CN101084412A - 激光束发射器灯塔 - Google Patents

Abstract

激光发射器(10)发射激光束(12)，并使该光束绕着大体垂直于光束的轴线旋转。所述发射器包括激光束源(18)和灯塔(20)。灯塔至少部分地包围激光束源，同时允许激光束(12)通过其射出。灯塔(20)包括多个透明面板(26)以及由弹性材料制成的面板支承件(28)。所述面板支承件接合所述多个透明面板(26)并在外围结构中支撑它们，使得它们环绕所述激光束源(18)。

Description

激光束发射器灯塔

技术领域

本发明涉及用于提供参考激光束的设备，尤其涉及具有改进灯塔(lighthouse)结构的激光束发射器。本发明的灯塔有效地密封了发射器以免受湿气和灰尘的影响。另外，该灯塔是坚固的，同时在发射器的使用期间玻璃板破碎时还便于修理。

背景技术

在许多测量和建筑应用中使用了激光束系统。在授予Rando等人的美国专利No.4,062,634中公开的这种系统中，激光束发射器产生建立参考面的旋转激光束。旋转束扫过的参考面用作整个工作区域如施工工地上的立视参考。并且，该系统利用位于距发射器相当大距离的一个或多个激光束探测器来拦截参考面中的旋转激光束。这些探测器可承载在掘土机上，并由掘土机的操作员使用来确定整个工作区域中各点处的适当高度。

在这种类型的激光束发射器中，通过大体向上投射光束，然后在五棱镜组件中使其变向90度来产生水平旋转参考激光束。五棱镜组件通常使用一对镜子而不是棱镜来产生所需的双重反射，该组件在投射装置中绕着垂直轴线旋转，以使所产生的水平光束旋转，从而限定了参考面。如果需要，光束可在相对于水平面倾斜一定量的平面内旋转，从而产生倾斜参考面。

为使参考激光束发射器适用于各种野外条件下的测量和建筑应用，发射器设有防水壳体，该壳体上部具有透明的灯塔组件，五棱镜组件在灯塔组件之中旋转，并且激光束投射通过该灯塔组件。在’634专利所示的发射器中，灯塔组件包括由高光学性能玻璃制成的四个直立的平透明窗格(pane)，这四个透明窗格在其侧缘表面处连接在一起以形成正方形的横截面。窗格的下边安装在形成于壳体上缘中的槽座内，而窗格的上边安装在形成于壳体顶部中的槽座内。垫圈密封窗格的上边和下边。壳体顶部与壳体上缘之间延伸有四个杆，这四个杆施加足够的压缩力以将这些窗格拉在一起并将窗格锁止在其槽座中。这四个杆从灯塔组件的转角处径向地向外对齐。窗格在转角相接处具有匹配的四十五度倾斜侧边，并由适当的粘合剂如硅酮胶进一步密封。

尽管该灯塔结构功能良好，但是它需要将各玻璃窗格细致地研磨成精确的尺寸，以使形成灯塔的转角连接的侧缘表面成斜角。在将窗格粘接在一起之前，灯塔组件还需要使窗格相对于彼此精确定位。已经使用了几种灯塔结构来克服这些困难。1988年10月11日颁布的美国专利No.4,776,672中示出了一种这样的结构，与’634专利中的结构类似。在’672专利所示的灯塔中，多个透明窗格布置成大致多边形横截面的形状。视窗结构具有由窗格的相对侧缘部分中成对的相邻侧缘部分形成的彼此间隔开的转角。各对中窗格的侧缘部分相对于彼此偏移以形成相应的转角。各对中侧缘部分的形成相应转角的偏移位置只将相邻侧缘部分之一上的内缘暴露于通过视窗结构发射的激光。因此激光通过形成转角的相邻侧缘部分的路径只受窗格在各转角的相邻侧缘部分中相应一个侧缘部分的一个内缘的影响。这减少了将窗格边缘用粘合剂粘合时所需的细致程度，但是仍未解决其坚固性的问题。

于1987年5月5日颁布的美国专利No.4,662,707中示出了另一种灯塔结构。’707专利公开了一种构造成由成型丙烯酸树脂制成的圆柱形灯塔的灯塔。该灯塔没有转角，因此不存在将平坦窗格在转角处连接在一起的这类问题。但是，圆柱形结构的困难是在光束外周处的激光光线在其经过灯塔时折射两次后倾向于从光束中心横向发散。为克服这个困难，在’707的发射器中设有另外的校正透镜，以使大体水平的光束的发散最小。尽管这有效地消除了关于现有灯塔遇到的几个限制，但是它还需要另外的部件(透镜)及由之产生的不精确度。

发明内容

因此，需要一种无需另外的光学部件的改进型灯塔结构。另外，需要一种灯塔坚固、容易构造的灯塔结构。

这些困难通过根据本发明构造的激光发射器和用于这种发射器的灯塔克服。该激光发射器例如通过使激光束绕着大体垂直于该光束的轴线旋转而在参考面内投射激光束。该发射器包括用于至少部分包围激光束源的灯塔。允许激光束通过其射出的灯塔包括多个透明面板。

所述面板可以通过外围结构中的由弹性材料制成的面板支承件保持在适当位置上，使得它们环绕激光束源。各透明面板都可为具有上下平行边的梯形形状，其上边短于下边。各透明面板可为具有左右不平行边的等腰梯形形状。左右不平行边可为倾斜的。

由弹性材料制成的面板支承件接合所述多个透明面板，并在外围结构中支撑这些面板，使得它们环绕激光束源。面板支承件可限定形成有用于接收透明面板的多个开口。所述多个透明面板可包括四个面板，每个都大体为梯形形状，并且所述多个开口可包括四个梯形开口。优选地，各面板具有等腰梯形形状和基本上平行的上下边。所述上边可以短于下边，并且所述面板还具有不平行的左右倾斜边。所述面板支承件可限定形成有沿四个梯形开口中每个开口的至少部分边缘的保持槽。所述面板接收进这些槽中，并保持在面板支承件中的适当位置。

因此，本发明的目的是提供一种改进的更坚固的激光发射器灯塔结构。从下面的说明、附图和所附权利要求可清楚了解本发明的其它目的和优点。

附图说明

图1为根据本发明构造的激光发射器的一部分的侧视图，其中各部分被断开而以截面示出内部结构；

图2为根据本发明的灯塔面板支承件的侧视图；

图3为图2的灯塔面板支承件沿图2中线3-3的截面图；

图4为图2的灯塔面板支承件的俯视平面图；

图5为图4的灯塔面板支承件大体沿图4中线4-4的截面图；

图6为在图2的灯塔中使用的透明面板的正视图；

图7为在图2的灯塔中使用的透明面板的后视图；

图8为在图2的灯塔中使用的透明面板的俯视图；以及

图9为具有反向灯塔的发射器第二实施例的侧视图，其中各部分断开以示出内部结构。

具体实施方式

本发明涉及改进的激光发射器和在这种发射器中使用的改进的灯塔。参考附图中的图1，示出了根据本发明构造用于在参考面中发射激光束12的激光发射器10。发射器10包括壳体14、位于壳体14中用于产生激光束12的激光器16、以及安装成用于从激光器16接收激光束12’并将激光束从壳体在参考面中向外偏转为激光束12的光束变向组件18。激光器16可以是任意激光束源，例如具有适当光学器件氦氖气体激光器，以产生处于光谱红波段中的低功率准直输出光束。光束变向组件18优选为将光束12’垂直变向为光束12的五棱镜组件。众所周知，五棱镜组件具有精确排列的一对反射表面(未示出)，以将光束从垂直轴线改向为与其垂直的方向。

发射器10具有包括电动机(未示出)的布置，用于使光束变向组件18绕着垂直轴线旋转。当组件18旋转时，光束12绕着垂直轴线旋转，并扫过水平参考面。

灯塔20置于光束变向组件18上。灯塔20安装在壳体14上以允许激光束12从其传输穿过，同时与灯塔盖22一起密封壳体14。灯塔盖22由灯塔20转角处在壳体与灯塔盖之间延伸的杆24支撑在灯塔20上。灯塔20包括多个绕着光束变向组件18周向布置的透明面板26和用于将透明面板26保持在适当位置的由弹性材料制成的面板支承件28。

图6-8中示出了透明面板26中的一个。优选由光学级玻璃制成的面板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，使得进入面板26的光束12经历的所有折射都偏移相同的量，并且当其从面板26离开时，光束12经历的折射基本上相反。如图6和7中所示，各透明面板26都制成分别具有平行的上边34和下边36的等腰梯形的形状。上边34短于下边36。各透明面板26还分别具有不平行的左斜边38和右斜边40。应当理解，因为灯塔20中透明面板并不垂直安置，而是稍向后倾斜，如图1中所示，所以上边34短于下边36。但是，如果需要，灯塔20可具有其中面板下边长于其上边的稍稍反向倾斜的透明面板。图9中示出了这种灯塔结构，其中相应于图1中的结构给出相同的附图标记。

灯塔面板支承件28由弹性材料制成，其将透明面板26保持在灯塔中适当的位置上。如图2-5中所示，面板支承件28确定了接收透明面板26的多个梯形开口42。面板支承件28还确定了沿着各梯形开口的边缘的保持槽44、46、48和50。面板26接收在这些槽中并保持在适当的位置上。

因为开口42及周围的槽与面板26的尺寸相同，所以通过使面板支承件28稍微地拉伸和变形，暂时地扩大开口42，将各面板插入支承件28中相应的开口内。然后面板支承件28恢复其未变形形状，并与面板的外围牢固可靠地接合，同时绕面板外围形成密封。应当注意，在面板安装在灯塔面板支承件28中的开口42内之后，弹性支承件28位于壳体14之上，使得其下边接收在匹配的座52中(图1)。然后，灯塔20的密封由灯塔盖22和接合并密封支承件28顶边的匹配的座54完成。

由弹性材料制成的面板支承件28在外围的结构中支撑四个透明面板26，使得它们环绕激光束源16。面板支承件的开口42倾斜，在56处变窄，以使当光束12扫过各开口42的边缘时，光束12被阻挡的量最小。注意，在槽48和50的顶部和底部，在不影响光束12的点处，支承件28确定了肩部58，该肩部58增加了额外的支撑以支撑面板26的侧边38和40。

本发明的灯塔具有许多优点。首先，它极其坚固。如果发射器不经意地遭受了撞击，例如跌落产生的撞击，由弹性材料制成的支承件28缓冲了对面板的冲击。这使得其比在灯塔转角具有玻璃与玻璃接触的灯塔更不容易损坏面板。另外，如果在发射器工作期间面板损坏了，无需在很长时间内使发射器无法工作来进行修理。置换透明面板无需粘合剂，能够相对方便地完成置换。

尽管为了示意本发明的目的示出了一些典型实施例和细节，但是在不脱离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下，本文公开的各种商业形式的变化对于本领域的普通技术人员来讲是显而易见的。

概言之，激光发射器发射激光束，并将该光束绕着大体垂直于光束的轴线旋转。所述发射器包括激光束源和灯塔。所述灯塔至少部分地包围激光束源，同时允许激光束通过其射出。所述灯塔包括多个透明面板和由弹性材料制成的面板支承件。所述面板支承件与所述多个透明面板接合，并在外围结构中支撑这些面板，使得它们环绕所述激光束源。

具体地，所述灯塔包围产生偏转光束的可旋转光速变向组件。所述激光发射器包括所述灯塔和所述光束变向组件，这两者都是还包括激光器、壳体和用于旋转所述光束变向组件的装置的设备的一部分。

Claims (22)

1.一种用于发射激光束(12)以确定参考面的激光发射器，包括：

-激光束源(18)，以及

-灯塔(20)，用于至少部分地包围所述激光束源(18)，同时允许所述激光束(12)通过其射出，所述灯塔(20)包括多个透明面板(26)以及用于接合所述多个透明面板(26)并支撑所述面板(26)的由弹性材料制成的面板支承件(28)。

2.如权利要求1所述的激光发射器，其中所述激光发射器适于使所述光束绕着大体垂直于所述光束的轴线旋转。

3.如权利要求1或2所述的激光发射器，其中所述由弹性材料制成的面板支承件(28)在外围结构中接合并支撑所述多个透明面板(26)，使得它们环绕所述激光束源(18)，并且其中各个所述透明面板(26)具有梯形形状且具有平行的上边和下边(34，36)，且所述上边(34)短于所述下边(36)。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的激光发射器，其中各个所述透明面板(26)都具有等腰梯形形状且具有不平行的右边和左边(38，40)，并且其中所述不平行的右边和左边(38，40)是倾斜的。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的激光发射器，其中所述由弹性材料制成的面板支承件(28)在外围结构中接合并支撑所述多个透明面板(26)，使得它们环绕所述激光束源(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)的多个开口(42)、以及沿着所述开口(42)的至少部分边缘的用于接收所述面板(26)并将其保持在适当位置的保持槽(44，46，48，50)。

6.如权利要求1或2所述的激光发射器，其中所述由弹性材料制成的面板支承件(28)在外围结构中接合并支撑所述多个透明面板(26)，使得它们环绕所述激光束源(18)，所述面板支承件(28)限定形成有四个梯形开口，并且其中所述多个透明面板(26)包括大体为梯形形状的四个面板。

7.如权利要求1、2或6所述的激光发射器，其中所述由弹性材料制成的面板支承件(28)在外围结构中接合并支撑所述多个透明面板(26)，使得它们环绕所述激光束源(18)，并且其中各个所述面板都具有等腰梯形的形状并具有基本上平行的上边和下边(34，36)，所述上边(34)长于所述下边(36)，所述面板还具有不平行的右倾斜边和左倾斜边(38，40)。

8.如权利要求5至7中任意一项所述的激光发射器，其中所述面板支承件(28)限定形成沿着所述四个梯形开口(42)中至少部分边缘的保持槽(44，46，48，50)，从而所述面板(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)中的适当位置。

9.一种用于在参考面内发射激光束(12)的装置(10)，所述装置(10)包括：

-壳体(14)；

-在所述壳体(14)中用于产生激光束(12’)的激光器(16)；

-安装成用于接收所述激光束(12’)并将所述激光束(12)在所述参考面内从所述壳体向外偏转的光束变向组件(18)；以及

-位于所述光束变向组件(18)上方并安装在所述壳体(14)上以允许所述激光束(12)从其射出的灯塔(20)，所述灯塔(20)包括绕所述光束变向组件(18)周向布置的多个透明面板(26)、以及用于支撑所述透明面板(26)的由弹性材料制成的面板支承件(28)。

10.如权利要求9所述的装置，还包括用于旋转所述光束变向组件(28)从而使所述光束(12)在参考面内旋转的装置。

11.如权利要求9或10所述的装置，其中各个所述透明面板(26)都大体制成具有平行的上边和下边(34，36)的等腰梯形形状，并且其中所述上边(34)短于所述下边(36)。

12.如权利要求9至11中任意一项所述的装置，其中各个所述透明面板(26)都具有不平行的右倾斜边和左倾斜边。

13.如权利要求9至12中任意一项所述的装置，其中所述由弹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)的多个开口。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述面板支承件(28)限定形成有沿着各个所述开口(42)的至少部分边缘的保持槽(44，46，48，50)，从而将所述面板(26)接收到所述槽(44，46，48，50)中并保持在所述面板支承件(28)中的适当位置。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述面板支承件(28)的各个所述开口(42)的大体垂直的内边是倾斜的，以使当光束(12)扫过各个所述开口(42)的所述边时，所述光束(12)被阻挡的量最小。

16.如权利要求9至15中任意一项所述的装置，还包括由所述壳体(14)支撑在所述灯塔(20)上并覆盖所述灯塔(20)的灯塔盖(22)。

17.一种灯塔(20)，用于至少部分地包围激光束源(18)同时允许由所述激光束源(8)产生的光束(12)通过其射出，所述灯塔包括：

-多个透明面板(26)，以及

-由弹性材料制成的面板支承件(28)，用于接合所述多个透明面板(26)，并在外围结构中支撑所述面板(26)使得它们环绕所述激光束源(18)。

18.如权利要求17所述的灯塔，其中各个所述透明面板(26)都呈具有平行的上边和下边(34，36)的等腰梯形形状。

19.如权利要求17或18所述的灯塔，其中所述透明面板(26)不平行的右边和左边(38，40)是倾斜的。

20.如权利要求17至19中任意一项所述的灯塔，其中用于接合所述多个透明面板(26)并在外围结构中支撑所述面板(26)使得它们环绕所述激光束源(18)的所述由弹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)的多个开口(42)。

21.如权利要求17至20中任意一项所述的灯塔，其中各个所述透明面板大体制成具有平行的上边和下边(34，36)的等腰梯形形状，并且其中所述由弹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)的多个开口、以及沿着所述开口(42)的边缘用于将所述面板(26)保持在适当位置的保持槽(44，46，48，50)。

22.如权利要求20或21所述的灯塔，其中所述面板支承件(28)的所述开口(42)的是倾斜的，以使当光束(12)扫过所述开口(42)的边缘时，所述光束(12)被阻挡的量最小。

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