專利名稱：使用gps接收器提供二維位置數(shù)據(jù)的有高度修正的手持式激光探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及激光接收器，且特別關(guān)注于在施工(construction)現(xiàn)場 上使用的用于測量相對高度的類型的激光接收器。本發(fā)明被明確公開為包 含自動(dòng)高度修正能力的激光接收器，其可由激光距離測量設(shè)備和重力傳感 器或水平探測設(shè)備的組合來探測。本發(fā)明也被公開為具有自動(dòng)高度修正能 力的激光接收器，并進(jìn)一步與全球定位傳感器(GPS)接收器組合以獲得 水平面的二維位置數(shù)據(jù)，并且在組合中因此提供了更精確的三維位置"定 位(fix)"。
背景技術(shù)：
相對高度的測量在施工項(xiàng)目的幾乎任何階段中都是重要的組成部分。 在過去的幾十年中，激光參考平面的使用已逐漸成為滿足對精確的高度信 息的這種需求的方法。激光平面由激光發(fā)射機(jī)創(chuàng)建。使用多種方法來完成 該任務(wù)，但是最普遍的一種是旋轉(zhuǎn)光束。激光發(fā)射機(jī)典型地被放置在已知
ii高度處。光平面被頻繁地設(shè)立為相對于重力在同一水平上，以便激光平面 上的所有點(diǎn)都在相同的高度。
為了使用這個(gè)激光平面來測量點(diǎn)的高度，工人將激光接收器安裝在竿
(pole)或柄(handle)上。竿/柄的底部擱在將#皮測量高度的點(diǎn)上。然而，竿/ 柄必須相對于重力保持垂直。激光接收器被安置在激光平面中，以使它指 示等內(nèi)(on-grade)位置。相對高度可接著被讀作在被測量的點(diǎn)和接收器 的等內(nèi)位置之間的竿/柄的長度?？捎迷S多不同的竿/柄設(shè)計(jì)來使這項(xiàng)工作更 容易。大部分設(shè)計(jì)提供了容易的高度調(diào)節(jié)和刻度，該刻度可在對工人方便 的高度處,皮讀出。
雖然這些方法被廣泛使用，但是仍有改進(jìn)的空間。竿/柄本身可能比較 貴且不如使用者期望的堅(jiān)固。必須多留心以保證精確的測量。用這種方法， 現(xiàn)場上的一些點(diǎn)是測量不能達(dá)到的，所以可看出該方法有局限性。
除了上述內(nèi)容以外，GPS接收器對勘查和機(jī)器控制的使用在施工領(lǐng)域 是眾所周知的。然而，由于GPS接收器中的技術(shù)限制，垂直精度是比平行 于地球表面的平面中的精度更糟的兩個(gè)因素中的至少一個(gè)因素。經(jīng)常地， 垂直維度(dimension)是最重要的，因此有改進(jìn)此的動(dòng)機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供包括激光距離測量設(shè)備的激光接收器 單元，激光距離測量設(shè)備用于測量從期望高度的激光平面到在工作現(xiàn)場上 待測量的期望物理目標(biāo)點(diǎn)的距離。
本發(fā)明的另 一優(yōu)點(diǎn)是提供與重力參考設(shè)備組合的激光接收器單元，以 便當(dāng)確定在旋轉(zhuǎn)的激光束和目標(biāo)點(diǎn)之間的激光接收器的相對高度時(shí)，激光 接收器單元不一定必須保持與期望的目標(biāo)點(diǎn)垂直。
本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)是提供激光接收器單元，其包括激光距離測量設(shè)備 和重力參考設(shè)備，并且還具有自動(dòng)獲取激光接收器相對于旋轉(zhuǎn)的激光束和 相對于在工作現(xiàn)場上的期望目標(biāo)點(diǎn)的位置的取樣的能力，并且其可自動(dòng)進(jìn) 行垂直測量并儲(chǔ)存該結(jié)果，用于稍后讀出到用戶。本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)是提供與高度修正設(shè)備和與GPS接收器組合的激 光接收器；該激光接收器可精確地確定在旋轉(zhuǎn)的激光束和目標(biāo)點(diǎn)之間的相 對高度，且具有高度修正的激光接收器的垂直精度強(qiáng)于只由GPS接收器可 達(dá)到的精度，所以結(jié)果是提供更精確的三維位置定位的儀器。
本發(fā)明另外的優(yōu)點(diǎn)和其它新穎的特征將在下列的描述中被部分地闡 述，且當(dāng)審查下列內(nèi)容時(shí)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將部分地變得明顯或可通過 本發(fā)明的實(shí)踐4皮認(rèn)識(shí)到。
為了獲得前述的和其它的優(yōu)點(diǎn)，并依照本發(fā)明的一方面，提供了激光 接收器，其包括殼體；第一激光光傳感器(laser light photosensor),其如 果從外部激光源接收激光能量束就產(chǎn)生第一信號；可見讀出器(readout)，
其指示激光接收器是否相對于激光能量束實(shí)質(zhì)上等內(nèi)；可見光標(biāo)識(shí)器；使
用第二激光源和第二激光光傳感器的距離測量i殳備，距離測量設(shè)備被用來 實(shí)質(zhì)上確定在第二激光光傳感器和預(yù)定的外部位置之間的第一距離，正如 激光接收器裝置的用戶在正瞄準(zhǔn)可見光標(biāo)識(shí)器時(shí)所選擇的，第二激光光傳
感器如果從第二激光源接收反射的激光能量則產(chǎn)生第二信號；水平儀氣泡 (levelvial);以及接收第一信號和第二信號的處理電路；其中殼體、第一激 光光傳感器、距離測量"i殳備、水平儀氣泡、可見讀出器和處理電路#:裝配 為整體的手持式裝置。
依照本發(fā)明的另一方面，提供了激光接收器，其包括殼體；第一激 光光傳感器，其如果從外部激光源接收激光能量束就產(chǎn)生笫一信號；可見 讀出器，其指示激光接收器是否相對于激光能量束實(shí)質(zhì)上等內(nèi)；可見光標(biāo) 識(shí)器；使用第二激光源和第二激光光傳感器的距離測量設(shè)備，距離測量設(shè) 備4皮用來實(shí)質(zhì)上確定在第二激光光傳感器和預(yù)定的外部位置之間的第 一距 離，正如激光接收器裝置的用戶在正瞄準(zhǔn)可見光標(biāo)識(shí)器時(shí)所選擇的，第二 激光光傳感器如果從第二激光源接收反射的激光能量則產(chǎn)生第二信號；重 力傳感器，其產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上表示殼體相對于重力的角取向(angular orientation)的第三信號；以及接收第一信號、第二信號和第三信號的處理 電路；其中殼體、第一激光光傳感器、距離測量設(shè)備、重力傳感器、可見讀出器和處理電路被裝配為整體的手持式裝置。
依照本發(fā)明的又一方面，提供了激光接收器，其包括殼體；第一激 光光傳感器，其如果從外部激光源接收激光能量束就產(chǎn)生第一信號，第一 信號表示在激光能量束和激光接收器的等內(nèi)位置之間的第二距離；可見光 標(biāo)識(shí)器；使用第二激光源和第二激光光傳感器的距離測量設(shè)備，距離測量 設(shè)備被用來實(shí)質(zhì)上確定在第二激光光傳感器和預(yù)定的外部位置之間的第一 距離，正如激光接收器裝置的用戶在正瞄準(zhǔn)可見光標(biāo)識(shí)器時(shí)所選擇的，第 二激光光傳感器如果從第二激光源接收反射的激光能量則產(chǎn)生第二信號； 重力傳感器，其產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上表示殼體相對于重力的角取向的第三信號；指 示相對高度的可見讀出器；以及接收第一信號、第二信號和第三信號的處 理電路；其中殼體、第一激光光傳感器、距離測量設(shè)備、重力傳感器、可 見讀出器和處理電路4皮裝配為整體的手持式裝置。
依照本發(fā)明的再一方面，提供了激光接收器，其包括殼體；第一激 光光傳感器，其如果從外部激光源接收激光能量束就產(chǎn)生第一信號，第一 信號表示在激光能量束和激光接收器的等內(nèi)位置之間的第二距離；可見光 標(biāo)識(shí)器；使用第二激光源和第二激光光傳感器的距離測量設(shè)備，距離測量 設(shè)備被用來實(shí)質(zhì)上確定在第二激光光傳感器和預(yù)定的外部位置之間的第一 距離，正如激光接收器裝置的用戶在正瞄準(zhǔn)可見光標(biāo)識(shí)器時(shí)所選擇的，第 二激光光傳感器如果從第二激光源接收反射的激光能量則產(chǎn)生第二信號； 產(chǎn)生表示相對于地球表面的位置的第三信號的GPS (全球定位傳感器)接 收器；傾斜指示i殳備；可見讀出器，其指示在預(yù)定的外部位置和激光能量 束之間的相對高度；以及接收第一信號、第二信號和第三信號的處理電路； 其中(a)殼體、第一激光光傳感器、距離測量設(shè)備、傾斜指示設(shè)備、可 見讀出器、GPS接收器和處理電路被裝配為整體的手持式裝置；以及(b) 處理電路配置為(i)使用第三信號來實(shí)質(zhì)上確定相對于地球表面的水平 面中的位置，以及(ii)基于第一距離和第二距離使用第一和第二信號來實(shí) 質(zhì)上確定相對高度。
依照本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了用于確定高度的方法，其中該方
14法包括以下步驟提供激光接收器，其具有殼體、如果從外部激光源接 收激光能量束就產(chǎn)生第一信號的第一激光光傳感器、可見讀出器、可見光 標(biāo)識(shí)器、使用第二激光源和第二激光光傳感器的距離測量設(shè)備、水平儀氣 泡和處理電路；當(dāng)將殼體保持在如水平儀氣泡指示的實(shí)質(zhì)上水平的方位時(shí)， 將可見光標(biāo)識(shí)器對準(zhǔn)預(yù)定的外部位置；通過使用距離測量設(shè)備來實(shí)質(zhì)上確 定在第二激光光傳感器和預(yù)定的外部位置之間的第一距離；實(shí)質(zhì)上確定激 光接收器相對于激光能量束的第二距離；以及基于第一距離和第二距離， 實(shí)質(zhì)上確定在預(yù)定的外部位置和激光能量束之間的相對高度。
依照本發(fā)明的仍然進(jìn)一步的方面，提供了用于確定高度的方法，其中 該方法包括以下步驟提供激光接收器，其具有殼體、如果從外部激光 源接收激光能量束就產(chǎn)生第一信號的第一激光光傳感器、可見讀出器、可 見光標(biāo)識(shí)器、使用第二激光源和第二激光光傳感器的距離測量設(shè)備、產(chǎn)生 實(shí)質(zhì)上表示殼體相對于重力的角取向的傾角信號的重力傳感器、以及處理 電路；當(dāng)保持殼體在用戶期望的方位時(shí)，將可見光標(biāo)識(shí)器瞄準(zhǔn)預(yù)定的外部 位置；通過使用距離測量i殳備，實(shí)質(zhì)上確定在第二激光光傳感器和預(yù)定的 外部位置之間的第一距離；實(shí)質(zhì)上確定激光接收器相對于激光能量束的第 二距離；以M于第一距離和第二距離，實(shí)質(zhì)上確定相對高度。
從以下的描述和附圖中，本發(fā)明的還有其它優(yōu)點(diǎn)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員 將變得明顯，在這些描述和附圖中，以被預(yù)期來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)最佳模 式來描述并顯示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。如將認(rèn)識(shí)到的，本發(fā)明能夠具有 其它不同的實(shí)施方式，并且其一些細(xì)節(jié)能夠在所有不背離本發(fā)明的各個(gè)明 顯的方面內(nèi)更改。因此，附圖和描述應(yīng)凈iut做本質(zhì)上例證性的而不是限制 性的。


合并在本說明書中并形成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的幾個(gè)方面， 并連同描述和權(quán)利要求一起來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的激光接收器單元的簡圖，激光接收器單元由用戶持有，并截取旋轉(zhuǎn)的激光束以確定到預(yù)定的目標(biāo)的垂直距離。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的激光接收器單元的簡圖，激光接收器 單元由用戶持有，并截Wt轉(zhuǎn)的激光束以確定到預(yù)定的目標(biāo)的垂直距離， 其中激光接收器單元的光電探測器使得它不需要與激光束等內(nèi)，而是僅僅 需要截取在光傳感器的接收范圍內(nèi)任何地方的激光束。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的激光接收器單元的簡圖，激光接收器 單元由用戶持有，并截取旋轉(zhuǎn)的激光束以確定到預(yù)定的目標(biāo)的垂直距離， 其中激光接收器單元的光電探測器使得它不需要與激光束等內(nèi)，而是僅僅 需要截取在光傳感器的接收范圍內(nèi)任何地方的激光束，并且進(jìn)一步地，重 力參考設(shè)備包括在激光接收器單元內(nèi)，以允許接收器單元位于相對于期望 的目標(biāo)不垂直的角度。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的激光接收器單元的簡圖，激光接收器 單元由用戶持有，并截取旋轉(zhuǎn)的激光束以確定到預(yù)定的目標(biāo)的垂直距離， 其中激光接收器單元的光電探測器使得它不需要與激光束等內(nèi)，而是僅僅 需要截取在光傳感器的接收范圍內(nèi)任何地方的激光束，并且進(jìn)一步地，重
力參考設(shè)備包括在激光接收器單元內(nèi)，以允許接收器單元位于相對于期望 的目標(biāo)不垂直的角度，以及此外接收器單元具有自動(dòng)測量模式，該模式允
許激光接收器單元被放置在用戶不一定能看到接收器單元的顯示器的位置。
圖5是才艮據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的激光接收器單元的簡圖，激光接收器 單元由用戶持有，并截取旋轉(zhuǎn)的激光束以確定到預(yù)定的目標(biāo)的垂直距離， 其中激光接收器單元的光電探測器使得它不需要與激光束等內(nèi)，而是僅僅 需要截取在光傳感器的接收范圍內(nèi)任何地方的激光束，并且進(jìn)一步地，重 力參考設(shè)備包括在激光接收器單元內(nèi)，以允許接收器單元位于相對于期望 的目標(biāo)不垂直的角度，以及此外接收器單元具有自動(dòng)測量模式，該模式允 許激光接收器單元被放置在用戶不一定能看到接收器單元的顯示器的位 置；而且，全球定位傳感器(GPS)被包括，以探測在與地球表面平行的 平面內(nèi)的位置，以及該信息與來自激光接收器電路的垂直(高度)信息組
16合，以獲得更精確的三維位置定位。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的激光接收器單元的主要硬件部件的方 框圖，該激光接收器單元可用在圖1中描述的距離測量應(yīng)用中。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的激光接收器單元的主要硬件部件的方 框圖，該激光接收器單元可用在圖2中描述的距離測量應(yīng)用中。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的激光接收器單元的主要硬件部件的方 框圖，該激光接收器單元可用在圖3中描述的距離測量應(yīng)用中。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的激光接收器單元的主要硬件部件的方 框圖，該激光接收器單元可用在圖4中描述的距離測量應(yīng)用中。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的激光接收器單元的主要硬件部件的 方框圖，該激光接收器單元可用在圖5中描述的三維位置測量應(yīng)用中。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式，其中的例子在附圖示出， 其中相似的數(shù)字在全部視圖中指示相似的元件。
本發(fā)明祐:設(shè)想來處理在上述的發(fā)明背景中所描述的方法的一些缺陷。 本發(fā)明使用激光測距儀("LDM")作為設(shè)備的一部分，該激光測距儀測 量從激光平面到待測量的點(diǎn)的距離。本發(fā)明的幾種實(shí)施方式在下面被討論， 并包括放寬常規(guī)辦法的一些嚴(yán)M求的改進(jìn)。通過使用允許在大接收范圍 內(nèi)的激光照射(laser strike)的位置的精確測量的接收器技術(shù)，用戶可擺 脫將接收器確切地保持在等內(nèi)位置上的必要性。通過使用內(nèi)部重力參考， 用戶可擺脫保持棒(rod)和接收器相對于重力精確垂直的必要性。通過實(shí)現(xiàn) 用于進(jìn)4亍測量并^f呆留它們的算法，當(dāng)測量正在進(jìn)行時(shí)，用戶可不受需要看 到顯示器的限制。本發(fā)明的這些特有的方面中的每個(gè)方面都可被單獨(dú)利用， 或彼此組合，以提供改進(jìn)的激光接收器設(shè)備。
應(yīng)注意，LDM (激光測距^f義)可從許多廠商購買。見例如Trimble型 HD150。雖然一些市場上可買到的系統(tǒng)處理飛行時(shí)間的直接測量，但是大 部分系統(tǒng)電子地調(diào)節(jié)激光束并測量反射光的相對相位。典型地，雪崩光電二極管被用作光傳感器，使系統(tǒng)能夠容易地測量遠(yuǎn)的或黑的物體，而不需
要特別的反射目標(biāo)。LDM產(chǎn)品通常給予可見激光標(biāo)識(shí)器顯著地位，以允許 用戶準(zhǔn)確地看到系統(tǒng)將測量什么點(diǎn)。(可見激光標(biāo)識(shí)器將可被用戶直接辨 認(rèn)的有色光束發(fā)射在待測量的物體上。)
本發(fā)明的第 一實(shí)施方式包括激光接收器，其與激光測距儀結(jié)合到單個(gè) 封裝中作為整體設(shè)備。單元中包括水準(zhǔn)泡(leve！ bubble),以允許用戶使 LDM測量光束相對于重力垂直。激光接收器是常規(guī)類型的，其可將激光平 面的位置精確地確定在僅僅一點(diǎn)，即，等內(nèi)點(diǎn)。
本發(fā)明的第二實(shí)施方式與第 一單元類似，只是激光探測器是在美國專 利申請序列號10/343,538中公開的類型，其是公布的申請US 2003/0174305 Al，現(xiàn)在是美國專利第7,110,092號；也參見例如在PCT公布WO 2006/048007 Al中公開的激光探測器。激光感測設(shè)備有時(shí)被發(fā)明人稱為"棒 傳感器(rod sensor)"，其中使用以棒的形狀的塑料或玻璃光導(dǎo)體，并在 棒的末端設(shè)置光傳感器。這種類型的接收器允許在其有效光電池范圍內(nèi)的 任何點(diǎn)處的精確測量，該范圍可以是5英寸或更大的范圍。
本發(fā)明的第三實(shí)施方式與第二單元類似，只是它用電子重力參考代替 可見水準(zhǔn)泡。該重力參考連接到主位置處理器以允許其在數(shù)學(xué)上對偏離垂 直條件進(jìn)行補(bǔ)償。
本發(fā)明的第四實(shí)施方式與第三單元類似，只是合并了開關(guān)，并包括允 許用戶將單元置于一種才莫式中的軟件算法，在該模式下只要滿足某些M 就將繼續(xù)進(jìn)行測量(作為周期性的樣本)。這些條件可包括以下內(nèi)容(1) 重力參考在預(yù)定的公差內(nèi)是穩(wěn)定的；以及(2)激光接收器以在預(yù)定的"時(shí) 間窗"7>差之內(nèi)的時(shí)間間隔接收激光照射。當(dāng)條件不再滿足時(shí)，最近的有 效讀數(shù)被保留，并可由用戶利用來確定相對高度。
本發(fā)明的第五實(shí)施方式與第四單元類似，只是它合并了 GPS接收器， GPS接收器可自己提供三維位置定位。然而，在GPS接收器內(nèi)，垂直維 度(高度或海拔高度)與水平面維度(經(jīng)度和綿度)相比非常不精確，且 激光接收器電,供比GPS接收器可能單獨(dú)提供的精確得多的垂直位置。因此，通過使用位置控制器和控制軟件，第五實(shí)施方式提供在所有方向上
都十分精確的三維位置信息，該控制軟件從GPS接收器獲取經(jīng)度和緯度數(shù) 據(jù)，但從激光接收器電路(而不是從GPS接收器)獲取高力海拔高度數(shù) 據(jù)。
現(xiàn)在參考附圖，圖l概略地顯示了本發(fā)明的第一實(shí)施方式的可能的使 用。用戶5在等內(nèi)位置(由視覺顯示器16指示)持有在發(fā)射機(jī)激光平面 22中的激光接收器單元10，并還觀察水平儀氣泡12的氣泡以保證單元的 殼體10是垂直的。最后，用戶還觀察在地面上的"標(biāo)識(shí)器"激光束18以 保證它對準(zhǔn)在正被測量的期望物體30 (或"目標(biāo)，，)。按鈕按下(例如使 用小按鈕開關(guān)32)進(jìn)行測量。更典型地，用戶將激光接收器安裝在竿上， 以使其更容易保持穩(wěn)定。參考數(shù)字20描述產(chǎn)生光平面的激光發(fā)射機(jī)。旋轉(zhuǎn) 的激光平面22撞擊光傳感器14的陣列，光傳感器14 一般為光電二極管。
圖2概略地顯示了操作本發(fā)明的第二實(shí)施方式的用戶5。此布置與圖1 中描述的十分類似，只是激光平面22 (由旋轉(zhuǎn)的激光發(fā)射機(jī)20輸出)在 等內(nèi)位置不與激光接收器單元100相交。用這種類型的激光接收器，用戶
只需要得到在旋轉(zhuǎn)的激光束中某處的激光接收器單元的感測部分。接收器 100可使用在下面更詳細(xì)描述的不同類型的光傳感器114。然而，激光接收 器單元的殼體仍然保持垂直(使用水平儀氣泡12)，并且標(biāo)識(shí)器激光18 必須落在目標(biāo)30上。按鈕按下(例如使用小按鈕開關(guān)32)進(jìn)行測量。
圖3概略地顯示了操作本發(fā)明的第三實(shí)施方式的用戶。在這種實(shí)施方 式中，在殼體上沒有可見的水平儀氣泡。它的功能被內(nèi)部的重力參考設(shè)備 246取代。由于此，用戶5可將激光接收器單元200保持在相對于垂直的 角"A"處，并仍然獲得對相對高度的精確的結(jié)果。按下按鈕(例如使用 小按鈕開關(guān)32)進(jìn)行測量。
在使用中時(shí)，當(dāng)標(biāo)識(shí)器激光束18正確地對準(zhǔn)選擇的目標(biāo)30時(shí)，用戶 5按下操作鍵32 (或小按鈕開關(guān)32)。在那時(shí)，重力參考傳感器246將探 測相對于垂直的角度A (也就是垂直角度)，并且垂直距離"L"可自動(dòng) 地由到位置處理器240的激光距離測量設(shè)備50的信號(連同角度A的信息)確定。
在激光接收器200中，光電探測器114可以是例如光電池的陣列，或 更優(yōu)選地是以下更詳細(xì)描述的一個(gè)棒傳感器。這將允許用戶將激光接收器 設(shè)備200保持在不一定是等內(nèi)位置的位置，但是作為替代，旋轉(zhuǎn)的激光束 22僅僅需要根據(jù)其可能的感測位置能力在任何地方與光電探測器114相 交。
圖4概略地顯示了操作本發(fā)明的第四實(shí)施方式的用戶。在這種實(shí)施方 式中，激光接收器單元300可被保持在用戶的頭的上方，可能觸及不到也 看不到。當(dāng)用戶將標(biāo)識(shí)器激光18指在待測量的物體30上時(shí)，單元自動(dòng)進(jìn) 行重復(fù)的測量。注意，在這個(gè)例子中，用戶5可測量常規(guī)技術(shù)不能到達(dá)的 物體，例如，在到激光接收器的可見通路被垂懸物阻擋的場合。當(dāng)正進(jìn)行 測量時(shí)，并當(dāng)用戶將標(biāo)識(shí)器激光束18對準(zhǔn)期望的目標(biāo)30時(shí)，用戶5傾聽 由在激光接收器300的殼體上的壓電設(shè)備60輸出的音頻反饋。 一旦用戶5 獲得"好的，，測量，激光接收器單元300就可從激光平面22移走，并且用 戶5然后可讀取現(xiàn)在顯示在數(shù)字顯示器316上的相對高度測量。
當(dāng)使用一般由參考數(shù)字300指定的本發(fā)明的第四實(shí)施方式時(shí)，用戶5 不需要能夠真實(shí)地看見實(shí)際的接收器300或顯示器316的任何特定部分。 此外，專用的柄350可被連接到接收器單元300的殼體，以允許用戶5將 接收器單元300延伸到用戶的頭的上方甚至更大的高度，或允許用戶將接 收器單元300放置在另外由于其它障礙將難以到達(dá)的位置。在任何情況下， 因?yàn)榇嬖诎ㄓ薪邮掌鲉卧?00的重力參考設(shè)備246和激光距離測量設(shè)備 50，當(dāng)接收器單元300與旋轉(zhuǎn)的激光發(fā)射機(jī)20所產(chǎn)生的激光平面22相交 時(shí)，用戶可自動(dòng)確定接收器單元300的垂直距離"K"。這種測量才莫式可 被制成"全自動(dòng)的"，其將在下面更詳細(xì)地討論。
圖5—般基于圖4中示出的電路設(shè)計(jì)。然而，為了提供緯度和經(jīng)度信 息的目的，增加了全球定位傳感器(GPS)電路。當(dāng)然，GPS電路能夠提 供關(guān)于第三維度，即，高JL/海拔高度的信息，以及在施工領(lǐng)域中，對勘查 和機(jī)器控制使用GPS能力是眾所周知的。然而，由于GPS接收器中的技術(shù)限制，垂直精度是比平行于地球表面的平面中的精度更糟的兩個(gè)因素中的至少一個(gè)因素。在施工工作中，垂直維度經(jīng)常是最重要的。
圖4中，使用特殊的激光接收器位置處理器電路340 (見圖9)來精確測量與激光平面相交的激光接收器300上的位置。通過也測量竿/柄350相對于重力的角度，任何點(diǎn)的高度可被確定到數(shù)毫米范圍內(nèi)。在圖5中，這種能力與GPS接收器460 (見圖10 )組合以產(chǎn)生激光接收器單元400的第五實(shí)施方式，以及使用GPS輸出數(shù)據(jù)，點(diǎn)可被定位在任何水平方向上的數(shù)厘米范圍內(nèi)和垂直方向上的數(shù)毫米范圍內(nèi)的空間中。激光接收器的位置處理器電路440 (見圖10 )將使用由光電探測器114、重力參考設(shè)備246和激光距離測量設(shè)備50的組合提供的被修正的高度數(shù)據(jù)；且它現(xiàn)在使用由GPS接收器460提供的"水平面，，信息，因此現(xiàn)在能夠確定它在所有三維的位置。
例如，勘查應(yīng)用可直接使用這種三維位置信息來儲(chǔ)存相應(yīng)于不同物體的位置的坐標(biāo)。施工應(yīng)用可有利地^f吏用該信息來產(chǎn)生或構(gòu)造有用的物體，例如停車場。大部分用戶發(fā)現(xiàn)停車場的積水是引發(fā)憤怒的原因，所以停車場的設(shè)計(jì)應(yīng)試圖最小化這個(gè)問題。 一項(xiàng)策略是間隔地提供排水溝。在排水溝附近，停車場的所有邊沿(side)向排水溝傾斜一定的距離，直到到iiJ巨下一個(gè)排水溝的中點(diǎn)。因?yàn)楫?dāng)使用常規(guī)裝置時(shí)，需要非常有技術(shù)的操作者來產(chǎn)生這樣的分布，許多停車場未能達(dá)到這個(gè)理想目標(biāo)。然而，如果能在三維空間中控制為這樣的停車場預(yù)備地基的推土機(jī)，則將容易建造這樣的停車場。操作者能夠僅僅驅(qū)車而通過相關(guān)的施工區(qū)域，且可控制推土機(jī)刮板(blade)來以產(chǎn)生期望結(jié)果的方式自動(dòng)移動(dòng)。
例如，激光接收器400可被用作"變換器"來向控制系統(tǒng)提供用于自動(dòng)放置推土機(jī)刮板的三維信息。如果停車場是一厘米或更大或更小，則無關(guān)緊要。但是水的排出經(jīng)常關(guān)鍵取決于將垂直維度控制到數(shù)毫米范圍內(nèi)的期望公差。并且由于用于排水的斜度那么小(也就是，傾斜表面的角度與水平面相比是小的)，水平位置的微小誤差只導(dǎo)致非常小的垂直誤差。因此激光接收器400的測量特性應(yīng)相當(dāng)好地適合對于在這些類型的施工應(yīng)用中所使用的三維位置變換器的實(shí)際要求。
圖6將電子硬件的主要部件描述為本發(fā)明的第一實(shí)施方式10的方框 圖。光電二極管陣列14產(chǎn)生被放大及提供給位置處理器40 (例如，微處 理器或其它類型的計(jì)算設(shè)備)的一個(gè)或更多信號。激光距離測量(LDM) 設(shè)備50及它關(guān)聯(lián)的可見激光標(biāo)識(shí)器52也連接到位置處理器40。
應(yīng)注意，放大器42和44用來產(chǎn)生從光電探測器陣列14接收的電信號 的兩個(gè)不同"通道，，。由光電探測器陣列14產(chǎn)生的信號可以用很多不同的 方式被信號調(diào)節(jié)和放大，以在激光接收器產(chǎn)品中達(dá)到不同的有益效果。在 過去對激光接收器使用許多不同類型的放大器電路，以產(chǎn)生可被引導(dǎo)到位 置處理器i殳備的信號，例如在本發(fā)明中的位置處理器40。有許多不同類型 的放大器電路的例子，包括俄亥俄州Dayton的Apache技術(shù)有P艮公司取得 的那些專利。以下包括這樣的專利所有權(quán)的清單，這些專利所有權(quán)在這里 通過引用并入。
位置處理器40也接收來自操作者鍵盤32的輸入。使用此信息，位置 處理器驅(qū)動(dòng)聲輸出設(shè)備60 (例如，壓電揚(yáng)聲器)和顯示器。聲輸出設(shè)備通 知操作者探測器是否在基準(zhǔn)平面之上、在基準(zhǔn)平面之下或等內(nèi)。當(dāng)正確地 進(jìn)行激光距離測量時(shí)，聲輸出設(shè)M發(fā)出特殊的聲音，并且高度顯示器16 顯示被測量的距離。還包括水平儀氣泡12以作為設(shè)備是否垂直的視覺指示 為操作者服務(wù)。
水平儀氣泡12是視覺硬件設(shè)備，且沒有電輸入或輸出。因此，它在圖 6的方框圖上示出，但是沒有到或來自水平儀氣泡的信號連接。
圖7將電子硬件的主要部件描述為本發(fā)明的第二實(shí)施方式100的方框 圖。在這個(gè)實(shí)施方式中，可有特別連接的光電二極管陣列114，或本身可 沒有光電二極管"陣列"，而替代地可提供"棒傳感器，，114。優(yōu)選的激光 "棒傳感器"是特殊類型的激光傳感器，其能精確測量在傳感器的有效探 測范圍內(nèi)任何地方的光束撞擊的位置，該范圍典型地在垂直距離上超過4 英寸(10cm)。這種類型的棒傳感器的激光傳感器的一個(gè)例子在公布的申 請US 2003/0174305 Al (現(xiàn)在是美國專利第7,110,092號)中公開；并且也參見PCT^^布WO 2006/048007 Al。棒傳感器114產(chǎn)生(通iti文大器42 和44 )被放大及提供給位置處理器140的一個(gè)或更多信號。激光距離測量 (LDM H殳備50及它關(guān)聯(lián)的可見激光標(biāo)識(shí)器52也連接到位置處理器140。
位置處理器140合并來自棒傳感器設(shè)備114和激光測距儀50的數(shù)據(jù)以 計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的高度。位置處理器也接收來自操作者鍵盤32的輸入。使用此 信息，位置處理器驅(qū)動(dòng)聲輸出設(shè)備60 (例如，壓電揚(yáng)聲器)和高度顯示器 116。聲輸出設(shè)備60通知操作者探測器是否在基準(zhǔn)平面之上、在基準(zhǔn)平面 之下或等內(nèi)的。當(dāng)正確地進(jìn)行激光距離測量時(shí)，聲輸出設(shè)備也發(fā)出特殊的 聲音，并且顯示器116顯示被測量的距離。還包括水平儀氣泡12以作為設(shè) 備是否垂直的視覺指示為操作者服務(wù)。
圖8將電子硬件的主要部件描述為本發(fā)明的第三實(shí)施方式200的方框 圖。在這個(gè)實(shí)施方式中，可再次提供以上討論的"棒傳感器"114，其是特 殊類型的激光傳感器，該激光傳感器能精確測量在其有效范圍內(nèi)的任何地 方、典型地在垂直距離上超過4英寸(10cm)的光束的位置。(見公布的 申請US 2003/0174305 Al (現(xiàn)在是美國專利第7,110,092號)和同樣PCT 公布WO 2006/048007 Al。)棒傳感器114產(chǎn)生(通itit大器42和44 ) 被放大及提供給位置處理器240的一個(gè)或更多信號。
激光距離測量(LDM)設(shè)備50及它關(guān)聯(lián)的可見激光標(biāo)識(shí)器52也連接 到位置處理器240。重力參考傳感器246進(jìn)行測量，該測量可用來自動(dòng)計(jì) 算設(shè)備相對于重力的角度一注意這是圖3上的角度"A"。位置處理器 240合并來自光電二極管陣列114 (或棒傳感器)、激光測距儀50和重力 參考傳感器246的數(shù)據(jù)以計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的高度一圖3上的距離"L"。位置 處理器240接收來自操作者鍵盤32的輸入。使用此信息，位置處理器240 驅(qū)動(dòng)聲輸出設(shè)備60 (例如，壓電揚(yáng)聲器)和顯示器216。聲輸出設(shè)備60 通知操作者探測器是否在基準(zhǔn)平面之上、在基準(zhǔn)平面之下或等內(nèi)的。當(dāng)正
確測量激光距離測量時(shí)，聲輸出設(shè)備也發(fā)出特殊的聲音，并且高度顯示器 216顯示被測量的距離(L)。
圖9將電子硬件的主要部件描述為本發(fā)明的第四實(shí)施方式300的方框
23圖。在這個(gè)實(shí)施方式中，可再次設(shè)置以上討論的"棒傳感器"114，其是特 殊類型的激光傳感器，該激光傳感器能精確測量在其有效范圍內(nèi)的任何地 方、典型地在垂直距離上超過4英寸(10cm)的光束的位置。(見公布的 申請US 2003/0174305 Al (現(xiàn)在是美國專利第7,110,092)和同樣PCT公 布WO 2006/048007 Al。)棒傳感器114產(chǎn)生(通it^t大器42和44 )被 放大及提供給位置處理器340的一個(gè)或更多信號。
激光距離測量(LDM)設(shè)備50及它關(guān)聯(lián)的可見激光標(biāo)識(shí)器52也連接 到位置處理器340。重力參考傳感器246進(jìn)行測量，該測量可用來計(jì)算"i殳 備相對于重力的角度(也就是圖4的角度"B")。位置處理器340合并 來自棒傳感器設(shè)備114 (或光電二極管陣列)、激光測距儀50和重力參考 傳感器246的數(shù)據(jù)以計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的高度。位置處理器接收來自操作者鍵盤 32的輸入。使用此信息，位置處理器驅(qū)動(dòng)聲輸出i殳備60 (例如，壓電揚(yáng)聲 器)和顯示器。聲輸出設(shè)備60通知操作者5探測器是否在基準(zhǔn)平面之上、 在基準(zhǔn)平面之下或等內(nèi)的。當(dāng)正確進(jìn)行激光距離測量時(shí)，聲輸出設(shè)備也發(fā) 出特殊的聲音，并且高度顯示器316顯示被測量的距離(也就是圖4的距 離"K")。
除了上述內(nèi)容以外，在這個(gè)第四實(shí)施方式中，可使用特殊的鍵332(或 使用鍵盤32的鍵序列)來將接收器單元300置于自動(dòng)測量模式，以便每當(dāng) 滿足某些預(yù)定的條件時(shí)，在特定間隔處進(jìn)行("采樣")重復(fù)的測量。這 些條件可以是，例如當(dāng)重力參考傳感器246是穩(wěn)定的并且接收器在發(fā)射機(jī) 激光水平面22中。 一旦用戶聽到上面提到的"特殊的聲音，，，他或她就知 道接收器單元300采用了 "好的樣本"，且他或她可接著從激光平面22 移動(dòng)接收器300。這個(gè)動(dòng)作將終止具有"某些預(yù)定條件，，的前述狀態(tài)，且 激光接收器單元300將自動(dòng)停止采用新的樣本，以及現(xiàn)在將"記憶"最近 的樣本并為用戶5顯示在數(shù)字讀出器316上的那個(gè)值。
圖IO描述了與圖9中描述的相同類型的激光接收器電路,增加了 GPS 接收器電路460，其代表一般由參考數(shù)字400指定的本發(fā)明的第五實(shí)施方 式。圖9的激光接收器電路340可精確地確定在毫米范圍內(nèi)的感興趣的高度，而GPS接收器在垂直維度上(也就是與地球表面垂直)遠(yuǎn)非那么精確。 另一方面，GPS接收器在確定水平位置(也就是在與地球表面平行的平面 內(nèi)的點(diǎn))時(shí)一般比它在確定垂直位置時(shí)至少精確兩倍。因此，圖9的激光 接收器電路340和GPS接收器的組合將提供用于確定三維位置的更精確的 儀器。
在本發(fā)明的一個(gè)模式中，圖10的GPS接收器460可以是孤立的單元， 其具有包含用于三個(gè)維度(3-D)的位置信息的電子輸出信號，并將該3-D 數(shù)據(jù)輸出到其它儀器；或更優(yōu)選地，它可以是設(shè)計(jì)成直接與微處理器或微 控制器集成電路芯片通過接口連接的模塊，其中來自GPS接收器模塊460 的三維位置數(shù)據(jù)信號沿著電路通路462被引導(dǎo)。位置處理器440將使用從 電路通路462接收的水平位置信息(例如綷度和經(jīng)度)，而忽略由GPS接 收器460發(fā)送的高度(高^/海拔高度)信息。作為代替，位置處理器440 通過執(zhí)行使用高度信息的軟件來操作，該高度信息由光電探測器114、激 光距離測量設(shè)備50和重力參考設(shè)備246確定。結(jié)果是更精確的垂直位置， 并且這個(gè)信息組合產(chǎn)生三維位置定位，其可為了上面討論的多種目的而用 在施工現(xiàn)場上。
應(yīng)注意，圖10中描述的GPS接收器也可與本發(fā)明的其它實(shí)施方式組 合結(jié)合來使用，例如圖6、圖7或圖8中描述的實(shí)施方式。當(dāng)然，這樣的 可選實(shí)施方式與圖10的實(shí)施方式相比將有某些限制，但是仍可獲得三維位 置定位，其具有比只從GPS接收器獲得的更精確的垂直分量。
權(quán)利要求中使用的術(shù)語包括下面的短語，這些短語包括但不限于下列 的含義
(a)"第一距離，，指由LDM單元(使用其可見光標(biāo)識(shí)器/激光測位 器)確定的距離，例如圖l或圖3上的距離18。這個(gè)第一距離優(yōu)選地僅在 垂直方向上，使用傾斜設(shè)備來指示或修正角傾斜。"傾斜設(shè)備，，可以是機(jī) 械設(shè)備例如水平儀氣泡，或它可以是自動(dòng)感測設(shè)備例如重力傳感器。在使 用重力傳感器并因此可自動(dòng)補(bǔ)償角傾斜的實(shí)施方式中，第 一距離 一般將被 從重力傳感器得到的另一 (角度)信號"修正，，，以便被修正的第一距離
25^示由LDM測量的實(shí)際距離的垂直分量(例如圖3上的距離"L")。 然而應(yīng)注意，存在第一距離值"內(nèi)部(built-in)"的固有附加的小距離，以 表示在殼體的底部(其為LDM —般被定位的地方)和截取激光束的光電 探測器的"等內(nèi)位置，，之間的垂直距離。這個(gè)附加內(nèi)部小距離可被重力傳 感器的輸出信號(如果重力傳感器是激光接收器的一部分)自動(dòng)修正(補(bǔ) 償)，以便只有附加內(nèi)部小距離的垂直分量用于這個(gè)第一距離的計(jì)算。
(I) '^5巨離"絲^^t^—'等喊T， tlT定欽綠收器 當(dāng)前不在"等內(nèi)位置")和旋轉(zhuǎn)的激光平面之間的實(shí)際(垂直)距離。例 如，如果激光接收器當(dāng)前在等內(nèi)位置，那么第二距離將等于零。在實(shí)際的 激光接收器中，第二距離典型地為相對短的距離，不大于內(nèi)置在激光接收 器內(nèi)的光電探測器的實(shí)際長度(或高度)。如果殼體也包含重力傳感器， 則當(dāng)讀數(shù)被采用時(shí)這個(gè)第二距離也可對殼體的非垂直方位被自動(dòng)修正(補(bǔ)償)。
(c) "相對位置"指激光接收器相對于旋轉(zhuǎn)的激光平面的當(dāng)前位置。 典型地，該信息表現(xiàn)為"等內(nèi)"、"在基準(zhǔn)平面之上"或"在基準(zhǔn)平面之 下"。在概念上，這是與上面提到的"第二距離"相同的物理參數(shù)，然而， 例如，相對位置不一定提供(或試圖確定)在基準(zhǔn)位置之上和激光平面之 間的實(shí)際距離。作為替代，這個(gè)參數(shù)有時(shí)(或經(jīng)常)僅僅作為在基準(zhǔn)平面
顯示器上，但是不一定知道"在上面"或"在下面"的量(也就是實(shí)際距 離)。
(d) "相對高度"可指多于一個(gè)的參數(shù)。通常，相對高度是在外部位 置(LDM的可見光標(biāo)識(shí)器凈皮"描繪"的點(diǎn))和旋轉(zhuǎn)的激光平面之間的垂直 距離。然而，如果期望，這個(gè)相對高度可有其它含義，例如外部位置相對 于海平面的高度，或在激光接收器的殼體的海平面之上的高度，或激光接 收器殼體相對于上述"外部位置"的微分高度，或激光接收器殼體相對于 上述旋轉(zhuǎn)的激光平面的微分高度。如果相對于海平面顯示相對高度，那么
高度，以及也需要將該信息傳輸或編程到激光接收器單元中。潛在地，海平面高
度信息可替代地使用內(nèi)置在激光接收器單元內(nèi)的GPS接收器來確定，但是 該GPS垂直位置(或高度)信息不如確定高度的"通常"激光接收器能力
應(yīng)理解，光電二極管的陣列和放大器單元可連同相應(yīng)的"特殊"位置 處理器一起使用，代替參考本發(fā)明的上面第二、第三和第四實(shí)施方式討論 的會(huì)傳感言1T4，縱襯離本彭胸原t這些1沐—設(shè)備樹汰光 接收器單元100、 200或300可能在其它基準(zhǔn)平面位置而不是等內(nèi)位置截取 旋轉(zhuǎn)的激光束22，并仍然成功地運(yùn)行。
還應(yīng)理解，使用連續(xù)的邏輯可實(shí)現(xiàn)關(guān)于本發(fā)明的處理電路描述的邏輯 操作，例如通過使用微處理器技術(shù)，或使用邏輯狀態(tài)機(jī)，或也許通過離散 的邏輯；甚至可以使用并聯(lián)處理器實(shí)現(xiàn)它。 一種實(shí)施方式可使用微處理器 或微控制器來執(zhí)行儲(chǔ)存在ASIC內(nèi)的存儲(chǔ)單元中的軟件指令。實(shí)際上，在 本發(fā)明的一種模式中，完整的微處理器或微控制器連同RAM和可執(zhí)行的 ROM—起可能包含在單個(gè)ASIC內(nèi)。當(dāng)然，可使用其它類型的電路來實(shí)現(xiàn) 附圖中描述的這些邏輯操作，而不背離本發(fā)明原理。
不同類型的激光接收器放大器和靈敏電路可與本發(fā)明結(jié)合使用，其中 許多已經(jīng)取得專利權(quán)，其中一些有現(xiàn)在待決的專利申請。這樣專利和申請 的例子包括授予俄亥俄州Dayon的Apache技術(shù)有限7>司的美國專利，包 括對于調(diào)制激光探測器的美國專利第7,012,237號；對于多節(jié)復(fù)合式光電池 設(shè)備的美國專利第6,133,991號；對于用于探測激光的方法和儀器的美國專 利第5,486,690號；對于具有低噪聲自動(dòng)增益控制電路的光探測裝置的美國 專利第5,471,049號；以及對于具有多個(gè)脈沖積分器和自動(dòng)增益控制電路的 用于探測激光的方法和裝置的美國專利第5,343,033號。此外，授予俄亥俄 州Dayon的Apache技術(shù)有P艮公司的美國專利申請包括2005年3月16曰 提交的才示題為"Modulated Laser Light Detector With Improved Range" 的美國專利申請序列號11/082,041; 2005年12月16日提交的標(biāo)題為 "Modulated Laser Light Detector With More Efficient Beam DetectionAlgorithm"的美國專利申請序列號11/303,488; 2003年1月31日提交的 標(biāo)題為 "Measuring device and Measuring Method for Determining Distance And/Or Position"的美國專利申請序列號10/343,538;以及2006 年4月28日提交的才示題為"Modulated Laser Light Detector With Discrete Fourier Transform Algorithm"的美國專利申請序號11/414,383。
在本發(fā)明的背景中和在本發(fā)明的詳細(xì)描述中引用的所有文檔在這里通
過丌用以棍關(guān)部分被并入r^fw^，引，不應(yīng)被解釋承認(rèn)其關(guān)于苯^r明 是現(xiàn)有技術(shù)。
為了說明和描述的目的，提出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的前面描述。 它不意味著是無遺漏的或?qū)⒈景l(fā)明限制到所公開的確切形式。這里描述或 說明的任何實(shí)施例意指非限制性的實(shí)施例，并且實(shí)施例或優(yōu)選實(shí)施方式的 許多更改或變化依照上述教導(dǎo)是可能的，而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。 為了闡明本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，選擇和描述了實(shí)施方式，從而使本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠在不同實(shí)施方式中并以適合于所預(yù)期的特定使用的 不同更改來利用本發(fā)明。這意味著在隨附的權(quán)利要求中包括了在本發(fā)明的 范圍內(nèi)的所有這樣的變化和更改。
28
權(quán)利要求
1. 一種激光接收器(10)，其包括殼體；第一激光光傳感器(14)，其如果從外部激光源接收激光能量束就產(chǎn)生第一信號；可見讀出器(16)，其指示所述激光接收器是否相對于所述激光能量束實(shí)質(zhì)上等內(nèi)；水平儀氣泡(12)；以及處理電路(40)，其接收所述第一信號；所述激光接收器特征在于，所述激光接收器進(jìn)一步包括可見光標(biāo)識(shí)器(52)；距離測量設(shè)備(50)，其使用第二激光源和第二激光光傳感器，所述距離測量設(shè)備被用來實(shí)質(zhì)上確定在所述第二激光光傳感器和預(yù)定的外部位置之間的第一距離(18，L)，正如所述激光接收器裝置的用戶在正瞄準(zhǔn)可見光標(biāo)識(shí)器時(shí)所選擇的，所述第二激光光傳感器如果從所述第二激光源接收反射的激光能量就產(chǎn)生第二信號；其中所述處理電路(40)接收所述第二信號；以及其中所述殼體、所述第一激光光傳感器、所述距離測量設(shè)備、所述水平儀氣泡、所述可見讀出器和所述處理電路被裝配為整體的手持式裝置(10)。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光接收器，其中所述處理電路(40) 配置為(a)實(shí)質(zhì)上確定所述激光接收器相對于所述激光能量束的相 對位置，并且如果所述相對位置是等內(nèi)的，則將第三信號輸出到 所述可見讀出器；(b )基于所述第二信號以及歸因于放置在所述殼體內(nèi)的部件 的固有距離，實(shí)質(zhì)上確定被修正的第一距離；以及(c)如果所述相對位置是實(shí)質(zhì)上等內(nèi)的以及如果所述激光接 收器是實(shí)質(zhì)上水平的，則基于所述被修正的第一距離來實(shí)質(zhì)上確 定在所述預(yù)定的外部位置和所述激光能量束之間的相對高度(L)。
3. 如權(quán)利要求2所述的激光接收器，其中所述水平儀氣泡 (12)被所述用戶在視覺上讀出，使得當(dāng)所述處理電路確定所述相對高度時(shí)，允許所述激光接收器保持在實(shí)質(zhì)上水平的方位。
4. 如權(quán)利要求2所述的激光接收器，其進(jìn)一步包括聲輸出設(shè) 備(60);其中如果所述相對位置是實(shí)質(zhì)上等內(nèi)的，則所述處理 電路進(jìn)一步配置為輸出第四信號，使音頻音調(diào)由所述聲輸出設(shè)備產(chǎn)生。
5. 如權(quán)利要求1所述的激光接收器，其中由所述第一激光光 傳感器產(chǎn)生的所述第一信號包括足夠的信息，所述信息允許所述 處理電路(140)實(shí)質(zhì)上確定在所述激光能量束和所述激光接收器(100)的當(dāng)前位置之間的第二距離。
6. 如權(quán)利要求5所述的激光接收器，其中所述激光光傳感器 (14)包括下列項(xiàng)之一(a) 多個(gè)光電探測器元件，每個(gè)所述光電探測器元件如果受 到所述激光能量束的撞擊則各自輸出第一多個(gè)電信號中的一個(gè)電 信號，其中所述第一多個(gè)電信號由所述處理電路使用以實(shí)質(zhì)上確 定所述笫二距離；以及(b) 棒傳感器(rod sensor)，其包括具有兩個(gè)末端和兩個(gè) 光電探測器元件的伸長的光通路，所述光電探測器元件中的一個(gè) 光電探測器元件位于所述光通路的所述兩個(gè)末端中的每個(gè)末端， 每個(gè)所述光電探測器元件各自輸出第二多個(gè)電信號中的一個(gè)，其 中所述激光能量束在沿著所述伸長的光通路的位置處撞擊所述棒 傳感器，以及所述第二多個(gè)電信號由所述處理電路使用以實(shí)質(zhì)上 確定所述第二距離。
7. 如權(quán)利要求5所述的激光接收器，其中所述處理電路 (140)進(jìn)一步配置為(a)實(shí)質(zhì)上確定所述激光接收器相對于所述激光能量束的相 對位置，并將第三信號輸出到所述可見讀出器(116);(b) 基于所述第二信號以及歸因于放置在所述殼體內(nèi)的部件的固有距離，實(shí)質(zhì)上確定被修正的第一距離；以及(c) 基于所述被修正的第一距離和所述第二距離，以及如果 所述激光接收器是實(shí)質(zhì)上水平的，實(shí)質(zhì)上確定在所述預(yù)定的外部 位置和所述激光能量束之間的所述相對高度。
8. 如權(quán)利要求7所述的激光接收器，其中所述水平儀氣泡 (12)被所述用戶在視覺上讀出，使得當(dāng)所述處理電路確定所述相對高度時(shí)，允許所述激光接收器保持在實(shí)質(zhì)上水平的方位。
9. 一種激光接收器(200 ),其包括殼體；第一激光光傳 感器(114),其如果從外部激光源接收激光能量束就產(chǎn)生第一信 號；可見讀出器(216)，其指示所述激光接收器是否相對于所述 激光能量束實(shí)質(zhì)上等內(nèi)；重力傳感器(246 )，其產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上表示 所述殼體相對于重力的角取向的第三信號；以及處理電路(240 )， 其接收所述第一信號和所述第三信號；所述激光接收器特征在于，所述激光接收器進(jìn)一步包括可 見光標(biāo)識(shí)器(52);距離測量設(shè)備(50)，其使用第二激光源和 第二激光光傳感器，所述距離測量設(shè)備被用來實(shí)質(zhì)上確定在所述 第二激光光傳感器和預(yù)定的外部位置之間的第一距離(18, L)， 正如所述激光接收器裝置的用戶在正瞄準(zhǔn)可見光標(biāo)識(shí)器時(shí)所選擇 的，所述第二激光光傳感器如果從所述第二激光源接收反射的激 光能量就產(chǎn)生第二信號；其中所述處理電路(240 )接收所述第二信號；以及其中所述 殼體、所述第一激光光傳感器、所述距離測量設(shè)備、所述重力傳 感器、所述可見讀出器和所述處理電路被裝配為整體的手持式裝 置(200 )。
10. 如權(quán)利要求9所述的激光接收器，其中所述處理電路 (240 )配置為(a)實(shí)質(zhì)上確定所述激光接收器相對于所述激光能量束的相對位置，并且如果所述相對位置是等內(nèi)的，就將第四信號輸出到所述可見讀出器；(b) 基于所述第二信號、歸因于放置在所述殼體內(nèi)的部件的 固有距離、以及補(bǔ)償所述殼體相對于重力的角取向的所述第三信 號，實(shí)質(zhì)上確定被修正的第一距離；以及(c) 如果所述相對位置是實(shí)質(zhì)上等內(nèi)的，則基于所述被修正 的第一距離和所述第二距離來實(shí)質(zhì)上確定在所述預(yù)定的外部位置 和所述激光能量束之間的相對高度(L)。
11. 一種激光接收器(200 )，其包括殼體；第一激光光傳 感器(114)，其如果從外部激光源接收激光能量束就產(chǎn)生第一信 號，所述第一信號表示在所述激光能量束和所述激光接收器的等 內(nèi)位置之間的第二距離；重力傳感器(246 )，其產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上表示 所述殼體相對于重力的角取向的第三信號；以及處理電路(240 )， 其接收所述第一信號和所述第三信號；所述激光接收器特征在于，所述激光接收器進(jìn)一步包括可 見光標(biāo)識(shí)器(52);距離測量設(shè)備(50)，其使用第二激光源和 第二激光光傳感器，所述距離測量設(shè)備被用來實(shí)質(zhì)上確定在所述 第二激光光傳感器和預(yù)定的外部位置之間的第一距離(18)，正 如所述激光接收器裝置的用戶在正瞄準(zhǔn)可見光標(biāo)識(shí)器時(shí)所選擇 的，所述第二激光光傳感器如果從所述第二激光源接收反射的激 光能量就產(chǎn)生第二信號；其中所述處理電路(240 )接收所述第二信號，并控制可見讀 出器(216)以指示相對高度(L);以及其中所述殼體、所述第 一激光光傳感器、所述距離測量設(shè)備、所述重力傳感器、所述可 見讀出器和所述處理電路被裝配為整體的手持式裝置(200 )。
12. 如權(quán)利要求11所述的激光接收器，其中所述處理電路 (240 )被配置為(a)基于所述第一信號來實(shí)質(zhì)上確定所述第二距離；(b) 基于所述第二信號、歸因于放置在所述殼體內(nèi)的部件的 固有距離、以及補(bǔ)償所述殼體關(guān)于重力的角取向的所述第三信號， 實(shí)質(zhì)上確定被修正的第一距離；以及(c) 基于所述被修正的第一距離和所述第二距離來實(shí)質(zhì)上確 定所述相對高度(L),所述相對高度(L)是所述預(yù)定的外部位 置和所述激光能量束之間的垂直距離；以及(d) 將第四信號輸出到所述可見讀出器(216)，以便顯示 所述相對高度。
13. 如權(quán)利要求11所述的激光接收器，其中所述處理電路 (240 )被配置為(a) 基于所述第一信號來實(shí)質(zhì)上確定所述第二距離；(b) 基于所述第二信號、歸因于放置在所述殼體內(nèi)的部件的 固有距離、以及補(bǔ)償所述殼體關(guān)于重力的角取向的所述第三信號， 實(shí)質(zhì)上確定被修正的第一距離；(c) 基于所述被修正的第一距離和所述第二距離來實(shí)質(zhì)上確 定所述相對高度；以及(d) 將第四信號輸出到所述可見讀出器，以便顯示所述相對高度；其中所述相對高度根據(jù)下列項(xiàng)之一被顯示(e) 所述預(yù)定的外部位置相對于海平面的高度；(f) 所述殼體相對于海平面的高度；(g) 所述殼體相對于所述激光能量束的高度；以及(h) 所述殼體相對于所述預(yù)定的外部位置的高度。
14. 如權(quán)利要求12所述的激光接收器，其進(jìn)一步包括輸入控 制設(shè)備(332 ),所述輸入控制設(shè)備可由將所述激光接收器置于自 動(dòng)測量模式的用戶來開動(dòng)，使得所述處理電路(340 )進(jìn)一步配置 為在重復(fù)的基礎(chǔ)上實(shí)質(zhì)上確定所述相對高度，并且如果預(yù)定的條 件出現(xiàn)，則將所述相對高度的至少一個(gè)值儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器電路中。
15. 如權(quán)利要求14所述的激光接收器(300 )，其中所述相對 高度的所述至少一個(gè)儲(chǔ)存值顯示在所述可見讀出器(316)上。
16. 如權(quán)利要求14所述的激光接收器(300 ),其進(jìn)一步包括 聲輸出設(shè)備(60)，在所述預(yù)定條件出現(xiàn)時(shí)，并在所述相對高度 的至少一個(gè)值被儲(chǔ)存在所述存儲(chǔ)器電路之后，產(chǎn)生音頻信號。
17. —種激光接收器(400 )，其包括殼體；第一激光光傳 感器(114)，其如果從外部激光源接收激光能量束就產(chǎn)生第一信 號，所述第一信號表示在所述激光能量束和所述激光接收器的等 內(nèi)位置之間的第二距離；傾斜顯示設(shè)備(12， 246 );以及處理電 路(440 ),其接收所述第一信號和所述第三信號；所述激光接收器特征在于，所述激光接收器進(jìn)一步包括可 見光標(biāo)識(shí)器(52);距離測量設(shè)備(50)，其使用第二激光源和 第二激光光傳感器，所述距離測量設(shè)備被用來實(shí)質(zhì)上確定在所述 第二激光光傳感器和預(yù)定的外部位置之間的第一距離，正如所述 激光接收器裝置的用戶在正瞄準(zhǔn)可見光標(biāo)識(shí)器時(shí)所選擇的，所述 第二激光光傳感器如果從所述第二激光源接收反射的激光能量就 產(chǎn)生第二信號；GPS (全球定位傳感器)接收器(460 )，其產(chǎn)生 表示相對于地球表面的位置的第三信號；以及可見讀出器(316)， 其表示在所述預(yù)定的外部位置和所述激光能量束之間的相對高 度；其中所述處理電路(440 )接收所述第二信號；以及其中(a) 所述殼體、所述第一激光光傳感器、所述距離測量設(shè)備、所述傾 斜顯示設(shè)備、所述可見讀出器、所述GPS接收器和所述處理電路 被裝配為整體的手持式裝置(400 );以及(b)所述處理電路(440 ) 配置為(i)使用所述第三信號來實(shí)質(zhì)上確定在相對于地球表面 的所述水平面中的位置，以及(ii)基于所述第一距離和所述第二 距離，使用所述第一信號和第二信號以實(shí)質(zhì)上確定所述相對高度 (K)。
18. 如權(quán)利要求17所述的激光接收器，其中基于所述第一信 號和第二信號的所述相對高度(K)比i于由所述GPS接收器產(chǎn) 生的所述第三信號的高度定位更精確。
19. 如權(quán)利要求17所述的激光接收器，其中(a) 所述傾斜顯示設(shè)備包括水平儀氣泡(12);或(b) 所述傾斜顯示設(shè)備包括重力傳感器(246 )，所述重力 傳感器產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上表示所述殼體相對于重力的角取向的第四信 號，以及其中所述處理電路接收所述第四信號并使用它來補(bǔ)償所 述殼體相對于重力的所述角取向；或(c) 所述可見讀出器(316)指示所述激光接收器是否是下 列項(xiàng)之一(i)相對于所述激光能量束實(shí)質(zhì)上等內(nèi)；(ii)相對 于所述激光能量束在基準(zhǔn)平面之上；以及(iii)相對于所述激光 能量束在基準(zhǔn)平面之下；或(d) 所述第一激光光傳感器(114)包括下列項(xiàng)之一(i) 多個(gè)光電探測元件，每個(gè)所述光電探測元件如果受到所述激光能 量束的撞擊則各自輸出第一多個(gè)電信號中的一個(gè)電信號，其中所 述第一多個(gè)電信號由所述處理電路使用以實(shí)質(zhì)上確定所述第二距 離；以及(ii)棒傳感器，其包括具有兩個(gè)末端和兩個(gè)光電探測器 元件的伸長的光通路，所述光電探測器元件中的一個(gè)光電探測器 元件位于所述光通路的所述兩個(gè)末端中的每個(gè)末端，每個(gè)所述光 電探測器元件各自輸出第二多個(gè)電信號中的一個(gè)電信號，其中所 述激光能量束在沿著所述伸長的光通路的位置處撞擊所述棒傳感 器，以及所述第二多個(gè)電信號由所述處理電路使用以實(shí)質(zhì)上確定 所述第二距離。
20. —種用于確定高度的方法，所述方法包括 提供激光接收器(10)，所述激光接收器具有殼體、如果從外部激光源接收激光能量束就產(chǎn)生第一信號的第一激光光傳感 器(14)、可見讀出器(16)、水平儀氣泡(12)和處理電路(40);所述方法特征在于所述激光接收器進(jìn)一步包括可見光標(biāo)識(shí)器(52)、使用第 二激光源和笫二激光光傳感器的距離測量設(shè)備(50),當(dāng)將所述殼體(10)保持在如所述水平儀氣泡指示的實(shí)質(zhì)上 水平的方位時(shí)，將所述可見光標(biāo)識(shí)器對準(zhǔn)預(yù)定的外部位置；通過使用所述距離測量設(shè)備，實(shí)質(zhì)上確定在所述第二激光光 傳感器和所述預(yù)定的外部位置之間的第一距離(18);實(shí)質(zhì)上確定所述激光接收器相對于所述激光能量束的第二距 離；以及基于所述第一距離和所述第二距離來實(shí)質(zhì)上確定在所述預(yù)定 的外部位置和所述激光能量束之間的相對高度(L)。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟(a) 如果所述殼體是等內(nèi)的，則由聲輸出設(shè)備(60)產(chǎn)生聲 頻音調(diào)；或(b) 即使所述殼體不是等內(nèi)的，也自動(dòng)確定所述相對高度。
22. —種用于確定高度的方法，所述方法包括 提供激光接收器(200, 300 )，所述激光接收器具有殼體、如果從外部激光源接收激光能量束就產(chǎn)生第一信號的第一激光光 傳感器(114)、可見讀出器(216, 316)、產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上表示所述 殼體相對于重力的角取向的傾角信號的重力傳感器(246 )、以及 處理電路(240， 340 ); 所述方法特征在于所述激光接收器進(jìn)一步包括可見光標(biāo)識(shí)器(52)、使用第 二激光源和第二激光光傳感器的距離測量設(shè)備(50);當(dāng)將所述殼體保持在用戶期望的方位時(shí)，將所述可見光標(biāo)識(shí) 器對準(zhǔn)預(yù)定的外部位置；通過使用所述距離測量設(shè)備來實(shí)質(zhì)上確定在所述第二激光光 傳感器和所述預(yù)定的外部位置之間的第一距離；實(shí)質(zhì)上確定所述激光接收器相對于所述激光能量束的第二距離；以及基于所述第一距離和所述第二距離來實(shí)質(zhì)上確定相對高度 (U 。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟(a) 自動(dòng)確定所述相對高度，即使所述殼體(300 )不是等 內(nèi)的；或(b) 通過(i)使用所述傾角信號來實(shí)質(zhì)上確定被修正的 第二距離；以及(ii)使用所述傾角信號和歸因于放置在所述殼體 的部件的固有距離來實(shí)質(zhì)上確定被修正的第一距離，即使所述殼 體(300 )沒有定向成水平的，也自動(dòng)確定所述相對高度；(c) 將所述相對高度顯示在所述可見讀出器(216， 316)上。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述相對高度根據(jù)所述 激光能量束和所述預(yù)設(shè)定的外部位置之間的垂直高度被顯示。
25. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述相對高度根據(jù)下列 項(xiàng)之一纟皮顯示(a) 所述預(yù)定的外部位置相對于海平面的高度；(b) 所述殼體相對于海平面的高度；(c) 所述殼體相對于所述激光能量束的高度；以及(d) 所述殼體相對于所述預(yù)定的外部位置的高度。
全文摘要
為了測量從期望高度的激光平面到在現(xiàn)場上待測量的期望物理目標(biāo)點(diǎn)的距離，提供具有整體的激光距離測量(LDM)設(shè)備的激光接收器。激光接收器可與重力參考設(shè)備組合，以便在確定旋轉(zhuǎn)的激光束和目標(biāo)點(diǎn)之間的激光接收器的相對高度時(shí)，激光接收器不一定必須保持與期望目標(biāo)點(diǎn)垂直；它也可獲取位置的多個(gè)樣本，并自動(dòng)進(jìn)行垂直測量且儲(chǔ)存該結(jié)果用于以后讀出。激光接收器可進(jìn)一步與GPS接收器組合，以獲取緯度和經(jīng)度數(shù)據(jù)，并然后在組合中充當(dāng)三維變換器，該三維變換器在垂直方向上比單獨(dú)的GPS接收器所能夠達(dá)到的更精確。
文檔編號G01C5/00GK101490505SQ200780026218
公開日2009年7月22日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者J·T·扎魯斯基, R·G·康納 申請人:阿帕契技術(shù)公司