers kommt nun zu einem Schritt 254, in welchem der Empfänger anfangt, Lasersignale zu erkennen, die auf seine Fotosensoren treffen. Sobald diese Funktion den Betrieb beginnt, prüft der Empfänger den Status der Eingabetasten des auf dem Empfänger 101 befindlichen Tastenfelds 600. Dies passiert bei einem Schritt 260, welcher eine Routine startet, um die Eingabetasten des Anwenders zu prüfen.
Der Betrieb kommt nun zu einem Entscheidungsschritt 262, der bestimmt, ob die Taste „MENÜ” (MENÜ) gedrückt wurde. Wenn die Antwort YES (JA) ist, wird der Logikfluss zu einem Schritt 264 geleitet, in welchem der aktuelle Empfindlichkeitszustand auf der Anzeige 500 des Empfängers angezeigt wird. Wenn der Empfänger gerade eingeschaltet wurde, dann würde der Standardwert für den Empfindlichkeitszustand mit dem Wort „Mittel” angezeigt. Natürlich kann der Laserempfänger bei der zweiten Ausführungsform einen unterschiedlichen Standardwert, falls erwünscht, haben, was jeweils vom Entwickler festgesetzt wird. In dieser Situation würde der aktuelle Empfindlichkeitszustand einen anderen Wert als „Mittel” anzeigen.
Der Entscheidungsschritt 262 verwendete einen Tastendruck „MENÜ” als den entscheidenden Faktor, bei der Entscheidung, ob der Anwender gerade versucht, den Entscheidungsschritt des Empfängers zu verändern oder nicht. Es versteht sich, dass andere Tasten gedrückt werden können und auch eine Kombination von mehreren Tasten simultan gedrückt werden können, damit die Anzeige 500 den aktuellen Empfindlichkeitszustand anzeigt und um den Modus einzugeben, in dem der Empfindlichkeitszustand vom Anwender geändert werden kann. Diese Art von Auswahl im Design hängt sicherlich ab von den Tasten, die auf der Tastatur 600 des Laserempfängers 101 verfügbar gemacht werden. Der „gesamte” Nummerblock ist für die meisten Laserempfänger nicht notwendig und nur ein verkleinertes Set von Funktionstasten würde für solche Geräte in den meisten Situationen realisierbar sein. Der Anwender wird über die Anwendung der Tasten in Kenntnis gesetzt und zwar entweder durch die Symbole auf den Tasten selbst oder durch ein Handbuch, was mit dem Empfängergerät 101 mitgeliefert wird.
Der Logikfluss hat jetzt einen Schritt 266 erreicht, bei dem Empfänger 101 der zweiten Ausführungsform die Eingaben des Anwenders erkennt und den Empfindlichkeitszustand auf den gewünschten Wert bringt. Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform gibt es gibt es vier verschiedene Empfindlichkeitszustände und der Anwender kann die Empfindlichkeit auf entweder „Hoch” oder „Sehr hoch” erhöhen. Wenn der Anwender die Empfindlichkeit des Empfängers 101 erhöht, kann er feststellen, das dieser erhöhte Empindlichkeitswert zu hoch für die Umgebung sein kann, in welcher das Gerät 101 betrieben wird. Unter diesen Umständen möchte der Anwender wahrscheinlich den Empfindlichkeitswert des Geräts reduzieren, indem er wieder durch die Routine mit Drücken der Taste MENU geht, die im Schritt 260 in 7 beginnt. Die Wirkungen der verschiedenen Empfindlichkeitswerte werden weiter unten ausführlich erörtert.
Wenn der Anwender den Empfindlichkeitszustand in Schritt 266 ändert, zeigt die Anzeige 500 den aktuellen Wert für den Empfindlichkeitszustand, der jetzt vom Anwender ausgewählt wurde. Sobald der Anwender damit fertig ist, den Empfindlichkeitszustand des arbeitenden Empfängers zu verändern, wird der Logikfluss zu einem Entscheidungsschritt 270 geleitet, bei dem der Empfänger 101 bestimmt, ob andere menügesteuerte Funktionen (MENU) jetzt vom Anwender eingegeben werden oder nicht. Wenn die Antwort YES gegeben wird, wird der Logikfluss zu einem Schritt 272 geleitet, der andere Funktionen des Empfängers gemäß den Tasteneingaben des Anwenders ändert. Wenn das geschehen ist und keine anderen menügesteuerten Funktionen bei Schritt 270 eingestellt werden, wird der Logikfluss zu einem Schritt 274 geleitet, in welchem der Empfänger 101 die letzten Einstellungen, die vom Anwender eingegeben wurden, speichert.
Der betriebsgemäße Logikfluss wird nun zu einem Schritt 280 geleitet, in welchem der Empfänger 101 weiter arbeitet und den bodengleichen Status der aktuellen physischen Elevation des Empfängers in Hinblick auf die Laserlichtpulse, die von seinen Fotosensoren erkannt werden. Dieser Schritt 280 folgt auch auf den Entscheidungsschritt 262, wenn die Antwort NO (Nein) in Hinblick darauf ergab, ob die Taste „MENU” gedrückt wurde oder nicht. Normalerweise wird der Laserempfänger 101 bei Schritt 280 an seiner Anzeige 500 anzeigen, ob das Gerät bodengleich, über bodengleich oder unter bodengleich ist. Mit dieser Anzeige erhält der Anwender eine schnelle und genaue Angabe der Elevation des Laserempfängers 101 in Hinblick auf eine gewünschte Elevation, die von der Laserlichtebene angezeigt wird, die von einem rotierenden Lasertransmitter stammt. Diese Art der Anwendung ist weit verbreitet bei Anwendern auf Baustellen.
Wenn der Empfänger 101 weiter bei Schritt 280 ist, wird der Logikfluss nun zu einem Schritt 282 geleitet, in welchem der Empfänger regelmäßig weitere Anwendereingaben sucht, um zu bestimmen, ob der Anwender einen der Zustände des Empfängers 101 ändern will. Dazu gehört, den Empfindlichkeitszustand des Empfängers zu ändern und wenn diese Anwendereingabe erfolgt ist, wird der Logikfluss zu einer Untersuchungsroutine für Anwendereingaben, die mit Schritt 260 beginnt, zurückgeführt. Wenn der Anwender die MENU Taste nicht gedrückt hat (oder ein ähnliches Set von Tasten), wird der Logikfluss zum Schritt 280 zurückgeführt, in welchem der Empfänger weiter den aktuellen bodengleichen Status anzeigt. Es versteht sich, dass der Schritt 282 nicht tatsächlich eine regelmäßige Aufgabe darstellt, die mit sequentieller Software ausgeführt wird, sondern dieser Schritt 282 einfach durch die Verwendung einer Unterbrechung herbeigeführt werden kann, das durch die Tastatur 600 erfolgt, wenn die Steuerungsschaltungen derart entwickelt sind, um unterbrechungsgesteuerte Funktionen zu erlauben.
Bezugnehmend auf 8 wird ein Diagramm der Transmissionseigenschaften von zwei unterschiedlichen Materialien für optischen Filter gemäß den Wellenlängen von sichtbarem Licht und im infraroten Spektrum dargestellt. Die Kurve, die mit der Referenzziffer 292 dargestellt ist, repräsentiert die Transmissionseigenschaften von Material für optische Filter, das von Lee Filters USA, mit Sitz in Burbank, Kaliforniern hergestellt wird. Dieser Filter hat bei Lee die Referenznummer 767 und seine Farbe wird als „Oklahoma Yellow” bezeichnet.
Die andere Kurve in 8 mit Referenznummer 290 repräsentiert ein Fenster, das für Laserempfänger hergestellt wird und von Trimble Navigation Limited unter dem Produktgruppennamen Apache Technologies vertrieben wird. Bei Ansicht von 8 kann erkannt werden, dass die Kurven 290 und 292 hinsichtlich der Transmissionsreaktion gegenüber Wellenlängeneigenschaften sehr ähnlich verlaufen, obwohl die Kurve 290 für die Produktlinie von Trimble der Laserempfänger von Apache Technology optimiert wurde.
8 zeigt auch an, wo die „Hauptwellenlängen” der Lasertransmitter entlang der X-Achse (d. h. der Hauptwellenlängenachse) liegen. Die Linie 294 stellt grüne Laserlichttransmitter dar und insbesondere diese, die mit 532 nm übertragen. Die Linie 296 in 8 zeigt eine „Hauptwellenlänge” für rote Laserlichttransmitter und insbesondere diese, die Licht mit einer Wellenlänge von 635 nm emittieren. Die Linie 298 zeigt eine „Hauptwellenlänge” für infrarote Laserlichttransmitter und insbesondere diese, die infrarotes Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm emittieren.
Bei Ansicht von 8 kann auch erkannt werden, dass die Transmissionseigenschaften der optischer Filter viel mehr Licht der roten und infraroten Spektren durch sie durchdringen lassen im Vergleich zu der Menge von grünen Licht, was im 532 nm Spektrum durch sie durchdringen kann. Das geschieht absichtlich, teilweise um eine Reaktion des Laserempfängers auf Neonlicht zu verhindern. Wie bereit oben im Kapitel STAND DER TECHNIK erörtert wurde, haben Laserempfängern, die empfindlich auf grünes Laserlicht sind, manchmal Probleme bei der Ablehnung von Neonlichtfrequenzen und geben dadurch oft falsche Anzeigen ab. Diese falschen Anzeigen entstehen normalerweise bei Arbeitsplätzen, die in Innenräumen sind (und nicht im Außenraum) und das insbesondere, weil dort tendenziell mehr Neonlicht besteht, was die Arbeitstätten von Baustellen beleuchtet. Es bestehen jedoch einige Vorteile bei der Verwendung von grünen Laserlichttransmittern auch in Innenräumen und damit sind Laserlichttransmitter, die grünes Laserlicht erkennen, in vielen Situationen erforderlich.
Auf der anderen Seite müssen Laserempfänger auch auf den Saturierungseffekt des Sonnenlichts bei Baustellen im Außenbereich Rücksicht nehmen. Das kann normalerweise ein Problem bei allen sichtbaren Wellenlängen des Lichts und im infraroten Spektrum darstellen. Dieses Problem ist der Branche geläufig und erfordert im Wesentlichen, dass ein Laserempfänger eine Empfindlichkeit aufweist, die nicht zu hoch ist.
In Hinblick auf die Empfindlichkeit für Neonlichtquellen ist bekannt, dass die meisten Neonlichtquellen sichtbares Licht mit Wellenlängen im Bereich von 500 und 600 nm abgeben. Des Weiteren weisen einige Neonlichtquellen hohe Ausgangsspitzen auf, die zwischen 400 und 500 nm liegen und manche Neonlichtquellen weisen starke Spitzen oberhalb von 600 nm auf. Deshalb muss der Entwickler von Laserempfängern die allgemeine Empfindlichkeit auf Neonlichtquellen hauptsächlich im Wellenlängenbereich von 400 und etwas oberhalb 600 nm in Betracht ziehen. Leider umfasst dieser Bereich auch Laserempfänger für grünes Laserlicht, welche normalerweise Licht im Bereich von 530 bis 540 nm emittieren. Deshalb muss eine allgemeine Empfindlichkeit eines Laserempfängers im Bereich 400–600 nm sorgfältig ausgewählt werden.
Der Laserempfänger der hier offenbarten Technologie muss nicht notwendigerweise empfindlich auf rote und infrarote Laserlichtquellen sein. Bei einer alternativen Anwendung kann der optischer Filter 99 (oder 104) derart entwickelt sein, um genügend leitungsbereit für nur sichtbares grünes und sichtbares rotes Licht (z. B. im Wellenlängenbereich von 532 nm und 625 nm) zu sein und nicht so leitungsbereit im Infrarotspektrum (z. B. im Wellenlängenbereich von ungefähr 780 nm und mehr). Oder, bei dieser alternativen Anwendung können die Fotosensoren 94 (oder 112, 113) mit einer Frequenzreaktion entwickelt sein, die genügend empfindlich auf nur sichtbares grünes und sichtbares rotes Licht (z. B. im Wellenlängenbereich von 532 nm und 625 nm) ist und nicht so empfindlich im Infrarotspektrum (z. B. im Wellenlängenbereich von ungefähr 780 nm und mehr) ist. Oder eine Kombination von Transmission des optischen Filters und Frequenzreaktion des Fotosensors kann diesen Effekt erzielen, soweit er erwünscht wird. Bei dieser alternativen Anwendung kann die Kombination von Transmission des optischen Filters und Frequenzreaktion des Fotosensors genügend zwischen dem roten Wellenlängenbereich von ungefähr 670 nm und dem infraroten Wellenlängenbereich von ungefähr 780 nm weiterleiten.

Der Entwickler eines Laserempfängers kann den Empfindlichkeitszustand und seine Auswirkungen auf den Erkennungsfähigkeitsbereich im Betrieb des Laserempfängers in Hinblick auf eine bestimmte Lichtfrequenz und auch in Hinblick auf ein Energieniveau eines bestimmten Laserlichttransmitters festlegen. Beispielsweise wurde ein Laserempfänger von Apache Technologies mit der Produktnummer HL700 verkauft, wobei der Anwender in der Lage ist, drei verschiedene Empfindlichkeitszustände auszuwählen: Hoch, Mittel und Niedrig. Der Empfänger HL700 ist auf rotes als auch auf infrarotes Laserlicht empfindlich, kann jedoch überhaupt kein grünes Laserlicht erkennen. Dies wird in der TABELLE NR. 1 in Zahlen hier unten ausgedrückt. TABELLE NR. 1

Empfindlichkeit	Laserlichtwellenlänge	Betriebs	bereich (in Fuß)
			Empfänger101HL700
SEHR HOCH	532 nm (grün)	> 1400	---
HOCH	532 nm (grün)	925	0
MITTEL	532 nm (grün)	625	0
NIEDRIG	532 nm (grün)	575	0
SEHR HOCH	635 nm (rot)	1175	---
HOCH	635 nm (rot)	825	1175
MITTEL	635 nm (rot)	600	1000
NIEDRIG	635 nm (rot)	525	600
SEHR HOCH	780 nm (infrarot)	> 1400	---
HOCH	780 nm (infrarot)	1075	> 1400
MITTEL	780 nm (infrarot)	700	1350
NIEDRIG	780 nm (infrarot)	600	800

Bei genauer Ansicht der Tabelle Nr. 1 wird ersichtlich, dass der Empfänger HL700 einen Betriebsbereich von Null für grüne Wellenlängen (insbesondere bei 532 nm) aufweist, aber auch einen sehr guten Erkennungsfähigkeitsbereich in den roten und infraroten Spektren hat. Noch spezifischer beziehen sich die Bereiche, die in der Tabelle Nr. 1 für den Empfänger HL700 aufgelistet sind, auf einen Lasertransmitter von Trimble mit der Modellnummer EL1, welcher ein Lasertransmitter für Infrarotlicht darstellt, der Licht mit 780 nm emittiert. Des Weiteren beziehen sich die Betriebsbereichszahlen für rotes Laserlicht in Tabelle Nr. 1 auf ein Modell mit der Nummer A410S von Agatek, ein Lasertransmitter für Rotlicht, der Laserlicht mit 635 nm emittiert.
Tabelle Nr. 1 stellt auch ein Beispiel für Betriebsbereichseigenschaften für eine zweite Ausführungsform des Empfängers 101, welcher nicht nur rotes und infrarotes Licht, sondern auch grünes Laserlicht erkennen kann und ein einheitliches Gerät darstellt. Die Statistik im Bereich für rotes und infrarotes Licht bezieht sich wieder auf den Infrarottransmitter von Trimble mit der Modellnummer EL1 und auf den Rotlichttransmitter von Agatek mit der Modellnummer A410S. Für die Eigenschaften bezüglich grünen Lichts wurde ein Gerät von Trimble mit der Modellnummer HV310G verwendet, um den Empfänger 101 der zweiten Ausführungsform zu testen. Der Transmitter von Trimble mit der Modellnummer HV310G emittiert grünes Laserlicht mit 532 nm.
Es versteht sich, dass die Leistungsdaten des Betriebsbereichs, die in Tabelle Nr. 1 gezeigt werden, vom Entwickler des Empfängers ausgewählt wurden und dass der Betriebsbereich, falls erwünscht, entweder erhöht oder reduziert werden kann. Natürlich kann der Laserempfänger, wenn der Betriebsbereich zu sehr erhöht wird, zusätzlich falsche Lesungen wegen der Störungslichtquellen, wie etwa Neonlicht oder Stroboskoplicht, insbesondere in dem grünen Wellenlängenbereich, abgeben. Des Weiteren können die Fotosensoren, wenn die Leistungsdaten zu sehr erhöht werden, eher für eine Saturierung wegen dem Sonnenlicht bei Baustellen im Außenbereich anfällig sein. Die Betriebsbereiche, die in Tabelle Nr. 1 für eine zweite Ausführungsform des Empfängers 101 gezeigt werden, legen einen guten Kompromiss zwischen Betriebsbereichsfähigkeiten und Eigenschaften zur Ablehnung von Neonlicht nahe.
Eine weitere Betrachtung in Hinblick auf den Empfänger 101 der zweiten Ausführungsform, die bedacht werden sollte, ist dass die Betriebsbereiche für rote und infrarote Wellenlängen einem vorbestimmten Set von Eigenschaften zur Ablehnung von Neonlicht entsprechen und diese kompatibel sind mit oben genannten HL700 Laserempfänger von Apache Technologies/Trimble Navigation. Mit anderen Worten, die Eigenschaften zur Ablehnung von Neonlicht von HL700 für rote und infrarote Wellenlängen stellen dieselben Eigenschaften zur Ablehnung von Neonlicht des Empfängers 101 (der zweiten Ausführungsform) für die gleichen Empfindlichkeitszustände und Wellenlängen des empfangenen Lichts dar. Wenn beispielsweise im roten Laserlichtwellenlängenbereich von 635 nm der Empfndlichkeitszustand „Niedrig” ausgewählt wird, dann weist das Modell HL700 einen Betriebsbereich von 600 Fuß auf, während der Empfänger 101 einen Betriebsbereich von 525 Fuß hat. Diese zwei Betriebsbereicheigenschaften der beiden unterschiedlichen Laserempfänger basieren beide auf demselben Wert für die Fähigkeit, Neonlicht abzulehnen. Falls erwünscht, kann der Systementwickler einen Betriebsbereich von 600 Fuß für den niedrigen Empfindlichkeitszustand der roten Wellenlänge 635 nm festlegen, aber die die Fähigkeit, Neonlicht abzulehnen, würde dann auch um denselben Prozentsatz reduziert. Diese Betriebsbereiche in Bezug auf die Fähigkeit, Neonlicht abzulehnen, können als Entwicklungswerte des Systementwicklers immer angepasst werden und es wird davon ausgegangen, dass diese in den Prinzipien der hier offenbarten Technologie mit eingeschlossen sind.
Im Wesentlichen kann der Betriebsbereich des Empfängers 101 (die zweite Ausführungsform) absichtlich etwas herunter gestuft werden, so dass die Fähigkeit, Neonlicht abzulehnen des Empfängers 101 ziemlich der Neonlicht-Fähigkeit des vorherigen Modells HL700, was von Apache Technologies/Trimble Navigation vertrieben wurde, entspricht. In der Weise funktioniert der neue Empfänger 101, wenn ein Anwender sich an den Einsatz des Modells HL700 mit einem bestimmten Empfindlichkeitszustand für eine bestimmte Wellenlänge des Lasertransmitters gewöhnt hat, in der gleichen Umgebung mit derselben Fähigkeit, Neonlicht abzulehnen. Obwohl es stimmt, dass der Betriebsbereich um einen bestimmten Grad herunter gestuft ist, kann der Anwender immer noch den Empfindlichkeitszustand auf eine nächste Stufe erhöhen, um damit den Betriebsbereich zu erhöhen, falls erwünscht. Natürlich kann der Anwender, der den Empfindlichkeitszustand erhöht, auch feststellen dass die Störungslichtquellen zu viele falsche Lesungen erzeugen und dieses Problem dadurch bewältigt werden könnte, wenn der Empfindlichkeitszustand insgesamt vermindert wird.
Wie auf Tabelle Nr. 1 ersichtlich hat der Empfänger 101, obwohl der Betriebsbereich etwas in den roten und infraroten Spektren herunter gestuft wurde, immer noch einen weitrangigen Betriebsbereich für Arbeiten in Innenräumen zur Verfügung. Des Weiteren hat der Empfänger 101 einen weiteren Empfindlichkeitszustand, d. h., „Sehr hoch”, welcher einen erhöhten Betriebsbereich ermöglicht, der dem höchsten Empfindlichkeitszustand des früheren Modells HL700 entspricht. Das wird insbesondere hilfreich für Umweltbedingungen der Außenwelt, bei denen störende Neonlichtquellen weniger ein Problem darstellen. Von diesem Standpunkt aus kann der Empfänger 101 (d. h. die zweite Ausführungsform) derart gestaltet werden, dass er die gleichen hochrangigen Betriebsbereiche wie der frühere HL700 Empfänger, der von Apache Technologies/Trimble Navigation vertrieben wurde, aufweist.
Die erste Ausführungsform, die in 1 bis 3 dargestellt ist, schließt eine automatische Verstärkungssteuerschaltung, wie weiter oben beschrieben, ein. Eine derartige Verstärkungssteuerschaltung wurde bei einem früheren Modell bereitgestellt, was von Apache Technologies/Trimble Navigation mit der Modellnummer HR150 vertrieben wurde. Beide Geräte weisen eine Verstärkungssteuerschaltung auf, in welcher der Betriebsbereich und die Empfindlichkeitszustände automatisch im Einklang mit der Menge von Laserlichtenergie, die von den Fotosensoren 94 des Laserempfänger 50 (für die erste Ausführungsform) angepasst werden und daher hat sowohl der Laserempfänger 50 der ersten Ausführungsform als auch das frühere Modell HR150 ähnliche Betriebsbereiche und die Fähigkeit, Neonlicht abzulehnen, wie er von dem Entwickler der Empfängereinheit gewünscht wurde. Wieder kann hier ein Kompromiss zwischen dem Betriebsbereich und der Fähigkeit, Neonlicht abzulehnen des „alten Geräts” HR150 und des „neuen Geräts” 50 der ersten Ausfahrungsform geschlossen werden. Bei vielen Applikationen macht es Sinn, einen etwas reduzierten Betriebsbereich beizustellen, so dass die Fähigkeit, Neonlicht abzulehnen bei dem „neuen Gerät” und dem „alten Gerät” gleich ist.
Ein wichtiger Unterschied zwischen dem „alten Gerät” nämlich dem Modell HR150 und dem „neuen Gerät” nämlich dem Laserempfänger 50 (der ersten Ausführungsform) besteht darin, dass der Laserempfänger 50 in der Lage ist, grünes Laserlicht zu erkennen, wobei das Modell HR150 keinerlei Fähigkeit besitzt, um grünes Laserlicht zu erkennen. Dadurch können die beiden Ausführungsformen als „Universal-Empfänger” betrachtet werden und zwar von dem Standpunkt aus, dass sie Wellenlängen des Laserlichts in den normalen Spektren erkennen können, einschließlich rotes Licht, grünes Licht und infrarotes Licht. Bei einer sorgfältigen Entwicklung besitzen diese „Universal-Empfänger” eine gute Fähigkeit, Neonlicht abzulehnen.
Die zweite hier beschriebene Ausführungsform 101 kann derart entwickelt werden, so dass bestimmte Leistungsparameters bereit stehen, die mit denen des bestehenden Laserempfängers, der von Apache Technologies mit der Produktnummer HL700 vertrieben wird, verglichen werden können. Der allgemeine Leistungsparameter stellt die Betriebsempfindlichkeit des Laserempfängers bei verschiedenen Wellenlängen von Laserlicht dar. Die Betriebsempfindlichkeit bezieht sich auf die Reichweite (Entfernung), in welcher der Laserempfänger Pulse von Laserlicht von einem Lasertransmitter erkennen kann.
Bei diesen Laserempfängern hängt die Betriebsempfindlichkeit von den Transmissionseigenschaften des optischen Fensters, den Transmissionseigenschaften des Stabsensors und den Eigenschaften bezüglich der Frequenzreaktion des Fotosensors (auch als der Empfindlichkeitsfaktor der Fotodiode bezeichnet) ab. In diesem Beispiel ist das optische Fenster gleichbedeutend mit dem optischen Filter 104, der Lichtleitstabsensor ist Element 114 und die Fotosensoren sind Elemente der Fotodiode 112 und 113. In der unten geführten Diskussion werden diese drei Werte auf den Faktor 1,0 in Hinblick auf das bestehende Produkt von Apache mit der Produktnummer HL700, normalisiert.
Die Empfindlichkeitsgleichung kann wie folgt ausgedrückt werden: S = W_T × R_T × PD, wobei:

S: ist die allgemeine Betriebsempfindlichkeit (oder „relative Reaktion”).
WT: ist der Faktor für die Transmissionseigenschaften des Fensters.
RT: ist der Faktor für die Transmission des Stabsensors.
PD: ist der Faktor für Empfindlichkeit der Fotodiode.

Die Daten der Tabelle weiter unten zeigen die Geräteigenschaften von HL700 bei drei verschiedenen Wellenlängen des Laserlichttransmitters:

Wellenlänge W_T R_T P_D S (allgemeine relative Reaktion)

780 nm 1,00 1,00 1,00 1,00

635 nm 0,99 0,89 0,64 0,64

532 nm 0,02 0,84 0,36 0,006
Die Daten der Tabelle hier unten stellen die gleichen Leistungsparameter für die zweite Ausführungsform 101 mit denselben drei verschiedenen Wellenlängen des Laserlichttransmitters dar:

Wellenlänge W_T R_T P_D S (allgemeine relative Reaktion)

780 nm 1,07 1,00 1,00 1,07

635 nm 1,00 0,89 0,64 0,57

532 nm 0,68 0,84 0,36 0,20
Aus den obigen Leistungsparameterdaten kann man erkennen, dass die zweite Ausführungsform 101 und das Gerät HL700 ähnliche allgemeine Eigenschaften der Betriebsempfindlichkeit für Infrarot- (bei 780 nm) und sichtbare Rotlicht- (bei 635 nm) Wellenlängen von elektromagnetischer Energie aufweisen. Bei Grünlicht- (bei 532 nm) Wellenlängen von elektromagnetischer Energie weist die zweite Ausführungsform 101 eine höhere Reaktion auf, obwohl die allgemeine Betriebsempfindlichkeit absichtlich und entwicklungsbedingt niedriger bei Grünlicht als bei Infrarotlicht oder sichtbares Rotlicht ist.
Dadurch wird ihre Fähigkeit, unerwünschtes Neonlicht abzulehnen, erhöht. Es versteht sich, dass die obigen Leistungsdaten hier eher als Beispiel einer Art der Verwendung der hier offenbarten Technologie zu sehen sind und diese Leistungseigenschaften einfach geändert werden können, ohne dass dabei von den Prinzipien der hier offenbarten Technologie abgewichen wird.
Die Leistungsdaten für die zweite Ausführungsform 101 zeigen, dass ihre allgemeine Betriebsempfindlichkeit für Grünlicht nur etwa 20% ihrer allgemeinen Betriebsempfindlichkeit für Infrarotlicht entspricht. Wie oben angemerkt, ist dies von der Entwicklung vorgesehen. Jedenfalls versteht es sich von selbst, dass die genauen Leistungsfunktionen eines Laserlichtempfängers von den obigen Zahlen abweichen können, ohne dass dabei von den Prinzipien der hier offenbarten Technologie abgewichen wird. In einem alternativen Modus kann der Laserlichtempfänger eine allgemeine Betriebsempfindlichkeit für Grünlicht, das in der Höhe von ungefähr 10% bis 50% ihrer allgemeinen Betriebsempfindlichkeit für Infrarotlicht rangiert, aufweisen. In einem weiteren alternativen Modus kann der Laserlichtempfänger noch weniger empfindlich auf Grünlicht sein, wenn der Anwender bereit ist, dafür etwas vom Betriebsbereich für gewisse Anwendungen im Innenraum zu opfern, und in diesem Modus kann der Laserlichtempfänger eine allgemeine Betriebsempfindlichkeit für Grünlicht aufweisen, die sogar weniger als 10% seiner allgemeinen Betriebsempfindlichkeit für Infrarotlicht ist.
Bei einer Ausführungsform eines Laserlichtempfängers können die Eigenschaften bezüglich der spektralen Reaktion, die eine allgemeine Betriebsempfindlichkeit beinhalten, im Wesentlichen reziprok zum dem spektralen Energieprofil sein, was von Neonlichtquellen produziert wird. Wie bereits erörtert, generieren Neonlichtquellen tendenziell elektromagnetische Energie und zwar hauptsächlich im Bereich zwischen 500 und 600 nm mit ein paar starken Spitzen zwischen 400 und 500 nm. Die obigen Leistungsdaten stellen ein Beispiel eines Laserempfängers dar, der genügend empfindlich für Grünlicht-, sichtbare Rotlicht- und Infrarotlicht-Wellenlängen ist und auch tendenziell Neonlichtenergie ablehnt.

Im Baubereich werden heute viele verschiedene Modelle von Lasertransmitter verkauft. Die Liste hier unten zeigt mehrere verschiedene Modelle von solchen Lasertransmitter und die Wellenlänge von Laserlicht, die sie emittieren: Grüne Laser:

Trimble HV301G	532 nm
CST ALHV-G	535 nm
Leica Roteo 35G	532 nm
Topcon RL-VH4G2	532 nm

Rote Laser:

Trimble GL422	635 nm
Trimble GL522	635 nm
Trimble HV101	635 nm
Trimble HV401	635 nm
Agatek A410S	635 nm
Topcon RL-VH4DR	635 nm
Leica Rugby 100	635 nm
Trimble LL400	650–658 nm
Trimble GL412	650 nm
Trimble GL512	650 nm
Trimble GL7XX	658 nm
Trimble LL100	650 nm
Trimble LL300	635–670 nm
Trimble LL500	670 nm
Laser Ref. Vertex	650–670 nm
Agatek GAT120	670 nm

Infrarote Laser:

Trimble EL1	780 nm
Trimble GL7XX	785 nm
Leica Rugby 100LR	780 nm

Zusammengefasst wird bei diesem Ansatz für einen universellen Laserempfänger ein optischer Filter eingesetzt, der einen breiteren Lichtbereich passieren lässt. Um Probleme von „Streusignalen” auszugleichen, die normalerweise im Gebrauch mit solchen Filtern auftauchen, weist der Laserempfänger eine Reihe von vom Anwender auswählbaren Schwellenwerteinstellungen auf (minimale Niveaus, bei denen die Elektronik ausgelöst wird), von denen der Anwender eine angemessene Einstellung für die Empfindlichkeit auswählen kann, mit der er unter einzigartigen Konditionen eines gegebenen Arbeitsplatzes arbeiten kann. Wenn beispielsweise eine Person in einem Areal mit viel Neonlicht (wie in Innenräumen und wahrscheinlich in relativ kurzen Abständen zwischen Empfänger und Transmitter) arbeiten will, kann der Schwellenwert für die Erkennung (wobei die Empfindlichkeit des Geräts verringert wird) auf ein genügendes Niveau erhöht werden, in dem der Empfänger immer noch den Laser in einem angemessenen Betriebsbereich erkennen kann, jedoch nicht auf Neonlicht reagiert. Bei der anderen extremen Situation, in der ein Anwender im Freiraum (ohne Neonlicht) arbeitet und auch den Laser von relativ langen Entfernungen erkennen muss, kann eine niedrigere Einstellung für den Schwellenwert (und daher eine höhere Empfindlichkeit) ausgewählt werden und dies in der Form, in der der Empfänger das Laserlicht aus einer längeren Entfernung entdecken kann ohne dabei versehentlich durch Sonnenlicht ausgelöst zu werden.
Es versteht sich, dass die logischen Operationen, die im Bezug mit dem Flussdiagramms von 7 beschrieben werden, durch Verwendung von sequenzieller Logik (wie etwa durch Verwendung der Technologie eines Mikroprozessors), oder der Verwendung eines logischen Zustandsautomats oder einer diskrete Logik implementiert werden können, und sie könnten sogar mithilfe von parallelen Prozessoren implementiert werden. Eine bevorzugte Ausführungsform kann einen Mikroprozessor oder Mikrokontroller (z. B. Mikroprozessor 78) verwenden, um Softwareanleitungen auszuführen, die in Speicherzellen innerhalb von einer ASIC gespeichert sind. Tatsächlich kann der gesamte Mikroprozessor 78 zusammen mit RAM und dem ausführbaren ROM in einer einzelnen ASIC in einem Modus zur Verfügung stehen. Natürlich können andere Arten von Schaltungen zur Implementierung der logischen Operationen, die in den Zeichnungen dargestellt werden, verwendet werden, ohne dass dabei von den Prinzipien der hier offenbarten Technologie abgewichen wird. Jedenfalls wird eine Art von Verarbeitungsschaltung bereitgestellt, die entweder auf einem Mikroprozessor oder einem logischen Zustandsautomat basiert, indem diskrete Logikelemente zur Erfüllung dieser Aufgaben verwendet werden, oder vielleicht ein Rechnungselement, was noch nicht erfunden wurde. Des Weiteren wird eine Art von Speicherschaltung bereitgestellt, die entweder auf normalen RAM-Chips, auf EEROM-Chips (einschließlich Flash-Speicher) basiert, indem diskrete Logikelemente zur Speicherung von Daten und anderen Betriebsinformationen (wie etwa Kalibrierungsdaten, die beispielsweise im Speicherelement 210 gespeichert sind) verwendet werden, oder vielleicht ein Speicherelement, was noch nicht erfunden wurde.
Es sei weiter hier verstanden, dass die in der 7 gezeigten und weiter oben diskutierten logischen Operationen irgendwie modifiziert werden können, um ähnliche, jedoch nicht genau solche Funktionen durchzuführen, ohne dass dabei von den Prinzipien der hier offenbarten Technologie abgewichen wird. Die genaue Natur von einigen der Entscheidungsschritten und von anderen Befehlen in diesen Flussdiagrammen zielen auf spezifische zukünftige Modelle von Laserempfängern (die beispielsweise die Laserempfänger von Trimble oder Apache mit einbeziehen) ab und es müssten sicherlich ähnliche, jedoch auch etwas unterschiedliche Schritte unternommen werden, damit in vielen Fällen eine Verwendung mit anderen Modellen und Marken von Laserempfängern möglich ist, wobei die allgemeinen erfinderischen Ergebnisse gleich bleiben.
Alle Dokumente, die in den Kapiteln „Stand der Technik” und „Ausführliche Beschreibung” zitiert werden, werden zu einem relevanten Teil hier durch Referenz mit einbezogen. Die Zitierung jeglicher Dokumente darf hier nicht als ein Zugeständnis dafür erachtet werden, dass es sich dabei um den Stand der Technik in Hinblick auf die hier offenbarte Technik handelt.
Die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung gemacht. Sie hat weder die Absicht, vollständig zu sein noch soll damit die hier offenbarte Technologie auf die genaue hier offenbarte Form eingeschränkt werden und die hier offenbarte Technologie kann weiter im Geist und im Geltungsbereich der Offenbarung modifiziert werden. Jegliche hier gegebenen und illustrierten Beispiele werden als nicht einschränkende Beispiele erachtet und viele Modifizierungen und Variationen der Beispiele oder der bevorzugten Ausführungsform(en) sind in Anbetracht der obigen Lehren möglich, wobei nicht vom Geist und vom Geltungsbereich der hier offenbarte Technik abgewichen wird. Die Ausführungsform(en) wurden ausgewählt und beschrieben, um damit die Prinzipien der hier offenbarten Technologie zu illustrieren sowie ihre praktische Anwendung, damit ein Fachmann diese hier offenbarte Technologie in ihren verschiedenen Ausführungsformen und in verschiedenen Variationen, die auf verschiedene bedachte Verwendungen zutreffen, anwenden kann. Diese Anmeldung beabsichtigt daher, alle Variationen, Verwendungen oder Adaptionen der hier offenbarten Technologie unter Verwendung ihrer allgemeinen Prinzipien, abzudecken. Des Weiteren beabsichtig diese Anmeldung, derartige Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abzudecken, die mit bekannten oder üblichen Praktiken der Technik, auf die sich die hier offenbarte Technologie bezieht, ersichtlich werden und welche innerhalb der Grenzen der beigefügten Ansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5486690 [0042, 0050]
EP 01/08841 [0092]

Claims

Laserlichtempfänger, Folgendes umfassend: eine Verarbeitungsschaltung, mindestens einen Fotosensor, eine variable Empfindlichkeitsschaltung, eine Ausgangsschaltung und mindestens einen optischen Filter, wobei: (a) der mindestens eine optische Filter eine optische Eigenschaft aufweist, bei der nur Wellenlängen von elektromagnetischer Energie bei vorbestimmten Transmissionseigenschaften durch diesen durchdringen können, um auf den mindestens einen Fotosensor aufzutreffen, so dass die vorbestimmten Transmissionseigenschaften genügend Wellenlängen sowohl im grünen als auch im roten sichtbaren Lichtbereich durchlassen; (b) der mindestens eine Fotosensor eine vorbestimmte Eigenschaft der Frequenzempfindlichkeit aufweist, so dass er genügend empfindlich auf elektromagnetische Energie sowohl im grünen als auch im roten sichtbaren Lichtbereich ist; und der mindestens eine Fotosensor, nach Empfangen einer genügenden Menge von elektromagnetischer Energie, die auf ihn auftrifft, mindestens ein erstes Signal an die variable Empfindlichkeitsschaltung abgibt, welche dieses mindestens eine erste Signal gemäß eines Verstärkungszustands der variablen Empfindlichkeitsschaltung modifiziert, um mindestens ein zweites Signal zu produzieren und dieses mindestens eine zweite Signal zur Verarbeitungsschaltung abgibt, und (c) der Laserlichtempfänger derart konfiguriert ist: (i) um das mindestens eine zweite Signal auszuwerten und basierend auf dem Wert des mindestens einen zweiten Signals, eine relative Elevation des mindestens einen Fotosensors in Hinblick auf die empfangene elektromagnetische Energie, die darauf auftrifft, zu bestimmten und bei Verwenden der Ausgangsschaltung ein drittes Signal abzugeben, um damit eine Meldung der erkannten relativen Elevation zu geben und (ii) um wirksam ein nicht erwünschtes Störungslichtsignal, das in dem mindestens einen zweiten Signal enthalten sein kann, durch Sperren des Outputs des dritten Signale durch die Ausgangsschaltung und damit Verhindern einer Anzeige der bestimmten relativen Elevation aufgrund des nicht erwünschten Störungslichtsignals, zurückzuweisen.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 1, wobei der Laserlichtempfänger des Weiteren derart konfiguriert ist, um den Verstärkungszustand der variablen Empfindlichkeitsschaltung zu bestimmen und das dritte Signal für das Melden der relativen Elevation basierend auf dem erkannten Verstärkungszustand abzugeben.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 1, wobei der Laserlichtempfänger des Weiteren derart konfiguriert ist, um wirksam ein nicht erwünschtes Störungslichtsignal mit einer Ablehnungsquote, die vom Verstärkungszustand bestimmt wird, zurückzuweisen.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 2, weiter umfassend mindestens ein anwenderbetätigtes Steuerungseingabegerät und wobei: (a) der Laserlichtempfänger derart konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob das mindestens eine anwenderbetätigte Steuerungseingabegerät aktiviert worden ist und wenn das der Fall ist, um eine Funktion auszuüben, die den Laserlichtempfänger in einen Betriebsmodus konfiguriert, der durch Eingabedaten vorbestimmt ist, die von dem mindestens einen anwenderbetätigten Steuerungseingabegerät eingegeben wurden; und (b) der Verstärkungszustand der variablen Empfindlichkeitsschaltung manuell durch den Betriebsmodus gesteuert wird, der durch das mindestens eine anwenderbetätigte Steuerungseingabegerät als die Eingabedaten eingegeben wurde.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 4, wobei ein Anwender, der die Eingabedaten an dem mindestens einen anwenderbetätigten Steuerungseingabegerät eingibt, einen gewünschten Wert für den Verstärkungszustand bestimmt, indem er einen ersten Betriebsbereich für den Laserlichtempfänger auswählt, der sich im Wesentlichen als zu empfindlich herausstellt und das nicht erwünschte Störungslichtsignal nicht wirksam ablehnt und dann einen zweiten, unterschiedlichen Betriebsbereich auswählt, der etwas weniger empfindlich ist, so dass der Laserlichtempfänger wirksam das nicht erwünschte Störungslichtsignal ablehnt.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 2, wobei die variable Empfindlichkeitsschaltung eine automatische Verstärkungssteuerschaltung umfasst, welche: (a) den Verstärkungszustand auf einem ersten vorbestimmten Verstärkungszustandswert einstellt und das mindestens eine zweite Signal an die Verarbeitungsschaltung abgibt, während sie mit dem ersten vorbestimmten Verstärkungszustandswert betrieben wird; (b) dann basierend auf dem Verstärkungssteuerungssignal, das von der Verarbeitungsschaltung an die automatische Verstärkungssteuerschaltung abgegeben wird, wiederholend den Verstärkungszustand zu einem zweiten Verstärkungszustandwert modifiziert und wiederholend das mindestens eine zweite Signal an die Verarbeitungsschaltung abgibt, wobei sie wiederholend mit dem zweiten vorbestimmten Verstärkungszustandwert betrieben wird, bis das mindestens eine erste Signal, was von dem mindestens einen Fotosensor stammt, nicht saturiert.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 1, wobei das nicht erwünschte Störungslichtsignal elektromagnetische Energie umfasst, das mindestens von einer der folgenden Quellen produziert wird: (a) eine Neonlichtquelle und (b) eine Stroboskoplichtquelle.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 1, wobei: (a) die vorbestimmten Transmissionseigenschaften des mindestens einen optischen Filters genügend Wellenlängen von allen folgenden Bereichen durchdringen lassen: (i) der grüne sichtbare Lichtbereich; (ii) der rote sichtbare Lichtbereich und (iii) der infrarote Lichtbereich und (b) die vorbestimmte Eigenschaft der Frequenzempfindlichkeit des mindestens einen Fotosensors eine genügende Empfindlichkeit für elektromagnetische Energie von allen folgenden Bereichen aufweist: der grüne sichtbare Lichtbereich; (ii) der rote sichtbare Lichtbereich und (iii) der infrarote Lichtbereich; und demzufolge der Laserlichtempfänger als eine Erkennungsvorrichtung für die Elevation der Lasersender fungiert, die Laserlicht mit allen sichtbaren grünen, sichtbaren roten und infraroten Lichtwellenlängen abgeben.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 1, wobei das dritte von der Ausgangsschaltung produzierte Signal für den Betrieb von mindestens einer der folgenden Möglichkeiten verwendet wird: (a) eine Anzeige, die für einen Anwender sichtbar ist und (b) eine Maschine
Laserlichtempfänger umfassend: Eine Verarbeitungsschaltung, mindestens einen Fotosensor, eine variable Empfindlichkeitsschaltung, eine Ausgangsschaltung und mindestens einen optischen Filter, wobei: (a) der mindestens eine optische Filter eine optische Hochpasstransmissionseigenschaft aufweist, damit wirksam ein Wellenlängenbereich von elektromagnetischer Energie durch ein infrarotes Lichtspektrum durchdringen kann, der über dem grünen sichtbaren Lichtspektrum liegt oder diesen mit einschließt, so dass die durchgedrungene elektromagnetische Energie auf den mindestens einen Fotosensor auftreffen wird; (b) der mindestens eine optische Filter eine vorbestimmte Frequenzempfindlichkeitseigenschaft aufweist, so dass dieser genügend empfindlich für elektromagnetische Energie in einem Lichtbereich, der über dem grünen sichtbaren Lichtspektrum liegt oder diesen mit einschließt, [durch ein infrarotes Spektrum sic.] ist und der mindestens eine Fotosensor, nach Empfangen einer genügenden Menge von elektromagnetischer Energie, die auf ihn auftrifft, mindestens ein erstes Signal an die variable Empfindlichkeitsschaltung abgibt, welche dieses mindestens eine erste Signal gemäß eines Verstärkungszustands der variablen Empfindlichkeitsschaltung modifiziert, um mindestens ein zweites Signal zu produzieren und dieses mindestens eine zweite Signal zu der Verarbeitungsschaltung abgibt. (c) der Laserlichtdetektor innerhalb eines Raums positioniert wird, so dass er Laserlichtpulse abfängt, welche eine gewünschte Quelle von der elektromagnetischen Energie darstellen, der auf den mindestens einen Fotosensor auftrifft und (d) der Laserlichtempfänger derart konfiguriert ist, um das mindestens eine zweite Signal auszuwerten und basierend auf dem Wert des mindestens einen zweiten Signals, eine relative Elevation des mindestens einen Fotosensors in Hinblick auf die empfangenen Laserlichtpulse, die auf ihn treffen, zu bestimmen und, unter Verwenden der Ausgangsschaltung ein drittes Signal abzugeben, um damit eine Meldung der erkannten relativen Elevation zu geben und um wirksam als ein Elevationsdetektor in einer Neonlichtumgebung zu funktionieren, durch seine Fähigkeit, die empfangenen Laserlichtpulse von einem nicht erwünschten, von anderen Lichtquellen produzierten, Störungslichtsignal unterscheiden zu können.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 10, wobei die empfangenen Laserlichtpulse den Output eines rotierenden Lasertransmitters darstellen, welcher eine Laserlichtebene schafft, die eine vorbestimmte Elevation an einem Einsatzort repräsentiert.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 10, wobei das nicht erwünschte Störungslichtsignal elektromagnetische Energie umfasst, die von mindestens einer der folgenden Quellen produziert wird: (a) eine Neonlichtquelle und (b) eine Stroboskoplichtquelle
Laserlichtempfänger nach Anspruch 10, wobei der Verstärkungszustand der variablen Empfindlichkeitsschaltung von einer der folgenden Möglichkeiten gesteuert wird: (a) eine automatische Verstärkungssteuerschaltung, die in der variablen Empfindlichkeitsschaltung enthalten ist und in Verbindung mit der Verarbeitungsschaltung operiert und (b) ein manuell gesteuerter Befehl, der von einem Anwender unter Verwendung von mindestens einem anwenderbetätigten Steuerungseingabegerät eingegeben wird.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 13, wobei das nicht erwünschte Störungslichtsignal daran gehindert wird, eine falsche Elevationsauswertung bei einer Ablehnungsquote, die vom Verstärkungszustand bestimmt wird, zu verursachen.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 13, wobei das dritte Signal mindestens eine der folgenden Möglichkeiten betreibt: (a) eine Anzeige, die für einen Anwender sichtbar ist und (b) eine Maschine.
Verfahren zur Verwendung eines Laserlichtempfängers als relativen Elevationsdetektor, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Bereitstellung einer Verarbeitungsschaltung, mindestens eines optischen Filters, der Pulse von Laserlichtenergie empfängt, mindestens eines Fotosensors, einer variablen Empfindlichkeitsschaltung und eines Gehäuses, was alles in einem einheitlichen Gerät zusammengefasst ist. (b) Durchdringen eines Teils der elektromagnetischen Energie, einschließlich der empfangenen Pulse von Laserlichtenergie, durch den mindestens einen optischen Filter, in welchem der durchgedrungene Teil der elektromagnetischen Energie durch vorbestimmte Transmissionseigenschaften des mindestens einen optischen Filters gesteuert wird, so dass die vorbestimmte Transmissionseigenschaften genügend Wellenlängen von sowohl im grünen sichtbaren Bereich als auch im roten sichtbaren Bereich durchlassen; (c) Ermöglichen, dass der durchgedrungene Teil der elektromagnetischen Energie auf den mindestens einen Fotosensor auftrifft, wobei der mindestens eine Fotosensor eine vorbestimmte Eigenschaft der Frequenzempfindlichkeit aufweist, um genügend empfindlich für elektromagnetische Energie sowohl im grünen sichtbaren als auch im roten sichtbaren Lichtbereich zu sein; (d) Produzieren von mindestens einem ersten Signal durch den mindestens einen Fotosensor nach Erhalten von einer genügenden Menge von elektromagnetischer Energie, die auf ihn auftrifft und Weiterleiten des mindestens einen ersten Signals an die variable Empfindlichkeitsschaltung; (e) Modifizieren von mindestens einem ersten Signal durch die variable Empfindlichkeitsschaltung und zwar gemäß eines Verstärkungszustands der variable Empfindlichkeitsschaltung und Produzieren von mindestens einem zweiten Signal und Weiterleiten des mindestens einen zweiten Signals an die variable Empfindlichkeitsschaltung; (f) Auswerten des mindestens einen zweiten Signals und Bestimmen basierend auf dem Wert des mindestens einen zweiten Signals einer relativen Elevation des mindestens einen Fotosensors in Hinblick auf die empfangenen Pulse von Laserlichtenergie, die darauf auftreffen; (g) Anzeigen der festgestellten relativen Elevation und (h) wirksames Ablehnen des unerwünschten Störungssignals, das in dem mindestens einen zweiten Signal enthalten sein kann, indem das nicht erwünschte Störungssignal daran gehindert wird, eine falsche Auswertung der festgestellten relativen Elevation zu verursachen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die empfangenen Laserlichtpulse den Output eines rotierenden Lasertransmitters darstellen, welcher eine Laserlichtebene schafft, die eine vorbestimmte Elevation an einem Einsatzort repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das nicht erwünschte Störungslichtsignal elektromagnetischen Energie umfasst, die von mindestens einer der folgenden Quellen produziert wird: (a) eine Neonlichtquelle und (b) eine Stroboskoplichtquelle.
Verfahren nach Anspruch 16, weiter umfassend den Schritt der Steuerung des Verstärkungszustands der variablen Empfindlichkeitsschaltung durch mindestens eine der folgenden Möglichkeiten: (a) eine automatische Verstärkungssteuerschaltung, die in der variablen Empfindlichkeitsschaltung enthalten ist und in Verbindung mit der Verarbeitungsschaltung operiert und (b) ein manuell gesteuerter Befehl, der von einem Anwender unter Verwendung von mindestens einem anwenderbetätigten Steuerungseingabegerät eingegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des wirksamen Ablehnens des unerwünschten Störungssignals Folgendes umfasst: Hindern der falschen Elevationsauswertung mit einer Ablehnungsquote, die von dem Verstärkungszustand bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Verstärkungszustand der variablen Empfindlichkeitsschaltung durch einen manuell gesteuerten Befehl, der von einem Anwender unter Verwendung von mindestens einem anwenderbetätigten Steuerungseingabegerät eingegeben wird, gesteuert wird und weiter folgende Schritte umfasst: (a) Einrichten des Verstärkungszustands auf einen maximalen Betriebsbereich und Bestimmen, ob der Laserlichtempfänger sich jetzt in einem Verstärkungszustand befindet, der zu empfindlich für Neonlichtquellen an einem bestimmten physischen Ort oder Einsatzort ist; (b) wenn der Verstärkungszustand zu empfindlich im Schritt (a) ist, dann wiederholend den Verstärkungszustand auf einen niedrigeren Betriebsbereich festzulegen, bis der Laserlichtempfänger nicht mehr zu empfindlich für Neonlichtquellen ist und (c) fortdauernder Betrieb des Laserlichtempfängers in dem Verstärkungszustand, der dem niedrigeren Betriebsbereich entspricht.
Laserlichtempfänger umfassend: Eine Verarbeitungsschaltung, mindestens einen Fotosensor, eine variable Empfindlichkeitsschaltung und mindestens einen optischen Filter; wobei: (a) der mindestens eine optische Filter eine optische Eigenschaft aufweist, bei der nur Wellenlängen von elektromagnetischer Energie bei vorbestimmten Transmissionseigenschaften durch diesen durchdringen können, um auf den mindestens einen Fotosensor aufzutreffen; (b) der mindestens eine Fotosensor eine vorbestimmte Eigenschaft der Frequenzempfindlichkeit aufweist, so dass er genügend empfindlich auf elektromagnetische Energie bei vorbestimmten Frequenzempfindlichkeiten ist; und der mindestens eine Fotosensor, nach Empfangen einer genügenden Menge von elektromagnetischer Energie, die auf ihn auftrifft, mindestens ein erstes Signal an die variable Empfindlichkeitsschaltung abgibt, welche dieses mindestens eine erste Signal modifiziert, um mindestens ein zweites Signal zu produzieren und dieses mindestens eine zweite Signal zur Verarbeitungsschaltung abgibt; (c) eine Kombination von: (i) den vorbestimmten Transmissionseigenschaften des mindestens einen optischen Filters; (ii) den vorbestimmten Eigenschaften der Frequenzempfindlichkeit des mindestens einen Fotosensors; und (iii) den Verstärkungseigenschaften der variablen Empfindlichkeitsschaltung, erzeugt eine allgemeine Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei verschiedenen Wellenlängen von empfangener elektromagnetischer Energie und zwar in der Art, dass der Laserlichtempfänger eine allgemeine Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei grünen sichtbaren Wellenlängen aufweist, die im Wesentlichen niedriger ist im Vergleich zur allgemeinen Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei Infrarotwellenlängen, während dieser immer noch wirksam elektromagnetische Energie in allen drei Wellenlängenbereichen erfasst, nämlich: grünes sichtbares Licht, rotes sichtbares Licht und Infrarotlicht und (d) der Laserlichtempfänger derart konfiguriert ist: (i) um das mindestens eine zweite Signal auszuwerten und basierend auf dem Wert des mindestens einen zweiten Signals, eine relative Elevation des mindestens einen Fotosensors mit Hinblick auf die empfangene elektromagnetische Energie, die darauf auftrifft für alle drei Wellenlängenbereiche zu bestimmen: grünes sichtbares Licht, rotes sichtbares Licht und Infrarotlicht der empfangenen elektromagnetischen Energie und (ii) um eine drittes Signal abzugeben, um damit eine Meldung der erkannten relativen Elevation zu geben.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 22, wobei die allgemeine Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei grünen sichtbaren Wellenlängen dem Bereich von ungefähr 10–50% der allgemeinen Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei Infrarotlichtwellenlängen entspricht.
Laserlichtempfänger nach Anspruch 23, wobei: (a) wobei die allgemeine Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei grünen sichtbaren Wellenlängen dem Bereich von ungefähr 20% der allgemeinen Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei Infrarotlichtwellenlängen entspricht und (b) wobei die allgemeine Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei roten sichtbaren Wellenlängen mindestens dem Bereich von ungefähr 50% der allgemeinen Eigenschaft der Betriebsempfindlichkeit bei Infrarotlichtwellenlängen entspricht.