專利名稱：激光束發(fā)射器燈塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于提供參考激光束的設(shè)備，尤其涉及具有改進燈塔(lighthouse)結(jié)構(gòu)的激光束發(fā)射器。本發(fā)明的燈塔有效地密封了發(fā)射器以免受濕氣和灰塵的影響。另外，該燈塔是堅固的，同時在發(fā)射器的使用期間玻璃板破碎時還便于修理。
背景技術(shù)：
在許多測量和建筑應(yīng)用中使用了激光束系統(tǒng)。在授予Rando等人的美國專利No.4,062,634中公開的這種系統(tǒng)中，激光束發(fā)射器產(chǎn)生建立參考面的旋轉(zhuǎn)激光束。旋轉(zhuǎn)束掃過的參考面用作整個工作區(qū)域如施工工地上的立視參考。并且，該系統(tǒng)利用位于距發(fā)射器相當(dāng)大距離的一個或多個激光束探測器來攔截參考面中的旋轉(zhuǎn)激光束。這些探測器可承載在掘土機上，并由掘土機的操作員使用來確定整個工作區(qū)域中各點處的適當(dāng)高度。
在這種類型的激光束發(fā)射器中，通過大體向上投射光束，然后在五棱鏡組件中使其變向90度來產(chǎn)生水平旋轉(zhuǎn)參考激光束。五棱鏡組件通常使用一對鏡子而不是棱鏡來產(chǎn)生所需的雙重反射，該組件在投射裝置中繞著垂直軸線旋轉(zhuǎn)，以使所產(chǎn)生的水平光束旋轉(zhuǎn)，從而限定了參考面。如果需要，光束可在相對于水平面傾斜一定量的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生傾斜參考面。
為使參考激光束發(fā)射器適用于各種野外條件下的測量和建筑應(yīng)用，發(fā)射器設(shè)有防水殼體，該殼體上部具有透明的燈塔組件，五棱鏡組件在燈塔組件之中旋轉(zhuǎn)，并且激光束投射通過該燈塔組件。在’634專利所示的發(fā)射器中，燈塔組件包括由高光學(xué)性能玻璃制成的四個直立的平透明窗格(pane)，這四個透明窗格在其側(cè)緣表面處連接在一起以形成正方形的橫截面。窗格的下邊安裝在形成于殼體上緣中的槽座內(nèi)，而窗格的上邊安裝在形成于殼體頂部中的槽座內(nèi)。墊圈密封窗格的上邊和下邊。殼體頂部與殼體上緣之間延伸有四個桿，這四個桿施加足夠的壓縮力以將這些窗格拉在一起并將窗格鎖止在其槽座中。這四個桿從燈塔組件的轉(zhuǎn)角處徑向地向外對齊。窗格在轉(zhuǎn)角相接處具有匹配的四十五度傾斜側(cè)邊，并由適當(dāng)?shù)恼澈蟿┤绻柰z進一步密封。
盡管該燈塔結(jié)構(gòu)功能良好，但是它需要將各玻璃窗格細(xì)致地研磨成精確的尺寸，以使形成燈塔的轉(zhuǎn)角連接的側(cè)緣表面成斜角。在將窗格粘接在一起之前，燈塔組件還需要使窗格相對于彼此精確定位。已經(jīng)使用了幾種燈塔結(jié)構(gòu)來克服這些困難。1988年10月11日頒布的美國專利No.4,776,672中示出了一種這樣的結(jié)構(gòu)，與’634專利中的結(jié)構(gòu)類似。在’672專利所示的燈塔中，多個透明窗格布置成大致多邊形橫截面的形狀。視窗結(jié)構(gòu)具有由窗格的相對側(cè)緣部分中成對的相鄰側(cè)緣部分形成的彼此間隔開的轉(zhuǎn)角。各對中窗格的側(cè)緣部分相對于彼此偏移以形成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角。各對中側(cè)緣部分的形成相應(yīng)轉(zhuǎn)角的偏移位置只將相鄰側(cè)緣部分之一上的內(nèi)緣暴露于通過視窗結(jié)構(gòu)發(fā)射的激光。因此激光通過形成轉(zhuǎn)角的相鄰側(cè)緣部分的路徑只受窗格在各轉(zhuǎn)角的相鄰側(cè)緣部分中相應(yīng)一個側(cè)緣部分的一個內(nèi)緣的影響。這減少了將窗格邊緣用粘合劑粘合時所需的細(xì)致程度，但是仍未解決其堅固性的問題。
于1987年5月5日頒布的美國專利No.4,662,707中示出了另一種燈塔結(jié)構(gòu)?！?07專利公開了一種構(gòu)造成由成型丙烯酸樹脂制成的圓柱形燈塔的燈塔。該燈塔沒有轉(zhuǎn)角，因此不存在將平坦窗格在轉(zhuǎn)角處連接在一起的這類問題。但是，圓柱形結(jié)構(gòu)的困難是在光束外周處的激光光線在其經(jīng)過燈塔時折射兩次后傾向于從光束中心橫向發(fā)散。為克服這個困難，在’707的發(fā)射器中設(shè)有另外的校正透鏡，以使大體水平的光束的發(fā)散最小。盡管這有效地消除了關(guān)于現(xiàn)有燈塔遇到的幾個限制，但是它還需要另外的部件(透鏡)及由之產(chǎn)生的不精確度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種無需另外的光學(xué)部件的改進型燈塔結(jié)構(gòu)。另外，需要一種燈塔堅固、容易構(gòu)造的燈塔結(jié)構(gòu)。
這些困難通過根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的激光發(fā)射器和用于這種發(fā)射器的燈塔克服。該激光發(fā)射器例如通過使激光束繞著大體垂直于該光束的軸線旋轉(zhuǎn)而在參考面內(nèi)投射激光束。該發(fā)射器包括用于至少部分包圍激光束源的燈塔。允許激光束通過其射出的燈塔包括多個透明面板。
所述面板可以通過外圍結(jié)構(gòu)中的由彈性材料制成的面板支承件保持在適當(dāng)位置上，使得它們環(huán)繞激光束源。各透明面板都可為具有上下平行邊的梯形形狀，其上邊短于下邊。各透明面板可為具有左右不平行邊的等腰梯形形狀。左右不平行邊可為傾斜的。
由彈性材料制成的面板支承件接合所述多個透明面板，并在外圍結(jié)構(gòu)中支撐這些面板，使得它們環(huán)繞激光束源。面板支承件可限定形成有用于接收透明面板的多個開口。所述多個透明面板可包括四個面板，每個都大體為梯形形狀，并且所述多個開口可包括四個梯形開口。優(yōu)選地，各面板具有等腰梯形形狀和基本上平行的上下邊。所述上邊可以短于下邊，并且所述面板還具有不平行的左右傾斜邊。所述面板支承件可限定形成有沿四個梯形開口中每個開口的至少部分邊緣的保持槽。所述面板接收進這些槽中，并保持在面板支承件中的適當(dāng)位置。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進的更堅固的激光發(fā)射器燈塔結(jié)構(gòu)。從下面的說明、附圖和所附權(quán)利要求可清楚了解本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。


圖1為根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的激光發(fā)射器的一部分的側(cè)視圖，其中各部分被斷開而以截面示出內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖2為根據(jù)本發(fā)明的燈塔面板支承件的側(cè)視圖；圖3為圖2的燈塔面板支承件沿圖2中線3-3的截面圖；圖4為圖2的燈塔面板支承件的俯視平面圖；
圖5為圖4的燈塔面板支承件大體沿圖4中線4-4的截面圖；圖6為在圖2的燈塔中使用的透明面板的正視圖；圖7為在圖2的燈塔中使用的透明面板的后視圖；圖8為在圖2的燈塔中使用的透明面板的俯視圖；以及圖9為具有反向燈塔的發(fā)射器第二實施例的側(cè)視圖，其中各部分?jǐn)嚅_以示出內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及改進的激光發(fā)射器和在這種發(fā)射器中使用的改進的燈塔。參考附圖中的圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造用于在參考面中發(fā)射激光束12的激光發(fā)射器10。發(fā)射器10包括殼體14、位于殼體14中用于產(chǎn)生激光束12的激光器16、以及安裝成用于從激光器16接收激光束12’并將激光束從殼體在參考面中向外偏轉(zhuǎn)為激光束12的光束變向組件18。激光器16可以是任意激光束源，例如具有適當(dāng)光學(xué)器件氦氖氣體激光器，以產(chǎn)生處于光譜紅波段中的低功率準(zhǔn)直輸出光束。光束變向組件18優(yōu)選為將光束12’垂直變向為光束12的五棱鏡組件。眾所周知，五棱鏡組件具有精確排列的一對反射表面(未示出)，以將光束從垂直軸線改向為與其垂直的方向。
發(fā)射器10具有包括電動機(未示出)的布置，用于使光束變向組件18繞著垂直軸線旋轉(zhuǎn)。當(dāng)組件18旋轉(zhuǎn)時，光束12繞著垂直軸線旋轉(zhuǎn)，并掃過水平參考面。
燈塔20置于光束變向組件18上。燈塔20安裝在殼體14上以允許激光束12從其傳輸穿過，同時與燈塔蓋22一起密封殼體14。燈塔蓋22由燈塔20轉(zhuǎn)角處在殼體與燈塔蓋之間延伸的桿24支撐在燈塔20上。燈塔20包括多個繞著光束變向組件18周向布置的透明面板26和用于將透明面板26保持在適當(dāng)位置的由彈性材料制成的面板支承件28。
圖6-8中示出了透明面板26中的一個。優(yōu)選由光學(xué)級玻璃制成的面板26具有前表面30和后表面32。前后表面30、32基本上彼此平行，使得進入面板26的光束12經(jīng)歷的所有折射都偏移相同的量，并且當(dāng)其從面板26離開時，光束12經(jīng)歷的折射基本上相反。如圖6和7中所示，各透明面板26都制成分別具有平行的上邊34和下邊36的等腰梯形的形狀。上邊34短于下邊36。各透明面板26還分別具有不平行的左斜邊38和右斜邊40。應(yīng)當(dāng)理解，因為燈塔20中透明面板并不垂直安置，而是稍向后傾斜，如圖1中所示，所以上邊34短于下邊36。但是，如果需要，燈塔20可具有其中面板下邊長于其上邊的稍稍反向傾斜的透明面板。圖9中示出了這種燈塔結(jié)構(gòu)，其中相應(yīng)于圖1中的結(jié)構(gòu)給出相同的附圖標(biāo)記。
燈塔面板支承件28由彈性材料制成，其將透明面板26保持在燈塔中適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。如圖2-5中所示，面板支承件28確定了接收透明面板26的多個梯形開口42。面板支承件28還確定了沿著各梯形開口的邊緣的保持槽44、46、48和50。面板26接收在這些槽中并保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?br> 因為開口42及周圍的槽與面板26的尺寸相同，所以通過使面板支承件28稍微地拉伸和變形，暫時地擴大開口42，將各面板插入支承件28中相應(yīng)的開口內(nèi)。然后面板支承件28恢復(fù)其未變形形狀，并與面板的外圍牢固可靠地接合，同時繞面板外圍形成密封。應(yīng)當(dāng)注意，在面板安裝在燈塔面板支承件28中的開口42內(nèi)之后，彈性支承件28位于殼體14之上，使得其下邊接收在匹配的座52中(圖1)。然后，燈塔20的密封由燈塔蓋22和接合并密封支承件28頂邊的匹配的座54完成。
由彈性材料制成的面板支承件28在外圍的結(jié)構(gòu)中支撐四個透明面板26，使得它們環(huán)繞激光束源16。面板支承件的開口42傾斜，在56處變窄，以使當(dāng)光束12掃過各開口42的邊緣時，光束12被阻擋的量最小。注意，在槽48和50的頂部和底部，在不影響光束12的點處，支承件28確定了肩部58，該肩部58增加了額外的支撐以支撐面板26的側(cè)邊38和40。
本發(fā)明的燈塔具有許多優(yōu)點。首先，它極其堅固。如果發(fā)射器不經(jīng)意地遭受了撞擊，例如跌落產(chǎn)生的撞擊，由彈性材料制成的支承件28緩沖了對面板的沖擊。這使得其比在燈塔轉(zhuǎn)角具有玻璃與玻璃接觸的燈塔更不容易損壞面板。另外，如果在發(fā)射器工作期間面板損壞了，無需在很長時間內(nèi)使發(fā)射器無法工作來進行修理。置換透明面板無需粘合劑，能夠相對方便地完成置換。
盡管為了示意本發(fā)明的目的示出了一些典型實施例和細(xì)節(jié)，但是在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下，本文公開的各種商業(yè)形式的變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講是顯而易見的。
概言之，激光發(fā)射器發(fā)射激光束，并將該光束繞著大體垂直于光束的軸線旋轉(zhuǎn)。所述發(fā)射器包括激光束源和燈塔。所述燈塔至少部分地包圍激光束源，同時允許激光束通過其射出。所述燈塔包括多個透明面板和由彈性材料制成的面板支承件。所述面板支承件與所述多個透明面板接合，并在外圍結(jié)構(gòu)中支撐這些面板，使得它們環(huán)繞所述激光束源。
具體地，所述燈塔包圍產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)光束的可旋轉(zhuǎn)光速變向組件。所述激光發(fā)射器包括所述燈塔和所述光束變向組件，這兩者都是還包括激光器、殼體和用于旋轉(zhuǎn)所述光束變向組件的裝置的設(shè)備的一部分。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)射激光束(12)以確定參考面的激光發(fā)射器，包括-激光束源(18)，以及-燈塔(20)，用于至少部分地包圍所述激光束源(18)，同時允許所述激光束(12)通過其射出，所述燈塔(20)包括多個透明面板(26)以及用于接合所述多個透明面板(26)并支撐所述面板(26)的由彈性材料制成的面板支承件(28)。
2.如權(quán)利要求1所述的激光發(fā)射器，其中所述激光發(fā)射器適于使所述光束繞著大體垂直于所述光束的軸線旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的激光發(fā)射器，其中所述由彈性材料制成的面板支承件(28)在外圍結(jié)構(gòu)中接合并支撐所述多個透明面板(26)，使得它們環(huán)繞所述激光束源(18)，并且其中各個所述透明面板(26)具有梯形形狀且具有平行的上邊和下邊(34，36)，且所述上邊(34)短于所述下邊(36)。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的激光發(fā)射器，其中各個所述透明面板(26)都具有等腰梯形形狀且具有不平行的右邊和左邊(38，40)，并且其中所述不平行的右邊和左邊(38，40)是傾斜的。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項所述的激光發(fā)射器，其中所述由彈性材料制成的面板支承件(28)在外圍結(jié)構(gòu)中接合并支撐所述多個透明面板(26)，使得它們環(huán)繞所述激光束源(18)，并且所述面板支承件(28)限定形成有用于接收所述透明面板(26)的多個開口(42)、以及沿著所述開口(42)的至少部分邊緣的用于接收所述面板(26)并將其保持在適當(dāng)位置的保持槽(44，46，48，50)。
6.如權(quán)利要求1或2所述的激光發(fā)射器，其中所述由彈性材料制成的面板支承件(28)在外圍結(jié)構(gòu)中接合并支撐所述多個透明面板(26)，使得它們環(huán)繞所述激光束源(18)，所述面板支承件(28)限定形成有四個梯形開口，并且其中所述多個透明面板(26)包括大體為梯形形狀的四個面板。
7.如權(quán)利要求1、2或6所述的激光發(fā)射器，其中所述由彈性材料制成的面板支承件(28)在外圍結(jié)構(gòu)中接合并支撐所述多個透明面板(26)，使得它們環(huán)繞所述激光束源(18)，并且其中各個所述面板都具有等腰梯形的形狀并具有基本上平行的上邊和下邊(34，36)，所述上邊(34)長于所述下邊(36)，所述面板還具有不平行的右傾斜邊和左傾斜邊(38，40)。
8.如權(quán)利要求5至7中任意一項所述的激光發(fā)射器，其中所述面板支承件(28)限定形成沿著所述四個梯形開口(42)中至少部分邊緣的保持槽(44，46，48，50)，從而所述面板(26)被接收到所述槽(44，46，48，50)中并保持在所述面板支承件(28)中的適當(dāng)位置。
9.一種用于在參考面內(nèi)發(fā)射激光束(12)的裝置(10)，所述裝置(10)包括-殼體(14)；-在所述殼體(14)中用于產(chǎn)生激光束(12’)的激光器(16)；-安裝成用于接收所述激光束(12’)并將所述激光束(12)在所述參考面內(nèi)從所述殼體向外偏轉(zhuǎn)的光束變向組件(18)；以及-位于所述光束變向組件(18)上方并安裝在所述殼體(14)上以允許所述激光束(12)從其射出的燈塔(20)，所述燈塔(20)包括繞所述光束變向組件(18)周向布置的多個透明面板(26)、以及用于支撐所述透明面板(26)的由彈性材料制成的面板支承件(28)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，還包括用于旋轉(zhuǎn)所述光束變向組件(28)從而使所述光束(12)在參考面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的裝置。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其中各個所述透明面板(26)都大體制成具有平行的上邊和下邊(34，36)的等腰梯形形狀，并且其中所述上邊(34)短于所述下邊(36)。
12.如權(quán)利要求9至11中任意一項所述的裝置，其中各個所述透明面板(26)都具有不平行的右傾斜邊和左傾斜邊。
13.如權(quán)利要求9至12中任意一項所述的裝置，其中所述由彈性材料制成的面板支承件(28)限定形成有用于接收所述透明面板(26)的多個開口。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述面板支承件(28)限定形成有沿著各個所述開口(42)的至少部分邊緣的保持槽(44，46，48，50)，從而將所述面板(26)接收到所述槽(44，46，48，50)中并保持在所述面板支承件(28)中的適當(dāng)位置。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述面板支承件(28)的各個所述開口(42)的大體垂直的內(nèi)邊是傾斜的，以使當(dāng)光束(12)掃過各個所述開口(42)的所述邊時，所述光束(12)被阻擋的量最小。
16.如權(quán)利要求9至15中任意一項所述的裝置，還包括由所述殼體(14)支撐在所述燈塔(20)上并覆蓋所述燈塔(20)的燈塔蓋(22)。
17.一種燈塔(20)，用于至少部分地包圍激光束源(18)同時允許由所述激光束源(8)產(chǎn)生的光束(12)通過其射出，所述燈塔包括-多個透明面板(26)，以及-由彈性材料制成的面板支承件(28)，用于接合所述多個透明面板(26)，并在外圍結(jié)構(gòu)中支撐所述面板(26)使得它們環(huán)繞所述激光束源(18)。
18.如權(quán)利要求17所述的燈塔，其中各個所述透明面板(26)都呈具有平行的上邊和下邊(34，36)的等腰梯形形狀。
19.如權(quán)利要求17或18所述的燈塔，其中所述透明面板(26)不平行的右邊和左邊(38，40)是傾斜的。
20.如權(quán)利要求17至19中任意一項所述的燈塔，其中用于接合所述多個透明面板(26)并在外圍結(jié)構(gòu)中支撐所述面板(26)使得它們環(huán)繞所述激光束源(18)的所述由彈性材料制成的面板支承件(28)限定形成有用于接收所述透明面板(26)的多個開口(42)。
21.如權(quán)利要求17至20中任意一項所述的燈塔，其中各個所述透明面板大體制成具有平行的上邊和下邊(34，36)的等腰梯形形狀，并且其中所述由彈性材料制成的面板支承件(28)限定形成有用于接收所述透明面板(42)的多個開口、以及沿著所述開口(42)的邊緣用于將所述面板(26)保持在適當(dāng)位置的保持槽(44，46，48，50)。
22.如權(quán)利要求20或21所述的燈塔，其中所述面板支承件(28)的所述開口(42)的是傾斜的，以使當(dāng)光束(12)掃過所述開口(42)的邊緣時，所述光束(12)被阻擋的量最小。
全文摘要
激光發(fā)射器(10)發(fā)射激光束(12)，并使該光束繞著大體垂直于光束的軸線旋轉(zhuǎn)。所述發(fā)射器包括激光束源(18)和燈塔(20)。燈塔至少部分地包圍激光束源，同時允許激光束(12)通過其射出。燈塔(20)包括多個透明面板(26)以及由彈性材料制成的面板支承件(28)。所述面板支承件接合所述多個透明面板(26)并在外圍結(jié)構(gòu)中支撐它們，使得它們環(huán)繞所述激光束源(18)。
文檔編號G01C15/00GK101084412SQ200580044064
公開日2007年12月5日 申請日期2005年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
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