專利名稱：光平面投射設(shè)備和透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及把準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)換為光平面的光學(xué)單元，更具體說，是涉及這種光學(xué)單元在自動(dòng)校平測量儀、校平儀(leveling)、和/或鉛垂測量儀中的使用，把水平和/或豎直的光平面投射到參考物體上。
背景技術(shù)：
把水平和/或豎直的光平面，投射到參考物體上的常規(guī)自動(dòng)校平儀，是利用激光及圓柱面透鏡，產(chǎn)生水平和/或豎直的光的平面。美國專利U.S.Patent No.5,539,990，美國專利U.S.Patent No.5,243,398，和1993年6月1日公布的日本申請Japanese Application No.1991-90270(Public Disclosure No.1993-40815)，公開三種這樣的儀器。遺憾的是，如在圖4中所示，當(dāng)使用這樣圓柱面透鏡，把光平面投射到墻、地板、天花板、或其他參考物體上時(shí)，如線10所示，隨著遠(yuǎn)側(cè)邊緣離開墻上與輸入準(zhǔn)直光路共軸的點(diǎn)向更遠(yuǎn)伸延，線10的遠(yuǎn)側(cè)邊緣(圖4中所示的上部和下部邊緣)逐漸消失。這樣，要看清楚線10的遠(yuǎn)側(cè)極限，變得更為困難或成為不可能。在某些常規(guī)的設(shè)計(jì)中，光平面的遠(yuǎn)側(cè)極限簡單地在儀器內(nèi)被遮擋，從而造成光的截止部分被浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的一個(gè)方面，是提供一種產(chǎn)生線的透鏡，它引向輸出光平面遠(yuǎn)側(cè)極限的光，要比引向輸出光平面中心的光更強(qiáng)，以便在投射到墻或參考物體上的光線遠(yuǎn)側(cè)末端，給出改進(jìn)的能見度。
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)方面，是提供一種光學(xué)裝置，這種光學(xué)裝置包括框架、操作上與該框架連接的第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)、和放置在第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)光路中并定義笛卡兒坐標(biāo)(x，y，z)系統(tǒng)的第一透鏡。該第一透鏡有以x，y坐標(biāo)表示的第一和第二表面，它們的坐標(biāo)至少在第一透鏡z方向長度的一部分上與z無關(guān)。該第二表面在x，y平面中定義多半徑曲線，該透鏡把第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的光，轉(zhuǎn)換為第一光平面。該裝置還包括操作上安裝在框架上的自動(dòng)校平機(jī)構(gòu)，該自動(dòng)校平機(jī)構(gòu)力圖使第一光平面的取向相對于水平成預(yù)定的角度。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，該裝置包括操作上與框架連接的第二光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，和放置在第二光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)光路中并定義笛卡兒坐標(biāo)(x，y，z)系統(tǒng)的第二透鏡。該第二透鏡有以x，y坐標(biāo)表示的第一和第二表面，它們的坐標(biāo)至少在第二透鏡z方向長度的一部分上與z無關(guān)。該第二透鏡的第二表面，在x，y平面中定義多半徑曲線。該第二透鏡把第二光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的光，轉(zhuǎn)換為第二光平面。第一透鏡的z軸垂直于第二透鏡的z軸。第一和第二光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)每個(gè)包括激光二極管。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，該多半徑曲線，至少包括兩個(gè)鄰接的恒定半徑部分，該兩部分有不同半徑并在切點(diǎn)相交。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，該第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括激光二極管，且該裝置還包括位于激光二極管及第一透鏡之間的激光二極管光路中的準(zhǔn)直器，該激光二極管與準(zhǔn)直器產(chǎn)生的準(zhǔn)直光束，在光束與第一透鏡相交處的最大寬度，至少為2mm。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，該z軸在光路與透鏡相交的點(diǎn)上，垂直于光路。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，該第二表面的曲率半徑，至少在第二表面的一部分上光滑地變化。
第一透鏡可以是正的或負(fù)的透鏡。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，第二表面中心部分的曲率半徑，小于第二表面遠(yuǎn)側(cè)部分的曲率半徑。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，第二表面的最小曲率半徑，至少為0.5mm或至少為1.0mm。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，至少第二表面的一部分，按照方程式x2/a2+y2/b2＝1定義一橢圓曲線，這里a大于b。或者，至少第二表面的一部分，按照方程式x＝c*y2/(1+sqrt(1-(1+k)*c2*y2))+a*y4定義一非圓柱曲線，其中的c，k，和a是常數(shù)。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，透鏡的x軸與光路平行，且第二表面的曲率半徑，至少在第二表面的一部分上，隨y的絕對值增加而增加。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)是激光發(fā)生器。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，該第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)是激光二極管。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，該自動(dòng)校平機(jī)構(gòu)，包括由框架懸垂吊掛的擺錘體，且第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)與第一透鏡，由擺錘體支承，以便隨擺錘體相對框架作搖擺運(yùn)動(dòng)。該裝置還可以包括阻尼機(jī)構(gòu)，該阻尼機(jī)構(gòu)使第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)與透鏡相對框架的搖擺運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼。
本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)方面，是提供一種有第一和第二表面的光學(xué)透鏡，其中透鏡的截面至少在透鏡的一部分上，在笛卡兒坐標(biāo)(x，y，z)系統(tǒng)的z方向中保持恒定，其中的第二表面，在x，y平面中，按照方程式x2/a2+y2/b2＝1定義一曲線，其中的a大于b。數(shù)值a大于b至少50％?；蛘?，至少第二表面的一部分，按照方程式x＝c*y2/(1+sqrt(1-(1+k)*c2*y2))+a*y4定義一非圓柱曲線，其中的c，k，和a都是常數(shù)。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，該激光二極管與準(zhǔn)直器產(chǎn)生的準(zhǔn)直光束，在光束與第一透鏡相交處的最大寬度，至少為2mm。光束與第一透鏡相交處的最大寬度，也可以至少為4mm。
按照一個(gè)或多個(gè)這些實(shí)施例的再一個(gè)方面，準(zhǔn)直光束的y方向?qū)挾?，在?zhǔn)直光束與第一透鏡相交處，大于第一透鏡的y方向?qū)挾取?br> 本發(fā)明另外的和/或此外的優(yōu)點(diǎn)和卓越特性，通過下面的詳細(xì)說明將變得更清楚，下面的說明是結(jié)合附圖作出的，公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。


現(xiàn)在參照構(gòu)成本獨(dú)創(chuàng)的公開內(nèi)容一部分的附圖 圖1是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的非柱面透鏡的透視圖； 圖2是圖1所示透鏡的截面視圖，表明該透鏡如何把準(zhǔn)直光轉(zhuǎn)換為光平面； 圖3畫出圖1中所示透鏡在參考表面上產(chǎn)生的光強(qiáng)圖樣； 圖4畫出常規(guī)柱面透鏡在參考表面上產(chǎn)生的光強(qiáng)圖樣；和 圖5是采納圖1透鏡的水平儀的透視圖；和 圖6是圖5水平儀的局部透視圖； 圖7是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)非球面透鏡的透視圖； 圖8是圖7透鏡的側(cè)視圖； 圖9是圖7透鏡的前視圖；和 圖10是圖7透鏡的側(cè)視光線跡線，表明該透鏡如何把準(zhǔn)直光轉(zhuǎn)換為光平面；
具體實(shí)施例方式圖1按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，畫出非柱面透鏡100。透鏡100至少有一部分在圖示x，y，z笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)的z方向中，有恒定的截面(就是說，透鏡100表面的x和y坐標(biāo)與它們的z坐標(biāo)無關(guān))。
如在圖1中所示，透鏡100的第一表面110是平的，并位于x，y平面內(nèi)(或平行于x，y平面)。另外，第一表面110的x，y截面可以有各種其他形狀(如，恒定半徑的彎曲，變化半徑的彎曲)而不偏離本發(fā)明的范圍。
如在圖1中所示，透鏡100的第二表面120，在x，y平面內(nèi)有多半徑的光滑彎曲(就是說，至少包括兩種不同半徑的曲線的彎曲，該兩種不同半徑曲線在切點(diǎn)相遇)。在圖示的實(shí)施例中，該多半徑彎曲，按照如下方程式x2/a2+y2/b2＝1定義一橢圓曲線，其中常數(shù)a大于常數(shù)b。常數(shù)a是透鏡100沿x方向的厚度，而常數(shù)b是透鏡100沿y方向的寬度。在圖示的實(shí)施例中，a等于1.5b，但此外，也可以令a大于b多于或少于50％。透鏡100的最小曲率半徑等于b2/a。
如在圖2中所示，當(dāng)激光二極管125與準(zhǔn)直器127把光路為135的準(zhǔn)直光束(如激光束)130投射到表面110上時(shí)，透鏡把光束130沿y方向擴(kuò)展，建立光平面140。光路135與透鏡120的x軸共軸。在弧α上，光平面140中的光強(qiáng)，隨x，z平面與部分光平面140之間的角度而增加。在弧α以外，強(qiáng)度可以迅速下降。所以，如在圖2和3中所示，當(dāng)光平面140照射到與透鏡100的z軸垂直的墻150上時(shí)，光平面140形成的照明線160，在弧α上有基本上恒定的強(qiáng)度。圖3透鏡100形成的線160，與圖4常規(guī)柱面透鏡形成的線10之間的比較，表明透鏡100在線160更遠(yuǎn)的末端產(chǎn)生的光的強(qiáng)度，比常規(guī)柱面透鏡的更強(qiáng)。
在圖示的實(shí)施例中，準(zhǔn)直器127包括準(zhǔn)直透鏡。但是，使用任何其他合適的準(zhǔn)直器(如準(zhǔn)直管)代替透鏡，并不偏離本發(fā)明的范圍。
激光二極管125最好產(chǎn)生波長在400-700nm范圍的可見光。二極管125可以產(chǎn)生紅的激光束130(如635nm波長±5nm，650nm波長±5nm，655nm波長±5nm)或綠的激光束130(如532nm波長±5nm)。按照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，二極管125的輸出功率在0.5到20mW之間、4到14mW之間、約1mW±10％、約4mW±10％、約5mW±10％、或約10mW±10％。按照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，二極管125的輸入電壓，在2.7到6.2伏之間或3.0到7.0伏之間。
透鏡100沿y方向的寬度2b，最好大于光束130沿y方向的寬度。在圖2所示實(shí)施例中，光束130沿y方向的寬度3.5mm，略小于透鏡100對應(yīng)的寬度4mm。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，光束130大于1mm寬、大于2mm寬、大于3mm寬、大于4mm寬、或在1到10mm之間。如圖2中所示，要建立約4mm寬的光束130，可以花費(fèi)不多地設(shè)計(jì)激光二極管125及準(zhǔn)直器127。
激光二極管通常建立橢圓狀截面的光束。激光二極管125的取向，最好使光束130的橢圓狀截面主軸，與透鏡100的y軸對準(zhǔn)。從而令光束130在z方向中盡可能薄，以縮減得到的光平面140的厚度。按照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，輸出光束130的y方向?qū)挾龋s5mm±1mm，或約6mm±1mm。另外，準(zhǔn)直器127可以包括截?cái)喙馐?30遠(yuǎn)側(cè)部分的孔徑板。例如，孔徑板可以是矩形或圓形，且可以置于準(zhǔn)直器透鏡127的下游，以控制準(zhǔn)直光束130的形狀?？讖降膟方向?qū)挾?，最好等于或小于透鏡100的寬度2b。按照本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，孔徑的y方向?qū)挾?以及得到的光束130寬度)在3到8mm之間、3到5mm之間、約4.5mm±1mm、或約5.0mm±1mm。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，透鏡100的寬度小于光束130的寬度。例如，橢圓狀光束130外側(cè)y方向的邊緣，有相對小的光強(qiáng)且不輻照透鏡100。在一個(gè)實(shí)施例中，激光二極管和準(zhǔn)直器產(chǎn)生的光束130，在y方向的寬度約4.3mm。常數(shù)a等于3mm和常數(shù)b等于2mm，使透鏡100的寬度為4mm，該寬度略小于準(zhǔn)直光束130的寬度。在該實(shí)施例中，第二表面120的最小曲率半徑(即y＝0的曲率半徑)等于1.33mm(即b2/a)。
按照本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例，透鏡100的寬度2b可以大于1mm、大于2mm、大于3mm、大于4mm、大于5mm、或在1到20mm之間。按照本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例，第二表面120的最小曲率半徑，可以大于0.1mm、大于0.25mm、大于0.5mm、大于1.0mm、大于1.5mm、或在0.25到10mm之間。
雖然圖示的第二表面120定義一橢圓，但該第二表面120可以有任何其他合適的多半徑彎曲(例如，在一個(gè)切點(diǎn)或多個(gè)切點(diǎn)上連結(jié)的具有兩個(gè)或多個(gè)截然不同的恒定半徑部分的彎曲；其中的曲率半徑至少在曲線一部分上變化的光滑彎曲；拋物線(x＝a-by2，這里a和b是常數(shù))；下面討論的透鏡510的彎曲)。第一和第二表面110、120最好具有這樣的形狀，使得光強(qiáng)向弧α的遠(yuǎn)側(cè)末端增加。在一個(gè)實(shí)施例中，第二表面120的曲率半徑在第二表面120的中心部分(即，在弧α的中心；y＝0)，比在第二表面120的遠(yuǎn)側(cè)部分(即，在弧α的外側(cè)部分；在更大的y值上)更小。按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，第二表面120的曲率半徑隨y的絕對值增加而增加。
在圖示的實(shí)施例中，第一和第二表面110、120以某一角度相交，并在x，y平面中定義半橢圓。
上面的解釋假定是理想的輸入準(zhǔn)直光束130，它在它的矩形截面上有恒定的強(qiáng)度。非理想的光源，諸如激光二極管，產(chǎn)生非理想強(qiáng)度的常常呈卵形的光束。如果光束130寬度的y方向?qū)挾?，不顯著大于透鏡110的y方向?qū)挾?，則卵形光束130以較低強(qiáng)度的光輻照在透鏡100外側(cè)y方向部分，并導(dǎo)致光平面140向著弧α的遠(yuǎn)側(cè)部分成比例地降低強(qiáng)度。盡管如此，透鏡100的曲率，還是與常規(guī)柱面透鏡相比，增加光平面140在弧α遠(yuǎn)側(cè)部分的實(shí)際光強(qiáng)。
透鏡100十分適合用于測量和校平/鉛垂測量的激光儀器，因?yàn)橥哥R100比常規(guī)的柱面透鏡，在投射到參考表面上的弧α的遠(yuǎn)側(cè)末端和對應(yīng)光線的遠(yuǎn)側(cè)部分，提供更強(qiáng)的光。例如，用按照本發(fā)明若干實(shí)施例的透鏡100，取代自動(dòng)校平激光儀中的柱面透鏡，這些自動(dòng)校平激光儀在美國專利U.S.Patent No.5,539,990，美國專利U.S.Patent No.5,243,398，和日本申請Japanese Application No.1991-90270(Public Disclosure No.1993-40815)中說明，這里引用這些專利申請的全部內(nèi)容，供參考。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，是在自動(dòng)校平中采納透鏡100的光平面投射水平儀300，如圖5和6中所示。如圖6中所示，水平儀300包括殼體310和擺錘體320，擺錘體320通過萬向接頭330或其他懸垂連接，懸掛在殼體310下。擺錘體320和殼體310包括磁阻尼器340。激光二極管350、360安裝在擺錘體320上，使二極管350、360的光束軸沿水平方向擴(kuò)展(即垂直于擺錘定義的鉛垂豎直線)。在圖示的實(shí)施例中，二極管350、360的光束軸彼此平行。準(zhǔn)直器最好設(shè)在二極管350、360的光路中，使光準(zhǔn)直。第一透鏡100在二極管的光路中放在二極管350之前，以便透鏡100的z軸沿豎直方向伸延(即平行于擺錘體320的鉛垂線365)。如在圖5中所示，二極管350和第一透鏡100產(chǎn)生水平的光平面370。如在圖6中所示，第二透鏡100在二極管的光路中放在二極管360之前，以便第二透鏡100的z軸沿水平方向伸延。如在圖5中所示，二極管360和第二透鏡100產(chǎn)生豎直的光平面380。透鏡100在水平儀300中的使用，增加光平面370、380遠(yuǎn)側(cè)部分的強(qiáng)度，在墻上形成長的和/或普遍均勻強(qiáng)度的照明線390、400。
可以在擺錘體320中按不同取向安裝另外的二極管和透鏡100，以提供另外用途的光平面(例如，光束軸與激光二極管350、360光束軸正交的水平或豎直取向的激光二極管，其中，在這些另外的二極管之前的透鏡100是水平或豎直取向的，和/或其z軸與第一和第二透鏡100的z軸之一或兩者正交)。另外的二極管和透鏡，可以與其他二極管和/或透鏡成非直角地安裝在擺錘上。
雖然圖示的水平儀300產(chǎn)生水平和豎直取向的光平面，但也可以改變水平儀300，使之以任何其他需要的相對于水平的取向，建立光平面。例如透鏡100的z軸，可以與水平成45度角取向，使透鏡產(chǎn)生的光平面與水平成45度角。水平儀300可以包括調(diào)整機(jī)構(gòu)，能讓操作員自由地選擇輸出光平面的角度(例如，改變透鏡100的取向)。
雖然圖示的水平儀300，利用擺錘使水平儀300自動(dòng)校平，但任何其他合適的自動(dòng)校平機(jī)構(gòu)(例如隨動(dòng)校平水平儀；流體校平水平儀(例如見美國專利U.S.Pat.No.5,184,406))都可以使用，并不偏離本發(fā)明的范圍。
雖然圖示的水平儀300，利用磁阻尼器340使擺錘(從而激光二極管350、360和透鏡100)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼，但此外，任何其他合適的阻尼器也可以使用(如陀螺儀)，不偏離本發(fā)明的范圍。此外，可以整個(gè)地省去阻尼器。
雖然圖示的水平儀300，利用激光二極管350、360來產(chǎn)生光，但此外，任何其他合適的光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(如LED)也可以使用，并不偏離本發(fā)明的范圍。然而，盡管如此，最好還是使用產(chǎn)生單色光的光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)。
雖然圖示的水平儀300，利用分開的光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)來產(chǎn)生多個(gè)光平面，但此外，可以使用單個(gè)光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)來產(chǎn)生多個(gè)光平面(例如，通過光束分束、分離反射鏡或透鏡，等等)。例如見U.S.Pat.No.5,459,932；日本申請Japanese Application No.1991-90270(JapanesePublic Disclosure No.1993-40815)。還有，可以使用多個(gè)光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，在單個(gè)光平面內(nèi)產(chǎn)生不同的弧(例如，建立360度的光平面)。
本領(lǐng)域一般人員應(yīng)當(dāng)清楚，各種光學(xué)部件(如反射鏡、透鏡)可以改變光路135的方向。如在本文使用的，光路135(以及其他分量，如光束130等等)的方向，由光路135與部件相交的位置確定，部件的位置是相對于光路135陳述的。例如，如在圖2中所示，如果把45度的反射鏡置于準(zhǔn)直器130和透鏡100之間，使光路135旋轉(zhuǎn)90度，那么透鏡100的取向應(yīng)轉(zhuǎn)過90度，以便第一表面110、z軸、和y軸在光路135與透鏡100相交處，全都保持與光路135垂直。因此，第一表面110垂直于光路135，盡管第一表面110與光路135位于二極管135及準(zhǔn)直器127之間的部分不垂直。
圖7-10按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，畫出負(fù)的非球面透鏡500。透鏡500有把準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)換為光平面的負(fù)焦距。透鏡500可以取代透鏡100，在水平儀300中使用?；蛘?，透鏡500可以用于需要把準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)換為光平面的其他的產(chǎn)品上。例如，透鏡500可以在下面專利說明的裝置中使用U.S.Patent Application Publication No.2005/0078303，U.S.Patent Application Serial No.11/477,589，標(biāo)題為“ADHESIVE MOUNT FOR A LEVELING DEVICE AND ALEVELING DEVICE”，2006年6月30日申請，本文引用這兩個(gè)專利全文，供參考。具體地說，透鏡500可以放在公開的裝置中的激光二極管之前，把光束轉(zhuǎn)換為光的平面，以便在某一表面形成線。
透鏡500包括凹的非球面第一表面510和平的第二表面520。另外，第二表面520可以有非平面的外形，并不偏離本發(fā)明的范圍。非球面的第一表面510在x，y平面中有多半徑的彎曲。第一表面510的多半徑彎曲，最好在x，y平面中有光滑的彎曲，該彎曲與z位置無關(guān)。在圖示實(shí)施例中，該彎曲由下面的方程式定義x＝c*y2/(1+sqrt(1-(1+k)*c2*y2))+a*y4按照一個(gè)實(shí)施例，c＝0.41322，k＝-0.2108，和a＝-0.002886。透鏡500可以包括任何合適的光學(xué)材料，例如ZF6或SF4。表面510、520最好拋光并鍍以抗反射涂層，以便優(yōu)化通過透鏡的光波長(如635nm到670nm)的傳輸。圖10畫出透鏡500如何把準(zhǔn)直光束530轉(zhuǎn)換為光平面540的光線跡線，該光平面540與表面550相交，產(chǎn)生照明線560。與球面或柱面透鏡比較(這些透鏡產(chǎn)生的線，隨線遠(yuǎn)離透鏡中心軸伸延，強(qiáng)度逐漸減弱)，透鏡500優(yōu)先地把更高強(qiáng)度的光，分配給光平面540的外側(cè)邊界，以便增加被照明線560的照明均勻性。
前面的說明是為了表明優(yōu)選實(shí)施例的操作，并不意味對本發(fā)明的限制。相反，本領(lǐng)域熟練人員應(yīng)當(dāng)了解，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以構(gòu)建和采取各種變化，本發(fā)明范圍的各方面，由后面所附權(quán)利要求書闡明。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)裝置，包括框架；操作上與該框架連接的第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)；放置在第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)光路中并定義笛卡兒坐標(biāo)(x，y，z)系統(tǒng)的第一透鏡，該第一透鏡有以x，y坐標(biāo)表示的第一和第二表面，它們的坐標(biāo)至少在第一透鏡z方向長度的一部分上與z無關(guān)，該第二表面在x，y平面中定義多半徑曲線，該透鏡把第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的光，轉(zhuǎn)換為第一光平面；和操作上安裝在框架上的自動(dòng)校平機(jī)構(gòu)，該自動(dòng)校平機(jī)構(gòu)力圖使第一光平面的取向相對于水平成預(yù)定的角度。
2.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，還包括操作上與框架連接的第二光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)；和放置在第二光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)光路中并定義笛卡兒坐標(biāo)(x，y，z)系統(tǒng)的第二透鏡，該第二透鏡有以x，y坐標(biāo)表示的第一和第二表面，它們的坐標(biāo)至少在第二透鏡z方向長度的一部分上與z無關(guān)，該第二透鏡的第二表面，在x，y平面中定義多半徑曲線，該第二透鏡把第二光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的光，轉(zhuǎn)換為第二光平面，其中，第一透鏡的z軸垂直于第二透鏡的z軸，和其中，第一和第二光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)每個(gè)包括激光二極管。
3.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中的多半徑曲線，至少包括兩個(gè)鄰接的恒定半徑部分，該兩部分有不同半徑并在切點(diǎn)相交。
4.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中的第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，包括激光二極管，而其中該裝置還包括準(zhǔn)直器，位于激光二極管及第一透鏡之間的激光二極管光路中，該激光二極管與準(zhǔn)直器產(chǎn)生的準(zhǔn)直光束，在光束與第一透鏡相交處的最大寬度，至少為2mm。
5.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中的z軸在光路與透鏡相交的點(diǎn)上，垂直于光路。
6.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中第二表面的曲率半徑，至少在第二表面的一部分上光滑地變化。
7.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中第二表面的中心部分的曲率半徑，小于第二表面遠(yuǎn)側(cè)部分的曲率半徑。
8.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中第二表面的最小曲率半徑，至少為0.5mm。
9.按照權(quán)利要求8的光學(xué)裝置，其中第二表面的最小曲率半徑，至少為1.0mm。
10.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中的第一透鏡，包括負(fù)的非球面透鏡。
11.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中至少第二表面的一部分，按照方程式x2/a2+y2/b2＝1定義一橢圓曲線，其中的a大于b。
12.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中至少第二表面的一部分，按照方程式x＝c*y2/(1+sqrt(1-(1+k)*c2*y2))+a*y4定義一非圓柱曲線，其中的c，k，和a是常數(shù)。
13.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中透鏡的x軸與光路平行，且其中第二表面的曲率半徑，至少在第二表面的一部分上，隨y的絕對值增加而增加。
14.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中的第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，包括激光發(fā)生器。
15.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中的第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，包括激光二極管。
16.按照權(quán)利要求1的光學(xué)裝置，其中的自動(dòng)校平機(jī)構(gòu)，包括由框架懸垂吊掛的擺錘體，且其中的第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)與第一透鏡，由擺錘體支承，以便隨擺錘體相對框架作搖擺運(yùn)動(dòng)。
17.按照權(quán)利要求16的光學(xué)裝置，還包括阻尼機(jī)構(gòu)，該阻尼機(jī)構(gòu)使第一光產(chǎn)生機(jī)構(gòu)與透鏡相對框架的搖擺運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼。
18.一種有第一和第二表面的光學(xué)透鏡，其中透鏡的截面至少在透鏡的一部分上，在笛卡兒坐標(biāo)(x，y，z)系統(tǒng)的z方向中保持恒定，其中的第二表面，在x，y平面中，按照方程式x2/a2+y2/b2＝1定義一曲線，其中的a大于b。
19.按照權(quán)利要求18的光學(xué)透鏡，其中a大于b至少50％。
20.一種有第一和第二表面的光學(xué)透鏡，其中透鏡的截面至少在透鏡的一部分上，在笛卡兒坐標(biāo)(x，y，z)系統(tǒng)的z方向中保持恒定，其中的第二表面，在x，y平面中，按照方程式x＝c*y2/(1+sqrt(1-(1+k)*c2*y2))+a*y4定義一曲線，其中的c，k，和a是常數(shù)。
21.一種光學(xué)裝置，包括第一激光二極管；位于第一激光二極管光路中的第一準(zhǔn)直器；和位于第一準(zhǔn)直器光路下游中的第一透鏡，該第一透鏡定義笛卡兒坐標(biāo)(x，y，z)系統(tǒng)，該第一透鏡有以x，y坐標(biāo)表示的第一和第二表面，它們的坐標(biāo)至少在第一透鏡z方向長度的一部分上與z無關(guān)，該第二表面在x，y平面中定義多半徑曲線，該第一透鏡把第一激光二極管產(chǎn)生的光，轉(zhuǎn)換為第一光平面，其中的第一激光二極管與準(zhǔn)直器產(chǎn)生的準(zhǔn)直光束，在光束與第一透鏡相交處的最大寬度，至少為2mm。
22.按照權(quán)利要求21的光學(xué)裝置，還包括框架；和由框架懸垂吊掛的擺錘體，其中的第一激光二極管、第一準(zhǔn)直器、和第一透鏡，都安裝在擺錘體上。
23.按照權(quán)利要求21的光學(xué)裝置，其中的準(zhǔn)直光束在光束與第一透鏡相交處的最大寬度，至少為4mm。
24.按照權(quán)利要求21的光學(xué)裝置，其中準(zhǔn)直光束的y方向?qū)挾?，在?zhǔn)直光束與第一透鏡相交處，大于第一透鏡的y方向?qū)挾取?br> 全文摘要
一種非柱面透鏡，把準(zhǔn)直光束轉(zhuǎn)換為光平面，該光平面增加光平面的弧的遠(yuǎn)側(cè)部分光強(qiáng)，以便基本上均勻地把參考光線，投射到該光平面要投射到的參考平面上。該非柱面透鏡，有至少在透鏡的z方向長度上保持恒定的第一和第二表面。該第二表面在x，y平面中定義多半徑曲線。該透鏡可以用在自動(dòng)校平的光學(xué)裝置中，這種光學(xué)裝置以相對于水平的預(yù)定角度，把參考光線投射到參考表面上。
文檔編號G02B3/00GK101038166SQ20061016420
公開日2007年9月19日 申請日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者杰伊·芒羅, 李海章, 劉亞平 申請人:斯坦利公司