[发明专利]用于接收未被调制的和被调制的光束的光束接收器

说明书

本发明涉及一个用于基于光的测量的接收单元，其具有用于对光检测信号进行受时钟控制的模拟‑数字转换的模拟‑数字转换器和用于对模拟‑数字转换器进行时钟控制的定时单元。根据本发明，为接收被调制的光信号，定时单元具有锁相环，该锁相环具有用于按照光信号调制来调制的光检测信号的输入端；以及用于为模拟‑数字转换器定时而输出所检测到的调制频率的倍数的频率的输出端。

本发明涉及发明主题的权利要求并且因此涉及测量时的光束的接收。

在为测量而使用光束的地方需要光束接收器。一种典型的使用领域例如是对来自在建筑工地等上使用的旋转激光器和直线激光器的光的接收。使用这些激光器发射激光，例如作为旋转的或者其他运动的、横截面成点状的射线、作为可以是静止的或者运动的激光扇面、或者作为能够借助圆锥镜成扇状打开的激光平面。为在大的距离和在不利的条件下还能够使用该光束进行测量，需要专门的光束接收器。

光束接收器经常作为所谓的手持接收器实现，有时也作为机器接收器实现，用于安装在建筑机械的臂或者标牌上，用于加工工具的位置的远程指示或者自动控制。这里说明的光束接收器能够这样使用。

使用在测量时使用的光束接收器能够完成各种测量任务。

这导致对激光接收器的不同的要求。如果例如使用激光扇面或者激光平面，则通常要调制激光。接收器上的解调允许即使在与激光源距离较大从而信号强度减低的情况下也不管如阳光、背景噪声等的干扰影响进行测量。

如果现在在一个旋转激光器中例如围绕一条精确竖直的旋转轴线旋转点状的激光射束，则能够用适当的光束接收器精确地对其测量高度，也就是说与一个激光平面的精确的距离。为此在光束接收器中例如一起装入多个检测器，从它们在光束接收时的信号强度能够在很大程度上与激光器的距离无关地确定相对于通过旋转的激光射束定义的参考平面的高度。

为此使用的检测器元件通常以下面的方式提供：作为准直线的检测器行，如其例如在US 5,471,049中所示；作为基于光导体的PSD，如其在US 7,110,092中公开的那样；或者作为许多相同的、但是在高度上在灵敏度方面不同的电子加权的个体检测器元件的多重设置，参见US 6,873,413；或者在最简单的情况下作为两个彼此上下设置的相同大小的光电元件。

在使用适宜的评估电路的情况下在那里说明的光电检测器均或多或少适用于高度分辨的或者位置分辨的激光接收。因此为本发明的目的参照相应的公开，那些文献当前为公开的目的全部纳入于此。

为保证大的作用范围内的稳定的、尽可能准确的和抗干扰的测量，现在在现有技术中设计用于接收未被调制的、旋转的激光射束或者用于接收被调制的、静止的激光扇面的光束接收器。两种运行模式共同覆盖绝大多数为测量目的需要的、用于市场上通常的旋转激光器或者直线激光器的光束接收器。它们分别是专门化的设备而不能用于另外的运行模式；因此不存在以与针对唯一一种运行模式优化的高质量的光束接收器相当的效率执行两种运行模式的任何组合设备。

另外迄今的、用于接收被调制的光束的光束接收器也仅被设计用于激光源调制的狭窄的调制频率范围，因为仅使用信号处理电路的窄的检测带宽才能够实现可用的作用范围。高选择性的接收器的带宽这里约小于10Hz，而使用各种直线激光器的站模型的载波频率通常在4和12kHz之间。因为不同的制造商为他们的激光源选择极为不同的调制频率，所以从属的光束接收器也分别仅适合一个制造商的设备，如果不是另外的制造商偶然地选择一个完全相似的调制频率的话，其中该调制频率(正好)同样位于光束接收器的容差范围内。

价格便宜的、宽带的光束接收器虽然允许接收较宽范围的调制频率并且就此而言可为多个制造商使用，但是正是由此必然在给定接收灵敏度的情况下仅能够实现较小的作用范围。

附加变得困难的是，随着用于经调制的激光射束的宽带的光束接收器的兴起，直线激光器的制造商从使用高度精确的、准稳定的频率的调制向直线激光器的使用价格便宜的RC振荡器的调制过渡。但是该非常宽的容差的RC振荡器在温度和电池电压波动的情况下强烈漂移，使得它不再能够为窄带的从而可能高效率的接收器使用。