CN1479079A - 产生两个相互垂直的雷射光平面的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能产生两个相互垂直的雷射光平面的装置。它包括：至少一个笔直光束的雷射模块：它包含一雷射二极体及聚焦光学系统；雷射二极发出的发散光为聚焦光学所聚焦形成光束；至少一个光学偏转器：用以将射向它的光束偏转并分成二道垂直关系之光束；至少二个光束扩张器：用以将光束扩张射出为光平面。本发明结构精简、功耗小、可同时产生相互垂直的二个光学平面的光学系统，利用光学系统，本发明既可产生水光幅，又可同步产生垂直光幅的雷射光学参考光学平面发生仪。

Description

产生两个相互垂直的雷射光平面的装置

[技术领域]

本发明涉及一种能产生两个相互垂直的雷射光平面的装置。

[背景技术]

在建筑、室内装修等工程的施工中，需要一个或一组参考面用以作为测量、测定的基准。而在工程的现场，这些基准参考面应该是确定的、可见的，通常，最常用的基准是水平面或垂直面。

半导体激光器由于较小的尺寸、很高的亮度、低廉的价格，是常用于指示基准线和基准面的工具。

目前的雷射扫描仪仅能产生一个光学水平面，或以外加机构辅助操作，形成垂直面作为垂直度量基准，这是不方便的。

有关一般之雷射仪，传统者利用一空心之空心马达，轴心里部装设有激光束发生器，马达整体由一水平云台作重力垂挂辅助而架设于机台，在光束输出端经由一偏转棱镜，使投出之光束转折成横向，得是经由马达带动该偏转棱镜，即扫描出一水平之光学平面光幅，该等设计之应用仅能提供水平面之光幅形成，且由于其马达为离心高速马达，耗电量高，而且本体硕重，更且构建复杂，一般皆应用于建筑工地地基开挖时的基地基础建构，和楼层桁架架构时所应用。另应用于室内居家之装潢现场，由于空间及精准度要求不是很高的情况下，得有应用简易式雷射光学仪，其主要系由两组构成垂直关系之雷射发生器，各别投射出笔直之光束，藉由该光束作为水平及垂直线的测量参考依据，基本上无法形成平面光幅，得是新近设计利用一载台载动前述之雷射发生器，使其笔直之光束可达到全方位的扫描形成光幅，但也只形成水平的光幅，垂直向者则必须再利用其它的辅助机构支撑带转其光束进行垂直面的扫描，也就是其光幅的形成只能单一性的水平或是选择成垂直状的光幅扫描，无法同时并行，而且相同存在有偏移精准度及携带不便性以及结构复杂等缺点。

有相关雷射水平仪等诸多前案设计，概利用马达驱动光学偏移棱镜，整体系受云台式支撑座所浮载，以确实获得水平角位，唯诸前案设计有笨重及菜单现未臻完善，造成使用上不够轻巧利便。

[发明内容]

本发明包括：至少一个笔直光束的雷射模块：它包含一雷射二极体及聚焦光学系统；雷射二极发出的发散光为聚焦光学所聚焦形成光束；至少一个光学偏转器：用以将射向它的光束偏转并分成二道垂直关系之光束；至少二个光束扩张器：用以将光束扩张射出为光平面。

本发明使用一雷射模块，对上述水平及垂直的两组模块改变、简化。为叙述方便，将空心马达及锥形光束反射锥体称为光束扩展器。将两上模块以垂直关系放置，分别沿其旋转对称轴射入细光束就会产生两个相互垂直的光学平面。

为了以下描述方便我们任意将这两个模块分别称为水平的第一和垂直的第二光束扩展器；它们所产生的光学平面分别称为第一和第二光学平面(光幅)。由于本发明所确定的仪器将同时产生两个相互垂直的光学平面，从雷射模块来的细光束将至少通过一个光学偏转器偏转提供另一光束到垂直的扩展器方向。

这里的光学偏转器可以是一个和入射光成45°的平面反射镜，或是直角棱镜，利用其反射面使投出之光束与入射光束呈90°角。

该分光方法虽然简单，但是两束光难以高精度准确而稳定地保持在垂直状态，为了克服这个问题，通常使用两个反射面。它的工作原理是基于这样一个事实：当光线被两个反射面连续作两次反射后，其出射光与入射光之间的夹角为此两反射面之夹角的两倍，而且与入射光本身的入射角度无关。这时，光线偏转的误差仅取决于它们之间的夹角偏差。当这反射面之间的夹角为45°时，这两束光将有效相互垂直。

通过一整块导光材质，我们将上述两个反射面做成一体，就形成了更为稳定的的五角棱镜。这种偏转器有四个光学表面：两个折射面相互垂直而两个反射面成45°，光束经两次折射、两次反射作用后的光束与原入射光束当能有效呈垂直。

本发明光学偏转器的应用，放射端亦可是同时产生两束相互垂直的分光光学组件，这种分光光学组件可以是和入射光成45°的半反射镀膜的平面平行透明平板，这样，入射光的一部分，如50％被反射到与入射垂直的方向上，而另余下部分，如50％则沿入射方向穿过该膜，形成直向光束。

上述分光光学组件可以是立方棱镜：它为两个直角棱镜沿其斜面胶合而成，其中至少一个斜面镀有半反膜。这样，入射光的部分，如50％被反射到与入射垂直的方向上，而余下50％则沿入射方向同轴穿透该棱镜。

但是由于将该镀膜平行平板厚度的影响，两束光之间将有一平行平移。为了消除两光之间的位置偏差，引入一补偿平面平行透明平板，由它的厚度所引起的光线之间的位移来抵消上述分光镜带来的位移。

同样，为了两束光难以高精度准确而稳定地保持在垂直状态，在本发明应用的分光光学组件亦可用两片夹角为45°的平面平行透明平板，其中面对从光源入射光的平面平行透明平板镀有半反膜，而另一平面镀有反射膜。入射光首先射向镀有半反膜的平行透明平板，其一部分如50％，沿入射方向穿过该平行透明平板沿原方向行进，余下50％，则被它反射到镀反射膜的平行平板上，经两次连续的反射形成与入射光垂直的光束。

在五角棱中，为了使部分光线沿原方向穿过该棱镜，其中正对从雷射模块来的光反射面改镀半反膜。从它反射的光被随后的反射面再次反射成与原光束垂直的光束，而透过半反膜的光因折射而偏离原入射方向，为了保持原方向不变，在镀以分光膜的平面固定一光楔，光楔的角度被选择，使得这部分光束透过该光楔后形成一光束，与原射向五角棱镜的光束在同一直线上。

利用两组光束扩展器及光学偏转器就可以建立起自动或手动的水平仪。

得是本发明特别针对水平及垂直基准，经偏转器或半反射方式，获得二角向垂直关系光束，再藉各别光扩展方式，而同步获得水平面参考光幅和垂直面参考光幅为其主要目的。

本发明再一目的为垂直状态光幅之扩展器，可依据指向地心的垂直轴线为中心而绕转，藉以联动垂直面之光幅，可在环状任一角位照向环境周围任一位置。

本发明再二目的为在相关之光学偏转器所射反射面，为了同步形成二道垂直关系之光束，可采半反射镀膜方式，提供光束部分折射及部分直接穿透，藉以同步获得直角关系之二道激光束。

本发明第三目的为该光扩展器之实施，可采由马达带动光束进行扫描形成一光学平面，或利用圆锥形反射锥体，以直角关系扩展出光学平面。

本发明实施表现之优点有：

1、结构精简、功耗小、可同时产生相互垂直的二个光学平面的光学系统。

2、发明简单可靠的可产生一个光学平面(光幅)，以及另一个与之垂直且方向可变化的光学平面的光学系统；

3、于利用光学系统，发明全新既可产生水光幅，又可同步产生垂直光幅的雷射光学参考光学平面发生仪。

在本发明的第一个实施中，将雷射模块发出的细光束首先射向第一光束扩展器。第一光束扩展器一部分入射光扩展为第一光学平面，而另一部分将穿过此扩展器保持原方向射向光学偏转器，并由该偏转器偏转90°射向第二光束扩展器形成与第一光学平面垂直的第二光学平面。

上述实施，第一个光束偏转器必须同时有光学分光及扩展功能：其分光功能是将入射光分为两部分，其中一部分沿原方向不变；另一部份利用光学扩展功能将之扩展为与原入射方向垂直的光学平面。

在本发明的第二个实施中，可将雷射模块发出的细光束，首先由分光光学组件以前置性分解为两束相互垂直的光束。这两束光分别指向第一和第二光束扩展器，由它们扩展成相互垂直的二个光学平面。

[附图说明]

图1a代表45°反射镜光学偏转器。

图1b代表直角棱镜。

图1c代表双反射镜光学偏转器

图1d代表五角梭镜光学偏转器。

图2a代表代表45°分光偏转器。

图2b代表带光束平行偏移校正的45°分光偏转器。

图2c代表立方棱镜。

图2d代表镀分光膜的双反射镜光学偏转器。

图2e代表转轴指向光被校正了的双反射镜偏转器。

图3a代表锥形反射镜。

图3b代表锥形全反射镜。

图4a代表分光锥形反射镜。

图4b代表分光锥形全反射镜。

图5代表使用旋转五角棱镜的第一种实体。

图6a代表使用全反射锥形镜的第一种实体。

图6b代表使用全反射锥形镜的第一种实体的模块。

图6c系为本发明相关第二扩展器与垂直地表之轴心线偏转立体示意图。

图6d为图6c之俯视图。

图7a代表使用一个反射镜和一个全反射锥形镜的第一种实体

图7b为本发明代表含一个反射镜、一个全反射锥形镜和一光学偏转器的第一种实体的集成块。

图8a代表使用旋转五角棱镜的第二种实施的模块。

图8b代表使用旋转五角棱镜的第二种实体的能同时产生水平面及垂直面的模块。

图8c代表使用旋转五角棱镜的第二种实体的能同时产生水平面及旋转垂直面的模块。

图8d代表使用旋转五角棱镜的第二种实体的能自动同时产生水平面及旋转垂直面的模块。

图9代表使用全反射锥形镜的第二种实施例。图标符号说明：

11-反射镜    15、170-元件    17、35、36-平板

20、26、470-偏转器    250、260、40、114、124-棱镜

21、22、23、31、32、39、41、42、43、45、46、48、49、

51、62、74、84、85、173、174、210、220-平面

16、27、37-分光膜    47-光楔  50-反射锥体

60、60a、60b、70、80、210、220-扩展器

52、61、71、81-轴    63、72、82-锥面

66-圆柱视窗    73-底面    83、175-光学圆柱面

100-雷射扫描模块          110-雷射模块

111-半导体雷射            112-光学聚焦系统

113、123-空心马达         115、213-机壳

116、200-机构             117-透明窗

171、172-锥形面           211-水泡

212-透明窗    214-轴承    230-轴转平台

241-悬臂      242-重锤    243-铁盘

244-永磁体

Bo、Br、Bt、Bi、Bt’、Bn、Br1、Br2-光束

Bc、Bc1、Bc2-光平面                 t、t1-厚度

e、e1-距离

[具体实施方式]

在描述本发明的扫描平面发生器之前，我们先描述本发明所用的光学偏转器。

如图1a所示，最简单的光学偏转器为一和入射光束Bo成45°的反射镜11。从它反射的光束Br和入射光束Bo垂直。当反射镜11以入射光束Bo为轴旋转时，反射光束Br扫描出一与该轴垂直的水平平面光幅。

图1b所示为一直角棱镜偏转器20，它有三个平面21，22和23。其中平面21和22相互垂直，而平面23与上述平面成45°，与平面21垂直的入射光束Bo在通过该面后没有偏离其方向而射向平面23，由于全反射，光线在该平面上被反射垂直射向平面22，穿透该平面所形成的光束Br与原入射光束Bo垂直，并如前述，当偏转器20被带动以入射光束Bo同轴旋转，则同扫描出平面光幅。

上述这种光学偏转组件虽然简单，但是难以高精度准确而稳定地安装在和入射光成45°方向上，为了克服这个问题，通常使用如图1c所示的两个夹角为45°的反射平面31和32。该装置中入射光束Bo和出射光束Br的垂直度和它们相对入射光的方向无关，在误差仅取决于它们之间45°夹角的误差。

更准确而稳定的光学偏转器为五角棱镜。如图1d所示，该棱镜40的五个平面41-45，其中有两个相互垂直的光学折射面：入射平面41和出射平面42；两个光学夹角为45°的反射平面：第一反射平面43和第二反射平面44。其中切割平面45为非光学作用面，光束Bo首先在入射平面41上射进入该棱镜成为第一反射平面44的入射光，其反射光束Bi又为第二反射平面43反射至出射平面42，经折射作为光束Br离开该棱镜，入射光束Bo与偏转光束Br相互垂直。

对上述光学偏转器加以改造即可以同时产生两束相互垂直光线的分光光学组件。

用半透膜取代如图1a所示平面平行平板反射镜11上的反射膜，即成为最简单的分光光学组件。请再参阅图2b，与此分光组件15成45°角入射的光束Bo的一部分被其分光膜16反射成与入射光垂直的光束Br，而另余下部分，则沿入射方向穿过该膜成为光束Bt。由于平板厚度t的影响，这两束光束Bo和Bt有一个平行平移距离e，当该双反射片以入射光束Bo为轴心转动时，指向光束Br将围绕该光束Bt转动而形成光柱，这是在使用中所不希望的。

为此我们可使用一补偿用二相对为平行平面之光学平板17，透过分光组件15之分光膜16并穿过此组件15后，其出射光束Bt与入射光偏离了一个距离e，它又通过另一平板17(如图2b)。小心选择光学平板17的厚度折射率及取向，可以使因平行平板组件15的厚度所引起的出射光束Bn相对入射光束Bo的偏离，为平板17的厚度所引起的偏离所抵消，从而Bo与Bt两光束共线。

用两个直角棱镜250及260沿其斜面胶合而成为立方棱镜(图2c)。其中至少一个镀有半反射膜之斜面形成分光膜27，这样入射光束Bo进入棱镜250后，在分光膜27上一部分，如约50％，被反射到与入射垂直的方向光束Br，而另余下部分，则透过该分光膜27沿入射方向同轴穿过棱镜260，而成为与入射光束Bo共线的光束Bt。

为了产生与原入射光共处一线的光束Bt，我们也可将图1c的反射平面32改为镀半透膜的分光膜，部分入射光束Bo将被该分光膜反射，经反射平面31再次反射而形成偏转光束Br。另一部分将穿过该平板形成与入射光平行的指向光束Bt。

然而同样由于平板厚度t的影响，这两束光也有一个平行平移距离e，为此，也可以如图2d的同附加的平面平行平板所产生的平移来抵消这个平行平移，因为在在这光学系统中使用有两片相成90度的平面平行平板，我们作适当的组合即可以产生无偏移的光束Bt，镀分光膜37的平行平面平板35和平面平行平板36之间的夹角为45°，平板36的出射平面39镀以反射膜，入射光束Bo首先穿过平行平板36射向平行平板35的分光入射分光膜37。由于其平板的厚度t1影响，其出射光束Bt’与之有一个平移距离e1，当该光束Bt’透过分光膜37穿越透过平板35后，其出射光束Br又将为其厚度t的影响而反向偏回一个平移距离e，小心选择平行平板35和36的厚度折射率以及取向，因平行平板36的厚度所引起的出射光束Bt’相对入射光束Bo的偏离e1，可为平板35的厚度所引起的偏离距离e所抵消，从而两光束Bo和Bt同轴。

将图1d五角棱镜的第一反射平面44镀以分光膜，该面因此标以反射平面46。如图2e所示，光束Bo的一部分将在反射平面46反射而形成光束Bi。另一部分Bt将穿出该棱镜。由于反射平面46不与入射光束Bo垂直，离开该面的光束Bt将偏离该轴一个角度。为了使两光束在同一直线上，在反射平面46上附一光楔47，该光楔47有两个光学折射平面48和49，其中平面48与反射平面46贴合。在光楔47的光学材料和五角棱镜一样时，光楔47的夹角平面49得与棱镜的入射平面41平行，两者的组合相当于一光学平面平行平板，透过棱镜40之反射平面46的部分光将进入光楔47，经其平面49离开该棱镜组合成为光束Bt，当入射光束Bo与入射平面41垂直时，两光束Bo、Bt同轴。

利用上述光学偏转器和不同的光学扩展器，发明了能同时产生两个相互垂直的光学平面的装置。

主要系利用上述最佳实施之偏转器，间接于光束扩展系统之前置或中段光学路径，提供同步获得水平之第一光学平面，或垂直之第二光学平面，以下首先对光学扩展器作简述，如图3及图4中对所指锥形光束扩展器。

图3a为一反射锥体50，它有一锥顶角为90度与轴52旋转对称的反射面平51。入射光束Bo沿该轴射向锥面，经它反射圆形扩展形成一光平面Bc。

图3b中显示的为一全反射型的光学透明内锥形光学扩展器60，具有一光学入射平面62、一与轴61旋转对称的内锥面63、以此轴为旋转对称轴的光学圆柱窗口66。入射平面62和旋转对称轴61垂直。当光束Bo入射光沿轴61垂直射入平面62时，光束越过该面进入透明体射向锥面63，只要透明体的光学折射率大于某值，该光在锥面上会发生全反射。对于反射光要求和入射光垂直的情况，光学透明体的折射率不小于1.4142。绝大多数的光学物质，如光学玻璃和塑料的折射率大多都大于此值，为此反射的光束将扩展成第一光平面Bc。

对上述锥形反射镜作改变即可以同时产生一个光平面，并进一步如图4所示，可形成有效分光作用于锥形光学扩展器。

如图4a描述的分光锥形镜为一光学透明扩展器70，它是一与轴71旋转对称，顶角为90度的光学透明锥形体。其锥面72镀有反射膜，底面73为与轴71垂直的光学平面，其锥顶为一与底面73的光学小平面74平行，截面比小平面74大的光束Bo沿轴71入射到该组件上，一部分透过小平面74与底面73的光束Bt穿射方向不变，余下为锥面72反射的光线扩展成第一光平面Bc。

图4b描述的分光锥形镜为全反射型的锥形光学扩展器80，它是有一光学入射平面85、一与轴81旋转对称的内锥面82、以此轴为旋转对称轴的光学圆柱面83，在锥面82顶端有一与入射平面85平行的小平面84，入射平面85和旋转对称轴81垂直。当直径大于小平面84的光束Bo入射光沿轴81垂直进入平面85时，一部分光穿过小平面84保持原方向不变成直线光束Bt，其余的入射光会进入透明体射向锥面82，只要透明体的光学折射率大于某值，该光在锥面82上会发生全反射，为其反射的光线扩展成光平面Bc。

本发明能同时产生两个相互垂直的光学平面的第一种实施中，光学偏转器在光学路径上置于第一光束扩展器之后。

图5描述了本发明第一种实体使用旋转光学偏转器的装置。图中100就是这种雷射扫描模块：它由一个雷射模块110，一个空心马达113及一个固定在马达之空心转轴上的五角棱镜114组成，雷射模块110和空心马达113由一机壳115固定在一起并使雷射模块110发出的光束与空心马达113的转轴重合。

雷射模块110含有一个半导体雷射111和一个笔直光学聚焦系统112。从半导体雷射111发出的扩散之雷射光为垂直光学聚焦系统112聚焦形成一束光束Bo，光束Bo通过空心马达旋转轴的通孔(未画)射向旋转的带补偿光楔的五角棱镜114。从其分光膜反射的光束Br1形成第一光学面。穿过分光膜的光束Bt’进入光学偏转器26，(图中为分光立方棱镜偏转器26)，反射的光通过另一水平向之空心马达123的中心沿其旋转轴的通孔(未画)射向旋转的五角棱镜124。为此五角棱镜反射的光束Br2形成垂直之第二光学平面。穿越分光偏转器26的光束Bt与原入射光束Bo的方向重合。

光学偏转器26及第二光束扩展器位置为机构116所固定。为了不遮阻光束Br1，此组合可用透明窗117与雷射模块110结合在一起。

当为机构116所组合的光学偏转器26及第二光束扩展器可以围绕入射光束Bo同轴旋转时，也就是横向设置之空心马达123或棱镜124，可偏心围绕光束Bo之轴心，而作外围走动，则第二光学平面则可被调整照射于周围环境任一角位，提供任一标示点皆可取得垂直线依据，换句话说第二平面可任意出现在与第一平面垂直的任一角位上。

前述所有相关之光学偏转器，均可以取代图中的分光立方棱镜状之偏转器26。

图6a显示的装置的第一光束扩展组件为一全反射型的锥形光学扩展器80。光束Bo入射光沿轴81射入该组件时，一部分光束Bt穿过它。余下的光在其内锥面上发生全反射而扩展成第一光平面Bc1。不偏转的光束Bt为偏转器26(图中为立方棱镜)所反射射向水平摆置之第二光束扩展器60。该光经此扩展器扩展为第二光平面Bc2。图中的第二光束一扩展器60为全反射型的内锥面反射镜。

将第一光束扩展器80及第二光束扩展器60分别与光学偏转器26的入射与出射平面结合在一起成为一个整体。如图6b所示，再与雷射模块110结合在一起就形成为一不但可以同时产生两相互直角关系的光学平面，而且能产生一平面法线(垂直线)的模块。

有关图6c系在重复说明如图5所述之第二光束扩展器，可以围绕入射光束Bo同轴旋转，进而获得第二光学平面可形成外围调动，而在任一角位皆可取得第二光学平面之类等围绕机构示意，由图上所示，该雷射模块110对上设有第一光学扩展器80，该光学扩展器80可由雷射模块110所发出之雷激光扩展成第一光平面Bc1，又穿经第一光学扩展器80之光束Bt，则垂直射向偏转器26，藉由偏转器26再横向转折射向第二光学扩展器60，并藉由该扩展器60再扩展出垂直的第二光平面Bc2，其中第二光学扩展器60可围绕着雷射模块110(或是相同垂直地表的轴心线，如图上系同等光束Bt)而作为中心点进行外围的弧向调转(如图6d所示)，由图6d俯视观之，其中第二扩展器60可经由调校方式沿着Bt的轴心而作围绕转动，因此相同带动第二光平面Bc2形成不同角位的变化，于此而使第二光平面可投射在任一角位，获得任一角位的垂直线参考。

图7a的装置使用了反射型的分光式锥形第一扩展器70，光束Bo沿轴71入射到该组件上。轴71附近的一部分透过该组件射向光学偏转器20(此图为直角棱镜)。余下的为锥面72反射形成第一光平面Bc1。为直角棱镜所反射的光进而为第二光扩展器60扩展而形成第二光平面Bc2。

图中使用的第一光扩展器70是一全反射锥形镜。它的优点是可以将第一，二光束扩展器70及60及直角棱镜偏转器20集成为单一整体的光学组件。将第一光扩展器70的底面73与直角棱镜偏转器20的入射平面重合，将偏转器20的出射平面与第二光扩展器60的底面(入射面)重合就形成如图7b所示的可以同时产生两个相互垂直光平面的单一光学组件170。该组件为一光学透明体，它有四个光学表面：一个镀反射膜的锥形面171，一个全反射的内锥形面172，它们的对称轴相互垂直；一个在锥形面171锥顶上与其对称轴垂直的小平面173，一个与两对称均成45度的全反射平面174和一以全反射面对称轴为轴的光学圆柱面175。

本发明能同时产生两个相互垂直的光学平面的第二种实施中，分光光学偏转器在光学路径上置于第一光束扩展器之前，如图8a所描述的是此实体中的使用两个旋转光束扩展器210及220的装置。从雷射模块110发出的细光束Bo首先射向有分光作用的光学偏转器470(图中为带光楔的五角棱镜40)，且与其入射面垂直。为光学偏转器470折射出的光为第一旋转扩展器210扫描扩展成垂直的光平面Bc1。透过该光学偏转器470的光为第二旋转扩展器220扫描扩展成光平面Bc2。

图8b是这种装置组合的水平仪的模块。指示水平位置的水泡211通过一圆柱型透明窗212与机壳213固定在一起。在仪器校正中，将第一光平面Bc1校正到水平位置，而第二光平面Bc2自动处于垂直位置。

图中第二旋转扩展器210连同光学偏转器所设光楔47及棱镜40可以通过一个机壳213固定在一起。如图8c所示，通过一个偏移机构200，由轴承214活固第二旋转扩展器210，使该扩展器210可依入射光束Bo作水平向扫动，它所产生的第二光平面Bc2则可以出现任何与第一光平面Bc1垂直的方向上(除受机壳机构限制外)。

图8d的自动水平仪中的雷射模块110悬置在一个可以围绕两个相互垂直而与地心引力垂直的轴转平台230上。雷射模块110通过悬臂241与一重锤242相连。重锤242处于平衡位置时雷射模块110产生的细光束Bo与地心引力重合。重锤242偏离平衡位置时，雷射模块110在重力作用下将返回平衡位置，直到它产生的细光束Bo与地心引力重合。

正对重锤242下方可设有一静止的铁盘243，上面固定至少一个永磁体244。它和重锤242组成一电磁掣动系统。当重锤摆动时，它将切割永磁体244的磁力线而产生掣动力使之快速回到平衡位置。

图9是第二个实施的另一种装置，它使用了两个对称轴相互垂直的锥形光束扩展器60a和60b。从雷射模块110来的光束经光学偏转器25反射的光为第二光束扩展器60b反射为第二光平面Bc2。而透过此偏转器25的光为第一光束扩展器60a反射为第一光平面Bc1。图中的水泡可以将光平面Bc1定向为水平面，而Bc2为垂直光平面。

所有锥形扩束器均可以用作第一和第二光束扩展器，其中锥形扩展器可以与所描述的光学偏转器作各种组合和变型，特别是如其中第二光学扩展器可与光学偏转器围绕入射光束Bo轴心线转动，从而产生与第一光学扩展器所发生的第一扩展平面垂直，可获得投光角位能任意取向的第二光学面。

此外，本发明的装置可以用于具体的水平仪，它可以自动或手动地同步产生一个水平面和一个垂直面。

Claims (13)

1、一种产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征在于它系包括：至少一个笔直光束的雷射模块：它包含一雷射二极体及聚焦光学系统；雷射二极发出的发散光为聚焦光学所聚焦形成光束；至少一个光学偏转器：用以将射向它的光束偏转并分成二道垂直关系之光束；至少二个光束扩张器：用以将光束扩张射出为光平面。

2、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为扩展垂直光平面之第二光学扩展器，可依据垂直地心之轴心为中心做水平的角向调整，该中心系位置于雷射模组之激光束与之同轴。

3、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为该光学扩展器可为具有锥形反射面之光学元件。

4、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为该光学扩展器可为电机马达带动反射光学元件扫描者。

5、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为光学偏转器置于第一光学扩展器之后。

6、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为偏转器可置设于第一光学扩展器之前。

7、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为该偏转器可为棱镜或平板之光学平板。

8、根据权利要求1、7所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为该偏转器引起之透射偏角，可由另一光学元件，如光楔或光学平板辅助校正。

9、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为以锥形体为光扩展之第一光学扩展器中心部位，可提供光束穿透。

10、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为该锥形体之扩展器所设的反射锥面，可为内锥面或外锥面之二种方式。

11、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为雷射模块固定在一个可以绕两个相互垂直而与地心引力垂直的轴转动的平台上，重锤处于平衡位置时雷射模块产生的细光束与地心引力重合，重锤偏离平衡位置时，雷射模组在重力作用下将返回平衡位置，直到它产生的细光束与地心引力重合，这时它将产生一个水平面和一个垂直面，摆动的重锤切割永磁体的磁力线而产生掣动力使之快速回到平衡位置。

12、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为雷射模组通过悬臂与一铜质盘形重锤相连。

13、根据权利要求1所述的产生两个相互垂直的雷射光平面的装置，其特征为正对重锤下方有一静止的铁盘，上面固定至少一个永磁体，它和重锤组成一电磁掣动系统。

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