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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ausrüstung des Typs, welche bei Vermessung und beim Bau verwendet wird, und insbesondere auf eine Detektorvorrichtung für solche Anwendungen, welche eine verbesserte Photodetektoranordnung zum Detektieren der Position eines Referenzlichts hat. Das Licht kann typischer Weise ein rotierender Laserstrahl sein, der eine Referenzlichtebene oder eine stationäre Referenzebene oder einen Laserlichtkegel definiert. Die Referenzebene kann, entsprechend der Anwendungsvorgabe, horizontal oder geneigt sein.
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Lasersysteme wurden üblicherweise bei Vermessung und beim Bau angewendet, wobei ein Laserstrahl entweder um eine horizontale oder gekippte Ebene rotierte.
U.S. Pat. Nr. 4062634 , ausgestellt am 13. Dezember 1977 auf Rando, zeigt einen Lasersender, der solch einen rotierenden Referenzstrahl aufweist. Der rotierende Strahl definiert eine Referenzebene, anhand derer unterschiedliche Messungen erfolgen können. Beispielsweise kann die Höhe eines vom Lasersender entfernten Punkts durch die Verwendung eines Stabs, an dem ein Laserempfänger angebracht ist, gemessen werden. Das Fußende des Stabes ruht auf der Erde, und der Anwender justiert den Empfänger entlang des Stabes an einer Position, an der der Laserstrahl unterbrochen wird, wie es durch eine Anzeige auf dem Empfänger angezeigt wird. Ein solcher Laserempfänger ist im
US Pat. Nr. 4240208 , ausgestellt am 30 Juni 1987 auf Pehrson, dargestellt. Ein weiterer Laserempfänger ist in der veröffentlichten Patentanmeldung US Pat. Appl. Serial Nr. 09/965661, eingereicht am 27 September 2001 und veröffentlicht am 27 März 2003 mit Publikationsnr. 2003/0058446A1, dargestellt.
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Laserempfänger, die auf Baustellen eingesetzt werden, können durch eine Vielzahl von externen Lichtquellen beleuchtet werden, welche ignoriert oder wenigstens vom Laserstrahl unterschieden werden müssen. Beispielsweise weisen einige Lasersendertypen eine Anzeige des Azimutwinkels des Laserstrahls relativ zu einer Referenzrichtung durch Aussenden eines Strobolichtpulses einmalig während jeder Strahlrotation auf. Weiterhin ist es üblich, dass Strobolicht als Warnlichter auf einer Baustelle, auf der Maschinensteuerungs- und Vermessungsaufgaben erfolgen, eingesetzt werden.
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Daher wäre es wünschenswert, dass ein in solch einer Umgebung betriebener Laserempfänger in der Lage ist, zwischen einer Beleuchtung durch einen Laserstrahl und einer Beleuchtung durch einen Lichtpuls von einer Stroboquelle zu unterscheiden. Eine Möglichkeit, um zwischen den Zweien zu unterscheiden, ist, gesonderte Detektorelemente für das Laserlicht und das Strobolicht, jedes mit optischen Filtern zum Ausblenden von Licht, mit Ausnahme der gewünschten Frequenz, bereitzustellen. Dies kann jedoch nicht immer vollständig funktionieren, und zusätzlich zur unerwünschten Interferenz können die optischen Filter Licht auch teilweise im gesamten Frequenzbereich abschwächen, wobei die Empfindlichkeit des Empfängers reduziert wird.
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Daraus zeigt sich, dass es einen Bedarf für eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren von Licht von einem Lasersender und von Stroboquellen und zum Unterscheiden zwischen den beiden gibt.
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Dieser Bedarf wird gedeckt durch ein Verfahren und eine Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung zum Detektieren eines sich bewegenden relativ feinen Laserstrahls und zum Unterscheiden zwischen einem solchen sich bewegenden relativ feinen Laserstrahl und einem omnigerichteten Lichtpuls. Das Verfahren kann den Schritt des Positionierens einer Vielzahl von Photodetektoren in einer im Wesentlichen vertikalen Reihe beinhalten. Jeder der Photodetektoren gibt ein elektrisches Signal aus, wenn er beleuchtet wird. Ein zusätzlicher Photodetektor ist an einer Position, welche von der Vielzahl von Photodetektoren entfernt ist, positioniert. Ein Teil des elektrischen Ausgangssignals jedes Photodetektors in der Reihe wird als ein erstes Referenzsignal in Bezug auf den Abstand des Phototdetektors von einem ersten Ende der Reihe bereitgestellt. Ein Teil des elektrischen Ausgangssignals jedes Photodetektors in der Reihe wird als ein zweites Referenzsignal in Bezug auf den Abstand des Photodetektors von dem zweiten Ende der Reihe bereitgestellt. Das elektrische Ausgangssignal des zusätzlichen Photodetektors wird als drittes Referenzsignal bereitgestellt. Wenn das dritte Referenzsignal eine ausreichend niedrige Amplitude aufweist, wird es als Anzeige einer gleichzeitigen Beleuchtung eines oder mehrerer der Photodetektoren in der Reihe als Beleuchtung durch einen feinen Laserstrahl interpretiert. Wenn das dritte Referenzsignal eine ausreichend hohe Amplitude aufweist, kann es als Anzeige einer gleichzeitigen Beleuchtung eines oder mehrerer der Photodetektoren in der Reihe als Beleuchtung durch einen omnigerichteten Lichtpuls interpretiert werden.
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Der Schritt des Positionierens eines zusätzlichen Photodetektors an einer von der Vielzahl von Photodetektoren entfernten Position kann den Schritt des Positionierens des zusätzlichen Photodetektors an einer Position, welche näher an dem ersten Ende der Reihe als an dem zweiten Ende der Reihe liegt, umfassen. Der Schritt des Interpretierens kann weiterhin den Schritt des Interpretierens eines dritten Referenzsignals mit ausreichend niedriger Amplitude nur dann als Anzeige gleichzeitiger Beleuchtung eines oder mehrerer der Photodetektoren in der Reihe als Beleuchtung durch einen omnigerichteten Lichtpuls umfassen, wenn das erste Referenzsignal niedriger als ein gesetzter Wert von ungefähr dem Vierfachen des dritten Referenzsignals ist und das erste Referenzsignal auch niedriger als ein gesetzter Wert von ungefähr dem Zweifachen des zweiten Referenzsignals ist.
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Das Verfahren kann zudem den Schritt des Bestimmens der Position des Laserstrahls in Bezug auf die Reihe für den Fall umfassen, basierend auf der Höhe des ersten und zweiten Referenzsignals der Reihe von Photodetektoren, dass die Beleuchtung der Photodetektoren durch einen sich bewegenden relativ feinen Laserstrahl angezeigt ist.
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Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren kann den Schritt des Bereitstellens einer Vielzahl von Photodetektoren beinhalten, welche erste und zweite Referenzsignale erzeugen, welche die vertikale Position des feinen Laserstrahls hinsichtlich dem oberen und unteren Rand der Detektion der Vielzahl von Photodetektoren anzeigen. Ein zusätzlicher Photodetektor wird an einer von der Vielzahl von Photodetektoren entfernten Position bereitgestellt. Ein erstes Referenzsignal in Bezug auf den Abstand des feinen Laserstrahls von dem oberen Rand der Detektion der Vielzahl von Photodetektoren und ein zweites Referenzsignal in Bezug auf den Abstand des feinen Laserstrahls von dem unteren Rand der Detektion der Vielzahl von Photodetektoren werden dann bereitgestellt. Das elektrische Ausgangssignal des zusätzlichen Photodetektors wird als ein drittes Referenzsignal bereitgestellt. Ein drittes Referenzsignal mit ausreichend niedriger Amplitude wird als Anzeige gleichzeitiger Beleuchtung der Vielzahl von Photodetektoren als Beleuchtung durch einen feinen Laserstrahl interpretiert. Ein drittes Referenzsignal mit ausreichend hoher Amplitude kann als Anzeige gleichzeitiger Beleuchtung der Vielzahl von Photodetektoren als Beleuchtung durch einen omnigerichteten Lichtpuls interpretiert werden.
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Die Vielzahl von Photodetektoren kann erste und zweite Photodetektoren umfassen, welche sich vertikal zwischen dem oberen und unteren Rand der Detektion ausdehnen, wobei der erste Photodetektor weiter angrenzend an dem oberen Rand der Detektion und näher angrenzend an dem unteren Rand der Detektion ist, und wobei der zweite Photodetektor weiter angrenzend an dem unteren Rand der Detektion und näher angrenzend an dem oberen Rand der Detektion ist. Alternativ kann die Vielzahl von Photodetektoren eine Vielzahl von Photodetektoren umfassen, die in einer im Wesentlichen vertikalen Reihe angeordnet sind, welche sich zwischen dem oberen und unteren Rand der Detektion ausdehnen.
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Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Detektieren eines sich bewegenden relativ feinen Lasterstrahls und zum Unterscheiden zwischen Beleuchtung von Photodetektoren durch einen solchen sich bewegenden relativ feinen Lasterstrahl und Beleuchtung von Photodetektoren durch einen omnigerichteten Lichtpuls beinhaltet eine Vielzahl von Photodetektoren, welche in einer im Wesentlichen vertikalen Reihe angeordnet sind. Jedes der Photodetektorelemente gibt ein elektrisches Ausgangssignal aus, wenn es beleuchtet wird. Eine Wichtungsschaltung ist mit der Vielzahl von Photodetektoren verbunden. Die Wichtungsschaltung stellt einen Teil des elektrischen Ausgangssignals jedes Photodetektors als ein erstes Referenzsignal in Bezug auf den Abstand des Photodetektors von einem ersten Ende der Reihe und einen Teil des elektrischen Ausgangssignals jedes Photodetektors als ein zweites Referenzsignal in Bezug auf den Abstand von dem Photodetektor von einem zweiten Ende der Reihe bereit. Ein zusätzlicher Photodetektor, an einer Position positioniert, welche von der Vielzahl von Photodetektoren entfernt ist, gibt ein elektrisches Ausgangssignal als ein drittes Referenzsignal aus. Schaltungen, welche auf die Referenzsignale reagieren, interpretieren ein drittes Referenzsignal mit ausreichend niedriger Amplitude als Anzeige gleichzeitiger Beleuchtung eines oder mehrerer der Photodetektoren in der Reihe als Beleuchtung durch einen feinen Laserstrahl. Die Schaltungen können ein drittes Referenzsignal mit ausreichend hoher Amplitude als Anzeige gleichzeitiger Beleuchtung eines oder mehrerer Photodetektoren in der Reihe als Beleuchtung durch einen omnigerichteten Lichtpuls interpretieren.
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Der zusätzliche Photodetektor kann an einer Position positioniert werden, die näher an dem ersten Ende der Reihe als an dem zweiten Ende der Reihe ist. Die Schaltungen können dann ein drittes Referenzsignal mit ausreichend hoher Amplitude nur dann als Anzeige gleichzeitiger Beleuchtung eines oder mehrerer der Photodetektoren in der Reihe als Beleuchtung durch einen omnigerichteten Lichtstrahl interpretieren, wenn das erste Referenzsignal niedriger ist als ein gesetzter Wert von ungefähr dem Vierfachen des dritten Referenzsignals und das erste Referenzsignal auch niedriger ist als ein gesetzter Wert von ungefähr dem Zweifachen des zweiten Referenzsignals.
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Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren der relativen Position von Referenzlicht bereitzustellen; solch eine Vorrichtung und Methode bereitzustellen, bei der eine Vielzahl von Photodetektoren und ein zusätzlicher Photodetektor, entfernt von der Vielzahl, es erlauben, zwischen einem Laserstrahl und einem omnigerichteten Lichtpuls, wie Licht von einer Stroboquelle, zu unterscheiden.
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Die Aufgabe wird für die Verfahren erfindungsgemäß durch die Merkmalskombinationen der Ansprüche 1 und 7 und für die Vorrichtungen erfindungsgemäß durch die Merkmalskombinationen der Ansprüche 12 und 17 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der sich daran anschliessenden Unteransprüche.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung, den zugehörigen Figuren und den angehängten Ansprüchen ersichtlich.
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1 ist eine Vorderansicht einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Detektieren eines relativ feinen Laserstrahls und zum Unterscheiden zwischen Beleuchtung von Photodetektoren durch solch einen relativ feinen Laserstrahl und Beleuchtung von Photodetektoren durch einen omnigerichteten Lichtpuls.
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2 ist eine Rückansicht der Vorrichtung von 1.
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3 ist ein schematisches Diagramm von Schaltungen, die in der Vorrichtung der 1 und 2 enthalten sind; und
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4 ist ein schematisches Diagramm von alternativen Schaltungen zu denen von 3.
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Es wird auf 1, 2 und 3 verwiesen, welche eine Detektionsvorrichtung 10 darstellen, die gemäß der vorliegenden Erfindung erstellt wurde. Die Vorrichtung detektiert Referenzlicht, so wie Laserlicht, und stellt eine Anzeige der Lage des Referenzlichts mit Bezug auf die Vorrichtung bereit. Die Vorrichtung kann auch Referenzstrobopulse detektieren.
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Die Detektorvorrichtung 10 beinhaltet eine Anzeige 12 und eine Photodetektoranordnung 14, die in Fenster oder Blende 16, durch das Gehäuse festgelegt, positioniert ist. Eine zweite Photodetektoranordnung (nicht dargestellt) ist in Fenster 16' auf der Rückseite des Gehäuses 18 positioniert, so dass eine Laserquelle von beiden Seiten der Vorrichtung erkannt werden wird. Die Detektorvorrichtung 10 wird durch Bedienungsschalter 20 angeschaltet und dann auf der ungefähren Höhe des Referenzlichtes positioniert. Das Licht trifft auf die Photodetektoranordnung 14, und eine Ausgangsschaltung 22 gibt eine Anzeige auf der Anzeige 12 über die Position der Referenzlichtebene mit Bezug auf die Detektiervorrichtung aus, und insbesondere mit Bezug auf die Referenzkerben 21 auf beiden Seiten des Gehäuses 18. Die Anzeige 12 zeigt an, ob das Licht zwischen dem oberen und unteren Rand der Detektion liegt, die durch die Photodetektoranordnung 14 definiert sind. Falls der Lichtstrahl als zwischen den Detektionsrändern liegend angezeigt wird, zeigt die Anzeige 12 an, ob der Lichtstrahl über, unter oder innerhalb eines zentrierten Referenzstreifens liegt. Die Höhe des Referenzstreifens kann mit Schalter 26 auf eines von mehreren Ausmaßen gesetzt werden.
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Die Ausgangsschaltung 22 reagiert auf die relativen Höhen der ersten und zweiten Referenzsignale jeweils auf den Leitungen 23 und 24, die durch die Photodetektoranordnung 14 bereitgestellt werden, und bestimmt die Position des Referenzlichtes, basierend auf den relativen Amplituden dieser Signale. In der dargestellten Ausführungsform kann die Anzeige 12, welche beispielsweise eine LCD-Anzeige sein kann, ein Paar Pfeile und einen Balken beinhalten. Ein Aufwärts- oder Abwärtspfeil wird angezeigt, wenn der Strahl jeweils unter oder über dem Referenzstreifen liegt. Der Balken wird angezeigt, wenn der Strahl innerhalb des Streifens liegt. In einer alternativen Anordnung der Anzeige, können die Pfeile durch ein Paar dreieckiger Elemente ersetzt werden, die in Richtung des Zentralbalkens zeigen. Jedes der dreieckigen Elemente besteht aus einer Reihe von im Wesentlichen horizontalen Balken. Die Balken werden individuell auf ON geschaltet, um mit höherer Präzision den Abstand anzuzeigen, mit dem das detektierte Licht über oder unter der Zentralreferenz positioniert ist. Als eine weitere Alternative kann die Vorrichtung ohne Anzeige bereitgestellt werden, wobei das Ausgangssignal der Ausgangsschaltung 22 direkt einer Maschinensteuerschaltung bereitgestellt wird.
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Die Photodetektoranordnung 14 beinhaltet eine Vielzahl von PIN-Dioden umfassenden Photodetektoren CR2, CR3, CR4, CR5, CR6, CR7, CR8, CR9, CR10, CR11, CR12 und CR13, welche auf der Vorrichtung positioniert und in einer im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Reihe angeordnet sind. Jeder der Vielzahl von Photodetektoren CR2–CR13 produziert ein elektrisches Ausgangssignal, wenn er mit dem Referenzlaserlicht oder anderem Licht mit ausreichender Intensität beleuchtet wird.
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Die Photodetektoranordnung 14 beinhaltet des Weiteren eine Wichtungsschaltung 30. Die Wichtungsschaltung 30 beinhaltet Widerstände R1–R4 und R6–R13, Spulen L1 und L2 (shunting D. C. sunlight current) und einen Transformator T1 zum Abzweigen. Jeder der Vielzahl von Photodetektoren CR2–CR13 ist mit dem Transformator T1 verbunden, entweder direkt oder über einen oder mehrere der Widerstände. Die Wichtungsschaltung stellt einen Teil des elektrischen Ausgangssignals jedes Photodetektors als eine Komponente des ersten Referenzsignals auf Leitung 23 bereit, in Bezug auf den Abstand des Photodetektors von dem oberen Ende der Reihe. Die Wichtungsschaltung stellt auch einen Teil des elektrischen Ausgangssignals jedes Photodetektors als eine Komponente des zweiten Referenzsignals auf Leitung 24 bereit, in Bezug auf den Abstand des Photodetektors von dem unteren Ende der Reihe. Die Wichtungsschaltung 30 ist so konfiguriert, dass das erste Referenzsignal auf Leitung 23 ansteigt, wenn das Licht sich in Richtung des oberen Endes der Reihe von PIN-Dioden bewegt, und das zweite Referenzsignal auf Leitung 24 ansteigt, wenn das Licht sich in Richtung des unteren Endes der Reihe bewegt. Umgekehrt nimmt das erste Referenzsignal auf Leitung 23 ab, wenn das Licht sich in Richtung des unteren Endes der Reihe von PIN-Dioden CR2–CR13 bewegt, und das zweite Referenzsignal auf Leitung 24 nimmt ab, wenn das Licht sich in Richtung des oberen Endes der Reihe bewegt. Wenn das Licht in der Mitte der Reihe ist, sind die Werte der beiden Referenzsignale auf den Leitungen 23 und 24 gleich. Die Ausgangsschaltung 22 reagiert auf relative Werte der ersten und zweiten Referenzsignale auf Leitung 23 und 24, um die Position der Referenzlichtebene zu bestimmen.
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Die Wichtungsschaltung 30 stellt Referenzstromwertsignale auf Leitung 23 und 24 auf die folgende Weise bereit. Angenommen, dass nur die PIN-Diode CR4 beleuchtet ist. Der Ausgangsstrom von Diode CR4 wird an dem Knoten 32 von Transformator T1 bereitgestellt. Ungefähr 5/6 des Stroms fließt durch Spule 34 zu Leitung 23, während 1/6 des Stroms durch die Spulen 36, 38, 40, 42 und 44 zu Leitung 24 fließen wird. Auf ähnliche Weise sei angenommen, dass das Referenzlicht sich so bewegt hat, dass nur PIN-Diode CR9 beleuchtet ist. Der Ausgangsstrom von PIN-Diode CR9 wird an dem Knoten 46 von Transformator T1 bereitgestellt. Ungefähr 4/6 des Stroms von Diode CR9 wird durch die Spulen 42 und 44 zu Leitung 24 fließen, während 2/6 des Stroms durch die Spulen 34, 36, 38 und 40 zu Leitung 23 fließen wird. Somit macht die Art, in der der Diodenstrom geteilt und den Leitungen 23 und 24 bereitgestellt wird, Angaben, welche der Dioden beleuchtet ist, und somit auf die Position des Referenzlichtes.
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Man wird bemerken, dass eine Anzahl von Photodetektoren nicht direkt mit einem Anschluss des Transformators T1 verbunden ist. Zum Beispiel ist der Ausgang von Diode CR3 mit Knoten 48 verbunden. Der Strom an Knoten 48 wird dann geteilt, wobei die Hälfte durch Widerstand R1 an Leitung 23 fließt, und die andere Hälfte durch Widerstand R2 an Knoten 32 fließt. An Knoten 32 fließt 5/6 dieser Stromhälfte durch die Spule 34 zu Leitung 23, und das verbleibende 1/6 dieser Stromhälfte fließt durch die Spulen 36, 38, 40, 42 und 44 zu Leitung 24. Das führt dazu, dass ungefähr 11/12 des Stroms an Leitung 23 bereitgestellt wird.
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Es versteht sich, dass das Referenzlicht üblicherweise mehr als eine der PIN-Dioden CR2–CR13 gleichzeitig beleuchtet. Das kann vorkommen, weil die Größe des Referenzlaserstrahls signifikant größer ist als die Größe der Photodetektoren. Des Weiteren können Temperaturgradienten in der Luft, welche das Laserlicht passiert, zu einer kurzfristigen positionalen Fluktuation des Strahls führen, wodurch tatsächlich eine Anzahl von Photodetektoren gleichzeitig beleuchtet werden, wenn der Strahl zwischen den Elementen flackert. Die Wichtungsschaltung 30 der vorliegenden Erfindung teilt den Strom von jedem der vielen Photodetektoren in Abhängigkeit von der Position des Photodetektors in der Reihe auf. Als Folge sind die entstehenden Signalpegel auf Leitung 23 und 24 die Summen der verschiedenen beleuchteten Photodetektoren, und diese Signalpegel spiegeln genau die Durchschnittsposition der Mitte des Strahls wider.
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In dieser Hinsicht sei bemerkt, dass ein Referenzlichtstrahl, der auf der Reihe zentriert ist, mindestens beide Dioden CR7 und CR8 beleuchten wird, wobei er gleiche Strompegel auf Leitung 23 und 24 bereitstellt. Jegliche Bewegung des Lichts aufwärts von der zentrierten Position wird zu einer sofortigen Stromerhöhung an Leitung 23 führen und einer Stromminderung an Leitung 24. Genauso wird jegliche Bewegung des Lichts abwärts von der zentrierten Position zu einer sofortigen Stromerhöhung an Leitung 24 und einer Stromminderung an Leitung 23 führen. Diese Empfindlichkeit in der Mitte der Reihe von Photodetektoren ist als ein Ergebnis davon möglich, dass man eine gerade Anzahl von Photodetektoren in der Reihe hat. Wenn eine ungerade Anzahl von Photodetektoren in der Reihe bereitgestellt würde, und ein sehr feiner Lichtstrahl würde detektiert, ist es möglich, dass die vertikale Bewegung des Strahls in dieser Gegend ohne eine Bewegung des Strahls außerhalb des zentralen Photodetektors und ohne ein Änderung in der gemessenen Position aufträte.
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Die Ausgangsschaltung 22 beinhaltet bevorzugt eine getrennte Filterschaltung, Strom-Spannung-Verstärkerschaltung, und Spitzen-Detektions-und-Halteschaltung, welche in Reihe mit jeder der Leitungen 23 und 24 zum Bearbeiten der ersten und zweiten Referenzsignale auf diesen Leitungen verbunden sind. Bevorzugt werden die Referenzsignale in Digitalsignale umgewandelt. Die relativen Werte der bearbeiteten ersten und zweiten Referenzsignale werden von Ausgangsschaltung 22 berechnet, um die Position der Referenzlichtebene mit Bezug auf die Reihe der PIN-Dioden CR2–CR13 zu bestimmen. Dies kann auf eine Vielzahl von Arten erreicht werden. Wenn die relativen Werte der ersten und zweiten Referenzsignale auf Leitung 23 und 24 linear geändert werden, wenn das Licht sich in der Reihe nach oben und nach unten bewegt, wird das Referenzlicht beispielsweise entlang der Reihe durch einen Anteil der Reihenlänge geteilt, welcher gleich dem Anteil eines der Referenzsignale geteilt durch die Summe der ersten und zweiten Referenzsignale ist. Durch diese Technik ist es offensichtlich, dass die absolute Intensität des Lichtes, das auf die Photodetektoren trifft, unerheblich ist. Es sind eher die relativen Werte der zwei Referenzsignale von der Schaltung 30, welche die Position des Referenzlichtes bestimmen. Alternativ kann das Verhältnis des ersten und zweiten Referenzsignals genommen und als die Adresse für einen Tabellennachschlagealgorithmus verwendet werden. Es wird ersichtlich, dass die Position des Referenzlichtes in breiten oder engen Streifen kategorisiert werden oder mit jedem gewünschten Präzisionsgrad vorgegeben werden kann.
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Ein zusätzlicher Photodetektor 50 ist an einer Position entfernt von der Vielzahl von Photodetektoren positioniert, um ein elektrisches Ausgangssignal als ein drittes Referenzsignal bereitzustellen. Die Ausgangsschaltung 22 reagiert auf das dritte Referenzsignal auf Leitung 53. Wie in 1 dargestellt, ist der Photodetektor 50 in Fenster 55 positioniert, welches üblicherweise an Fenster 16, in welchem die Photodetektoranordnung 14 positioniert ist, ausgerichtet aber davon getrennt ist. Ein ähnlicher Photodetektor (nicht dargestellt) wird in einem Fenster 55' auf der Rückseite des Gehäuses bereitgestellt, wie in 2 dargestellt.
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Die zusätzlichen Photodetektoren werden zum Unterscheiden zwischen Beleuchtung von Strobolichtpulsen und Beleuchtung von einem schmalen Laserstrahl verwendet. Die Ausgangsschaltung 22 interpretiert ein drittes Referenzsignal mit ausreichend niedriger Amplitude als Anzeige gleichzeitiger Beleuchtung eines oder mehrerer Photodetektoren in der Reihe als Beleuchtung durch einen feinen Laserstrahl. Dies ist der Fall, weil der Laserstrahl ausreichend schmal ist, so dass es unwahrscheinlich ist, sowohl die Photodetektoren CR2–CR13 als auch den Photodetektor 50 zur gleichen Zeit zu beleuchten. Eine Beleuchtung aller Photodetektoren inklusive des Photodetektors 50 im gleichen Augenblick auf der anderen Seite und die Erzeugung eines dritten Referenzsignals von relativ hoher Amplitude resultieren wahrscheinlich von einem Puls omnigerichteten Lichts, so wie beispielsweise einem Lichtpuls von einem Stroboskop. Die Ausgangssschaltung 22 wird daher ein solches drittes Referenzsignal mit einer ausreichend hohen Amplitude so interpretieren.
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Obwohl nicht dargestellt in 3 stellen auch die zweite Photodetektoranordung, die in Fenster 16' positioniert ist, und der zusätzliche Photodetektor in Fenster 55' auf der Rückseite des Gehäuses 18 Eingaben an die Wichtungsschaltungen bereit, die identisch zu den in 3 dargestellten sind. Die Signale von dieser Wichtungsschaltung werden dann der Ausgangsschaltung 22 zur Interpretation in der gleichen Art wie oben beschrieben bereitgestellt. Es ist offensichtlich, dass Photodetektor 50 nicht von der Reihe 14 von Photodetektoren durch eine große Entfernung getrennt ist. Der Abstand ist aufgrund des Wunsches begrenzt, den Photodetektor 50 auf der gleichen Platine zu plazieren, die den Rest der Photodetektoren trägt. Als Folge ist es etwas wahrscheinlicher, dass der Photodetektor CR2 und der zusätzliche Photodetektor 50 gleichzeitig durch einen breiten fluktuierenden Laserstrahl beleuchtet werden als dass der Photodetektor CR13 und der zusätzliche Photodetektor 50 durch solch einen Strahl beleuchtet werden. Die Ausgangsschaltung 22 berücksichtigt dies, durch Verwendung einer Formel, die auf die Signalamplituden auf Leitung 23 und 24 schaut und mit größerer Wahrscheinlichkeit ein Auftreffen eines Strahls erkennt, wenn das erkannte Licht nahe dem Ende der Photodetektorenreihe liegt, welches dem zusätzlichen Photodetektor 50 am nächsten ist. Wenn das dritte Referenzsignal auf Leitung 53 von ausreichend hoher Amplitude ist, wird im Wesentlichen ein Strobopuls detektiert, wenn das erste Referenzsignal auf Leitung 23 weniger als das Vierfache des dritten Referenzsignals auf Leitung 53 ist und das erste Referenzsignal auf Leitung 23 auch weniger als das Zweifache des zweiten Referenzsignals auf Leitung 24 ist. Falls gewünscht, kann ein Strobopuls detektiert werden, wenn das dritte Referenzsignal auf Leitung 53 von ausreichend hoher Amplitude ist und wenn das erste Referenzsignal auf Leitung 23 weniger als ein gesetzter Wert von ungefähr dem Vierfachen des dritten Referenzsignals auf Leitung 53 und das erste Referenzsignal auf Leitung 23 auch weniger als ein gesetzter Wert von ungefähr dem Zweifachen des zweiten Referenzsignals auf Leitung 24 ist.
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4 stellt schematisch Schaltungen 100 dar, welche anstelle von den Schaltungen von 3 verwendet werden können. In der Ausführungsform von 4 wird eine Photodetektoranordnung 102 bereitgestellt, bestehend aus ersten und zweiten Photodetektoren 104 und 106, an Stelle der Reihe von einzelnen PIN-Dioden CR2–CR13, die in der Ausführungsform von 3 gefunden werden. Photodetektoren 104 und 106 dehnen sich vertikal aus, wobei der Photodetektor 106 weiter anliegend an dem oberen Rand der Detektion und enger anliegend an dem unteren Rand der Detektion ist, und der Photodetektor 104 weiter anliegend an dem unteren Rand der Detektion und enger anliegend an dem oberen Rand der Detektion ist. Die ersten und zweiten Photodetektoren 104 und 106 geben erste und zweite Referenzsignale jeweils an Leitung 110 und 112 aus, welche die vertikale Position des feinen Laserstrahls 108 in Bezug auf die oberen und unteren Ränder der Detektion anzeigen. Es ist offensichtlich, dass, wenn ein Laserstrahl über die Photodetektoren 104 und 106 streicht, die Amplituden der Ausgangssignale auf Leitung 110 und 112 von der relativen Höhe des Strahls abhängig sein werden. Je höher der Strahl, desto mehr Energie wird von Photodetektor 106 empfangen werden, und desto größer wird das Ausgangssignal auf Leitung 112 sein. Ebenso wird eine Abwärtsverlagerung in der Position des Strahls darin resultieren, dass die Amplitude des Signals auf Leitung 110 ansteigt.
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Die Ausgangssignale auf Leitung 110 und 112 werden jeweils durch die Schaltungen 113 und 114 verstärkt und spitzendetektiert. Es ist zu erkennen, dass die keilförmigen Photodetektoren die Notwendigkeit für eine Wichtungsschaltung, so wie Schaltung 30 in 3, eliminieren. Die Vorrichtung beinhaltet einen zusätzlichen Photodetektor 115, welcher an einer Position entfernt von den ersten und zweiten Photodetektoren 104 und 106 positioniert ist, zum Bereitstellen eines elektrischen Ausgangssignals als ein drittes Referenzsignal auf Leitung 117. Das Ausgangssignal auf Leitung 117 wird durch Schaltung 119 verstärkt und spitzendetektiert.
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Eine Schaltung 122 beinhaltet einen Analog-Digital-Wandler 134 zum Transformieren der ersten, zweiten und dritten Prozessor-Ausgangssignale 116, 120, 121 in digitale Entsprechungen. Das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 134 ist an einen Prozessor 136 gekoppelt, welcher dann Strahlposition durch Vergleich der digitalen Entsprechungen der Signale auf Leitung 116 und 120 berechnet. Das unterstellt natürlich, dass der Prozessor festgestellt hat, dass die Signale auf den Ausgängen 116 und 120 das Ergebnis eines Auftreffens eines Laserstrahls auf den Photodetektoren 104 und 106 sind.
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Der Prozessor 136 ist auch an eine Speichervorrichtung 138 gekoppelt, welche Steueranweisungen und Speicherorte zum Ausführen der notwendigen Berechnungen zur Bestimmung der Strahlposition bereitstellen. Zusätzlich kann der Prozessor zum Betreiben jeglicher Anzahl von Ausgangsvorrichtungen genutzt werden, so wie eine Anzeige 140, welche eine visuelle Anzeige einer von dem Prozessor 136 bestimmten Strahlposition bereitstellt.
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Wie oben erwähnt bestimmt der Prozessor 136, ob die Vorrichtung mit einem feinen Lasterstrahl oder einem breiten Puls von im Wesentlichen omnigerichtetem Licht, so wie Strobolicht, beleuchtet wurde. Zu diesem Zweck interpretiert der Prozessor 136 ein drittes Referenzsignal, das von ausreichend geringer Amplitude ist, als Anzeige gleichzeitiger Beleuchtung eines oder beider Photodetektoren 104 und 106 als Beleuchtung durch einen feinen Laserstrahl. Dieser Prozessor 136 kann ein drittes Referenzsignal mit einer ausreichend hohen Amplitude als Anzeige interpretieren, dass die gleichzeitige Beleuchtung eines oder mehrerer der Photodetektoren 104 und 106 aus einem omnigerichteten Lichtpuls resultiert.
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In dem Beispiel ist der zusätzliche Photodetektor 115 an einer Position positioniert, welche näher zu einem Rand der Detektion als zu dem anderen Rand der Detektion liegt. Der Photodetektor 115 kann insbesondere näher an dem Rand der Detektion an dem breiten Ende von Photodetektor 104 positionert sein. Es ist offensichtlich, dass dies entweder der obere oder der untere Rand der Detektion sein könnte, abhängig von dem Aufbau der Vorrichtung. Die Schaltungen interpretieren ein drittes Referenzsignal mit ausreichend hoher Amplitude nur dann als Anzeige gleichzeitiger Beleuchtung durch einen omnigerichteten Lichtpuls, wenn das erste Referenzsignal niedriger als ein gesetzter Wert von ungefähr dem Vierfachen des dritten Referenzsignals ist und das erste Referenzsignal auch niedriger als ein gesetzter Wert von ungefähr dem Zweifachen des zweiten Referenzsignals ist.
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Während gewisse repräsentative Ausführungen und Details zum Zwecke der Darstellung der Erfindung gezeigt wurden, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen in den hier offen gelegten Verfahren und Vorrichtungen gemacht werden können, ohne von dem Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen, welcher in den angehängten Ansprüchen erläutert ist.
