相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用

本發(fā)明申請(qǐng)與在2013年5月15日提交的美國(guó)專利號(hào)為8，896，899的專利相關(guān)。其專利申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用明確地結(jié)合到本文中。

本發(fā)明總體地涉及激光筆和激光指示器，特別是涉及投射尺寸可調(diào)的橢圓形光照?qǐng)D案的激光指示器。橢圓形光照?qǐng)D案的尺寸連續(xù)可調(diào)。用戶可以方便地使用本發(fā)明調(diào)整控制橢圓圈的大小以準(zhǔn)確強(qiáng)調(diào)在照射目標(biāo)平面如投影屏幕上所需突出的內(nèi)容。

背景技術(shù)：

報(bào)告人在會(huì)議講演中通常使用一個(gè)激光筆去指示投影圖或投影幻燈片的部分內(nèi)容以幫助聽(tīng)眾更好地理解報(bào)告人的口頭陳述。傳統(tǒng)的激光筆只投射一個(gè)明亮的小光點(diǎn)。這種小光點(diǎn)有兩個(gè)缺點(diǎn)。一是在大屏幕上很難被發(fā)現(xiàn)，二是光點(diǎn)的強(qiáng)光使不小心聚焦在上面的聽(tīng)眾眼睛受到刺激并產(chǎn)生不舒適感。

激光束也用于幫助打獵中槍械的瞄準(zhǔn)。激光的小光點(diǎn)有在遠(yuǎn)處很難被發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)。

在激光筆的發(fā)展過(guò)程中有多種試圖針對(duì)傳統(tǒng)激光筆缺點(diǎn)的改進(jìn)方法。例如美國(guó)專利(專利號(hào)：5，450，148)使用一組可選擇的圖案透光模板去過(guò)濾放大的激光束以產(chǎn)生固定大小的圖案。美國(guó)專利(專利號(hào)：5，400，514)提出了一種使用激光光源在一維或二維上的反復(fù)運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生光束幾何追蹤圖案。美國(guó)專利(專利號(hào)：6，789，922)利用了一個(gè)正交的柱面透鏡把激光束折射成十字形的光束。美國(guó)專利(專利號(hào)：5，938，308)提出了通過(guò)一個(gè)塑料全息光學(xué)元件或一個(gè)衍射光學(xué)元件以產(chǎn)生在目標(biāo)平面的固定圖案的方法。美國(guó)專利(專利號(hào)：7，971，790)提出了一種使用人機(jī)界面來(lái)控制激光束的圖案和尺寸。光圖案是由光束經(jīng)過(guò)光束掃描元件如鏡面而產(chǎn)生。一個(gè)頻率相位控制模組和一個(gè)驅(qū)動(dòng)能量模組控制光束掃描元件的運(yùn)動(dòng)。人機(jī)界面可由按鈕型或旋轉(zhuǎn)型的開(kāi)關(guān)讓用戶選擇和使用激光筆。美國(guó)專利(專利號(hào)：8，896，899)使用了一個(gè)傾斜的旋轉(zhuǎn)反射鏡把激光束轉(zhuǎn)換為圓形或橢圓形的固定圖案。這些改進(jìn)方案明顯地提供了易于觀眾觀察和優(yōu)于單一激光點(diǎn)的光圖案。但是，以上的解決辦法都無(wú)法讓使用者迅速和有效地根據(jù)目標(biāo)平面上的圖紙或字幕中所需突出的信息的幾何尺寸來(lái)調(diào)整控制光學(xué)圖案的大小以準(zhǔn)確地顯示應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有激光筆在技術(shù)上存在的缺陷，本發(fā)明的目地是提供一種能讓使用者在照射的如投影屏幕的目標(biāo)平面上調(diào)整和控制圓形或橢圓形指示圈的尺寸以準(zhǔn)確顯示要突出的內(nèi)容。報(bào)告人可以用這個(gè)發(fā)明有信心和準(zhǔn)確地指示最為配合口頭陳述的信息。這樣報(bào)告人和聽(tīng)眾就極大地減少了關(guān)于所指示信息產(chǎn)生誤解的可能性。這種清晰和特定的指示有助于報(bào)告人向很多聽(tīng)眾傳遞復(fù)雜的信息，例如工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)或三維模型。這個(gè)發(fā)明也可以修改加裝到槍械上用以幫助獵人在打獵中輔助瞄準(zhǔn)。

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例裝置包括一個(gè)電池電源，一個(gè)激光光源，一個(gè)楔形棱鏡，一對(duì)平凸透鏡，和一個(gè)控制圖案尺寸的機(jī)械電控模組。楔形棱鏡放置在一對(duì)平凸透鏡之間。該裝置的平凸透鏡沒(méi)有局限性，也可使用其他的凸面透鏡。半導(dǎo)體激光器發(fā)射的相干光束經(jīng)準(zhǔn)直并通過(guò)第一個(gè)平凸透鏡聚焦。聚焦后的光束經(jīng)楔形棱鏡折射偏轉(zhuǎn)。激光器的發(fā)射光束是這個(gè)系統(tǒng)的光軸。經(jīng)棱鏡偏折后的光束與光軸形成固定夾角。此偏折的光束再通過(guò)第二個(gè)平凸透鏡準(zhǔn)直和折射并改變了光束與光軸的夾角。當(dāng)楔形棱鏡圍繞光軸旋轉(zhuǎn)，折射后的光束就形成了三維立體的中空光錐。輸出的中空光錐照射在與光軸垂直的平面形成了圓形指示圖案，而照射在不與光軸垂直的平面上則形成了橢圓指示圖案。機(jī)械電控模組通過(guò)驅(qū)動(dòng)楔形棱鏡繞光軸的旋轉(zhuǎn)和楔形棱鏡沿光軸的線性移動(dòng)來(lái)控制輸出指示圖案的形狀和尺寸。楔形棱鏡與平凸透鏡的相對(duì)位置決定了輸出光錐的開(kāi)角以及圓形和橢圓形光圖案的尺寸。光圖案的尺寸可由楔形棱鏡在光軸的位置連續(xù)和精確的調(diào)整。楔形棱鏡的移動(dòng)方向控制輸出圖案是放大還是縮小。這個(gè)發(fā)明克服了以前技術(shù)只能選擇固定的圖案和尺寸的缺點(diǎn)，從此使用者可根據(jù)需求實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整圓形和橢圓形光圖案的大小以準(zhǔn)確地指示和突出目標(biāo)平面上的特定部分或內(nèi)容。

附圖說(shuō)明

從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述中，本發(fā)明在技術(shù)和功能方面的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚并更容易理解，同一元件在不同的圖紙中由同一代碼標(biāo)識(shí)，其中：

圖1是尺寸可調(diào)橢圓形激光指示器的優(yōu)先實(shí)施例的外觀立體圖；

圖2是尺寸可調(diào)橢圓形激光指示器的優(yōu)先實(shí)施例的系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)及主要元件的示意圖；

圖3是控制圓形或橢圓形光圖案的尺寸和產(chǎn)生的機(jī)械電控模組的元件分解圖；

圖4是組裝后的機(jī)械電控模組的頂面/側(cè)面/前面的立體視圖；

圖5是組裝后的機(jī)械電控模組的頂面/側(cè)面/后面的立體視圖；和

圖6是機(jī)械電控模組的示意電路圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1描繪了本發(fā)明尺寸可調(diào)橢圓形激光指示器10的優(yōu)先實(shí)施例的立體外觀圖。外罩或外殼11包括頂殼12，殼體14，和電池蓋16。頂殼12有一個(gè)開(kāi)口槽。開(kāi)口槽內(nèi)有在滑動(dòng)部件78之內(nèi)的指示器的開(kāi)關(guān)76。開(kāi)關(guān)76控制指示器10的電源開(kāi)關(guān)。殼體14有讓圓形或橢圓形光圖案射出的圓形通光孔32。使用者可以移動(dòng)滑動(dòng)部件78以及在上面固定的開(kāi)關(guān)76來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出指示光圖案的尺寸。外殼11通常是做成邊緣圓滑的長(zhǎng)方體形也可以做成其他更加美觀的流線形狀。

指示器10的基本組成部分和原理見(jiàn)圖2。其主要部件包括外殼11，電池單元18，半導(dǎo)體激光單元124，兩個(gè)平凸透鏡104和48，楔形棱鏡88，和機(jī)械電控模組75。

電池單元18可由一節(jié)或兩節(jié)串聯(lián)的電池組成。電池單元18為機(jī)械電控模組75提供電源。機(jī)械電控模組75的設(shè)計(jì)和工作細(xì)節(jié)將在以后詳述。半導(dǎo)體激光器單元124由電池單元18通過(guò)機(jī)械電控模組75供電。在優(yōu)先實(shí)施例中，半導(dǎo)體激光單元124使用了自帶驅(qū)動(dòng)電路(圖上未標(biāo)識(shí))和準(zhǔn)直調(diào)焦(圖上未標(biāo)識(shí))的波長(zhǎng)為650納米5毫瓦的激光器。激光器的選擇不受以上實(shí)施例的限制。激光器可以使用其他的波長(zhǎng)，功率，和種類(如半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體泵浦的固體激光器)。從半導(dǎo)體激光單元124輸出的激光束由平凸透鏡104校準(zhǔn)和聚焦。激光指示器10的光軸130是半導(dǎo)體激光單元124的輸出光束方向。楔形棱鏡88使透過(guò)平凸透鏡104的光束折射后產(chǎn)生與光軸130有固定夾角的偏轉(zhuǎn)光束127。偏轉(zhuǎn)光束127進(jìn)一步經(jīng)平凸透鏡48準(zhǔn)直和折射后形成與光軸130有可變夾角的新的光束路徑128。當(dāng)楔形棱鏡88旋轉(zhuǎn)后，光束127和128輸出形成中空的光錐126。如果接收屏幕134與光軸130垂直，中空光錐126照射在屏幕上顯示圓形激光圖案132。如果接收屏幕134與光軸130不垂直，激光圖案132就變成橢圓形的。楔形棱鏡88與平凸透鏡48的相對(duì)位置決定和控制了圓形或橢圓形激光圖案的尺寸。沿光軸130移動(dòng)楔形棱鏡88可以放大或縮小激光圖案的尺寸。楔形棱鏡88的移動(dòng)方向決定圖案尺寸的放大或縮小。楔形棱鏡88與透鏡48的距離能通過(guò)改變光束128與光軸130的夾角而控制激光圖案132的尺寸。楔形棱鏡88沿光軸130的位置可以連續(xù)改變因此在屏幕134的激光圖案132能動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確地受到調(diào)整控制。

圖3是詳細(xì)的機(jī)械電控模組75和透鏡48及透鏡104的元件分解圖。圖4和圖5分別是組裝后的頂面/側(cè)面/前面和頂面/側(cè)面/后面的立體視圖。結(jié)合圖3至圖5可以更好地理解機(jī)械電控模組的工作方式。參見(jiàn)圖3，半導(dǎo)體激光單元124插入固定元件122的孔內(nèi)。固定元件122及激光單元124安裝在透鏡支架112的后部接收位置。圖5更清晰地顯示了激光單元124、固定元件122、和透鏡支架112的組裝。透鏡支架112的接收壁123圍繞固定元件122。當(dāng)固定元件122和激光單元124的光學(xué)位置調(diào)整好后，旋入螺孔118的螺絲120可以把固定元件122和激光單元124緊密安裝在透鏡支架112上。激光單元124的輸出光束確定了系統(tǒng)的光軸130(圖2顯示，圖3未顯示)。透鏡104安裝在透鏡支架112的前孔110。透鏡卡環(huán)102用于把透鏡104固定在透鏡支架112上。透鏡支架112還有一個(gè)盲孔106和開(kāi)孔108。不銹鋼桿44的一端固定在盲孔106內(nèi)。不銹鋼桿46也類似地插入開(kāi)孔108但可調(diào)整位置后由螺絲116緊固。楔形棱鏡支架52安裝了能讓楔形棱鏡88繞光軸旋轉(zhuǎn)及沿光軸平移的部件。楔形棱鏡支架52的圓孔54用于接受微小軸承96。微小軸承96由進(jìn)入螺孔68的螺絲66固定在棱鏡支架52上。棱鏡滑輪90的中空外軸94和微小軸承96的內(nèi)環(huán)98固定連接。楔形棱鏡88粘固在棱鏡滑輪90的內(nèi)孔92上。電動(dòng)馬達(dá)100的傳動(dòng)軸上固定了馬達(dá)滑輪86。電動(dòng)馬達(dá)100插入在楔形棱鏡支架52上的形狀匹配的接收面56。馬達(dá)100的位置調(diào)整后由進(jìn)入螺孔70的螺絲72固定?；喥?4安裝在馬達(dá)滑輪86和棱鏡滑輪90的槽內(nèi)。電動(dòng)馬達(dá)100驅(qū)動(dòng)馬達(dá)滑輪86和棱鏡滑輪90以使楔形棱鏡88圍繞光軸旋轉(zhuǎn)。電子按鈕74安裝在楔形棱鏡支架52的接收槽64內(nèi)。開(kāi)關(guān)蓋76是使用開(kāi)關(guān)74的人機(jī)界面。開(kāi)關(guān)74及開(kāi)關(guān)蓋76被滑動(dòng)元件78和接收槽64包圍和保護(hù)?；瑒?dòng)元件78由穿過(guò)兩個(gè)通孔82和進(jìn)入螺孔62的兩個(gè)螺絲80固定在楔形棱鏡支架52上。兩個(gè)不銹鋼桿44和46分別插入楔形棱鏡支架52的開(kāi)孔60和開(kāi)孔58內(nèi)。兩個(gè)不銹鋼桿44和46的方向與光軸即激光單元124的輸出光束方向平行。楔形棱鏡支架52和楔形棱鏡88被不銹鋼桿44和46限制在與光軸平行的方向上運(yùn)動(dòng)。楔形棱鏡88的位置由楔形棱鏡支架52在光軸上的運(yùn)動(dòng)決定。使用者可以通過(guò)改變楔形棱鏡88沿光軸的位置來(lái)調(diào)整圓形或橢圓形光圖案的尺寸。透鏡支架34上安裝了不銹鋼桿44和46及另一個(gè)平凸透鏡48。兩個(gè)不銹鋼桿44和46分別插入透鏡支架34的開(kāi)孔38和開(kāi)孔40內(nèi)。透鏡支架34和透鏡支架112的相對(duì)距離需要進(jìn)行手動(dòng)光學(xué)調(diào)整。調(diào)整后的透鏡支架34的位置由進(jìn)入兩個(gè)螺孔42的兩個(gè)螺絲36固定在不銹鋼桿44和46上。平凸透鏡48置入孔41內(nèi)由透鏡卡環(huán)50固定。

圖4和圖5是組裝完成后的機(jī)械電控模組75的兩個(gè)立體視圖。楔形棱鏡支架52提供了楔形棱鏡88圍繞光軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沿光軸的平移的功能(光軸在圖4和圖5中無(wú)顯示在圖2中有顯示)。本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)潔和緊湊的在目標(biāo)平面上產(chǎn)生尺寸可連續(xù)調(diào)節(jié)的圓形或橢圓形光圖案以突出如投影屏幕上的所需強(qiáng)調(diào)部分的方法。

圖6是一個(gè)機(jī)械電控模組75的簡(jiǎn)單電路示意圖。電池單元18為模組75提供電源。電子開(kāi)關(guān)74控制電動(dòng)馬達(dá)100和半導(dǎo)體激光單元124的開(kāi)關(guān)。

在另一個(gè)替代實(shí)施例中，楔形棱鏡88的轉(zhuǎn)動(dòng)由滑輪驅(qū)動(dòng)改成齒輪驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)滑輪86、滑輪皮帶84、和棱鏡滑輪90由兩個(gè)齒輪替換。其他部件與優(yōu)選實(shí)施例完全一致。

以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，上述說(shuō)明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實(shí)施例。在不偏離所說(shuō)明的各實(shí)施例的范圍和精神的情況下，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)許多修改和變更都是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。