用于探测和显示激光射束的设备和方法与流程

本发明涉及一种用于探测和显示激光射束的设备，所述设备包括发射所述激光射束的激光仪器、如旋转激光器或者线激光器，以及显示仪器，所述显示仪器具有至少一个激光射束探测器和至少一个显示所探测到的激光射束的显示元件。本发明还涉及一种用于探测由激光仪器、如旋转激光器或者线激光器所发射的激光射束和显示所探测到的激光射束的方法。

背景技术：

在建筑工业中，为了检测均匀的位高、如水平的平面或者垂直的平面使用旋转的点激光仪器。在所谓的建筑用激光仪器中使激光射束处于旋转中，以在空间中形成虚拟的平面。为了保护眼睛，限制激光仪器的光功率。因此仅能够在昏暗的空间中将激光射束识别为壁上的线。在明亮的环境光中因此需要辅助工具以使得旋转的激光射束可见。所述辅助工具，也被称作光电测量标杆，向用户示出，必须向哪个方向移动显示仪器才能获得激光射束的位置。

用于脉冲的激光射束的、传统的接收器装配有具有大的硅面积的光电探测器、如例如光电二极管、光电晶体管或者太阳能电池。光电探测器大多由于其大的硅面积而非常昂贵。此外光电探测器大多为在900nm到1000nm之间的范围中具有最大灵敏度的红外线探测器，所述红外线探测器在灵敏度有限的情况下也用于探测在400nm到700nm之间的可见光。借助在光电探测器之前的滤色器，该“宽度范围”大多减小到围绕待探测的射束的小带宽。除了接收器还需要附加的显示装置。在此可以使用发光二极管。

从图1中能够在原理上获悉相应的仪器。在壳体10中沿着垂直延伸的直线布置有光电探测器12、14，借助所述光电探测器检测投射的激光射束。根据由激光射束加载的光电探测器，接通发光二极管16、18、20其中之一。

从文献DE-C-35 12 708中能够获悉用于获得旋转激光器的激光射束的光电测量标杆。所述测量标杆包括多个沿着垂线延伸的光电元件，利用所述光电元件分析装置与显示装置连接。光电元件为光电二极管，以随后借助分析装置在显示装置上数字地显示相对于参考点的高度值或者间距。按照文献US-A-3 894 230所述的、用于确定移动的或者脉冲的光射束的位置的设备基于相同的原理。

按照文献DE-A-1 915 935，借助沿着直线布置的光电元件获得激光射束相对于预先给定的点的平面坐标。

文献US-A-2004/01 17 995的主题是一种用于探测激光射束的投射区域的装置，其中接收器和显示元件构造成单独的组件。

按照现有技术，相互单独地布置探测器和显示元件，从而使得相应的测量装置构造得相对地体积庞大。配电技术方面的花费也很大，从而显然具有易受干扰性。

为了使收集器对准射入的太阳光，在传感器壳体中设置以一定角度彼此相对布置的孔，发光二极管嵌入到所述孔中，而所述发光二极管又作为光电传感器运行（WO-A-2011/036247）。

文献JP-A-06-102092涉及一种用于探测圆盘的污染等级的设备，所述圆盘被由发光二极管发射的射束穿过，其中反射的射束由光电接收器检测，所述光电接收器同样被圆盘覆盖。

技术实现要素：

本发明的任务在于，如此改进开头所提到的类型的设备和方法，从而使得在低配电技术花费的情况下能够精确地显示待探测的激光射束的位置。同时应该紧凑地构造显示仪器。

根据本设备，所述任务基本上由以下方式解决，即所述至少一个激光射束探测器和所述至少一个显示元件是形式为发光二极管的同一构件。在此尤其规定，所述接收仪器具有多个沿着至少一条直线布置的发光二极管。尤其规定，所述发光二极管沿着至少两条相互平行延伸的直线并且相互错开地布置。

基于根据本发明的教导，提供一种紧凑的显示仪器，利用所述显示仪器获得激光射束的位置。主要的使用领域是建筑领域，以例如在空间中获得标记或者线，从而随后以此为根据进行工作。

根据本方法，所述任务基本上由以下方式解决，即为了探测和显示所述激光射束，使用形式为发光二极管的同一构件。

此外规定，使用激光仪器，借助所述激光仪器由脉冲的或者被发光二极管评估为脉冲的激光射束对所述发光二极管进行加载，并且在所探测到的激光射束脉冲之间的时间间隔中所述发光二极管发光。

尤其规定，为了确定激光射束脉冲之间的时间窗，求得所述激光射束的脉冲频率，并且在所述时间窗中通过发光二极管发光来显示所探测到的激光射束。

根据本发明，发射光的二极管（发光二极管）被使用，以既作为接收器也作为发光器起作用。发光二极管由于其高产量和其小的硅面积能够花费低廉地进行制造。原则上，发光二极管因为其小感光面积和低效能仅能够在直接的光照中和短距离中使用。然而因为该激光射束聚焦在要求的范围中，上述缺点在检测该激光射束时并不显著。这样则能够从更远的距离探测激光射束。

在此尤其规定，所述由发光二极管探测到的激光射束借助阻抗变换器转换成用于产生信号的电压，增强所述电压并且评估所述增强了的信号，并且当如下评估所述信号，即由待探测的激光射束对所述发光二极管进行加载时，才接通所述发光二极管并且发射光。

如果利用如下知识，即发光二极管在其可探测的波长中被限制在一定范围中，所述范围接近地处于所发射的波长之下，则不需要特别的滤波器，如其原则上在光电探测器中会被使用。由此仅需要将发光二极管调准到所发射的激光射束的波长，而原则上不用为了抑制干扰性的光影响而需要额外的滤波器。

虽然已知，发光二极管除了用于照明还用于探测光。这种应用如日光-亮度测量（Klaus-Juergen Thiesler：Elektro 2/2004“Lichtsensorik（光传感装置）”）、在短距离上的双向数据传输（Paul Dietz等：TR2003-35 7/2003；Kyle Holland：LED doubles as emitter and detector（发光二极管作为发射器和探测器的双重功能），php，8/2001）、在玻璃纤维中的双向数据传输（Sarah Bent等：LEDs as both optical Sources and Detectors in Bi-directional Plastic Optical Fibre links（发光二极管在双向塑料光纤连接中作为光源和探测器），Irish Signals and Systems Conference（爱尔兰信号及系统会议），2006， IET: 345）或者光谱选择的太阳光探测器（M. Forrest：Sun Photometer with light-emitting diodes as spectrally selective detectors（带有发光二极管的太阳光度计作为光谱选择探测器），2/1992）。

与之相对地，根据本发明探测和显示激光射束，更确切地说利用一个且同一个发光二极管探测和显示激光射束。在此尤其规定，多个发光二极管沿着直线、优选垂直延伸的直线布置，以高精度地获得投射的激光射束的位置。因为根据上述提到的内容激光射束具有高光束性，因此可以使用具有低灵敏度的发光二极管。

如果优选的使用仪器是旋转激光器，其中这个发光二极管或者这些发光二极管被旋转的激光射束扫描，则也可以使用不发射旋转的激光射束而是发射脉冲的激光射束的激光器。激光射束的旋转因此等同于脉冲的激光射束。

随后在“死时间”、也就是在两个相继的光脉冲对发光二极管进行加载的时间窗中，能够将发光二极管用作发射器。由此时间上错开地将相同的构件用作接收元件和显示元件。

附图说明

本发明其他的细节、优点和特征不仅由权利要求、从权力要求中获悉的特征（自身单个特征和/或以组合形式的特征）而且还由随后对从附图获悉的优选的实施例的说明给出。

图1示出按照现有技术的测量仪器，

图2示出根据本发明的测量仪器，

图3示出具有支架的、根据图2的测量仪器，并且

图4示出具有配属的测量仪器的旋转激光器。

具体实施方式

由图2能够获悉根据本发明的、用于探测和显示激光射束的测量仪器22。测量仪器22具有壳体24，在所述壳体中沿着直线多个发光二极管26、28、30尤其相互等间距地布置。光电二极管26、28在此不仅用于获得投射的激光射束，而且用于显示该激光射束。对此利用了发光二极管26、28、30不仅能够产生光而且能够识别光的特性。在此，发光二极管在探测光时类似于光电二极管一样工作。

如从图3和图4中获悉的，所述具有作为接收元件和显示元件的发光二极管26、28、30的测量仪器22通过支架32与测量标杆34连接，所述测量标杆应该垂直地对准。沿着测量标杆34，测量仪器22借助支架32一直移动，直至由激光仪器、如旋转激光器36发射的射束38投射到发光二极管26、28、30其中之一上，所述发光二极管其中之一随后通过该发光二极管发光来显示投射的射束。对此需要激光射束38或者是脉冲的或者（如在旋转激光器36中）旋转地运动，并且由此能够每隔一段时间扫描一个或者多个发光二极管26、28、30。

由于发光二极管26、28、30具有较小感光面积和低效能，因此借助阻抗变换器将光能转换成电压。随后增强信号并且必要时过滤和评估所述信号。随后在两个相继的激光脉冲之间的“死时间”期间，接通用于发光的发光二极管，并且由此用作发射器。时间上错开地将所述相同的构件用作接收元件和显示元件。只有当如下评估所述信号，即由待探测的激光射束对所述发光二极管进行加载时，才接通所述发光二极管进而使其发光。

根据本发明规定：

-借助发射光的二极管（发光二极管）探测脉冲的或者旋转的激光射束，

-在激光器的发射时间期间求得脉冲频率并且建立和同步用于接收的时间窗，并且在“死时间”期间、也就是两个脉冲之间显示信号，

-将脉冲化的激光器光功率转换成交流电压，

-增强有效信号，

-必要时抑制干扰信号，

-利用接收射束的发光二极管显示所探测到的信号。

根据本发明，测量仪器22包括多个作为探测器接通的、用于检测评估为脉冲化的激光射束、如旋转的激光射束的发光二极管26、28、30。发光二极管26、28、30时间上错开地起作用并且同步于发射信号也作为显示元件起作用。因此能够直接在接收激光的发光二极管上看到激光射束的位高、也就是其位置。当附加地触发单独的显示元件时，当然也不能离开本发明的保护范围。例如分离的发光二极管、如绿色的发光二极管可以配属于显示棱25，所述绿色的发光二极管在用红色的激光加载时本身并不能起到接收器/发射器的作用。当对一个或者多个配属的接收器发光二极管/发射器发光二极管进行加载时，绿色的发光二极管能够接通。也可以通过一个或者多个由激光射束加载的发射器发光二极管/接收器发光二极管激活例如LCD面板，以显示期望的信息。

相对于此独立的是，首先确定激光信号的脉冲频率、也就是在旋转激光器中确定扫描时间，并且同步于发射器确定接收时间。随后利用没有接收信号的时间来显示信号平面。信号平面是一种平面，在所述平面中激光射束投射到发光二极管26、28、30中至少一个发光二极管上。

将所接收的脉冲化的激光信号转换成电压，所述电压借助放大器电路并且必要时借助滤波器电路将有效信号从干扰信号中解离出来。干扰信号有时可能是太阳光、在有节奏地接通的灯中的电网频率或其第一谐波或者警示灯的闪烁光。然而如果根据发射的波长选择发光二极管，有时并不需要滤波器电路，从而由此使得配电技术的花费得以简化。

如果在扫描时间期间实施多次测量，则可以（当例如多个发光二极管被照射时）形成激光射束的点状图像。从该射束轮廓可以求得中点，在已知激光轮廓时也能求得距离。前提在于，射束轮廓通过距离改变，从而使得能够在已知射束轮廓改变时推断出距离。

也可以矩阵形地布置发射器发光二极管/接收器发光二极管，以探测测量仪器的角位置。前提在于，测量仪器22具有至少两个发光二极管行，所述发光二极管行沿着测量仪器22的纵向轴线延伸。如果例如激活两个不在同一水平延伸的平面上延伸而是在以小于90°的角度与垂线相交的平面中的发光二极管，则识别出测量仪器连同其纵向轴线没有垂直地对准。