TW414862B - Simple laser level device - Google Patents

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TW414862B TW87112780A TW87112780A TW414862B TW 414862 B TW414862 B TW 414862B TW 87112780 A TW87112780 A TW 87112780A TW 87112780 A TW87112780 A TW 87112780A TW 414862 B TW414862 B TW 414862B
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經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 414862 A7 ____B7_ 五、發明説明(1 ) 《創作背景及發明主題》 在建築工業,可見的平面(線),例如水平面被當作 參考基準。不同光學裝置已被運用而產生此種參考平面。 例如,目前,雷射指向掃瞄裝置就是一般常使用的。在這 些裝置中,一個將射入雷射光束作九十度反射的光學反光 鏡’例如五角稜鏡,沿著轉軸上具有一孔的轉動軸而被安 裝。經由馬達驅動,使反射鏡旋轉。雷射光束沿著該馬達 轉軸穿過其主軸而射入反射鏡。藉由旋轉的反射鏡反射, 雷射光束掃瞄出一個平面。經由一機械或電機系統,一掃 睡平面可指向預射的方向,例如水平面上。 這種型式的雷射掃瞄裝置在完全旋轉範圍下(360度) 可產生參考平面。但是’這個發生器的結構過於複雜,因 為它使用了一個機械式或電機式系統的驅動器。在此案例 中,必需使用自動定位器以產生掃瞄平面,使其整體裝置 更形複雜。 在該建築實務中,參考平面可能被要求在—個限定角 度範圍内,不同於整個360度。在這個案例中,在要求的 角度範圍中產生參考平面的創新系統可被使用。在本件發 明中,我們展現此一新型的雷射指向裝置,它不使用驅動 器。雷射光束可經由很簡單的機構而可自動指向。 《發明說明》 本紙張ϋ適用中國國家標了CNS )八4規格(21〇χ^97公楚) (請先閱讀背面之注意事項存填寫本資>
A7 414862 五、發明説明(2 ) 從雷射二極體,係由雷射光源及其對應的視準儀組 成,所發出準直細雷射光束,經過一個光束擴張器,而可 在一個方向上擴張以形成一種扇形光束,並射向一個限定 的方向。在光幕上,跨過這光束,產生一細光線。這種擴 張器可以是一個圓柱狀的透鏡,或圓桿式透鏡《當扇形光 束是水平時,相對應光線則將是水平。當扇形光束是鉛直 時,對應的光線也是鉛直。如果使用了一校正系統,則扇 形光束也可被限定指向任何要求的方向。這意味著,參考 平面可不需使用類似馬達等驅動裝置而產生。 雷射模組是由一雷射二極體及視準儀所組成。發射自 雷射二極體之雷射光束首先被準直成細的雷射光束。同與 一個光擴張器作用,使其形成一組扇形光束發生器。 接下來所發明的簡單系統,可被運用於控制扇形光束 的指向。在第一個指向裝置之實施例中,扇形雷射光束之 指向,是運用重力而自動指向的。 經濟部中央標準局員工消费合作社印装 這個扇形光束發生器可被固定於軸承之旋轉環上,而 軸承之固定環則是固定於機殼上。在此相同的旋轉環上, 亦設置有鐘擺。自扇形光束發生器射出的扇形雷射光束指 向相對於軸的限定角度,經由鐘擺達到平衡。當雷射光束 偏移此位置時,經由鐘擺的限定在平衡位置,藉由重力, 鐘擺將轉回至平衡位置,而且光束將回到限制的方向。 卜紙張尺度適用t画國家標率(CNS ) A4規格(210X·297公釐) 414862 A7 _______B7 五、發明説明(3) — 另外’扇形光束發生器也可當作鐘擺的重錘(b〇b)。 換句話說,它是可以固定在鐘擺擺桿的一端部,同時擺桿 另一端被固定於軸承的轉轴上。藉由扇形光束發生器的重 力,扇形雷射光束趨向其平衡方向,如果它因為某些原因 而偏移的話》 除了扇形光束發生器外,光束擴張器也可與鐘擺一同 固定在軸承的旋轉環上。光束擴張器之對稱平面,例如圓 枉透鏡穿過軸承的旋轉轴。從雷射模組射出的準直雷射光 束’沿著軸承之旋轉轴而投射在光擴張器。經由其發散, 扇形光束被形成。在重力之下,鐘擺保持在其平衡位置; 經過擴張器射出的光扇’然後指向在對應的位置。 指向裝置的第二種實例,則運用浮力為基礎。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 光束擴張器被固定在軸承的旋轉環上,且其對稱平面 穿過抽承之轉轴。為了產生浮力矩(buoyance moment of force),其係使光束擴張器在其平衡位置,浮體穿過其 臂部也被固定於軸承旋轉環上。光束擴張器及浮體皆被浸 在液體中,該液體由一個儲室所儲存,而該儲室具有兩片 透光的視窗,係彼此平行,且實體上垂直於旋轉轴。液體 之折射率必需與光束擴張器不同。經由儲室之視窗,從雷 射模組射出的準直雷射光束,沿著軸承旋轉軸而射入光擴 張器。經過擴張後,這個光束以扇型光束方式射出,穿透 -------—_____4 本紙張尺度it财國國家標準(CNS) A4規格(210X29^7 A7 B7 經濟部中央標隼局员工消費合作.社印製 414862 五、發明説明(4) — 另一視窗。由浮體與其在液體中的臂部而產生之浮力,將 產生一個力矩,以導引扇形光指向限定的方向。 浮體及光束擴張器,可以是管狀透明儲室,充填空氣 或氣體。在此例下,具有臂部之浮體與光束擴張器,可以 結合成一個單獨管體,其係充填空氣。該管體的端部實體 上垂直穿過軸承的旋轉環。雷射光束沿著旋轉軸射入,且 經由管體部份而擴張成扇形光束。管體其餘的部份在轴承 環之外’當作浮體。在浮力作用下,管體可成垂直方向, 且發生水平光束。 上述的裝置在垂直方向上是較長的尺寸。有時,使用 上並不方便。為了完成一種在垂直方向為細長的裝置,可 將兩個浮體固定在光束擴張器的相對兩側,其係出現在相 承旋轉軸的週圍。藉由兩個相對的浮力矩,自兩個浮體所 產生的,光束擴張器趨向其平衡方向。 具有力臂的兩個浮趙及光束擴張器,也可被結合成一 單獨管體,充填空氣。該管體的中央部份,實質上垂直地 穿過軸承旋轉環,且當作光束擴張器》管體的兩部份,在 管體外,分別地當作浮體。雷射沿著旋轉軸射入,經管體 的中央部份而擴張成扇形光束。在此浮力下管體可保持於 水平指向,且顯示出垂直的扇形光束β 民紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
Α7 Β7 五、發明説明(5) — 在上述指向裝置中’軸承已被運用於固定光束擴張器 的旋轉中心,使得射入雷射光束可永遠穿過擴張器並經其 擴張。為了進一步簡化,我們展示了一種不需使用轴承的 裝置。就我們瞭解,在浮力下,此主體,較液體為輕,環 繞其週圍,將會上浮。在此新裝置,浮體是對稱旋轉橢圓 形狀。經過其轉軸,浮體有圓柱管體形小儲室,充填空氣, 被使用。這個浮體是位在另一儲室,充填相同折射率之液 體。在空氣管之浮力下,浮體可上浮至液體儲室的頂端。 儲室的頂端是特殊的曲狀’使得浮體可以單點接觸。例如, 沿著浮體之旋轉軸’半徑大於浮體,使得當儲室偏斜,浮 動的浮體仍以單點接觸而與儲室未偏斜相同。在垂直剖面 上’該頂端是弧曲的,且其半徑略大於浮體之旋轉軸,使 得浮體可繞著充填空氣管體旋動,而不改變位置。沿著浮 體之旋轉軸’儲室之兩片側牆是可透光的,且彼此平行。 自模組令發射的雷射光束瞄準充填空氣管體穿過側牆β由 於管體之擴張,形成扇形,並經過另一透光側牆射離儲室。 在上述的裝置中,當儲室嚴重傾斜時,雷射光束不能 到達充填空氣管體,因為它的長軸偏移◊為避免這一問題, 浮力修改成鼓狀物形。實際上,它是一圓形片,且其週緣 也是在垂直方向彎曲。充填空氣管體穿過它的旋轉中心。 這種鼓形浮體是放置於儲室内,儲室亦是鼓形且具有兩片 彼此平行的透光側牆。在儲室及浮體間的開口是相當小, 且充填有折射率與浮體相同的液體。然後,浮體可在儲室 本紙伕尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X^7公釐) (讀先閱讀背面之注意事項戽填寫本頁) 1Τ -邊 ! 經濟部中央樣率局貝工消費合作杜印製 經濟部中央樣隼局員工消費合作社印製 414862 A7 B7 五、發明説明(6) 中浮起’且繞著其旋轉軸與充填空氣管體穿過的相同中心 而自由轉動’它也可輕微的擺動。在浮體上,加設有孔(或 多個)以產生浮力且校正其方向。例如,當附加的孔位在 充填空氣管體之對稱軸上,自這個孔所產生的浮力,將導 引充填空氣孔至水平位置《雷射光束經過透明側牆射向管 狀光束擴張器。經由管體之擴張,扇形光束將產生,並穿 過另一面透光的側牆。當兩個相同的附加充填空氣孔設置 於相對浮體兩側,管狀擴張器將成垂直,而相應的被擴張 光束則是水平。調整孔的大小及位置或/及填空氣管體之 指向,則扇形光束指向可被依此改變。 另外,不增設附加充填空孔,調整鼓狀浮體之外形也 能改變浮力。在儲室内液體之準位也可改變,使得浮力得 以校正。 以下’將經由圖示來表示本發明之指向裝置c 《圖示的簡單說明》 第一A圖代表昔式的雷射掃瞄儀平面視圖; 第一B圖代表昔式的雷射掃瞄儀頂面視圖; 第二A、B、C及D圖雷射光束經過光束擴張器(透鏡) 而產生扇形光束; 第三A圖代表雷射模組是由一個雷射二極體及一個視準儀 所組成; 本錄尺度適用中國國家ii7^NS) Α4規格 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -丨 一一 訂 A7 B7 «14862 五、發明説明(7) 第三^圖代表扇絲束發生ϋ係由雷射模組與光束擴張器 結合而成; 第四圖顯示本發明之第-種具體實例的指向袭置,係運用 鐘擺; 第五囷顯示第四圖實例之改變,其中扇形光束發生器本身 當作鐘擺重垂使用; 第六圖顯示第四圖實例之另一改變,其中擴張器固定在轴 承之内環内; 第七圖顯示本發明之第二種具體實例的指向裝置,係運用 浮力; 第八圖顯示第七圓實例之改變,其中浮體、臂部及空氣管 趙結合成單一個圓柱形中空管體與一個圓柱儲 室; 第九圖顯示第七圖實例之另一改變,其中垂直方向上的尺 寸較短; 第十圖顯示第九圖實例之進一改變,其中兩個浮體以及充 填空氣管體結合成一個單獨的中空圓柱管體; 第十一圖代表沒有軸承的指向裝置之實例; 第十—Α圖代表第十一圖中的透明浮體,係為對稱旋轉的 橢圓形; 第十~ B圖代表第十一圖中沿著A-A方向之剖面; 第十一圖代表本發明另一種沒有軸承指向裝置之實例; 第十二A圖代表第十二圖中的鼓形浮體; 第十二AA圖代表第十二A囷之剖面視圖; 本紙張尺度適用中國家標準(CNS)从規格(21()><;;97公爱) (請先閲讀背面之注意事if再填寫本耳} 、一11 經濟部中夬榡隼局員工消资合作社印策 4148^2 A7 B7 五、發明説明(8) 第十二B圖代表第十二圖中的儲室分解圖; 第十二C圖代表鼓形浮體被切除部份; 第十二D圖代表第十二圖之剖面視圖。 《圖號說明》 3 1......雷射模組 3 2......雷射二極體 3 3......視準儀 4 1......扇形光束發生器 4 2......光束擴張器1 0 1、1 1 1、1 2 1......軸承 104 ' 1 14 ' 124......殼體1 0 5 > 1 1 5 ' 1 2 5......鐘擺106、1 16、126…長臂 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 1 2 0... ...擴張器 2 0 1- ...光束擴張器 2 0 2- ...抽承 2 0 6... ...臂部 2 0 7- ...浮體 2 10... …儲室 2 1 1及2 1 2 ......透明視窗 2 2 1......圓柱形中空管體 2 2 2......圓柱儲室 2 23......軸承 227 及 228......螺絲 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 414862 A7 B7 五、發明説明() 2 3 1及2 3 2 ......浮體 2 3 4......光束擴張器 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 3 8......塊體 2 3 5......軸承 2 3 4......光束擴張器 2 4 1......中空圓柱管體 2 4 2 .軸承 2 5 1......對稱旋轉的橢圓形浮體 252……圓柱狀孔 2 6 1......儲室 2 64……頂面 2 6 2及2 6 3 ......透明侧牆 2 7 1......鼓形浮體 2 7 2及2 7 3 ......圓形平面 2 7 4......弧曲的週緣 2 7 5......圓柱管體 2 7 6......儲室 281......儲室 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 2 8 2及2 8 3 ......圓平面側牆 2 8 4+弧曲週緣 《詳細說明》 第一圖顯示一種典型的雷射掃瞄器,用以產生掃瞄參 考平面。五角稜鏡1沿著其轉軸而被安裝於具有一個孔3 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____________ B7 五、發明説明(10) 一 之軸承轉軸2上。經由皮帶5,該主軸被馬達4驅動而旋 轉。沿著轉軸X-X,準直雷射光束B自雷射模組6射出’ 經過孔3 ’而射向五角稜鏡1。旋轉這個棱鏡2 •,反射的 雷射光束掃瞄出一平面p,正交於轉軸χ_χ。為了指向掃 瞄平面,使用三組螺絲7a、及7c:。觀察水平裝置8a 及8b之氣泡及調整螺絲,可以使掃瞄平面指向在要求的 方向°指向掃蹈平面可當作參考平面,以指示測量物體之 位置及方向’例如,在建築業中使用。 當五角稜鏡不完美時,雷射光束就不能垂直於轉軸。 所以’造成掃瞄平面不是平面的。因此,裝置的精確度基 本上必需依據稜鏡。這也就是為什麼稜鏡相當責的原因。 這也證實了以手動調整方向是十分不方便的。在我們先前 專利申請中,如第八六一〇四一二四號「能夠產生光學掃 描平面並自動定向的掃瞄儀」,掃瞄指向不同的自動控制 系統被提出。但是,其結構仍是很複雜的。 在本案發明中’我們展示了一種很簡單的光學裝置, 其係可產生扇形光束’以指示被測量物的位置及方向。 如第一A圖,準直的雷射光束B,經由一柱狀透鏡而 可被擴張。此透鏡具有兩個圓柱狀表面12及13,他們 對稱平面是彼此對射的β因為在這方向上的折射,垂直於 其對稱平面,射出的準直光束Β將在相同的方向上發散, 本紙張从適用中國國家;^準(CNS)㈣見格(⑽/二公董) (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ^ 經濟部中夬標準局貝工消费合作社印製 414862 A7 __~~B7 五、發明説明(11) 以形成一扇形光束F。光束擴張角度φ依據表面1 2及1 3之曲率,以及材質的折射率而定。 光束擴張器也可被修改為圓柱桿狀透鏡14,如第二 Β圖所示。光束β垂直射於桿之對稱軸γ-γ方向上而被擴 張。該擴張器之光束擴張角度ρ依據直徑及材質的折射率 而定。 上述光束擴張器11及14可被運用於折射率之液 體’其係不同於透鏡。無論如何,因為在一般光學材質之 折射與液體之間差異不大,所以發散角度也不太大。在此 案例_,光束擴張器最好是氣體,即空氣。第二c圖顯示 了一光束擴張器15,其係為中空圓柱狀管體16,沈浸 於液體17中。實際上,管體15之孔16是一個圓柱狀 儲室,充填空氣。在此例中,液趙之折射率等同於管體, 管體對光束的影響將消失,且發散角度則依據圓柱孔16 而定。 光束擴張器也可是反射的。第二D圖顯示了圓柱狀鏡 子2 1。準直的雷射光束Β可在垂直於其對稱轴γ-γ之方 向上被擴張。發散角度依據圓柱狀表面之曲率β 光束擴張器也可以是雷射攝影透鏡(hologrphie Ians),費瑞斯尼爾透鏡(Fresnel lens)及其他光學裝置, ___ 12 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X_297公釐) ^ ' '~~~—- ----------訂------t ,/fr (請先閏讀背面-疋注意事項再缜寫本頁} 414862
五、發明説明(12) 其係可將射入的雷射光束在一個方向上予以擴張 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 如第三A圖所示,在本發明中的雷射模組31’是由 —個雷射二極體3 2及一個視準儀3 3所組成。從雷射二 極體3 2射出的光線經由視準儀3 3而準直,以形成細的 光束B。 扇形光束發生器41,如第三B圖所示,係由雷射模 組31與光束擴張器4 2結合而成。自雷射樣組31射出 的細的光束經由擴張器31而成扇形光束F。 在本發明的第一個具體實施例中,扇光束自動指向是 運用了重力’其係瞄準向地面。 在第一種具體實例的指向裝置中,顯示於第四圖,扇 开乂光束產生器4 1是被固定在軸承1 〇 1的内旋轉環1 〇 2 °外環1〇 3是被固定於殼體1〇 4上。鐘擺1〇 5被 裝於旋轉環1 G 2上並穿過其料1 0 6。扇形光束發生 器41及其射出的扇形雷射光束F,可一同繞著轴承工〇 1之抽X-X旋轉。在重力’鐘擺丄◦ 5維持在其平 衡置。在此位置’㈣f射光束指示出需麵方向β當鐘 擺位於平衡位置時’轉動扇光束發生器41或它的擴張 器’光束F的要求指向可被預設β當扇形雷射光束自平衡 位置偏離時,鐘擺!〇 5將使其歸位,且該光束亦出 本紙張尺細中 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 1 I I- 1 _ 經濟部中央樣準局員工消費合作社印" 414862 at -------__ B7 i、發明説明(13^~~~-- 原本限定的方向。當雷射光束的需求方向是如第三圖所示 的水平時,該襞置將永遠自動地表示水平線。 第五圖展示了一指向裝置,其中扇形光束發生器41 本身當作鐘擺1〇 5的部份使用。這個發生器被固定在長 臂11 6的一側當作重鐘(bob),而臂部另-端具有一 主軸112,其係可當作軸承111的轉軸。外環113 被安裝於殼體1 1 4上。由於賴所產生的力矩,包括扇 开々發生器4 1,扇形光被保持在平衡位置。 在上述的指向裝置中,電力必需經由電線或電池而提 供給可動雷射光。這有時將發生不便。為避免此問題,我 們修正如第四圖所示之裝置。參考第六圖所示,不使用扇 形光束發生器’擴張器12◦與鐘擺12 5共同固定在轴 承121之内環12 2上,使得他們能同時繞著軸承12 1的轉軸X-X旋轉。擴張器之對稱軸(或平面)γ_γ,在 此即圓柱透鏡1 2 0,穿過轴承1 2 1的轉轴χ-Χβ經由 外環12 3 ’該系統固定於殼趙12 4。自雷射模組31 射出的準直雷射光束Β,實體上沿著軸承2 2丄之轉軸χ_ X而射向光擴張器12 Q «在重力之下,鐘擺丄2 5保持 擴張器在平衡位置;經過圓柱透鏡i 2 〇射出之光扇,則 將指向限定的方向》當鐘擺位在平衡位置時,我們可轉動 光束擴張器,使扇形光束可指出預設的方向。 本紙張尺度適用中國國家梯準(CNS ) A4規格(2】〇χ 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
五 414862 發明説明(Y 在第二楂實; Α7 Β7 經濟部中央揉率局貝工消费合作社印製 .施例的指向裝置中,如第七至十二圖所 示’用於指㈣轉考平面之機構,是運料力為基礎。 如第七圖所示,在該裝置中,光束擴張器2 〇丄,在 此如第二C圖所示之充填空氣管形儲室,固定在軸承2 Q 2之中㈣203的孔204内。空氣管體2 0 1之對稱 軸Υ-Υ實體上穿過軸承2 〇 2之旋轉軸χ-χ。藉由臂部2 0 β,浮體2 0 7也被固定在轉動中空軸2 〇 3上。經由 軸承2 0 2之外環2 0 5,本裝置之可轉動零件被固定於 充填液體之儲室2 1 0内。繞著軸承之旋轉軸χ_χ,兩片 透明視窗211及212設置於儲室21〇上,使得光束 沿著Χ-Χ軸而可射進及射出儲室。兩片視窗是彼此平行的。 儲室210外,設置了雷射模組3丄。來自模組3丄的準 直雷辦光束B沿著旋轉麵χ-χ穿過視窗2 1 1,並射向空 氣管體2 01。經由此轉向,形成扇形光,並經過視窗2 12而射出儲室。在浮力作用下,浮體2 〇 7與其在液體中的長臂2 0 6,將會產生一力矩,將促使扇形光在其限 定之方向。當儲室是透明時,則視窗211及212可省略。 上述浮體2 0 3、臂部2 0 6及空氣管體2 01,可 結合成單一個圓柱形中空管體2 21與一個圓枉儲室2 2 2 ’以空氣充填,如第八圖所示。其係垂直裝設穿過中空 15 表紙張从適用 « m <請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) ίιτ 414862 A7 ---—_ _ B7_ 五、發明説日"——— 軸2 2 4之孔2 2 5,使得管體之軸垂直且跨過主軸的旋 轉輛Χ-Χ。藉由軸承2 2 3的外環,該裝置可轉動零件被 固定於储室2 2 0 (圖中未示,參考第七圖之2 1 0)内, 其係充填液體,使得管體221可浮起。自儲室22〇外 部雷射模組3 1射出的準直雷射光束Β,沿著軸承2 2 3 的轉軸Χ-Χ,而在垂直於此軸的方向上發散。因為浮力實 際上是沿著管體221,對應扇形光束F則實際上是水平 的。如果必要,中空軸2 2 4内可插入兩個螺絲2 2 7及 228 (未在此圖顯示,在2 2 7的相對另一側),其係 管體221的相對兩側。旋轉螺絲2 2 7或2 2 8,扇形 光束F的指向可被調整。 在第九圖所示的指向儀,其垂直方向上的尺寸較短。 穿過塊體2 3 8的孔,在光束擴張器2 3 4相對的兩側設 有兩個浮體2 31及2 3 2 ’其係以長臂2 3 3連接。光 束擴張器2 3 4設在軸承2 3 5之旋轉環2 3 6内,其輛 實際上穿過旋轉軸Χ-Χ。經由軸承2 3 5之環2 3 7,而 將上述的可轉動元件固定於充填液體的儲室230(圖中 未示’參考第七圓之21〇)内。藉由浮力矩,係由兩個 浮趙2 31及2 3 2所產生,光束擴張器2 3 4被保持在 限定方向’例如對應於平衡狀態的方向。改變擴張器2 3 4在環2 3 6的方向,或/及兩個浮體2 31及2 3 2沿 著長臂2 3 3相對擴張器2 3 4的相對位置,則扇形光束 可被改變指向。 16 ί紙張尺度逋用中—家橾準TSiS ΰ娜(210X297· " (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁〕 '裝. 經濟部中央橾準局負工消費合作社印褽 414862 A7 B7 Γ6 --- 五、發明説明() 如Μ十圖所示’兩個浮體2 31及2 3 2以及充填空 氣管體2 3 4 ’也可結合成一個單獨的中空園枉管體2 4 1,其係以空氣充填。中空圓柱管體水平地穿過且固定於 軸承2 4 2之旋轉中空軸2 4 3的孔2 4 4,該管體中央 部份當作光束擴張器。沈浸在液體中,浮力矩將由於充填 空氣的管體兩側發生。沿著管體縱向軸調整管體縱向位 置,垂直於管體的扇形光方向可被調整。 在所有上述的指向裝置’皆使用軸承,其係可為滾珠 軸承或轴襯軸承。它使得射出的雷射光束個持指向光束擴 張器。無論如何’這也使得裝置結構較為複雜。 沒有轴承的指向裝置顯示於第Η圖。如第十一 a圖 所示,透明的浮體2 51對稱旋轉的橢圓形。一個圖柱狀 孔2 5 2係沿著對稱旋轉轴A-A,其係充填空氣。 經濟部中央橾準局另工消费合作社印11 儲室2 61 ’其中設置浮體2 51且以液體充填,如 第十一圖所示。沿著A-A方向,兩片透明側牆2 β 2及2 6 3,係為平面的且彼此平行。如第十一 β圖所示’儲室 2 61的頂面(上方的)2 6 4,是特殊的弧曲:沿著兩 個正交方向’曲率是不同的,使得橢圓形浮體僅可以一點 相切接觸頂面。在該方向上的曲率可以是圓形的曲率半 徑,其係大於沿著浮體2 51充填空氣管體2 5 2的軸。 在徑向方向,頂面之曲率亦大於浮體旋轉對稱剖面之半 17 本紙張尺度適用中國囷家標準(CNS ) ( 210X297公釐) ^4862 ΑΊ _____Β7 發明説明(ιη ~ 徑。正硪地選擇浮體材料及大小,以及在儲室内液體,浮 體2 51將與其内部的孔2 5 2在水平方向上浮起,而不 管該裝置是否斜傾液體的折射率需選擇與浮體2 5 1相 同,使得浮體外形對雷射的影響消失。 自模組31射出的雷射光束Β是經過側牆2 6 2而射 向充填空氣的孔2 5 2 ^經其折射,光束β將變成扇形光 束,垂直於管體。換句話說,扇形光束將導引垂直方向。 為了指出垂直方向,在孔的一端2 5 2可填入重的材 料。 這種如第Η—囷所裝置的缺點,係在於,當裝置嚴重 偏斜時’雷射光束必需是大到的足以射入浮體。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 當雷射光束猫向在浮體内的管體中心時,它最好是永 遠可以被任意偏斜的。為此原因,如第十二Α囷所示,浮 體2 71被修改成鼓形。它的圓形平面272及273是 彼此平行的。它的週緣2 7 4沿著徑向方向也是弧曲的。 沿著它的旋轉軸Y-Y,具有一個圓柱狀孔2 7 5 ,其係當 作光束擴張器使用’填入其他光學材料,典型如空氣,在 圓柱孔之垂直對稱轴,另一儲室2 7 6也是充填空氣,使 得當這個浮體沈入液體時,充填空氣的圓柱孔2 7 5將會 成水平的。儲室2 81,其中浮體2 71被安置其内,也 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公廣) 414862 A7 ---—________B7 五、發明化) — 是鼓形的且以液體充填。兩片圓平面側牆2 8 2及2 8 3 是可透光的’且其週緣2 8 4也弧曲的,對應於浮體2 7 1的週緣。儲室2 81的直徑及厚度,各別地,是略大於 浮體2 71 ’使得浮趙可以在垂直方向上浮起,且在儲室 内實際上繞著它的旋轉轴Y-Y旋轉。由充填空氣孔2 了 6 產生的浮力,將使圓柱孔2 7 5至平衡位置。自模組31 射出的雷射光束,經浮體2 71之旋轉中心穿過側牆2 8 2而瞄準圓柱孔2 7 5。由於這個圓柱孔2 7 5的折射, 將形成垂直的扇形光束。 經濟部中央棣隼局員工消費合作社印«. 1: -- I. ^^1 I - I I _ - i! ^^1 I:----I (請先w讀背面之注意事項再填寫本頁) 當鼓形浮體之材料是夠輕之時,浮體自動地能向上浮 起。在此例子下’孔2 7 6也可充填重材料,以保持圓柱 管體2 7 5方向穩定。進一步’鼓形浮體的形狀亦可修改。 如第十二C圖所示,鼓形浮體被切除部份,使得它可以在 健室内浮起以保持管體2 7 5在水平向,因為不對稱之 故。在這個例子中,我們也可改變液體的準位以改變浮力。 這也很清楚的,扇形光束之方向亦是依據充填空氣管體方 向而定。例如,如果孔2 7 5及2 7 6是在經過旋轉轴γ-Υ之線上,對應的扇光束將會是水平的。 浮體與其圓柱管體’亦可被修改成產生光束以在其他 方向上指引參考平面。例如’兩個孔是圓检孔對稱設置, 及他們的連接線穿過平衡情況下的旋轉中心,該圓柱孔將 成為垂直的,之後’以形成水平扇形光束。 19 本紙張尺度適用中國國家標隼(CNS ) Α4規格(^⑽297公麓) ^ 五 414862 、發明説明η Α7 Β7 我們展示了不_指向裝置’無法將所有熟悉該項 技術者能達成的修改案例完全介紹。例如可以是滾珠 軸承或軸墙;軸承,以此手段降低扇形光束的轉速。鐘擺及 浮體之幾何形狀亦可被最佳化的修正。 經濟部令失標導局負工消费合作社印製 20 本紙張尺度適用中困國家橾率(CNS ) Α4規格(2ΙΟΧ:297公釐)

Claims (1)

  1. 414Β62 Α8 BS C8 D8 六' 申請專利範圍 二:本0年 1. 一種雷射指向儀係包括:----------- 準直光束(31)的發生器,包含一雷射二極體(3 2)及視準儀(3 3); 光束擴張器’在一個方向上用以擴張射光束成為一扇 形光束; 扇形光束之定向裝置,使上述扇形光束自動地定向於 預設方向。 2 · 依據申請專利範圍第1項所述之雷射指向儀,其 中雷射擴張器是圓柱形透鏡或透光圓桿(1 1,1 4)。 3 . 依據申請專利範圍第1項所述之雷射指向儀,其 中光束擴張器是一圓柱形鏡子(21)、一維雷射攝 影光學元件、或費瑞斯尼爾透鏡(Fresnel lens)。 4 . 依據申請專利範圍第1項所述之雷射指向儀’其 經濟部中央樣隼局属工消费合作社印簟 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 中光束擴張器是中空圓柱形透鏡,充填不同的材質; 或為透光管體,充填空氣(15、221、241及 251)。 5 ·依據申請專利範圍第1項所述之雷射指向儀,其 中扇形光束之疋向裝_置是一個鐘擺。 6 * 依據申請專利範圍第5項所述之雷射指向儀,其 tHU^CNS ) ( 210X297^« ) 11/28/00 11 :〇1_DLi22
    申請專利範团 !U) 張:在主轴外管«的兩零件形成的力矩之下,扇行被保持在垂直方向上* /¾ I.5*:· ft- (Η先*讀背*之.^意事項4矸繪掣 ( «濟部t夾樣窣為員工消费合作杜4-装 ft 紙 一本 i4« ! Ns 一公 rf ί9 上 414Β62 Α8 BS C8 D8 六' 申請專利範圍 二:本0年 1. 一種雷射指向儀係包括:----------- 準直光束(31)的發生器,包含一雷射二極體(3 2)及視準儀(3 3); 光束擴張器’在一個方向上用以擴張射光束成為一扇 形光束; 扇形光束之定向裝置,使上述扇形光束自動地定向於 預設方向。 2 · 依據申請專利範圍第1項所述之雷射指向儀,其 中雷射擴張器是圓柱形透鏡或透光圓桿(1 1,1 4)。 3 . 依據申請專利範圍第1項所述之雷射指向儀,其 中光束擴張器是一圓柱形鏡子(21)、一維雷射攝 影光學元件、或費瑞斯尼爾透鏡(Fresnel lens)。 4 . 依據申請專利範圍第1項所述之雷射指向儀’其 經濟部中央樣隼局属工消费合作社印簟 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 中光束擴張器是中空圓柱形透鏡,充填不同的材質; 或為透光管體,充填空氣(15、221、241及 251)。 5 ·依據申請專利範圍第1項所述之雷射指向儀,其 中扇形光束之疋向裝_置是一個鐘擺。 6 * 依據申請專利範圍第5項所述之雷射指向儀,其 tHU^CNS ) ( 210X297^« ) 經濟部_央梯準局負工消費合作社印裂 414862 as C8 _____ D8六、申請專利範圍 中扇形光束發生器(41)與鐘擺(1〇 5)兩者一 同固定於一軸承(1〇1)之旋轉轴(1〇 2)上, 使得上述扇形光束可被保持在其平衡位置。 7 ‘ 依據申請專利範圍第5項所述之雷射指向儀,其 中扇形光束發生器(41)與形成一鐘擺(1 15 ) 之臂部(116),一同固定於軸承(1 1 1)之旋 轉主軸(1 12)上;藉由該發生器所產生之重力力 矩,如發生偏離時,該扇形光束可回到平衡位置。 8 · 依據申請專利範圍第5項所述之雷射指向儀,其 中光束擴張器(12 0)與鐘擺(12 5)兩者被固 定在軸承(121)之旋轉中空主轴(12 2)上, 其旋轉軸實際在它的對稱面上;上述準直的雷射光束 瞄準沿著該旋轉軸而實體上射向光束擴張器;藉由重 力’可轉動的上述擴張器被保持在原本限定的方向上。 9 * 依據申請專利範圍第1、2、3或4項所述之雷 射指向儀’其特徵在於光束擴張器係沈於不同折射率 的液體中;上述液體係存於一儲室,該儲室至少具有 兩個透光視窗;上述雷射光束可經過該視窗而射入然 後射出。 10·依據申請專利範圍第1至8項之任一項所述之雷 _—_____22______ 本紙張尺度適用中a國家揉準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· ,1T 綿· 414862 8 8 s 8 ABCD 六、申請專利範圍 射指向儀’其中扇形光束之定向裝置是由浮力達成。 11. 依據申請專利範圍第9項所述之雷射指向儀,其 中扇形光束之定向裝置是由浮力達成。 12. 依據申請專利範圍第g項所述之雷射指向儀,其 中光束擴張器(2 01)與浮體(2 〇 7)兩者被固 定於軸承(2 0 2)之旋轉中空主軸( 2 0 3 ),使 得他們可同時轉動:而上述準直雷射光束是沿著旋轉 軸而實質上瞄向上述光束擴張器;藉由浮力所產生的 力矩,扇形光束被保持在限定方向P 13. 依據申請專利範圍第1〇項所述之雷射指向儀, 其中光束擴張器(2 01)與浮體(2 〇 7)兩者被 固定於軸承(2 0 2 )之旋轉中空主軸(2 〇 3), 使得他們可同時轉動;而上述準直雷射光束是沿著旋 轉輛而實質上瞄向上述光束擴張器;藉由浮力所產生 的力矩,扇形光束被保持在限定方向。 14·依據申請專利範園第12項所述之雷射指向儀, 其中光束擴張器及浮體兩者結合成一個單獨中空管體 (221),充填空氣;該管體之一端,穿過中空主 轴(2 2 4)且由其支持,當作光束擴張器;在主軸 外充填空氣管體其零件之浮力所產生的力矩之下,扇 —------23_ 本纸張尺度朝t ® ®家揉率(CNS ) A4^ ( 210X297公漦) - ABCD 414862 六、申請專利範圍 形光束射出水平面。 15.依據申請專利範圍第9項所述之雷射指向儀,其 中可轉動光擴張器(2 3 4 )具有兩個位在該擴張器 相對兩側的浮體(23 1及2 3 2);藉由此二浮體 產生的力矩’扇形光束趨向於平衡方向。 1 6,依據申請專利範圍第1〇項所述之雷射指向儀, 其中可轉動光擴張器(2 3 4 )具有兩個位在該擴張 器相對兩侧的浮體(23 1及2 3 2 );藉由此二浮 體產生的力矩,扇形光束趨向於平衡方向。 17*依據申請專利範圍第1〇項所述之雷射指向儀, 其中可轉動光擴張器及兩浮體結合成一個單獨中空圓 柱管體(2 41)’係以空氣充填;繞著對稱中心, 該管體實質上垂直地穿過轴承的中空主軸(2 4 3), 形成可旋轉;射向該管體中央零件,該雷射光束被擴 張;在主軸外管體的兩零件形成的力矩之下,扇形光 束被保持在垂直方向上。 18,依據申請專利範圍第11項所述之雷射指向儀, ,其中可轉動光擴張器及兩浮體結合成一個單獨中空圃 柱管體(2 41),係以空氣充填;繞著對稱中心, 該管體實質上垂直地穿過軸承的中空主軸(243), —_______2ά____ 本紙張尺度適用中國國家揉準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) i-------IT------Μ. C請先閲讀背面之注意事項再填寫本萸) 經濟部中央橾隼局貝工消費合作社印製 414862 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 形成可旋轉;射向該管體中央零件,該雷射光束被擴 張;在主軸外管體的兩零件形成的力矩之下,扇形光 束被保持在垂直方向上。 經濟部中央棵準局負工消费合作社印装 19. 依據申請專利範圍第4項所述之雷射指向儀,其 中浮體(2 51)是對稱旋轉的橢圓形狀,沿著其旋 轉抽具有孔(2 5 2 ),其係為圓柱管狀,並充填空 氣;其係沈浸於與浮體相同折射率的液體下;充填液 體的儲室(2 61)具有一長溝形的弧曲頂面(2 6 2),使得該浮體可上浮僅以單點接觸該儲室,並可 繞其軸自由旋轉;由充填空氣管體之擴張,雷射光束 指不垂直方向。 20. 依據申請專利範圍第g項所述之雷射指向儀,其 中浮體(2 51)是對稱旋轉的橢圓形狀,沿著其旋 轉轴具有孔(252) ’其係為圓柱管狀,並充填空 氣;其係沈浸於與浮體相同折射率的液體下;充填液 體的儲室(2 61)具有一長溝形的弧曲頂面(2 6 2),使得該浮體可上浮僅以單點接觸該儲室,並可 繞其轴自由旋轉;由充填空氣管體之擴張,雷射光束 指示垂直方向。 21·依據申請專利範圍第19項所述之雷射指向儀, — i I I I ! I. Ji ^ I n n 1 4's I I I (請先w讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺及通用T困闽豕稞竿(CNS ) A4说格(210X297公董) ABCD 414862 六、申請專利範圍 其中浮體(2 7 1)實質上是鼓形的;穿過旋轉中心, 其具有一個充填空氣圓柱管形儲室(275);其係 位於鼓形儲室(2 8 1 )内,其間具有一小開口,充 填空氣》 22·依據申請專利範圍第2〇項所述之雷射指向儀, 其中浮體(2 71)實質上是鼓形的;穿過旋轉中心, 其具有一個充填空氣圓柱管形儲室( 2 7 5 );其係 位於鼓形儲室(2 8 1 )内,其間具有一小開口,充 填空氣。 23,依據申請專利範圍第21或22項所述之雷射指 向儀,其中浮體(2 7 1)增加充填空氣孔( 2 76 ), 係以空氣或重料質充填,該充填空氣孔用以導引空氣 充填管’然後使扇形光束依據其重量而指向;藉由孔 (2 7 6 )增加之浮力,充填空氣的圓柱形管(2 7 5)可浮起’且自由的繞其轉動軸旋轉,而使得雷射 光束產生扇形光束後在要求的方向上指向。 24·依據申請專利範圍第9項所述之雷射指向儀,其 中可轉動光擴張器及兩浮體結合成一個單獨中空圓柱 管體(241),係以空氣充填;繞著對稱令心,該 管體實質上垂直地穿過轴承的中空主轴(243), 形成可旋轉;射向該管體中央零件’該雷射光數被擴:< ________26 本紙張纽適用t國0家標準(CNS〉( 21GX297公釐) ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本貰) ΪΤ 繡 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製
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