CN112639401A - 具有改进的激光图案投影的激光标线仪 - Google Patents

Abstract

一种激光标线仪(1)包括：激光源(2)，其配置成发射激光束；和数字式激光束投影系统，其传输从激光源(2)发射的激光束并将激光束转化成将被投射至目标表面的投影图案；其中数字式激光束投影系统包括像素板(6)，其布置成接收从激光源(2)发射的激光束并且包括像素单元，这些像素单元被选择性地激活以便反射或透射激光束，反射的或透射的激光束与期望的投影图案相符，以形成图案化激光束。

Description

具有改进的激光图案投影的激光标线仪

技术领域

本申请涉及一种激光标线仪，用于在目标表面上产生期望的激光图案。

背景技术

激光标线仪或标线工具常被用于建筑和装修领域。传统的激光标线仪包括至少一个激光束发射器，用于发射激光束，激光束被投射到目标表面上，以形成预定的图案，该图案可被用作基准，以便于建造或改造中的作业。

传统激光标线仪仅能在目标表面上投射有限的图案，例如点、直激光线或十字交叉。然而，有时希望在目标表面上投射一些其它图案，通常为更复杂的图案。例如，可能希望投射曲线，圆，网格，由直线和曲线组成的图案，等等，使得操作者能够更方便地在对象上作业。这在传统激光标线仪尚不能或难以实现。另外，传统激光标线仪仅能输出由制造商预先存储的图案。使用者不能根据实际应用条件定制标线仪输出。

此外，传统激光标线仪投射在目标表面上的图案是固定的。这就是说，一旦激光标线仪的位置和定向被固定，投射在目标表面上的图案也就固定了。如果操作者希望改变当前的图案，例如，将图案偏移，操作者必须再次操控激光标线仪，这是不方便的。

因此，非常期望的提供一种激光标线仪，其能够以更灵活的方式输出更多的激光图案。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种激光标线仪，其能够产生多样化的激光图案，以方便操作者的操作。

为了实现这一目的，在一个方面，本申请提供了一种激光标线仪，其包括：激光源，其配置成发射激光束；以及数字式激光束投影系统，其传输从激光源发射的激光束并将激光束转化成将被投射至目标表面的投影图案；其中数字式激光束投影系统包括像素板，其布置成接收从激光源发射的激光束并且包括像素单元，这些像素单元被选择性地激活以便反射或透射激光束，反射的或透射的激光束与期望的投影图案相符，以形成图案化激光束。

根据一种可行实施方式，数字式激光束投影系统为LCOS型投影系统，其像素板包括LCOS型反射板。

根据一种可行实施方式，数字式激光束投影系统为DLP型投影系统，其像素板包括DMD反射板。

根据一种可行实施方式，数字式激光束投影系统为LBS型投影系统，其像素板包括两个移动式反射镜，以便通过自聚焦产生投影图案。

根据一种可行实施方式，数字式激光束投影系统还包括透镜，其配置成接收图案化激光束并将激光束以放大比例投射到目标表面。

根据一种可行实施方式，激光标线仪还包括电路板，其包括控制单元，该控制单元配置成控制激光源和数字式激光束投影系统的操作。

根据一种可行实施方式，电路板还包括存储器，投影图案被存储在存储器中。

根据一种可行实施方式，激光标线仪还包括使用者界面，使用者设计的投影图案能够通过使用者界面输入进激光标线仪；使用者界面可以是激光标线仪上的物理界面，也可以是与智能设备通信的无线界面。

根据一种可行实施方式，激光标线仪还包括屏幕，其配置成能够显示与图案化激光束相符的投影图案；屏幕可以进一步构造成使用者界面。

根据一种可行实施方式，数字式激光束投影系统还包括布置在激光源和像素板之间的激光束整形和放大光学器件。

根据一种可行实施方式，像素板为反射型液晶板，其面向基本上垂直于激光源光轴的方向，并且数字式激光束投影系统还包括激光束分束器，其在被像素板面对的位置布置在激光源的光轴中。

根据一种可行实施方式，像素板为透射型液晶板，其布置在激光源的光轴中，面向基本上平行于激光源光轴的方向。

根据一种可行实施方式，每个像素单元的反射率或透射率是由控制单元可调的。

根据一种可行实施方式，通过调节相应的像素单元的反射率或透射率的，投影图案是可变的。

根据一种可行实施方式，整个投影图案或投影图案的一个或多个部分的亮度能够通过调节所述反射率或透射率而设置或调节。

根据一种可行实施方式，通过调节所述反射率或透射率，投影图案能够被移动或旋转。

根据一种可行实施方式，通过调节所述反射率或透射率，整个投影图案或投影图案的一个或多个部分能够闪烁。

根据一种可行实施方式，通过调节所述反射率或透射率，投影图案的一个或一些局部部分能够被设置或调节成与其它局部部分不同。

根据一种可行实施方式，通过控制单元，透镜的投射性能是可调的。

根据一种可行实施方式，通过控制单元，能够调节透镜的投影角度、放大率和/或聚焦深度。

根据一种可行实施方式，激光标线仪具有无焦点投影模式，该无焦点投影模式是通过调节透镜的聚焦深度实现的。

根据一种可行实施方式，激光标线仪还包括自校平机构，用于将激光标线仪设置在自校平定向。

根据一种可行实施方式，激光标线仪还包括校平反馈装置，用于检测激光标线仪的定向，并且控制单元能够通过将投影图案绕一条或多条轴向旋转而执行投影图案的定向的补偿。

根据一种可行实施方式，像素单元的尺寸和间距被确定为能够实现期望的图案精度。

根据本申请，激光标线仪能够产生多样化的激光图案，因而使用者能够根据实际作业条件选择将被透射的激光图案。此外，使用者能够在操作之前或之中对激光图案进行处理。例如，使用者能够在操作之前输入、编辑和选择激光图案，并且在操作中更换或修改当前激光图案。因此，本申请的激光标线仪显著方便了操作。

本申请的其它优点和方面将在下面的详细描述中体现。

附图说明

通过参看附图阅读下面的详细描述，本申请将会被更充分地理解，在附图中：

图1是根据本申请第一实施方式的激光标线仪的示意图；

图2是根据本申请第二实施方式的激光标线仪的示意图；

图3是图2中的激光标线仪的改型的示意图；以及

图4至图6是示出本申请的激光标线仪能够投影的一些示例性激光图案的示意图。

具体实施方式

下面参照附图描述根据本申请的可行实施方式的激光标线仪。

如显示于图1，根据本申请第一实施方式的激光标线仪1包括激光源2，其能够发射激光束。激光束可以具有预定的颜色，例如，通常使用的绿色或红色，或其它颜色，或不同颜色的组合。

激光标线仪1还包括数字式激光束投影系统，其传输从激光源2发射的激光束，并将激光束转化成将被投射至目标表面的投影图案。下面描述该数字式激光束投影系统。

在从激光源2发射的激光束的第一光轴上，布置着激光束整形和放大光学器件。在图1中，激光束整形光学器件3和激光束放大光学器件4被显示，作为激光束整形和放大光学器件的例子，而作为所示光学器件的替代或附加，其它类型或配置的光学器件也能在此使用。激光束整形和放大光学器件将从激光源2发射的激光束整形并放大，以输出放大的激光束，放大的激光束包含平行的激光线。

激光束分束器5放大的激光束布置在第一光轴中面对着。激光束分束器5配置成沿第二光轴反射放大的激光束的大部分，几乎为全部，第二光轴基本上垂直于第一光轴。反射型像素板6面对着从激光束分束器5反射的激光束布置在第二光轴中。

根据一种可行实施方式，数字式激光束投影系统为LCOS(硅基液晶)型投影系统，其中反射型像素板6为通过LCOS工艺制成的反射型液晶板。

激光源2和反射型像素板6由电路板7的控制单元控制。反射型像素板6包括像素单元的阵列，暴露于从激光束分束器5反射的激光束。每个像素单元具的反射率由控制单元控制。例如，像素单元的反射率通过施加在其上的电压控制。

屏幕8连接着电路板7并且暴露在激光标线仪1的外侧，从而能够被使用者看见。屏幕8可以也可以构造成人机交互界面(HMI)，例如，触控屏，使得使用者能够通过它输入指令。

通过选择性地激活反射型像素板6的一个或一些像素单元，在横截面中与期望的图案相符的激光束被反射型像素板6沿着第二光轴反射。期望的图案可以被同时显示在屏幕8上。

从反射型像素板6反射的这种图案化激光束传输到激光束分束器5中。激光束分束器5配置成使得沿第二光轴入射的激光束的大部分，几乎为全部，从中透射通过。

透镜9面对着透射通过激光束分束器5的激光束布置在第二光轴中。透镜9的光轴基本上与第二光轴重合。

图案化激光束被透镜9放大，然后从激光标线仪1投射出来，从而将被透射到目标表面10、例如墙壁上。激光束在限定的投影区域11投射到墙壁上，并且在投影区域11中产生投影图案12。可以理解，尽管投影区域11被显示为小于目标表面10，但投影区域11也可以在一个或两个维度上大于目标表面10。

透镜9可以是可变透镜，其由控制单元控制，使得透镜9的投射性能，包括投影角度，放大率，聚焦深度，等等，是可调的，因而投影区域11的尺寸和/或高宽比是可调的。

电路板7包括存储器，多样化的投影图案能够存储在其中。投影图案可以包括激光标线仪1的制造商预先设计的图案，还可包括激光标线仪1的使用者输入的图案。使用者可以通过激光标线仪1的HMI输入指令和设计的投影图案，例如通过集成于屏幕8或单独配备的HMI，或通过无线方式输入，例如，使用智能设备(诸如智能手机)，该智能设备能与激光标线仪1通信并且安装有相应的APP。

当使用激光标线仪1时，使用者能够选择将被透射的期望投影图案，然后指令激光标线仪1投射投影图案。在作业中，如果使用者希望将投影图案更改成另一图案，或希望修改投影图案，使用者可以向激光标线仪1输入指令。激光标线仪1则可以通过控制单元修改图案的尺寸、位置、定向、高宽比、聚焦深度等等。另外，通过控制单元改变相应像素单元的的反射率，能够修改投影图案的亮度。投影图案的亮度能够根据环境照明条件确定，并且，通过控制投影图案的亮度，可提供眼睛保护功能。

另外，整个投影图案或投影图案的一个或多个部分能够在某时段内或整个作业期间闪烁。

另外，投影图案的一个或一些局部部分可以被设置或调节成与其它局部部分不同。例如，投影图案的一个或一些局部部分可以更亮，放大比例更大，颜色更深，等等，或者可以具有不同的颜色(如果一种以上的颜色能够输出的话)、闪烁速度、或呈现形式(例如，由不同类型的线、阴影、符号等呈现)。

另外，不同的图案，或图案的不同部分，可以交替地投射。

图2示出了根据本申请第二实施方式的激光标线仪1，其主要包括激光源2，激光源2限定第一光轴并且配置成发射激光束。激光标线仪1还包括激光束整形和放大光学器件(图中以激光束整形光学器件3和激光束放大光学器件4表示)，透射型像素板6和透镜9，二者依次沿第一光轴布置，面对着从激光源2发射的激光束。透镜9的光轴基本上与第一光轴重合。激光标线仪1还包括电路板7和可选的屏幕8。

透射型像素板6由电路板7的控制单元控制。透射型像素板6包括像素单元的阵列，暴露于从激光源2发射、然后由激光束整形和放大光学器件整形和放大的激光束。每个像素单元的透射率由控制单元控制。例如，像素单元的透射率通过施加于其上的电压控制。

第二实施方式中的激光源2、激光束整形和放大光学器件、电路板7、屏幕8和透镜9与第一实施方式中的那些类似，因而不再详细描述。

根据第二实施方式，当激光标线仪1被操作时，控制单元控制各像素单元的透射率，使得与期望的投影图案相符的激光束透射通过透射型像素板6。然后，图案化激光束透射通过透镜9而被透射到目标表面上。第二实施方式的激光标线仪1的功能与第一实施方式类似，因而不再详细描述。

图3示出了第二实施方式的激光标线仪1的一种改型，其不同于第二实施方式的激光标线仪1之处在于，反射器13沿第一光轴布置在透射型像素板6下游。反射器13限定垂直于第一光轴的第二光轴，透镜9沿第二光轴布置在反射器13的下游。透镜9的光轴基本上与第二光轴重合。这个改型的其它方面与第二实施方式类似，因而不再详细描述。图3中的改型与第一和第二实施方式的功能类似。

根据另一可行实施方式，激光标线仪1的数字式激光束投影系统为DLP(数字式激光投影)型投影系统，其包括DMD(数字式微型镜器件)反射板，以替代图1所示第一实施方式中的像素板6。

根据另一可行实施方式，激光标线仪1的数字式激光束投影系统为LBS(激光束扫描)型投影系统，其包括在激光束的光路中布置的两个移动式反射镜，以替代图1所示第一实施方式中的像素板6。通过两个移动式反射镜，投影图案能够以自聚焦的方式产生，以实现更高的光强。

根据本申请的原理，激光标线仪1的各种其它结构也能构造出来。

作为传统激光图案(诸如点、直线和十字交叉)的附加，多样化的激光图案可由激光标线仪1投射。例如，如图4中示意性显示，倾斜的直线，曲线，圆，箭头，文字，符号，复合图形，等等，可由激光标线仪1产生并投射到目标表面10上。作为另一个例子，如图5中示意性显示，水平线和竖直线的网格能够由激光标线仪1产生并投射到目标表面10上。

此外，由于激光的发散性，激光标线仪1投射的激光的聚焦深度可被设置成非常大，以提供“无焦点”投影，当目标表面不是平面时(例如，为曲面，内凹或外凸表面，两个墙之间的角部，等等)，“无焦点”投影是有利的。

作为例子，在图6所示的情况下，目标表面由两个墙14组成和15，通过设置“无焦点”投影模式，清晰的图案能够投射在这两个墙上。

此外，激光标线仪1能够与校平机构(例如自动或手动平台)一起使用，使得激光标线仪1的高度和定向能够调节。

另外，激光标线仪1可以具有自校平功能，例如，通过使用铅锤装置，使得激光标线仪1投射的图案处于正确的定向。例如，激光标线仪1透射的水平线位于真实水平定向。

作为备选方案，激光标线仪1可以包括校平反馈装置(诸如MEMS器件)，使得激光标线仪1的定向能够被检测。控制单元能够将投影图案绕一条或多条轴线自动旋转，而对投影图案的定向执行补偿，使得图案处在正确的定向。

此外，通过设计像素板6，例如，通过确定像素尺寸和间距，能够实现期望的图案精度。

在确定像素尺寸和间距时，一些因素需要考虑。例如，一个重要因素是像素板6的尺寸。另一因素是图案线宽与投射距离的关系(例如，即使是长距离投影时，线宽也不能太大)。还有一个因素是投影图案与像素板6发热的关系(例如，亮度不能太高以致引起像素板6的过高温度)。

可以理解，在本申请的各种实施方式中，像素板6可以集成于电路板7。可选的屏幕9也可以集成于电路板7。

可以看到，根据本申请的激光标线仪能够产生多样化的激光图案，因而使用者能够根据实际作业条件选择将被透射的激光图案。此外，使用者能够在作业之前或之中对激光图案进行处理。例如，使用者能够在操作前输入、编辑和选择激光图案，并且在操作中更换或修改当前激光图案。投射在目标表面上的激光图案可被用作各种建筑或装修操作的基准，例如，用于切割，贴墙砖，测量角度和长度，等等。通过这种方式，本申请的激光标线仪及大地方便了各种作业。

虽然这里参考具体的示例性实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (19)

1.一种激光标线仪，包括：

激光源(2)，其配置成发射激光束；以及

数字式激光束投影系统，其传输从激光源发射的激光束并将激光束转化成将被投射至目标表面的投影图案；

其中数字式激光束投影系统包括像素板(6)，该像素板布置成接收从激光源发射的激光束并且包括像素单元，这些像素单元被选择性地激活以便反射或透射激光束，反射的或透射的激光束与期望的投影图案相符，以形成图案化激光束。

2.如权利要求1所述的激光标线仪，其中数字式激光束投影系统为LCOS型投影系统，其像素板包括LCOS型反射板。

3.如权利要求1所述的激光标线仪，其中数字式激光束投影系统为DLP型投影系统，其像素板包括DMD反射板。

4.如权利要求1所述的激光标线仪，其中数字式激光束投影系统为LBS型投影系统，其像素板包括两个移动式反射镜，以便通过自聚焦产生投影图案。

5.如权利要求1至4中任一项所述的激光标线仪，其中数字式激光束投影系统还包括透镜(9)，其配置成接收图案化激光束并将激光束以放大比例投射到目标表面。

6.如权利要求1至5中任一项所述的激光标线仪，还包括电路板(7)，其包括控制单元，该控制单元配置成控制激光源(2)和数字式激光束投影系统的操作。

7.如权利要求6所述的激光标线仪，其中电路板(7)还包括存储器，投影图案被存储在存储器中。

8.如权利要求1至7中任一项所述的激光标线仪，还包括使用者界面，使用者设计的投影图案能够通过使用者界面输入进激光标线仪；

使用者界面既可以是激光标线仪上的物理界面，也可以是与智能设备通信的无线界面。

9.如权利要求1至8中任一项所述的激光标线仪，还包括屏幕(8)，其配置成能够显示与图案化激光束相符的投影图案；

屏幕(8)可以进一步构造成使用者界面。

10.如权利要求1至9中任一项所述的激光标线仪，其中数字式激光束投影系统还包括布置在激光源(2)和像素板(6)之间的激光束整形和放大光学器件。

11.如权利要求10所述的激光标线仪，其中像素板(6)为反射型液晶板，其面向基本上垂直于激光源(2)光轴的方向，并且数字式激光束投影系统还包括激光束分束器(5)，其在被像素板(6)面对的位置布置在激光源(2)的光轴中。

12.如权利要求10所述的激光标线仪，其中像素板(6)为透射型液晶板，其布置在激光源(2)的光轴中，面向基本上平行于激光源(2)光轴的方向。

13.如权利要求6所述的激光标线仪，其中每个像素单元的反射率或透射率是由控制单元可调的。

14.如权利要求13所述的激光标线仪，其中通过调节相应的像素单元的反射率或透射率的，投影图案是可变的；

例如，整个投影图案或投影图案的一个或多个部分的亮度能够通过调节所述反射率或透射率而设置或调节；和/或

通过调节所述反射率或透射率，投影图案能够被移动或旋转；和/或

通过调节所述反射率或透射率，整个投影图案或投影图案的一个或多个部分能够闪烁；和/或

通过调节所述反射率或透射率，投影图案的一个或一些局部部分能够被设置或调节成与其它局部部分不同。

15.如权利要求6所述的激光标线仪，其中通过控制单元，透镜(9)的投射性能是可调的；

例如，通过控制单元，能够调节透镜(9)的投影角度、放大率和/或聚焦深度。

16.如权利要求15所述的激光标线仪，其中激光标线仪具有无焦点投影模式，该无焦点投影模式是通过调节透镜(9)的聚焦深度实现的。

17.如权利要求1至16中任一项所述的激光标线仪，还包括自校平机构，用于将激光标线仪设置在自校平定向。

18.如权利要求6所述的激光标线仪，还包括校平反馈装置，用于检测激光标线仪的定向，并且控制单元能够通过将投影图案绕一条或多条轴向旋转而执行投影图案的定向的补偿。

19.如权利要求1至18中任一项所述的激光标线仪，其中像素单元的尺寸和间距被确定为能够实现期望的图案精度。

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