CN101490505B - 使用gps接收器提供二维位置数据的有高度修正的手持式激光探测器 - Google Patents

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Abstract

为了测量从期望高度的激光平面到在现场上待测量的期望物理目标点的距离，提供具有整体的激光距离测量(LDM)设备的激光接收器。激光接收器可与重力参***组合，以便在确定旋转的激光束和目标点之间的激光接收器的相对高度时，激光接收器不一定必须保持与期望目标点垂直；它也可获取位置的多个样本，并自动进行垂直测量且储存该结果用于以后读出。激光接收器可进一步与GPS接收器组合，以获取纬度和经度数据，并然后在组合中充当三维变换器，该三维变换器在垂直方向上比单独的GPS接收器所能够达到的更精确。

Description

使用GPS接收器提供二维位置数据的有高度修正的手持式激光探测器
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年7月12日提交的标题为“HANDHELD LASERLIGHT DETECTOR WITH HEIGHT CORRECTION”的临时专利申请序列号60/830,282的优先权；以及要求2007年3月12日提交的标题为“HANDHELD LASER LIGHT DETECTOR WITH HEIGHTCORRECTION，USING A GPS RECEIVER TO PROVIDETWO-DIMENSIONAL POSITION DATA”的临时专利申请序列号60/906,362的优先权。
技术领域
本发明一般涉及激光接收器，且特别关注于在施工(construction)现场上使用的用于测量相对高度的类型的激光接收器。本发明被明确公开为包含自动高度修正能力的激光接收器，其可由激光距离测量设备和重力传感器或水平探测设备的组合来探测。本发明也被公开为具有自动高度修正能力的激光接收器，并进一步与全球定位传感器(GPS)接收器组合以获得水平面的二维位置数据，并且在组合中因此提供了更精确的三维位置“定位(fix)”。
发明背景
相对高度的测量在施工项目的几乎任何阶段中都是重要的组成部分。在过去的几十年中，激光参考平面的使用已逐渐成为满足对精确的高度信息的这种需求的方法。激光平面由激光发射机创建。使用多种方法来完成该任务，但是最普遍的一种是旋转光束。激光发射机典型地被放置在已知高度处。光平面被频繁地设立为相对于重力在同一水平上，以便激光平面上的所有点都在相同的高度。
为了使用这个激光平面来测量点的高度，工人将激光接收器安装在竿(pole)或柄(handle)上。竿/柄的底部搁在将被测量高度的点上。然而，竿/柄必须相对于重力保持垂直。激光接收器被安置在激光平面中，以使它指示等内(on-grade)位置。相对高度可接着被读作在被测量的点和接收器的等内位置之间的竿/柄的长度。可用许多不同的竿/柄设计来使这项工作更容易。大部分设计提供了容易的高度调节和刻度，该刻度可在对工人方便的高度处被读出。
虽然这些方法被广泛使用，但是仍有改进的空间。竿/柄本身可能比较贵且不如使用者期望的坚固。必须多留心以保证精确的测量。用这种方法，现场上的一些点是测量不能达到的，所以可看出该方法有局限性。
除了上述内容以外，GPS接收器对勘查和机器控制的使用在施工领域是众所周知的。然而，由于GPS接收器中的技术限制，垂直精度是比平行于地球表面的平面中的精度更糟的两个因素中的至少一个因素。经常地，垂直维度(dimension)是最重要的，因此有改进此的动机。
发明内容
因此，本发明的一个优点是提供包括激光距离测量设备的激光接收器单元，激光距离测量设备用于测量从期望高度的激光平面到在工作现场上待测量的期望物理目标点的距离。
本发明的另一优点是提供与重力参***组合的激光接收器单元，以便当确定在旋转的激光束和目标点之间的激光接收器的相对高度时，激光接收器单元不一定必须保持与期望的目标点垂直。
本发明的又一优点是提供激光接收器单元，其包括激光距离测量设备和重力参***，并且还具有自动获取激光接收器相对于旋转的激光束和相对于在工作现场上的期望目标点的位置的取样的能力，并且其可自动进行垂直测量并储存该结果，用于稍后读出到用户。
本发明的再一优点是提供与高度修正设备和与GPS接收器组合的激光接收器；该激光接收器可精确地确定在旋转的激光束和目标点之间的相对高度，且具有高度修正的激光接收器的垂直精度强于只由GPS接收器可达到的精度，所以结果是提供更精确的三维位置定位的仪器。
本发明另外的优点和其它新颖的特征将在下列的描述中被部分地阐述，且当审查下列内容时对于本领域技术人员将部分地变得明显或可通过本发明的实践被认识到。
为了获得前述的和其它的优点，并依照本发明的一方面，提供了激光接收器，其包括：壳体；第一激光光传感器(laser light photosensor)，其如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号；可见读出器(readout)，其指示激光接收器是否相对于激光能量束实质上等内；可见光标识器；使用第二激光源和第二激光光传感器的距离测量设备，距离测量设备被用来实质上确定在第二激光光传感器和预定的外部位置之间的第一距离，正如激光接收器装置的用户在正瞄准可见光标识器时所选择的，第二激光光传感器如果从第二激光源接收反射的激光能量则产生第二信号；水平仪气泡(level vial)；以及接收第一信号和第二信号的处理电路；其中壳体、第一激光光传感器、距离测量设备、水平仪气泡、可见读出器和处理电路被装配为整体的手持式装置。
依照本发明的另一方面，提供了激光接收器，其包括：壳体；第一激光光传感器，其如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号；可见读出器，其指示激光接收器是否相对于激光能量束实质上等内；可见光标识器；使用第二激光源和第二激光光传感器的距离测量设备，距离测量设备被用来实质上确定在第二激光光传感器和预定的外部位置之间的第一距离，正如激光接收器装置的用户在正瞄准可见光标识器时所选择的，第二激光光传感器如果从第二激光源接收反射的激光能量则产生第二信号；重力传感器，其产生实质上表示壳体相对于重力的角取向(angularorientation)的第三信号；以及接收第一信号、第二信号和第三信号的处理电路；其中壳体、第一激光光传感器、距离测量设备、重力传感器、可见读出器和处理电路被装配为整体的手持式装置。
依照本发明的又一方面，提供了激光接收器，其包括：壳体；第一激光光传感器，其如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号，第一信号表示在激光能量束和激光接收器的等内位置之间的第二距离；可见光标识器；使用第二激光源和第二激光光传感器的距离测量设备，距离测量设备被用来实质上确定在第二激光光传感器和预定的外部位置之间的第一距离，正如激光接收器装置的用户在正瞄准可见光标识器时所选择的，第二激光光传感器如果从第二激光源接收反射的激光能量则产生第二信号；重力传感器，其产生实质上表示壳体相对于重力的角取向的第三信号；指示相对高度的可见读出器；以及接收第一信号、第二信号和第三信号的处理电路；其中壳体、第一激光光传感器、距离测量设备、重力传感器、可见读出器和处理电路被装配为整体的手持式装置。
依照本发明的再一方面，提供了激光接收器，其包括：壳体；第一激光光传感器，其如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号，第一信号表示在激光能量束和激光接收器的等内位置之间的第二距离；可见光标识器；使用第二激光源和第二激光光传感器的距离测量设备，距离测量设备被用来实质上确定在第二激光光传感器和预定的外部位置之间的第一距离，正如激光接收器装置的用户在正瞄准可见光标识器时所选择的，第二激光光传感器如果从第二激光源接收反射的激光能量则产生第二信号；产生表示相对于地球表面的位置的第三信号的GPS(全球定位传感器)接收器；倾斜指示设备；可见读出器，其指示在预定的外部位置和激光能量束之间的相对高度；以及接收第一信号、第二信号和第三信号的处理电路；其中：(a)壳体、第一激光光传感器、距离测量设备、倾斜指示设备、可见读出器、GPS接收器和处理电路被装配为整体的手持式装置；以及(b)处理电路配置为：(i)使用第三信号来实质上确定相对于地球表面的水平面中的位置，以及(ii)基于第一距离和第二距离使用第一和第二信号来实质上确定相对高度。
依照本发明的进一步的方面，提供了用于确定高度的方法，其中该方法包括以下步骤：提供激光接收器，其具有：壳体、如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号的第一激光光传感器、可见读出器、可见光标识器、使用第二激光源和第二激光光传感器的距离测量设备、水平仪气泡和处理电路；当将壳体保持在如水平仪气泡指示的实质上水平的方位时，将可见光标识器对准预定的外部位置；通过使用距离测量设备来实质上确定在第二激光光传感器和预定的外部位置之间的第一距离；实质上确定激光接收器相对于激光能量束的第二距离；以及基于第一距离和第二距离，实质上确定在预定的外部位置和激光能量束之间的相对高度。
依照本发明的仍然进一步的方面，提供了用于确定高度的方法，其中该方法包括以下步骤：提供激光接收器，其具有：壳体、如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号的第一激光光传感器、可见读出器、可见光标识器、使用第二激光源和第二激光光传感器的距离测量设备、产生实质上表示壳体相对于重力的角取向的倾角信号的重力传感器、以及处理电路；当保持壳体在用户期望的方位时，将可见光标识器瞄准预定的外部位置；通过使用距离测量设备，实质上确定在第二激光光传感器和预定的外部位置之间的第一距离；实质上确定激光接收器相对于激光能量束的第二距离；以及基于第一距离和第二距离，实质上确定相对高度。
从以下的描述和附图中，本发明的还有其它优点对于本领域技术人员将变得明显，在这些描述和附图中，以被预期来实现本发明的一个最佳模式来描述并显示本发明的优选实施方式。如将认识到的，本发明能够具有其它不同的实施方式，并且其一些细节能够在所有不背离本发明的各个明显的方面内更改。因此，附图和描述应被看做本质上例证性的而不是限制性的。
附图说明
合并在本说明书中并形成其一部分的附图示出了本发明的几个方面，并连同描述和权利要求一起来解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据本发明的原理构造的激光接收器单元的简图，激光接收器单元由用户持有，并截取旋转的激光束以确定到预定的目标的垂直距离。
图2是根据本发明的原理构造的激光接收器单元的简图，激光接收器单元由用户持有，并截取旋转的激光束以确定到预定的目标的垂直距离，其中激光接收器单元的光电探测器使得它不需要与激光束等内，而是仅仅需要截取在光传感器的接收范围内任何地方的激光束。
图3是根据本发明的原理构造的激光接收器单元的简图，激光接收器单元由用户持有，并截取旋转的激光束以确定到预定的目标的垂直距离，其中激光接收器单元的光电探测器使得它不需要与激光束等内，而是仅仅需要截取在光传感器的接收范围内任何地方的激光束，并且进一步地，重力参***包括在激光接收器单元内，以允许接收器单元位于相对于期望的目标不垂直的角度。
图4是根据本发明的原理构造的激光接收器单元的简图，激光接收器单元由用户持有，并截取旋转的激光束以确定到预定的目标的垂直距离，其中激光接收器单元的光电探测器使得它不需要与激光束等内，而是仅仅需要截取在光传感器的接收范围内任何地方的激光束，并且进一步地，重力参***包括在激光接收器单元内，以允许接收器单元位于相对于期望的目标不垂直的角度，以及此外接收器单元具有自动测量模式，该模式允许激光接收器单元被放置在用户不一定能看到接收器单元的显示器的位置。
图5是根据本发明的原理构造的激光接收器单元的简图，激光接收器单元由用户持有，并截取旋转的激光束以确定到预定的目标的垂直距离，其中激光接收器单元的光电探测器使得它不需要与激光束等内，而是仅仅需要截取在光传感器的接收范围内任何地方的激光束，并且进一步地，重力参***包括在激光接收器单元内，以允许接收器单元位于相对于期望的目标不垂直的角度，以及此外接收器单元具有自动测量模式，该模式允许激光接收器单元被放置在用户不一定能看到接收器单元的显示器的位置；而且，全球定位传感器(GPS)被包括，以探测在与地球表面平行的平面内的位置，以及该信息与来自激光接收器电路的垂直(高度)信息组合，以获得更精确的三维位置定位。
图6是根据本发明的原理构造的激光接收器单元的主要硬件部件的方框图，该激光接收器单元可用在图1中描述的距离测量应用中。
图7是根据本发明的原理构造的激光接收器单元的主要硬件部件的方框图，该激光接收器单元可用在图2中描述的距离测量应用中。
图8是根据本发明的原理构造的激光接收器单元的主要硬件部件的方框图，该激光接收器单元可用在图3中描述的距离测量应用中。
图9是根据本发明的原理构造的激光接收器单元的主要硬件部件的方框图，该激光接收器单元可用在图4中描述的距离测量应用中。
图10是根据本发明的原理构造的激光接收器单元的主要硬件部件的方框图，该激光接收器单元可用在图5中描述的三维位置测量应用中。
具体实施方式
现在详细参考本发明的当前优选的实施方式，其中的例子在附图示出，其中相似的数字在全部视图中指示相似的元件。
本发明被设想来处理在上述的发明背景中所描述的方法的一些缺陷。本发明使用激光测距仪(“LDM”)作为设备的一部分，该激光测距仪测量从激光平面到待测量的点的距离。本发明的几种实施方式在下面被讨论，并包括放宽常规办法的一些严格要求的改进。通过使用允许在大接收范围内的激光照射(laser strike)的位置的精确测量的接收器技术，用户可摆脱将接收器确切地保持在等内位置上的必要性。通过使用内部重力参考，用户可摆脱保持棒(rod)和接收器相对于重力精确垂直的必要性。通过实现用于进行测量并保留它们的算法，当测量正在进行时，用户可不受需要看到显示器的限制。本发明的这些特有的方面中的每个方面都可被单独利用，或彼此组合，以提供改进的激光接收器设备。
应注意，LDM(激光测距仪)可从许多厂商购买。见例如Trimble型HD150。虽然一些市场上可买到的***处理飞行时间的直接测量，但是大部分***电子地调节激光束并测量反射光的相对相位。典型地，雪崩光电二极管被用作光传感器，使***能够容易地测量远的或黑的物体，而不需要特别的反射目标。LDM产品通常给予可见激光标识器显著地位，以允许用户准确地看到***将测量什么点。(可见激光标识器将可被用户直接辨认的有色光束发射在待测量的物体上。)
本发明的第一实施方式包括激光接收器，其与激光测距仪结合到单个封装中作为整体设备。单元中包括水准泡(level bubble)，以允许用户使LDM测量光束相对于重力垂直。激光接收器是常规类型的，其可将激光平面的位置精确地确定在仅仅一点，即，等内点。
本发明的第二实施方式与第一单元类似，只是激光探测器是在美国专利申请序列号10/343,538中公开的类型，其是公布的申请US 2003/0174305A1，现在是美国专利第7,110,092号；也参见例如在PCT公布WO2006/048007 A1中公开的激光探测器。激光感测设备有时被发明人称为“棒传感器(rod sensor)”，其中使用以棒的形状的塑料或玻璃光导体，并在棒的末端设置光传感器。这种类型的接收器允许在其有效光电池范围内的任何点处的精确测量，该范围可以是5英寸或更大的范围。
本发明的第三实施方式与第二单元类似，只是它用电子重力参考代替可见水准泡。该重力参考连接到主位置处理器以允许其在数学上对偏离垂直条件进行补偿。
本发明的第四实施方式与第三单元类似，只是合并了开关，并包括允许用户将单元置于一种模式中的软件算法，在该模式下只要满足某些条件就将继续进行测量(作为周期性的样本)。这些条件可包括以下内容：(1)重力参考在预定的公差内是稳定的；以及(2)激光接收器以在预定的“时间窗”公差之内的时间间隔接收激光照射。当条件不再满足时，最近的有效读数被保留，并可由用户利用来确定相对高度。
本发明的第五实施方式与第四单元类似，只是它合并了GPS接收器，GPS接收器可自己提供三维位置定位。然而，在GPS接收器内，垂直维度(高度或海拔高度)与水平面维度(经度和纬度)相比非常不精确，且激光接收器电路提供比GPS接收器可能单独提供的精确得多的垂直位置。因此，通过使用位置控制器和控制软件，第五实施方式提供在所有方向上都十分精确的三维位置信息，该控制软件从GPS接收器获取经度和纬度数据，但从激光接收器电路(而不是从GPS接收器)获取高度/海拔高度数据。
现在参考附图，图1概略地显示了本发明的第一实施方式的可能的使用。用户5在等内位置(由视觉显示器16指示)持有在发射机激光平面22中的激光接收器单元10，并还观察水平仪气泡12的气泡以保证单元的壳体10是垂直的。最后，用户还观察在地面上的“标识器”激光束18以保证它对准在正被测量的期望物体30(或“目标”)。按钮按下(例如使用小按钮开关32)进行测量。更典型地，用户将激光接收器安装在竿上，以使其更容易保持稳定。参考数字20描述产生光平面的激光发射机。旋转的激光平面22撞击光传感器14的阵列，光传感器14一般为光电二极管。
图2概略地显示了操作本发明的第二实施方式的用户5。此布置与图1中描述的十分类似，只是激光平面22(由旋转的激光发射机20输出)在等内位置不与激光接收器单元100相交。用这种类型的激光接收器，用户只需要得到在旋转的激光束中某处的激光接收器单元的感测部分。接收器100可使用在下面更详细描述的不同类型的光传感器114。然而，激光接收器单元的壳体仍然保持垂直(使用水平仪气泡12)，并且标识器激光18必须落在目标30上。按钮按下(例如使用小按钮开关32)进行测量。
图3概略地显示了操作本发明的第三实施方式的用户。在这种实施方式中，在壳体上没有可见的水平仪气泡。它的功能被内部的重力参***246取代。由于此，用户5可将激光接收器单元200保持在相对于垂直的角“A”处，并仍然获得对相对高度的精确的结果。按下按钮(例如使用小按钮开关32)进行测量。
在使用中时，当标识器激光束18正确地对准选择的目标30时，用户5按下操作键32(或小按钮开关32)。在那时，重力参考传感器246将探测相对于垂直的角度A(也就是垂直角度)，并且垂直距离“L”可自动地由到位置处理器240的激光距离测量设备50的信号(连同角度A的信息)确定。
在激光接收器200中，光电探测器114可以是例如光电池的阵列，或更优选地是以下更详细描述的一个棒传感器。这将允许用户将激光接收器设备200保持在不一定是等内位置的位置，但是作为替代，旋转的激光束22仅仅需要根据其可能的感测位置能力在任何地方与光电探测器114相交。
图4概略地显示了操作本发明的第四实施方式的用户。在这种实施方式中，激光接收器单元300可被保持在用户的头的上方，可能触及不到也看不到。当用户将标识器激光18指在待测量的物体30上时，单元自动进行重复的测量。注意，在这个例子中，用户5可测量常规技术不能到达的物体，例如，在到激光接收器的可见通路被垂悬物阻挡的场合。当正进行测量时，并当用户将标识器激光束18对准期望的目标30时，用户5倾听由在激光接收器300的壳体上的压电设备60输出的音频反馈。一旦用户5获得“好的”测量，激光接收器单元300就可从激光平面22移走，并且用户5然后可读取现在显示在数字显示器316上的相对高度测量。
当使用一般由参考数字300指定的本发明的第四实施方式时，用户5不需要能够真实地看见实际的接收器300或显示器316的任何特定部分。此外，专用的柄350可被连接到接收器单元300的壳体，以允许用户5将接收器单元300延伸到用户的头的上方甚至更大的高度，或允许用户将接收器单元300放置在另外由于其它障碍将难以到达的位置。在任何情况下，因为存在包括有接收器单元300的重力参***246和激光距离测量设备50，当接收器单元300与旋转的激光发射机20所产生的激光平面22相交时，用户可自动确定接收器单元300的垂直距离“K”。这种测量模式可被制成“全自动的”，其将在下面更详细地讨论。
图5一般基于图4中示出的电路设计。然而，为了提供纬度和经度信息的目的，增加了全球定位传感器(GPS)电路。当然，GPS电路能够提供关于第三维度，即，高度/海拔高度的信息，以及在施工领域中，对勘查和机器控制使用GPS能力是众所周知的。然而，由于GPS接收器中的技术限制，垂直精度是比平行于地球表面的平面中的精度更糟的两个因素中的至少一个因素。在施工工作中，垂直维度经常是最重要的。
图4中，使用特殊的激光接收器位置处理器电路340(见图9)来精确测量与激光平面相交的激光接收器300上的位置。通过也测量竿/柄350相对于重力的角度，任何点的高度可被确定到数毫米范围内。在图5中，这种能力与GPS接收器460(见图10)组合以产生激光接收器单元400的第五实施方式，以及使用GPS输出数据，点可被定位在任何水平方向上的数厘米范围内和垂直方向上的数毫米范围内的空间中。激光接收器的位置处理器电路440(见图10)将使用由光电探测器114、重力参***246和激光距离测量设备50的组合提供的被修正的高度数据；且它现在使用由GPS接收器460提供的“水平面”信息，因此现在能够确定它在所有三维的位置。
例如，勘查应用可直接使用这种三维位置信息来储存相应于不同物体的位置的坐标。施工应用可有利地使用该信息来产生或构造有用的物体，例如停车场。大部分用户发现停车场的积水是引发愤怒的原因，所以停车场的设计应试图最小化这个问题。一项策略是间隔地提供排水沟。在排水沟附近，停车场的所有边沿(side)向排水沟倾斜一定的距离，直到到达距下一个排水沟的中点。因为当使用常规装置时，需要非常有技术的操作者来产生这样的分布，许多停车场未能达到这个理想目标。然而，如果能在三维空间中控制为这样的停车场预备地基的推土机，则将容易建造这样的停车场。操作者能够仅仅驱车而通过相关的施工区域，且可控制推土机刮板(blade)来以产生期望结果的方式自动移动。
例如，激光接收器400可被用作“变换器”来向控制***提供用于自动放置推土机刮板的三维信息。如果停车场是一厘米或更大或更小，则无关紧要。但是水的排出经常关键取决于将垂直维度控制到数毫米范围内的期望公差。并且由于用于排水的斜度那么小(也就是，倾斜表面的角度与水平面相比是小的)，水平位置的微小误差只导致非常小的垂直误差。因此激光接收器400的测量特性应相当好地适合对于在这些类型的施工应用中所使用的三维位置变换器的实际要求。
图6将电子硬件的主要部件描述为本发明的第一实施方式10的方框图。光电二极管阵列14产生被放大及提供给位置处理器40(例如，微处理器或其它类型的计算设备)的一个或更多信号。激光距离测量(LDM)设备50及它关联的可见激光标识器52也连接到位置处理器40。
应注意，放大器42和44用来产生从光电探测器阵列14接收的电信号的两个不同“通道”。由光电探测器阵列14产生的信号可以用很多不同的方式被信号调节和放大，以在激光接收器产品中达到不同的有益效果。在过去对激光接收器使用许多不同类型的放大器电路，以产生可被引导到位置处理器设备的信号，例如在本发明中的位置处理器40。有许多不同类型的放大器电路的例子，包括俄亥俄州Dayton的Apache技术有限公司取得的那些专利。以下包括这样的专利所有权的清单，这些专利所有权在这里通过引用并入。
位置处理器40也接收来自操作者键盘32的输入。使用此信息，位置处理器驱动声输出设备60(例如，压电扬声器)和显示器。声输出设备通知操作者探测器是否在基准平面之上、在基准平面之下或等内。当正确地进行激光距离测量时，声输出设备也发出特殊的声音，并且高度显示器16显示被测量的距离。还包括水平仪气泡12以作为设备是否垂直的视觉指示为操作者服务。
水平仪气泡12是视觉硬件设备，且没有电输入或输出。因此，它在图6的方框图上示出，但是没有到或来自水平仪气泡的信号连接。
图7将电子硬件的主要部件描述为本发明的第二实施方式100的方框图。在这个实施方式中，可有特别连接的光电二极管阵列114，或本身可没有光电二极管“阵列”，而替代地可提供“棒传感器”114。优选的激光“棒传感器”是特殊类型的激光传感器，其能精确测量在传感器的有效探测范围内任何地方的光束撞击的位置，该范围典型地在垂直距离上超过4英寸(10cm)。这种类型的棒传感器的激光传感器的一个例子在公布的申请US 2003/0174305 A1(现在是美国专利第7,110,092号)中公开；并且也参见PCT公布WO 2006/048007 A1。棒传感器114产生(通过放大器42和44)被放大及提供给位置处理器140的一个或更多信号。激光距离测量(LDM放备50及它关联的可见激光标识器52也连接到位置处理器140。
位置处理器140合并来自棒传感器设备114和激光测距仪50的数据以计算目标点的高度。位置处理器也接收来自操作者键盘32的输入。使用此信息，位置处理器驱动声输出设备60(例如，压电扬声器)和高度显示器116。声输出设备60通知操作者探测器是否在基准平面之上、在基准平面之下或等内的。当正确地进行激光距离测量时，声输出设备也发出特殊的声音，并且显示器116显示被测量的距离。还包括水平仪气泡12以作为设备是否垂直的视觉指示为操作者服务。
图8将电子硬件的主要部件描述为本发明的第三实施方式200的方框图。在这个实施方式中，可再次提供以上讨论的“棒传感器”114，其是特殊类型的激光传感器，该激光传感器能精确测量在其有效范围内的任何地方、典型地在垂直距离上超过4英寸(10cm)的光束的位置。(见公布的申请US 2003/0174305 A1(现在是美国专利第7,110,092号)和同样PCT公布WO 2006/048007 A1。)棒传感器114产生(通过放大器42和44)被放大及提供给位置处理器240的一个或更多信号。
激光距离测量(LDM)设备50及它关联的可见激光标识器52也连接到位置处理器240。重力参考传感器246进行测量，该测量可用来自动计算设备相对于重力的角度-注意：这是图3上的角度“A”。位置处理器240合并来自光电二极管阵列114(或棒传感器)、激光测距仪50和重力参考传感器246的数据以计算目标点的高度-图3上的距离“L”。位置处理器240接收来自操作者键盘32的输入。使用此信息，位置处理器240驱动声输出设备60(例如，压电扬声器)和显示器216。声输出设备60通知操作者探测器是否在基准平面之上、在基准平面之下或等内的。当正确测量激光距离测量时，声输出设备也发出特殊的声音，并且高度显示器216显示被测量的距离(L)。
图9将电子硬件的主要部件描述为本发明的第四实施方式300的方框图。在这个实施方式中，可再次设置以上讨论的“棒传感器”114，其是特殊类型的激光传感器，该激光传感器能精确测量在其有效范围内的任何地方、典型地在垂直距离上超过4英寸(10cm)的光束的位置。(见公布的申请US 2003/0174305 A1(现在是美国专利第7,110,092)和同样PCT公布WO 2006/048007 A1。)棒传感器114产生(通过放大器42和44)被放大及提供给位置处理器340的一个或更多信号。
激光距离测量(LDM)设备50及它关联的可见激光标识器52也连接到位置处理器340。重力参考传感器246进行测量，该测量可用来计算设备相对于重力的角度(也就是图4的角度“B”)。位置处理器340合并来自棒传感器设备114(或光电二极管阵列)、激光测距仪50和重力参考传感器246的数据以计算目标点的高度。位置处理器接收来自操作者键盘32的输入。使用此信息，位置处理器驱动声输出设备60(例如，压电扬声器)和显示器。声输出设备60通知操作者5探测器是否在基准平面之上、在基准平面之下或等内的。当正确进行激光距离测量时，声输出设备也发出特殊的声音，并且高度显示器316显示被测量的距离(也就是图4的距离“K”)。
除了上述内容以外，在这个第四实施方式中，可使用特殊的键332(或使用键盘32的键序列)来将接收器单元300置于自动测量模式，以便每当满足某些预定的条件时，在特定间隔处进行(“采样”)重复的测量。这些条件可以是，例如当重力参考传感器246是稳定的并且接收器在发射机激光水平面22中。一旦用户听到上面提到的“特殊的声音”，他或她就知道接收器单元300采用了“好的样本”，且他或她可接着从激光平面22移动接收器300。这个动作将终止具有“某些预定条件”的前述状态，且激光接收器单元300将自动停止采用新的样本，以及现在将“记忆”最近的样本并为用户5显示在数字读出器316上的那个值。
图10描述了与图9中描述的相同类型的激光接收器电路，增加了GPS接收器电路460，其代表一般由参考数字400指定的本发明的第五实施方式。图9的激光接收器电路340可精确地确定在毫米范围内的感兴趣的高度，而GPS接收器在垂直维度上(也就是与地球表面垂直)远非那么精确。另一方面，GPS接收器在确定水平位置(也就是在与地球表面平行的平面内的点)时一般比它在确定垂直位置时至少精确两倍。因此，图9的激光接收器电路340和GPS接收器的组合将提供用于确定三维位置的更精确的仪器。
在本发明的一个模式中，图10的GPS接收器460可以是孤立的单元，其具有包含用于三个维度(3-D)的位置信息的电子输出信号，并将该3-D数据输出到其它仪器；或更优选地，它可以是设计成直接与微处理器或微控制器集成电路芯片通过接口连接的模块，其中来自GPS接收器模块460的三维位置数据信号沿着电路通路462被引导。位置处理器440将使用从电路通路462接收的水平位置信息(例如纬度和经度)，而忽略由GPS接收器460发送的高度(高度/海拔高度)信息。作为代替，位置处理器440通过执行使用高度信息的软件来操作，该高度信息由光电探测器114、激光距离测量设备50和重力参***246确定。结果是更精确的垂直位置，并且这个信息组合产生三维位置定位，其可为了上面讨论的多种目的而用在施工现场上。
应注意，图10中描述的GPS接收器也可与本发明的其它实施方式组合结合来使用，例如图6、图7或图8中描述的实施方式。当然，这样的可选实施方式与图10的实施方式相比将有某些限制，但是仍可获得三维位置定位，其具有比只从GPS接收器获得的更精确的垂直分量。
权利要求中使用的术语包括下面的短语，这些短语包括但不限于下列的含义：
(a)“第一距离”指由LDM单元(使用其可见光标识器/激光测位器)确定的距离，例如图1或图3上的距离18。这个第一距离优选地仅在垂直方向上，使用倾斜设备来指示或修正角倾斜。“倾斜设备”可以是机械设备例如水平仪气泡，或它可以是自动感测设备例如重力传感器。在使用重力传感器并因此可自动补偿角倾斜的实施方式中，第一距离一般将被从重力传感器得到的另一(角度)信号“修正”，以便被修正的第一距离仅表示由LDM测量的实际距离的垂直分量(例如图3上的距离“L”)。然而应注意，存在第一距离值“内部(built-in)”的固有附加的小距离，以表示在壳体的底部(其为LDM一般被定位的地方)和截取激光束的光电探测器的“等内位置”之间的垂直距离。这个附加内部小距离可被重力传感器的输出信号(如果重力传感器是激光接收器的一部分)自动修正(补偿)，以便只有附加内部小距离的垂直分量用于这个第一距离的计算。
(b)“第二距离”指在激光接收器的“等内位置”(假定激光接收器当前不在“等内位置”)和旋转的激光平面之间的实际(垂直)距离。例如，如果激光接收器当前在等内位置，那么第二距离将等于零。在实际的激光接收器中，第二距离典型地为相对短的距离，不大于内置在激光接收器内的光电探测器的实际长度(或高度)。如果壳体也包含重力传感器，则当读数被采用时这个第二距离也可对壳体的非垂直方位被自动修正(补偿)。
(c)“相对位置”指激光接收器相对于旋转的激光平面的当前位置。典型地，该信息表现为“等内”、“在基准平面之上”或“在基准平面之下”。在概念上，这是与上面提到的“第二距离”相同的物理参数，然而，例如，相对位置不一定提供(或试图确定)在基准位置之上和激光平面之间的实际距离。作为替代，这个参数有时(或经常)仅仅作为在基准平面上面或在基准平面之下的状态而显示在许多市场上可买到的激光接收器的显示器上，但是不一定知道“在上面”或“在下面”的量(也就是实际距离)。
(d)“相对高度”可指多于一个的参数。通常，相对高度是在外部位置(LDM的可见光标识器被“描绘”的点)和旋转的激光平面之间的垂直距离。然而，如果期望，这个相对高度可有其它含义，例如外部位置相对于海平面的高度，或在激光接收器的壳体的海平面之上的高度，或激光接收器壳体相对于上述“外部位置”的微分高度，或激光接收器壳体相对于上述旋转的激光平面的微分高度。如果相对于海平面显示相对高度，那么需要知道外部激光源(例如产生激光平面的旋转的激光束)的海平面高度，以及也需要将该信息传输或编程到激光接收器单元中。潜在地，海平面高度信息可替代地使用内置在激光接收器单元内的GPS接收器来确定，但是该GPS垂直位置(或高度)信息不如确定高度的“通常”激光接收器能力准确。
应理解，光电二极管的阵列和放大器单元可连同相应的“特殊”位置处理器一起使用，代替参考本发明的上面第二、第三和第四实施方式讨论的棒传感器114，而没有背离本发明的原理。这些“特殊”设备将使激光接收器单元100、200或300可能在其它基准平面位置而不是等内位置截取旋转的激光束22，并仍然成功地运行。
还应理解，使用连续的逻辑可实现关于本发明的处理电路描述的逻辑操作，例如通过使用微处理器技术，或使用逻辑状态机，或也许通过离散的逻辑；甚至可以使用并联处理器实现它。一种实施方式可使用微处理器或微控制器来执行储存在ASIC内的存储单元中的软件指令。实际上，在本发明的一种模式中，完整的微处理器或微控制器连同RAM和可执行的ROM一起可能包含在单个ASIC内。当然，可使用其它类型的电路来实现附图中描述的这些逻辑操作，而不背离本发明原理。
不同类型的激光接收器放大器和灵敏电路可与本发明结合使用，其中许多已经取得专利权，其中一些有现在待决的专利申请。这样专利和申请的例子包括授予俄亥俄州Dayon的Apache技术有限公司的美国专利，包括对于调制激光探测器的美国专利第7,012,237号；对于多节复合式光电池设备的美国专利第6,133,991号；对于用于探测激光的方法和仪器的美国专利第5,486,690号；对于具有低噪声自动增益控制电路的光探测装置的美国专利第5,471,049号；以及对于具有多个脉冲积分器和自动增益控制电路的用于探测激光的方法和装置的美国专利第5,343,033号。此外，授予俄亥俄州Dayon的Apache技术有限公司的美国专利申请包括2005年3月16日提交的标题为“Modulated Laser Light Detector With Improved Range”的美国专利申请序列号11/082,041；2005年12月16日提交的标题为“Modulated Laser Light Detector With More Efficient Beam DetectionAlgorithm”的美国专利申请序列号11/303,488；2003年1月31日提交的标题为“Measuring device and Measuring Method for DeterminingDistance And/Or Position”的美国专利申请序列号10/343,538；以及2006年4月28日提交的标题为“Modulated Laser Light Detector With DiscreteFourier Transform Algorithm”的美国专利申请序号11/414,383。
在本发明的背景中和在本发明的详细描述中引用的所有文档在这里通过引用以相关部分被并入；任何文档的引用不应被解释承认其关于本发明是现有技术。
为了说明和描述的目的，提出了本发明的优选实施方式的前面描述。它不意味着是无遗漏的或将本发明限制到所公开的确切形式。这里描述或说明的任何实施例意指非限制性的实施例，并且实施例或优选实施方式的许多更改或变化依照上述教导是可能的，而不背离本发明的实质和范围。为了阐明本发明的原理及其实际应用，选择和描述了实施方式，从而使本领域普通技术人员能够在不同实施方式中并以适合于所预期的特定使用的不同更改来利用本发明。这意味着在随附的权利要求中包括了在本发明的范围内的所有这样的变化和更改。

Claims (25)

1.一种激光接收器(10)，其包括：壳体；第一激光光传感器(14)，其如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号；可见读出器(16)，其指示所述激光接收器是否相对于所述激光能量束实质上等内；水平仪气泡(12)；以及处理电路(40)，其接收所述第一信号；
所述激光接收器特征在于，所述激光接收器进一步包括：可见光标识器(52)；距离测量设备(50)，其使用第二激光源和第二激光光传感器，所述距离测量设备被用来实质上确定在所述第二激光光传感器和所述激光接收器装置的用户在瞄准可见光标识器时所选择的预定的外部位置之间的第一距离(18，L)，所述第二激光光传感器如果从所述第二激光源接收反射的激光能量就产生第二信号；
其中所述处理电路(40)接收所述第二信号；以及其中所述壳体、所述第一激光光传感器、所述距离测量设备、所述水平仪气泡、所述可见读出器和所述处理电路被装配为整体的手持式装置(10)。
2.如权利要求1所述的激光接收器，其中所述处理电路(40)配置为：
(a)实质上确定所述激光接收器相对于所述激光能量束的相对位置，并且如果所述相对位置是等内的，则将第三信号输出到所述可见读出器；
(b)基于所述第二信号以及归因于放置在所述壳体内的部件的固有距离，实质上确定被修正的第一距离；以及
(c)如果所述相对位置是实质上等内的以及如果所述激光接收器是实质上水平的，则基于所述被修正的第一距离来实质上确定在所述预定的外部位置和所述激光能量束之间的相对高度(L)。
3.如权利要求2所述的激光接收器，其中所述水平仪气泡(12)被所述用户在视觉上读出，使得当所述处理电路确定所述相对高度时，允许所述激光接收器保持在实质上水平的方位。
4.如权利要求2所述的激光接收器，其进一步包括声输出设备(60)；其中如果所述相对位置是实质上等内的，则所述处理电路进一步配置为输出第四信号，使音频音调由所述声输出设备产生。
5.如权利要求1所述的激光接收器，其中由所述第一激光光传感器产生的所述第一信号包括足够的信息，所述信息允许所述处理电路(140)实质上确定在所述激光能量束和所述激光接收器(100)的当前位置之间的第二距离。
6.如权利要求5所述的激光接收器，其中所述第一激光光传感器(14)包括下列项之一：
(a)多个光电探测器元件，每个所述光电探测器元件如果受到所述激光能量束的撞击则各自输出第一多个电信号中的一个电信号，其中所述第一多个电信号由所述处理电路使用以实质上确定所述第二距离；以及
(b)棒传感器(rod sensor)，其包括具有两个末端和两个光电探测器元件的伸长的光通路，所述光电探测器元件中的各个光电探测器元件分别位于所述光通路的所述两个末端中的每个末端，每个所述光电探测器元件各自输出第二多个电信号中的一个，其中所述激光能量束在沿着所述伸长的光通路的位置处撞击所述棒传感器，以及所述第二多个电信号由所述处理电路使用以实质上确定所述第二距离。
7.如权利要求5所述的激光接收器，其中所述处理电路(140)进一步配置为：
(a)实质上确定所述激光接收器相对于所述激光能量束的相对位置，并将第三信号输出到所述可见读出器(116)；
(b)基于所述第二信号以及归因于放置在所述壳体内的部件的固有距离，实质上确定被修正的第一距离；以及
(c)基于所述被修正的第一距离和所述第二距离，以及如果所述激光接收器是实质上水平的，实质上确定在所述预定的外部位置和所述激光能量束之间的所述相对高度。
8.如权利要求7所述的激光接收器，其中所述水平仪气泡(12)被所述用户在视觉上读出，使得当所述处理电路确定所述相对高度时，允许所述激光接收器保持在实质上水平的方位。
9.一种激光接收器(200)，其包括：壳体；第一激光光传感器(114)，其如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号；可见读出器(216)，其指示所述激光接收器是否相对于所述激光能量束实质上等内；重力传感器(246)，其产生实质上表示所述壳体相对于重力的角取向的第三信号；以及处理电路(240)，其接收所述第一信号和所述第三信号；
所述激光接收器特征在于，所述激光接收器进一步包括：可见光标识器(52)；距离测量设备(50)，其使用第二激光源和第二激光光传感器，所述距离测量设备被用来实质上确定在所述第二激光光传感器和所述激光接收器装置的用户在瞄准可见光标识器时所选择的预定的外部位置之间的第一距离(18，L)，所述第二激光光传感器如果从所述第二激光源接收反射的激光能量就产生第二信号；
其中所述处理电路(240)接收所述第二信号；以及其中所述壳体、所述第一激光光传感器、所述距离测量设备、所述重力传感器、所述可见读出器和所述处理电路被装配为整体的手持式装置(200)。
10.如权利要求9所述的激光接收器，其中所述处理电路(240)配置为：
(a)实质上确定所述激光接收器相对于所述激光能量束的相对位置，并且如果所述相对位置是等内的，就将第四信号输出到所述可见读出器；
(b)基于所述第二信号、归因于放置在所述壳体内的部件的固有距离、以及补偿所述壳体相对于重力的角取向的所述第三信号，实质上确定被修正的第一距离；以及
(c)如果所述相对位置是实质上等内的，则基于所述被修正的第一距离和所述第二距离来实质上确定在所述预定的外部位置和所述激光能量束之间的相对高度(L)。
11.一种激光接收器(200)，其包括：壳体；第一激光光传感器(114)，其如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号，所述第一信号表示在所述激光能量束和所述激光接收器的等内位置之间的第二距离；重力传感器(246)，其产生实质上表示所述壳体相对于重力的角取向的第三信号；以及处理电路(240)，其接收所述第一信号和所述第三信号；
所述激光接收器特征在于，所述激光接收器进一步包括：可见光标识器(52)；距离测量设备(50)，其使用第二激光源和第二激光光传感器，所述距离测量设备被用来实质上确定在所述第二激光光传感器和所述激光接收器装置的用户在瞄准可见光标识器时所选择的预定的外部位置之间的第一距离(18)，所述第二激光光传感器如果从所述第二激光源接收反射的激光能量就产生第二信号；
其中所述处理电路(240)接收所述第二信号，并控制可见读出器(216)以指示相对高度(L)；以及其中所述壳体、所述第一激光光传感器、所述距离测量设备、所述重力传感器、所述可见读出器和所述处理电路被装配为整体的手持式装置(200)。
12.如权利要求11所述的激光接收器，其中所述处理电路(240)被配置为：
(a)基于所述第一信号来实质上确定所述第二距离；
(b)基于所述第二信号、归因于放置在所述壳体内的部件的固有距离、以及补偿所述壳体关于重力的角取向的所述第三信号，实质上确定被修正的第一距离；以及
(c)基于所述被修正的第一距离和所述第二距离来实质上确定所述相对高度(L)，所述相对高度(L)是所述预定的外部位置和所述激光能量束之间的垂直距离；以及
(d)将第四信号输出到所述可见读出器(216)，以便显示所述相对高度。
13.如权利要求11所述的激光接收器，其中所述处理电路(240)被配置为：
(a)基于所述第一信号来实质上确定所述第二距离；
(b)基于所述第二信号、归因于放置在所述壳体内的部件的固有距离、以及补偿所述壳体关于重力的角取向的所述第三信号，实质上确定被修正的第一距离；
(c)基于所述被修正的第一距离和所述第二距离来实质上确定所述相对高度；以及
(d)将第四信号输出到所述可见读出器，以便显示所述相对高度；
其中所述相对高度根据下列项之一被显示：
(e)所述预定的外部位置相对于海平面的高度；
(f)所述壳体相对于海平面的高度；
(g)所述壳体相对于所述激光能量束的高度；以及
(h)所述壳体相对于所述预定的外部位置的高度。
14.如权利要求12所述的激光接收器，其进一步包括输入控制设备(332)，所述输入控制设备可由将所述激光接收器置于自动测量模式的用户来开动，使得所述处理电路(340)进一步配置为在重复的基础上实质上确定所述相对高度，并且如果预定的条件出现，则将所述相对高度的至少一个值储存在存储器电路中。
15.如权利要求14所述的激光接收器(300)，其中所述相对高度的所述至少一个储存值显示在所述可见读出器(316)上。
16.如权利要求14所述的激光接收器(300)，其进一步包括声输出设备(60)，在所述预定条件出现时，并在所述相对高度的至少一个值被储存在所述存储器电路之后，产生音频信号。
17.一种激光接收器(400)，其包括：壳体；第一激光光传感器(114)，其如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号，所述第一信号表示在所述激光能量束和所述激光接收器的等内位置之间的第二距离；倾斜显示设备(12，246)；以及处理电路(440)，其接收所述第一信号和所述第三信号；
所述激光接收器特征在于，所述激光接收器进一步包括：可见光标识器(52)；距离测量设备(50)，其使用第二激光源和第二激光光传感器，所述距离测量设备被用来实质上确定在所述第二激光光传感器和所述激光接收器装置的用户在瞄准可见光标识器时所选择的预定的外部位置之间的第一距离，所述第二激光光传感器如果从所述第二激光源接收反射的激光能量就产生第二信号；GPS(全球定位传感器)接收器(460)，其产生表示相对于地球表面的位置的第三信号；以及可见读出器(316)，其表示在所述预定的外部位置和所述激光能量束之间的相对高度；
其中所述处理电路(440)接收所述第二信号；以及其中：(a)所述壳体、所述第一激光光传感器、所述距离测量设备、所述倾斜显示设备、所述可见读出器、所述GPS接收器和所述处理电路被装配为整体的手持式装置(400)；以及(b)所述处理电路(440)配置为：(i)使用所述第三信号来实质上确定在相对于地球表面的水平面中的位置，以及(ii)基于所述第一距离和所述第二距离，使用所述第一信号和第二信号以实质上确定所述相对高度(K)。
18.如权利要求17所述的激光接收器，其中基于所述第一信号和第二信号的所述相对高度(K)比基于由所述GPS接收器产生的所述第三信号的高度定位更精确。
19.如权利要求17所述的激光接收器，其中：
(a)所述倾斜显示设备包括水平仪气泡(12)；或
(b)所述倾斜显示设备包括重力传感器(246)，所述重力传感器产生实质上表示所述壳体相对于重力的角取向的第四信号，以及其中所述处理电路接收所述第四信号并使用它来补偿所述壳体相对于重力的所述角取向；或
(c)所述可见读出器(316)指示所述激光接收器是否是下列项之一：(i)相对于所述激光能量束实质上等内；(ii)相对于所述激光能量束在基准平面之上；以及(iii)相对于所述激光能量束在基准平面之下；或
(d)所述第一激光光传感器(114)包括下列项之一：(i)多个光电探测元件，每个所述光电探测元件如果受到所述激光能量束的撞击则各自输出第一多个电信号中的一个电信号，其中所述第一多个电信号由所述处理电路使用以实质上确定所述第二距离；以及(ii)棒传感器，其包括具有两个末端和两个光电探测器元件的伸长的光通路，所述光电探测器元件中的各个光电探测器元件分别位于所述光通路的所述两个末端中的每个末端，每个所述光电探测器元件各自输出第二多个电信号中的一个电信号，其中所述激光能量束在沿着所述伸长的光通路的位置处撞击所述棒传感器，以及所述第二多个电信号由所述处理电路使用以实质上确定所述第二距离。
20.一种用于确定高度的方法，所述方法包括：
提供激光接收器(10)，所述激光接收器具有：壳体、如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号的第一激光光传感器(14)、可见读出器(16)、水平仪气泡(12)和处理电路(40)；
所述方法特征在于：
所述激光接收器进一步包括：可见光标识器(52)、使用第二激光源和第二激光光传感器的距离测量设备(50)，
当将所述壳体(10)保持在如所述水平仪气泡指示的实质上水平的方位时，将所述可见光标识器对准预定的外部位置；
通过使用所述距离测量设备，实质上确定在所述第二激光光传感器和所述预定的外部位置之间的第一距离(18)；
实质上确定所述激光接收器相对于所述激光能量束的第二距离；以及
基于所述第一距离和所述第二距离来实质上确定在所述预定的外部位置和所述激光能量束之间的相对高度(L)。
21.如权利要求20所述的方法，其进一步包括以下步骤：
(a)如果所述壳体是等内的，则由声输出设备(60)产生声频音调；或
(b)即使所述壳体不是等内的，也自动确定所述相对高度。
22.一种用于确定高度的方法，所述方法包括：
提供激光接收器(200，300)，所述激光接收器具有：壳体、如果从外部激光源接收激光能量束就产生第一信号的第一激光光传感器(114)、可见读出器(216，316)、产生实质上表示所述壳体相对于重力的角取向的倾角信号的重力传感器(246)、以及处理电路(240，340)；
所述方法特征在于：
所述激光接收器进一步包括：可见光标识器(52)、使用第二激光源和第二激光光传感器的距离测量设备(50)；
当将所述壳体保持在用户期望的方位时，将所述可见光标识器对准预定的外部位置；
通过使用所述距离测量设备来实质上确定在所述第二激光光传感器和所述预定的外部位置之间的第一距离；
实质上确定所述激光接收器相对于所述激光能量束的第二距离；以及
基于所述第一距离和所述第二距离来实质上确定相对高度(L)。
23.如权利要求22所述的方法，其进一步包括步骤：
(a)自动确定所述相对高度，即使所述壳体(300)不是等内的；或
(b)通过：(i)使用所述倾角信号来实质上确定被修正的第二距离；以及(ii)使用所述倾角信号和归因于放置在所述壳体的部件的固有距离来实质上确定被修正的第一距离，即使所述壳体(300)没有定向成水平的，也自动确定所述相对高度；
(c)将所述相对高度显示在所述可见读出器(216，316)上。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述相对高度根据所述激光能量束和所述预设定的外部位置之间的垂直高度被显示。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述相对高度根据下列项之一被显示：
(a)所述预定的外部位置相对于海平面的高度；
(b)所述壳体相对于海平面的高度；
(c)所述壳体相对于所述激光能量束的高度；以及
(d)所述壳体相对于所述预定的外部位置的高度。
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