KR100415318B1 - 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저빔을 이용한 수평/수직선 및 연직점 지시계에 관한 것이다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계는, 외함 몸체의 상부에 고정되며 각 방향으로의 회전 유동이 가능한 중심부를 갖는 자이로호라이즌; 상기 자이로호라이즌의 상기 중심부를 기준으로 펜딩되어 진자운동을 하는 무게추수단; 상기 무게추수단과 결합되어 연동하며, 레이저빔을 수평 및 연직방향으로 조사하는 수평 및 수직레이저엔진; 상기 무게추수단과 결합되며 상기 수평 및 수직레이저엔진으로부터 조사된 레이저빔을 수평 또는 수직면과 동일 평면으로 확산하여 출력하는 수평 및 수직레이저빔변환수단; 및 상기 무게추수단의 진자운동을 신속히 안정된 수직위치로 유지시키는 진동방지부;를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 지시계는 삼발이의 고정 수단으로 위치 고정과 운반이 간편하고 사용자가 직접 수평선과 수직선을 맞출 필요 없이 수평 및 수직 측정을 위해서 측정 장소에 위치시키면 무게추의 진자운동이 자기저항에 의해 신속히 멈추어 진수평과 진수직 및 연직점을 레이저빔으로 간편하게 지시한다. 따라서, 진자운동이 멈추는데 통상 소요되는 시간을 단축시킴으로써 사용자가 보다 신속히 측정할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계{Level and vertical line indicator using laser beams}

본 발명은 레이저빔을 이용한 수평/수직선 및 연직점 지시계에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기준수평과 수직을 유지한 채로 각 수평 및 수직 레이저엔진으로부터 방사된 레이저빔으로부터 레이저빔 라인을 변환출력하여 수평/수직선 및 연직점을 효과적으로 측정할 수 있는 레이저빔을 이용한 수평/수직선 및 수직점 지시계에 관한 것이다.

기존 건축공사현장에서 건축구조물이 정상적으로 건축되기 위해서는 액체가 봉입된 유리관에 형성된 기포의 중앙위치로써 수평의 기준을 측정하며, 이렇게 수평의 기준을 측정하고 그 수평면과 일치시켜 실이나 강선을 이용하여 일정한 위치에 위치시킨 후 그 수평면 및 수평선을 기준으로 벽돌을 쌓거나 목재 등을 평행하게 건축하는 절차가 필요하다. 또한 수직선을 잡기 위해서는 실에 추를 매달아 수직의 기준을 잡고 그를 기준으로 기둥을 세우는 등의 절차가 필요하다. 이렇게 함으로써 건축구조물의 평형유지가 이루어지는 것이다. 이러한 종래의 수평 및 수직 측정장치들은 도 1에 도시한 바와 같이 액체튜브내의 기포 위치를 육안으로 측정하여 수평을 측정하는 수평지시계(수준계) 및 도 2에 도시한 바와 같이 실에 추를 매달아 중력에 의하여 실과 추가 연직선을 형성하여 수직을 측정하는 수직지시계가 있다.

이러한 공사현장에서 뿐만 아니라 건물내의 벽면에 액자나 거울 등을 고정시킬 때 2개 이상을 고정시키려면 평면의 위치를 측정하여 고정시키는데 어려움이 많이 있다. 또한 기존 건축, 토목, 조선의 대형구조물용접, 대형조각 및 미술품작업 등의 현장에서 수평작업 및 수직작업을 하기 위해서는 실과 추, 수준 수평계, 측량계 등을 이용해야 했기 때문에 그 실과 추, 수준계 등의 설치와 위치변경에 많은 시간과 작업량이 필요하였고, 매 위치마다 수평계를 미시적으로 볼 수는 있으나,작업대상이 거대한 경우 거시적으로 볼 수가 없어서 수평작업 및 수직작업에 많은 어려움이 있었다. 기존에도 일부 레이저표시장치가 있었으나, 이는 레이저빔라인을 표시하는 것이 아니고 레이저점을 표시하는 것이 보통이고, 레이저빔라인을 표시하는 장치인 경우에는 그 생산 및 조절방법이 매우 까다로워 장치의 가격이 고가이고, 사용자의 사용방법이 매우 복잡하고 어려워 오히려 작업현장의 생산성을 저하시키는 요인으로 작용하였다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 바와 같은 기존의 단점들을 해결하기 위하여, 작업이 편리하고 다루기가 손쉬운 레이저빔을 이용한 수평 및/또는 수직선 및 연직점 지시계를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 작업대상이 큰 경우에도 효과적으로 사용할 수 있는 레이저빔을 이용한 수평 및 수직 지시계를 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 자동으로 신속히 수평을 유지하면서 수평 및/또는 수직을 측정할 수 있는 레이저빔을 이용한 수평 및 수직 지시계를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 액체 봉입 수평계를 도시한 사시도이다.

도 2는 종래의 실과 추를 이용하여 수직의 기준을 잡는 것을 도시한 설명도이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 레이저 다이오드의 빔 조사의 일실시예를 도시한 개념도이다.

도 4는 도 3에서 확산되는 빔의 일부를 이용하여 소정의 위치에 점으로 표시하는 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 레이저 엔진의 레이저다이오드를 빔 확산의 중심각을 맞추기 위한 조립 사시도이다.

도 6은 도 5에 도시된 조립 사시도와 대응된 단면도이다.

도 7은 도 5에서 레이저다이오드를 엔진의 경통에 중심각을 고려하지 않고 일치시킨 상태에서의 광학적 구조의 단면도이다.

도 8은 도 5에서 레이저다이오드의 빔을 콜리메이팅 렌즈의 중심선에 따라 조정한 상태에서의 광학적 구조의 단면도이다.

도 9는 본 발명의 레이저 엔진을 이용한 지시계를 설명하기 위한 개괄적인개념도이다.

도 10은 도 9의 자이로호라이즌의 구조를 설명하기 위한 조립 사시도이다.

도 11은 도 10의 중간링과 외곽링의 세부 단면도이다.

도 12는 도 9의 다극자석환의 평면도이다.

도 13은 도 9의 다극자석환과 무게추간의 자기 브레이크 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 14는 도 9에 도시된 지시계의 상세 단면도이다.

도 15는 원통형렌즈에 입사되는 레이저빔의 동일평면상의 확산을 보이는 단면도이다.

도 16 및 도 17은 원통형렌즈에 직각으로 입사되는 빔의 각도에 따른 빔의 확산 상태를 도시한 것이다.

도 18 및 도 19는 원통형렌즈에 경사지게 입사되는 빔의 각도에 따른 빔의 수평빔라인의 관계를 설명한 도면이다.

도 20 및 21은 본 발명의 레이저빔의 원통형렌즈의 자세를 조정하기 위한 원통형렌즈 하우징 구조를 설명하기 위한 각 단면도이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계는,

외함 몸체의 상부에 고정되며 각 방향으로의 회전 유동이 가능한 중심부를갖는 자이로호라이즌; 상기 자이로호라이즌의 상기 중심부를 기준으로 펜딩되어 진자운동을 하는 무게추수단; 상기 무게추수단과 결합되어 연동하며, 레이저빔을 수평 및 연직방향으로 조사하는 수평 및 수직레이저엔진; 상기 무게추수단과 결합되며 상기 수평 및 수직레이저엔진으로부터 조사된 레이저빔을 수평 또는 수직면과 동일 평면으로 확산하여 출력하는 수평 및 수직레이저빔변환수단; 및 상기 무게추수단의 진자운동을 신속히 안정된 수직위치로 유지시키는 진동방지부;를 포함함을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 수평 및 수직레이저엔진은 소정의 전원을 공급받아 펄스 간격 및 펄스폭을 변조하는 변조회로; 및 상기 변조회로로부터의 변조신호에 따라서 구동되어 레이저를 방출하는 레이저다이오드; 상기 확산된 레이저를 집속시키는 콜리메이팅렌즈를 포함함을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 수평 및 수직 레이저빔라인변환출력수단은,

바람직하기로는 수직 입사된 레이저빔을 원형 단면과 동일한 수평 또는 수직 평면상으로 상기 레이저빔을 확산시켜 레이저빔 라인으로 출력시키는 원통형렌즈인 것을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 수평 및 수직 레이저빔라인변환출력수단은, 상기 원통형렌즈의 전후 각 방향의 높이 조절수단과 좌우 기울기 각도를 조정하는 좌우 회전수단을 더 포함함을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 무게추수단은 구리판임을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 무게추수단은 무게 중심의 이동을 조정하는 무게중심조정수단을 더 포함함을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 무게중심조정수단은 볼트의 위치를 조정하여 무게를 조정함을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 진동방지부는 상기 무게추수단과 수직 하방으로 이격되어 상기 외함의 하부에 고정 배치된 다극자석환임을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 수직 레이저엔진에서 콜리메이팅렌즈를 벗어나는 레이저를 유입하여 연직하점방향으로 상기 레이저를 출력하는 광섬유와, 상기 광섬유를 통하여 전송된 레이저를 집광하여 상기 외함 몸체가 위치한 바닥면에 연직점을 표시하는 집광렌즈를 더 포함함을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 자이로호라이즌은 상기 외함의 상부에 고정된 외곽링과, 상기 외곽링 안쪽에 위치하여 상기 외곽링과 직경방향으로 베어링 축에 의해 결합되어 회전가능하게 장착된 내부링과, 상기 내부링의 안쪽에 상기 내부링의 회전가능 방향과 직교되는 방향으로 회전가능하도록 베어링 축에 의해 상기 내부링과 결합된 중심링을 구비하며, 상기 중심링의 안쪽은 상기 무게추 수단과 연동되도록 결합된 구조임을 특징으로 한다.

바람직하기로는 상기 수직 레이저빔라인변환수단은 상기 수직레이저엔진으로부터 상향하는 레이저빔의 일부를 통과시켜 연직 상방으로 연직상점을 표시하며, 나머지 레이저빔을 상기 수직 원통형렌즈에 반사시켜 수직 라인을 표시하기 위한 빔스플리터를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 레이저빔을 이용한 수평 및 수직 지시계의 구성 및 동작에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 의한 레이저빔을 이용한 수평/수직선 및 연직점 지시계의 레이저 다이오드에서 발생되는 빔의 확산을 도시한다.

도 3에 도시된 레이저빔 발생기구는 소정의 전원(2)을 공급받아 펄스간격 및 펄스폭을 변조하는 변조회로(3)와 이 변조회로(3)로부터의 변조신호에 따라서 구동되어 레이저를 방출하는 레이저다이오드(6)와 상기 레이저다이오드(6)로부터 확산되는 레이저를 후술되는 콜리메이팅렌즈(미도시)를 통하여 집속하여 직진하는 레이저빔을 생성한다.

이러한 일정 파장의 레이저를 발진하는 레이저 다이오드(6)에서 P형과 N형 반도체가 적층되어 형성된 접합영역의 간격이 매우 협소하기 때문에, 이 레이저 다이오드(6)의 빔확산은 접합영역(8)에서 양쪽의 P형과 N형 반도체의 각 접합면측으로 40도의 빔확산(beam divergence)을 갖고 있으며, 접합영역(8)에서 P형과 N형 반도체가 접하고 있지 않은 쪽으로는 10도의 빔확산 각도를 갖는다. 따라서, 레이저 다이오드가P, N반도체가 적층된 길이방향으로 길고 폭이 좁은 타원형 단면(10)을 갖는 레이저빔이 확산된다.

즉, 확산되는 레이저의 단면(10)이 레이저 다이오드(6)의 P, N반도체가 적층된 길이 방향으로의 타원형태를 이루므로 확산된 빔은 콜리메이팅렌즈(40)를 다 통과하지 못하고 일부는 도 4의 도면상에서 콜리메이팅 렌즈(40)의 위 아래에 위치한 A, B구간으로도 방사 되게 된다. 이 경우 A, B구간에서 확산되는 레이저빔을 광파이버(12)를 통해 일정 표시점(15)을 나타내고자 하는 곳까지 전파시킨 다음 집속렌즈(14)를 통하면 소정의 거리에 떨어진 곳에 별도의 레이저다이오드 없이 후술되는 본 발명의 지시계에서 표시하는 연직하점을 나타낼 때 이용할 수 있다.

한편, 레이저 다이오드(6)에서 출력되는 빔의 확산은 레이저 다이오드(6)에서 소정의 거리 이격된 위치 즉 초점거리에 콜리메이팅렌즈(40)를 위치시켜 확산되는 레이저 빔을 집속하여 일정한 방향으로 평행한 레이저빔이 출력되도록 한다.

그런데, 레이저 다이오드(6)의 생산공정 중 레이저 다이오드의 반도체칩을 패키지에 부착하는 칩 본딩 공정에서, 빔 확산 각도의 중심각을 패키지에 일치시켜 본딩하는 것은 거의 불가능한 작업 공정이므로 모든 레이저 다이오드는 허용오차의 각도 범위에서 본딩하여 생산 출하된다. 따라서, 생산된 레이저 다이오드의 빔 확산 중심각이 각각 다르게 나타나게 되며, 실제 생산되는 레이저 다이오드의 약 99 퍼센트 정도가 빔확산 중심각이 각각 다르게 나타난다.

도 5는 레이저 엔진의 레이저다이오드를 빔 확산의 중심각을 맞추기 위한 조립 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 조립사시도와 대응된 단면도로서 각각 대응되는 구성요소에 대하여 동일한 참조번호를 부여하기로 한다.

레이저 다이오드(50)에서 발생된 레이저의 중심축이 콜리메이팅렌즈(40)의 중심 축과 일직선상으로 일치하지 않고 중심각도가 다른 경우 확산된 빔을 콜리메이팅 렌즈(40)를 통해서 집속된 평행광선을 만들기 위해서는 레이저엔진의 하드웨어 구조에서 레이저 다이오드(50)의 장착 각도를 보정하여 각각의 중심각을 서로 일치시켜야 한다.

이때, 본 발명에서 적용하는 레이저 다이오드의 빔확산 중심각이 어긋나 있는 오차를 보정하는 방법으로는 레이저 다이오드(50)를 가운데 홀과 가장자리에 3개의 나사홀을 갖는 지지판(52)에 삽입시키고, 레이저 다이오드(50)의 앞부분에 3개의 접시스프링(53 내지 55)과 반구링(56)을 순차적으로 끼운 다음 레이저의 엔진의 원통(58) 내부에 설치된 레이저 다이오드(50)를 지지하는 가이드(60)까지 레이저 다이오드(50)를 밀착시킨 후 지지판(52)과 지지가이드(60)의 홀 각각에 3점 조절볼트(62)의 조임을 조정하여 레이저 다이오드(50)를 상하 좌우로 기울일 수 있다.

따라서, 레이저 다이오드의 칩 본딩시에 불가피하게 발생하는 어긋난 레이저 빔의 중심각은 3점 조절 볼트의 조임을 조정하여 레이저 엔진의 경통과 레이저빔이 평생선을 이루어져 빔의 중심 방향을 콜리메이팅 렌즈의 중심선과 일치시킬 수 있다.

도 7은 도 5의 구조에서 레이저다이오드를 엔진의 경통에 중심각을 고려하지 않고 기게적으로 일치시킨 상태에서의 광학적 구조를 나타내는 것이며, 도 8은 도 5의 구조에서 레이저 확산 중심각을 보정하였을 경우의 레이저엔진에서 출력되는 레이저 빔을 도시한다.

도 7에서는 레이저다이오드가 엔진의 경통의 중심과 레이저 방사각이 일치하지 않으나 도 8에 도시된 바와 같이 중심선보다 아래쪽으로 어긋난 각도로 출력되는 레이저 빔을 조정 볼트로서 레이저 다이오드를 상향 조정한 후에 엔진의 경통과 콜리메이팅 렌즈의 중심선에 일치한 결과를 볼 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 조립방법을 적용하면 조준경이나 측량계, 수평 및 수직 지시계를 구현할 때 레이저 빔의 오차를 최소화하여 보다 정확한 레이저빔의 지시가 가능하게 된다.

도 9는 본 발명의 수평/수직 지시계의 진자운동을 설명하기 위한 개괄적인 단면을 보이는 개념도이다.

도 10은 도 9에 도시된 자이로호라이즌의 구조를 설명하기 위한 조립 사시도이다.

도 11은 도 10에 도시된 자이로호라이즌의 중간링과 중심링의 세부 단면도이다.

도 12는 도 9에 도시된 다극자석환의 평면도이고, 도 13은 도 9에서 동판이 다극자석환위에서 진자운동을 할 때 발생되는 와류 전류를 설명하기 위한 평면도이다.

도 9에서 자이로호라이즌(98)은 서로 직교하여 결합되어 있는 수평 및 수직 레이저 엔진부(90)의 진자운동과 연동될 수 있도록 결합되며, 또한 수평 및 수직 레이저엔진부(90)를 통하여 동판으로 형성된 무게추(94)와 무게 보정 볼트의 위치를 조정하여 무게추(94)의 중심을 맞추는 무게추 조절부(93)가 결합된다. 따라서, 자이로호라이즌(98)은 무게추(94)와 일체화 되어 연동되게 됨으로써 무게추(94)의 진자운동이 정지하게 되면 각 수평 및 수직엔진(84, 86)은 진수평과 수직을 지향하게 된다.

도 10 및 도 11을 참조하여 자이로호라이즌의 구조를 상세히 설명하기로 한다.

외곽링(102)의 안쪽에는 외곽링(102)보다 직경이 작은 중간링(104)이 각 링(102, 104)의 직경을 관통하는 X축의 일직선 상에 외곽링(102)과 중간링(104)의 외주링간에 두 개의 제1축(108)이 삽입되며, 중간링(104)은 내부에 베어링(110)이 삽입되어 축(108)에 의해 회전가능하게 결합된다. 따라서, 중간링(104)은 고정된 외곽링(102)의 안쪽에서 안정되어 정지될 때까지 좌우 방향으로 진자운동을 하게 된다.

한편, 중간링(104)은 중간링(104)보다 작은 직경을 갖는 중심링(106)을 제1축(108) 방향과 직교하는 Y축과 일치되도록 외곽링(102)과 중간링(104)의 회전 가능한 결합과 동일한 방식으로 제2축(110)에 의해 결합된다.

중간링(104)과 회전가능하게 연결되도록 중심링(106)에 삽입되는 베어링(114)에 축을 삽입할 경우 베어링에 무리한 힘이 가해지면 베어링의 수명이 단축되거나 베어링의 기능을 할 수 없게 되므로 축과 베어링의 유격이 없는 상태에서 회전없이 고정되는 축 부분에 V자형 홈(120)을 가공하여 형성하고, 고정축이 삽입되는 외곽링(102)과 중간링(104)의 위쪽에 U자형 볼트(116)를 각각 체결하여 고정축의 V자형 홈에 U자형 볼트가 록킹이 되도록 한다.

이에 따라, 베어링과 축에 무리한 힘이 가해지지 않고 유격없이 진자운동이 가능하다. 또한, 본 발명의 수평/수직선 및 연직점 지시계를 위치를 변경하여 놓이게 되면, 자이로호라이즌의 중간링(104)은 좌우 방향으로 진자운동을 하며, 중심링(106)은 중간링(104)의 움직임에 따라 좌우로 움직이면서 또한 전후로 움직이는진자운동을 한 후 정지한다.

상기의 중심링(106)의 내경과 결합된 공축의 수직축은 하단부에 수평레이저 엔진(84)과 수직레이저 엔진(86)과 함께 무게추가 설치된다. 무게추가 진자운동을 한 후에 정지시에 진수직 방향을 향하도록 무게추(96) 위에는 가공이나 조립시에 발생한 무게 추의 불균형을 보정하기 위해 조립을 완료 후에는 마련된 무게추 보정 볼트(92)의 위치를 조정하여 수직레이저엔진(86)가 정확히 연직을 향할 수 있도록 보정할 수 있다. 이와 같이 두 개의 링(104, 106)에 설치된 X, Y축상의 베어링(112, 114)과 축에 의해 정밀하게 조립된 자이로호라이즌인 경우, 중심링(106)의 결합되고 하단부의 끝단에 연장되어 설치된 무게추(94)는 중력에 의해 360도 진자운동을 하다 수직을 향하게 되지만 서서히 정지되므로 측정시 대기시간이 장시간 소요되는 문제점이 있다.

이에 따라 무게추(94)가 진자운동 결과로서 수직 방향을 유지하며 가능한 신속히 멈추도록 하기 위한 방법으로 무게추(94) 밑에 동판을 장착시키거나 그 무게추를 동판으로 하여 바로 아래 쪽 즉, 지시계의 하단부에 고정된 다극자석환(96)(도 9에 도시)을 소정의 거리로 이격시켜 배치한다. 이 경우, 수평과 수직을 나타내기 위해 수평/수직선 지시계를 원하는 장소의 위치에 올려 놓게 되면 자이로호라이즌(98)이 무게추(94)와 연동하여 움직이며 무게추(94)가 마찰저항 없이 진자운동을 하게 된다. 무게추(94)가 도 13에 도시된 바와 같이 화살표(97)로 표시된 방향으로 진자운동을 하게 될 때 바로 아래 고정 배치된 다극자석환(96)에 의한 자계에 의해 동판인 무게추(94)의 내부에서 와류전류가 발생하게 된다.

즉, 고정된 다극자석환(96)위에서 진자운동을 하게 되면 플레밍의 오른손 법칙에 따라 무게추(94)에는 다수의 와류전류가 발생하게 되며, 이 와류전류는 동판의 두께가 3 mm 이상이 되면 와전류의 흐름이 합선 상태가 되어 환형의 다극자석환(96)이 환형 동판의 움직임을 억제하는 자기 브레이크 역할을 하게 된다. 따라서, 자이로로라이즌(98)에 달려있는 무게추(94)의 진자운동이 커지는 만큼 더욱 자기 브레이크가 강해져서 빠른 시간내에 진자운동을 정지시킨다.

도 14는 도 9에 도시된 수평 및 수직선 지시계에서 출력되는 빔을 설명하기 위한 세부 단면도로서, 대응되는 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.

수직레이저엔진(86)이 상방으로 자이로호라이즌(98)의 도 9의 중심링(106)에 고정된 경통을 통하여 레이저 빔을 조사하면, 수직레이저빔 변환수단의 빔스플리터(144)는 빔의 일부를 그대로 통과시켜 상연직방향으로 연직점을 표시하고, 나머지 빔은 반사시켜 같은 레이저빔변환수단인 수직원통형렌즈부(146)에서 빔을 수직면상으로 확산시켜 조사하여 수직라인빔을 표시한다. 또한, 상기 수직레이저빔 변환수단은 수직레이저엔진(86)의 미도시된 레이저다이오드에서 방사되는 레이저의 일부를 광파이버(141)를 통하여 하연직점 초점렌즈(148)에서 집속시켜 본 발명의 지시계의 연직방향의 위치에 연직하점을 표시하는 기능을 수행한다.

보다 상세하게 설명하면 빔스플레이터(144)는 수직레이저엔진(86)과 상기 자이로호라이즌(98)의 중심축의 위쪽에 중심축과 소정의 각도를 이루며 경사지게 장착되어 수직레이저엔진(86)에서 출력되는 레이저의 약 20%를 상연직 방향으로 그대로 통과시켜 천장면에 상연직점을 표시하며, 수직레이저빔라인의 표시를 위해 상연직점으로 출력되는 레이저의 나머지 부분 예컨대 약 80%를 반사시킨다. 상기 빔스플리터(146)에서 반사되는 빔을 수직원통형렌즈부(146)는 수직면과 동일 평면상으로 확산시켜 벽에 수직선을 표시하며, 또한 수직 레이저엔진(86)에서 출력되는 빔을 광파이버(141)로 유입하여 본 발명의 지시계의 외함(150)의 하단부에 설치되어 하연직점을 표시하는 하연직점 초점렌즈(148)를 구비한다. 수직실린더렌즈부(146)는 레이저빔을 동일 평면상으로 확산시키는 후술되는 원통형 렌즈와 상기 원통형렌즈의 전후 각 방향의 높이 조절수단과 좌우 기울기 각도를 조정하는 좌우회전수단을 포함한다.

수평레이저빔 변환수단은 수직레이저빔 방사 축과 직교되도록 상기 수직레이저엔진(86)에 결합된 수평레이저엔진(84)에서 출력되는 수평레이저를 유입하여 수평면과 동일 평면상으로 확산시켜 벽에 수평빔라인을 표시하는 수평원통형렌즈부(143)를 구비한다.

수평원통형렌즈부(143)는 수직원통형렌즈부(146)와 동일한 기능을 가지며, 레이저빔을 동일 평면상으로 확산시키는 후술되는 원통형 렌즈의 전후 각 방향의 높이 조절수단과, 좌우 기울기의 각도를 조정하는 좌우회전수단을 포함한다.

여기서, 각 렌즈부(143, 146)의 수평 및 수직 원통형렌즈(145, 146)는 원통형의 형태를 이루며, 도 15에 도시된 바와 같이 수평레이저엔진(84)에서 출력되는 레이저빔이 원통형렌즈(145)의 원통면에 수직으로 입사되면 원통형렌즈(145)는 입사된 레이저빔을 동일평면상으로 확산시킨다. 이때, 원통형렌즈(145)가 수직으로고정되어 있다면 원통형렌즈(145)를 통과한 확산된 레이저빔라인은 벽에 비추었을 경우에는 하나의 수평선으로 표시된다.

한편, 외함(152)의 하부 바닥에는 본 발명의 수평 및 수직 지시계를 삼발이등과 같은 지지대에 설치할 수 있도록 하는 고정수단(160)을 구비하며, 이러한 고정수단(140)은 삼발이등에 나사로 결합되는 구조로 이루어질 수 있다.

도 16 및 도 17은 원통형렌즈에 직각으로 입사되는 빔의 각도에 따른 빔의 확산 상태를 나타낸 것이며, 도 18 및 도 19는 원통형렌즈에 경사지게 입사되는 빔의 각도에 따른 빔의 수평빔라인의 관계를 설명한 도면이다.

도 16 및 도 17에서와 같이 레이저 엔진의 빔이 수직으로 원통형렌즈에 입사하게 되는 경우 원통형렌즈(145)에서 확산된 빔은 벽면(160)에 직선(162)으로 나타난다. 이와 비교하여 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 레이저빔이 뒤쪽으로 경사진 원통형렌즈(145)에 입사하게 되는 경우에는 원통형렌즈(145)를 통하여 확산되어 비추어진 레이저빔라인은 벽면(160)상에 중간부분이 원통형렌즈가 기울어진 만큼 휘어진 곡선(164)으로 나타나게 된다.

따라서, 레이저 엔진구조에서 레이저엔진의 경통이 수직축에 정밀하게 조립이 되어 있더라도 원통형렌즈(145)의 정 중앙부를 직교하여 레이저빔이 입사되지 않으면 도 19와 같이 수평선으로 확산되어 벽(160)에 비추어진 빔 라인의 중앙부위가 휘어지게 되므로 정확히 수평빔라인을 표시하기 위해 원통형렌즈(145)의 위치를 조정하여야 한다.

도 18 및 도 19는 본 발명의 레이저빔의 원통형렌즈의 자세를 조정하기 위한원통형렌즈의 하우징 구조를 설명하기 위한 각 단면도이다.

원통형렌즈(145)의 전후 각 방향의 높이를 원통형렌즈(145)의 하우징에 장착된 두 개의 볼트(180, 182)로서 조정하는 조절수단과, 또한 원통형렌즈(145)의 하우징에 장착되어 좌우 방향으로 볼트(190)의 조임에 따라 각도를 조정하는 좌우회전수단을 구비하여 원통형렌즈(145)가 정확히 입사되는 레이저빔에 수직으로 맞추어지도록 조정한다.

원통형렌즈(145)의 하우징에 도 20과 같이 장착되어 원통형렌즈(145)의 앞과 뒤쪽의 높이를 E, F 화살표 방향으로 조절하는 상하 조정용 볼트(180, 182)를 조정하여 원통형렌즈(145)의 수평 또는 수직면의 동일평면상으로 확산시켜 벽에 비추어지는 레이저 수평 또는 수직선의 휨을 방지한다.

또한, 도 21과 같이 원통형렌즈(145)의 하우징(190)에 장착된 좌우측 조정용 볼트(190)로서 원통형렌즈(145)를 도에서 C나 D방향 즉 좌우측 방향으로 원통형렌즈(145)를 회전 고정시켜 수평 또는 수직면과 동일평면상으로 빔이 확산되어 수평이나 수직선과 일치되도록 표시한다. 상기와 같은 구조는 일반적인 카메라렌즈 조립체에서 적용되는 기술을 이해하는 당업자에게는 매우 이해하기 용이하므로 추가 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 의한 레이저빔을 이용한 수평선 및 수직선 지시계는 삼발이의 고정 수단으로 위치 고정과 운반이 간편하고 사용자가 직접 수평선과 수직선을 맞출 필요 없이 수평 및 수직 측정을 위해서 측정 장소에 위치시키면 무게추의 진자운동이 자기저항에 의해 신속히 멈추어 진수평과 진수직 및 연직점을 레이저빔으로 간편하게 지시한다. 따라서, 진자운동이 멈추는데 통상 소요되는 시간을 단축시킴으로써 사용자가 보다 신속히 측정할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (11)

1. 외함 몸체의 상부에 고정되며 각 방향으로의 회전 유동이 가능한 중심부를 갖는 자이로호라이즌; 자이로호라이즌의 상기 중심부를 기준으로 펜딩되어 진자운동을 하는 무게추수단; 상기 무게추수단과 결합되어 연동하며, 레이저빔을 수평 및 연직방향으로 조사하는 수평 및 수직레이저엔진; 상기 무게추수단과 결합되며 상기 수평 및 수직레이저엔진으로부터 조사된 레이저빔을 수평 또는 수직면과 동일 평면으로 확산하여 출력하는 수평 및 수직레이저빔변환수단; 및 자기 브레이크를 이용하여 상기 무게추수단의 진자운동을 신속히 안정된 수직방향으로 유지시키는 진동방지부;를 포함함을 특징으로 하는 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계.
2. 제1항에 있어서, 상기 수평 및 수직레이저엔진은 각각

   소정의 전원을 공급받아 펄스 간격 및 펄스폭을 변조하는 변조회로; 상기 변조회로로부터의 변조신호에 따라서 구동되어 레이저를 방출하는 레이저다이오드; 및 상기 확산된 레이저를 집속시키는 콜리메이팅렌즈를 포함함을 특징으로 하는 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계.
3. 제1항에 있어서, 상기 수평 및 수직 레이저빔라인변환출력수단은

   수직 입사된 레이저빔을 원형 단면과 동일한 수평 또는 수직 평면상으로 상기 레이저빔을 확산시켜 레이저빔 라인으로 출력시키는 원통형렌즈인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계.
4. 제3항에 있어서, 상기 수평 및 수직 레이저빔라인변환출력수단은

   상기 원통형렌즈의 전후 각 방향의 높이 조절수단과 좌우 기울기 각도를 조정하는 좌우 회전수단을 더 포함함을 특징으로 하는 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계.
5. 제1항에 있어서, 상기 무게추수단은 구리판임을 특징으로 하는 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계.
6. 제1항에 있어서, 상기 무게추수단은 무게 중심의 이동을 조정하는 무게중심 조정수단을 더 포함함을 특징으로 하는 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계.
7. 제6항에 있어서, 상기 무게중심조정수단은 볼트의 위치를 조정하여 무게를 조정함을 특징으로 하는 레이저를이용한 수평 및 수직선 지시계.
8. 제1항에 있어서,

   상기 진동방지부는 상기 무게추수단과 수직 하방으로 이격되어 상기 외함의 하부에 고정 배치된 다극자석환임을 특징으로 하는 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계.
9. 제1항에 있어서, 상기 수직 레이저빔라인변환출력수단은

   상기 수직 레이저엔진에서 콜리메이팅렌즈를 벗어나는 레이저를 유입하여 연직하점방향으로 상기 레이저를 출력하는 광섬유와, 상기 광섬유를 통하여 전송된 레이저를 집광하여 상기 외함 몸체가 위치한 바닥면에 연직점을 표시하는 집광렌즈를 더 포함함을 특징으로 하는 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계.
10. 제1항에 있어서, 상기 자이로호라이즌은

    상기 외함의 상부에 고정된 외곽링과, 상기 외곽링 안쪽에 위치하여 상기 외곽링과 직경방향으로 베어링 축에 의해 결합되어 회전가능하게 장착된 내부링과, 상기 내부링의 안쪽에 상기 내부링의 회전가능 방향과 직교되는 방향으로 회전가능하도록 베어링 축에 의해 상기 내부링과 결합된 중심링을 구비하며, 상기 중심링의 안쪽은 상기 무게추 수단과 연동되도록 결합된 구조임을 특징으로 하는 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계.
11. 제1항에 있어서, 상기 수직 레이저빔라인변환수단은 상기 수직레이저엔진으로부터 상향하는 레이저빔의 일부를 통과시켜 연직 상방으로 연직상점을 표시하며,나머지 레이저빔을 상기 수직 원통형렌즈에 반사시켜 수직 라인을 표시하기 위한 빔스플리터를 구비함을 특징으로 하는 레이저를 이용한 수평 및 수직선 지시계.