專(zhuān)利名稱(chēng)：用于測(cè)量裝置和方法以改變光束的光屬性的光束發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量裝置以改變光束的光屬性的光束發(fā)射裝置以及對(duì)應(yīng)的方法以及涉及一種使用該光束發(fā)射裝置的測(cè)量?jī)x器，其中光束的光屬性由此能夠自動(dòng)地從一種狀態(tài)改變到另一種狀態(tài)。
背景技術(shù)：
為了測(cè)量物體之間的距離和角度，使用多種類(lèi)型的測(cè)量?jī)x器。這里，例如若干常規(guī)測(cè)量?jī)x器(如，測(cè)繪儀器)使用激光通過(guò)執(zhí)行光電測(cè)量來(lái)測(cè)量與物體的位置的距離。特殊測(cè)量?jī)x器，水準(zhǔn)儀或激光水準(zhǔn)儀能夠借助例如測(cè)量尺測(cè)量高度差和確定高度水平線。例如，水準(zhǔn)儀包括瞄準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，使用水準(zhǔn)器或懸掛補(bǔ)償器能夠?qū)⒚闇?zhǔn)望遠(yuǎn)鏡與鉛垂線垂直朝向。除了位置測(cè)量外，還可以確定高度差、水平表面或垂直表面的測(cè)量。要測(cè)量距離或位置，用戶必須驗(yàn)證激光器光源的激光光束準(zhǔn)確地照射在物體上期望的位置處。但是，照射在例如壁部上的激光點(diǎn)往往非常小，并且處于Z模式(B卩，透射光束是水平的，以及偏轉(zhuǎn)光束與所述透射光束正交)，在長(zhǎng)距離的情況中，用戶可以利用肉眼或常規(guī)光檢測(cè)器發(fā)現(xiàn)激光點(diǎn)是困難的。此外，激光束的強(qiáng)度隨著距離減弱，由此壁部散射回的光強(qiáng)度進(jìn)一步減弱。因此，因?yàn)榧す恻c(diǎn)的尺寸小以及與激光源的距離，所以利用肉眼或移動(dòng)光檢測(cè)器在目標(biāo)區(qū)域中查找激光點(diǎn)可能成本非常高且有時(shí)甚至是不可能的。再者，查找小激光點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)外部條件(例如，環(huán)境光、雪、雨和風(fēng))下變得更加復(fù)雜，其中需要快速和可靠的檢測(cè)。例如，在德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(具有參考號(hào)DE 11 2008 003 912.7)中，描述了具體來(lái)說(shuō)通過(guò)使用扇形展開(kāi)的激光束或扇形激光束，使得更快速且更容易地找到激光束的中心成為可能的一種定位裝置和一種定位方法。但是，生成扇形展開(kāi)的激光束并非簡(jiǎn)單易行的。因?yàn)槔蒙刃握归_(kāi)的激光束或類(lèi)似非準(zhǔn)直的光束進(jìn)行距離的測(cè)量或角度的測(cè)量是不可能的，所以必須提供不同的光源以產(chǎn)生扇形展開(kāi)的激光束和未變化的激光束，或需要找到一種方法來(lái)按需將光學(xué)元件引入激光束中以及將其從激光束中移開(kāi)。此類(lèi)機(jī)制不僅在生成扇形展開(kāi)的激光束時(shí)有用，而且還能夠用于改變激光束的傳播方向或其他光屬性。通過(guò)柱面透鏡中旋轉(zhuǎn)扇形展開(kāi)的激光束能夠生成激光束中通過(guò)柱面透鏡旋轉(zhuǎn)的光錐，以便使用光束或激光束的適合發(fā)射裝置時(shí)，需要將有關(guān)幾何形狀和用戶友好性的若干基本條件納入考慮。因此，需要提供一種用于測(cè)量?jī)x器的光束發(fā)射裝置和一種對(duì)應(yīng)方法，其能夠以簡(jiǎn)單且可重復(fù)的方式改變光束的光屬性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實(shí)施例，一種用于測(cè)量?jī)x器以改變光束的光屬性的光束發(fā)射裝置包括具有供光束通過(guò)的開(kāi)口的基體、可繞著基體上的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)地布置的頭部、基本對(duì)應(yīng)于光束穿過(guò)基體的傳播方向的軸、可繞著頭部上的轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地布置的光學(xué)元件以及用于產(chǎn)生光學(xué)元件繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成將光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到第一位置和轉(zhuǎn)向到第二位置，其中在第二位置中，光學(xué)元件位于光束中，以使光束的光屬性根據(jù)光學(xué)元件的功能而改變。相應(yīng)地，可以將光學(xué)元件從第一位置轉(zhuǎn)向到第二位置而進(jìn)入光束中，并由此通過(guò)該光學(xué)元件改變光束的光屬性；例如光束點(diǎn)變成直線，這通過(guò)旋轉(zhuǎn)生成光錐。具體來(lái)說(shuō)，該光束發(fā)射裝置能夠在頭部與光學(xué)元件一起旋轉(zhuǎn)期間使光束的光屬性改變，其中可以無(wú)需該接觸發(fā)射裝置而自動(dòng)地控制光學(xué)元件的旋入和旋出。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成通過(guò)繞著旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于基體旋轉(zhuǎn)頭部來(lái)將光學(xué)元件繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向。相應(yīng)地，可以使用頭部的旋轉(zhuǎn)以便使用適合的方式將光學(xué)元件繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，以便該發(fā)射裝置的頭部中無(wú)需電動(dòng)機(jī)或其他驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該第一位置對(duì)應(yīng)于光學(xué)元件位于光束外的位置。從而，可以避免光束受到光學(xué)元件影響。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成根據(jù)頭部繞著旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向，將光學(xué)元件從第一位置轉(zhuǎn)向到第二位置，或從第二位置轉(zhuǎn)向到第一位置。由此，可以通過(guò)設(shè)置旋轉(zhuǎn)方向來(lái)改變光學(xué)兀件的位置。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括擺錘，所述擺錘可繞著所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地耦接到所述頭部，且連接到所述光學(xué)元件。由此，可以通過(guò)機(jī)械元件(如擺錘)將該光學(xué)元件從一個(gè)位置移到另一個(gè)位置。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括升降裝置，所述升降裝置可移動(dòng)地布置在所述基體上，并且處于抬高狀態(tài)時(shí)，接觸所述擺錘，以便在繞著所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)期間將連接到所述擺錘的所述光學(xué)元件轉(zhuǎn)向。由此，可以使用頭部繞著旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)將附接到擺錘的光學(xué)元件轉(zhuǎn)向，該擺錘可以由基體上的升降裝置控制，這由不旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)向的元件實(shí)現(xiàn)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述擺錘和所述升降裝置各具有嵌齒，所述嵌齒在所述抬高狀態(tài)時(shí)在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中嚙合。由此，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方式在附接到基體的升降裝置與附接到頭部的擺錘之間形成接觸，以便將光學(xué)元件轉(zhuǎn)向。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述升降裝置具有產(chǎn)生所述抬高狀態(tài)的電磁鐵。由此，升降裝置的簡(jiǎn)單電子控制是可能的。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述擺錘具有護(hù)板，在與所述升降裝置接觸的情況下，所述護(hù)板松脫所述擺錘的鎖扣，以使所述擺錘能夠繞著所述轉(zhuǎn)向軸自由地轉(zhuǎn)向。由此，通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械接觸，能夠松脫鎖扣，另外使用此鎖扣將光學(xué)元件固定到位。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括測(cè)量體，其可轉(zhuǎn)向地耦接到所述頭部以及可繞著所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，并且連接到所述光學(xué)元件，以及根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)速度，將所述光學(xué)元件繞著所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向到所述第一或第二位置。由此，通過(guò)利用頭部轉(zhuǎn)向期間的離心力，可以更改光學(xué)元件的位置，這樣能夠無(wú)需升降裝置或基體上的另一個(gè)裝置。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述頭部具有附加的光學(xué)元件，所述附加的光學(xué)元件按基本垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸的方向?qū)⒐馐闹辽俣鄠€(gè)部分偏轉(zhuǎn)。由此，頭部能夠?qū)⒐馐止獬蓛蓚€(gè)部分，例如可以用于不同的測(cè)量的兩個(gè)部分。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成將所述光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到所述第二位置，其中在所述第二位置中，所述光學(xué)元件位于所述至少部分偏轉(zhuǎn)的光束中，以使所述光束的光屬性根據(jù)所述光學(xué)元件的功能而改變。由此，還可以改變部分偏轉(zhuǎn)的光束的光屬性，這允許靈活地使用發(fā)射裝置。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該光束發(fā)射裝置包括多功能單元，該多功能單元包含光學(xué)元件且可繞著所述頭部上的所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地布置，以便將具有所述光學(xué)元件的所述多功能單元轉(zhuǎn)向到所述第一位置，在所述第一位置中，所述光學(xué)元件位于所述光束外，以及所述多功能單元的另一個(gè)部分位于所述光束內(nèi)。由此，可以選擇不同的功能，這些不同的功能不同地改變光束的光屬性。例如，在第一位置的情況中，光束通過(guò)多功能單元，例如玻璃體，而不會(huì)被所述單元改變，在第二位置的情況中，通過(guò)多功能單元中包含的光學(xué)元件，從而光束被改變。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述多功能單元的其他部分根據(jù)其光功能來(lái)改變所述光束的光屬性。由此，靈活地改變光束的光屬性是可能的。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，光學(xué)元件的功能包括如下的至少其中之一:弱化、聚焦成點(diǎn)、扇形展開(kāi)、聚焦成線、偏轉(zhuǎn)和濾光。由此，針對(duì)不同應(yīng)用靈活地使用具有光學(xué)元件的光束發(fā)射裝置是可能的。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種測(cè)量?jī)x器，如水準(zhǔn)儀以及具體為激光水準(zhǔn)儀，其包含上文描述的光束發(fā)射裝置。由此，能夠提供一種改進(jìn)型測(cè)量?jī)x器，其光束或激光束能夠容易且快速地被找到。在又一個(gè)實(shí)施例中，描述一種方法,其用于改變測(cè)量?jī)x器的光束發(fā)射裝置的光束的光屬性的方法，所述光束發(fā)射裝置具有基體和頭部。該方法包括將所述頭部旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于所述基體旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸基本對(duì)應(yīng)于所述光束穿過(guò)所述基體的傳播方向；以及通過(guò)使得所述頭部繞著所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，將隨著所述頭部旋轉(zhuǎn)且可繞著所述頭部上的轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地布置的光學(xué)元件轉(zhuǎn)向，其中所述光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到使所述光學(xué)元件位于所述光束中的位置，以使所述光束的光屬性根據(jù)所述光學(xué)元件的功能而改變。作為結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)與上文描述那些相似的優(yōu)點(diǎn)。在權(quán)利要求中公開(kāi)了以及在下文進(jìn)一步詳細(xì)地描述了本發(fā)明的其他有優(yōu)勢(shì)的特征。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于測(cè)量?jī)x器的光束發(fā)射裝置。圖2表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于改變光束的光屬性的方法的步驟或過(guò)程。圖3a和圖3b表示根據(jù)特定實(shí)施例的光束發(fā)射裝置的側(cè)視圖或剖面圖。圖4a和圖4b表示具有兩個(gè)光學(xué)元件的多功能單元的兩個(gè)朝向。圖5a和圖5b表示具有一個(gè)光學(xué)元件的另一個(gè)多功能單元的兩個(gè)朝向。
具體實(shí)施例方式參考附圖描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。要注意，下文描述僅包含示例，并且務(wù)必不能解釋為限制本發(fā)明。本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及用于改變光束的光屬性(例如用于偏轉(zhuǎn)、弱化、聚焦、扇形展開(kāi)等)的裝置，這可以通過(guò)使用適合的機(jī)構(gòu)將光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到光束來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里，轉(zhuǎn)向繞著基本垂直于光束的傳播方向的轉(zhuǎn)向軸進(jìn)行，以使照射在光束整形或光束改變表面上的光束被所述表面(至少部分地)反射和/或使之能夠穿過(guò)所述表面和被所述表面改變。該發(fā)射裝置這里主要包括兩個(gè)部分:基體和所述基體上可相對(duì)于基體旋轉(zhuǎn)地布置的頭部，以便繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。根據(jù)特殊示例，該發(fā)射裝置可以與測(cè)量?jī)x器的激光發(fā)射器一起使用，其中該光學(xué)元件表示激光束中的柱面透鏡或另一個(gè)折射結(jié)構(gòu)、衍射結(jié)構(gòu)(柵格)或開(kāi)口(光圈)，其用于將激光束扇形展開(kāi)且適合地布置以用于繞著傳播方向旋轉(zhuǎn)，以便在旋轉(zhuǎn)的情況中，扇形激光束生成以中心軸作為傳播軸的光錐。圖1表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光束發(fā)射裝置100的元件，包括基體110、頭部120和光學(xué)元件130和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)140?；w110具有供光束通過(guò)的開(kāi)口 115。例如，可以將基體110布置在測(cè)量?jī)x器(如水準(zhǔn)儀)中，測(cè)量?jī)x器具有激光發(fā)射器或類(lèi)似光源(如窄帶LED)，以便實(shí)現(xiàn)高度、距離或角度測(cè)量或指示表面。這里，可以通過(guò)開(kāi)口 115以與旋轉(zhuǎn)軸平行或基本與所述旋轉(zhuǎn)軸吻合的方式弓I導(dǎo)激光發(fā)射器發(fā)射的光束(由此優(yōu)選地是激光束)。頭部120可繞著基體110上的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)地布置，正如所提到的，該旋轉(zhuǎn)軸基本對(duì)應(yīng)于光束穿過(guò)基體110的傳播方向。由此，頭部120是轉(zhuǎn)子頭，例如其附接在圓柱管的上端，該圓柱管可旋轉(zhuǎn)地布置在基體110的開(kāi)口中。如圖1所示，光學(xué)元件130以可繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向的方式布置在頭部120上。在圖1所示的示例中，轉(zhuǎn)向軸與附圖的平面成法向以及基本與旋轉(zhuǎn)軸垂直，正如上文提到的，旋轉(zhuǎn)軸基本對(duì)應(yīng)于光束的傳播方向，此方向由引用數(shù)字150標(biāo)記。具體根據(jù)設(shè)計(jì)，還可以將轉(zhuǎn)向軸布置成相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸成另一個(gè)角度。例如，光學(xué)元件130是波束整形體或表面，以及它在圖1中表示為光學(xué)透鏡。該光學(xué)元件以使得頭部120旋轉(zhuǎn)時(shí)光學(xué)元件130繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的方式耦接到頭部120 -或它是頭部的一部分。如果柱面透鏡用作光學(xué)元件130，則由此通過(guò)旋轉(zhuǎn)柱面透鏡扇形展開(kāi)的光束來(lái)生成具有以旋轉(zhuǎn)的中心軸為傳播軸的光錐是可能的。扇形展開(kāi)的光束在圖1中以虛線箭頭指示。為了促使光學(xué)元件130繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，提供轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)140。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)140設(shè)計(jì)成將光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到第一位置和轉(zhuǎn)向到第二位置，其中在第二位置中，光學(xué)元件位于光束中，以使光束的光屬性根據(jù)光學(xué)元件的功能而改變。在柱面透鏡的情況中，因此光束的光屬性被改變成所述光束沿著一個(gè)方向扇形展開(kāi)的效果。由此，可以在兩個(gè)狀態(tài)之間設(shè)置差異，即，一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)于第一位置，其中該光學(xué)元件位于光束外，即，光束不受影響地通過(guò)光束整形體，以及第二狀態(tài)對(duì)應(yīng)于第二位置，其中該光學(xué)元件位于光束中，即，光束受光束整形體影響，并且光屬性根據(jù)光學(xué)元件的再現(xiàn)功能而改變。換言之，這意味著轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成將光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到第一位置，S卩，該光學(xué)元件位于光束外。第一狀態(tài)在圖1中由光學(xué)元件130的位置輸出，第二狀態(tài)在圖1中由以虛線繪畫(huà)的光學(xué)元件130'示出。如果光學(xué)元件將僅采用兩個(gè)位置，則轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)單的折疊機(jī)構(gòu)。但是，還可以將多種光學(xué)元件布置在轉(zhuǎn)向軸上，以便具體根據(jù)轉(zhuǎn)向的范圍，光束中的不同光學(xué)元件改變其光學(xué)元件。根據(jù)下文參考圖3a和圖3b進(jìn)一步詳細(xì)描述的實(shí)施例，該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成通過(guò)繞著旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于基體旋轉(zhuǎn)頭部來(lái)將光學(xué)元件繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向。例如，該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由兩個(gè)部分組成，基體上的一個(gè)部分和頭部上的另一個(gè)部分，二者以在頭部旋轉(zhuǎn)期間以及由此第二部分相對(duì)于第一部分的旋轉(zhuǎn)期間將光學(xué)元件130轉(zhuǎn)向的方式一起工作。具體來(lái)說(shuō)，該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成根據(jù)頭部繞著旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向，將光學(xué)元件130從第一位置轉(zhuǎn)向到第二位置，或從第二位置轉(zhuǎn)向到第一位置。但是，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)140還可以?xún)H包括一個(gè)部分，并且可轉(zhuǎn)向地連接到頭部，并且它可以具有可繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向的測(cè)量體。這里再次將該可轉(zhuǎn)向測(cè)量體連接到光學(xué)元件，以使后者能夠根據(jù)繞著旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向到第一位置或轉(zhuǎn)向到第二位置。這里，利用測(cè)量體上的離心力來(lái)促成繞著轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)向。例如，在由于慣性作用而實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)向的情況中，作為旋轉(zhuǎn)速度為O或繞著旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度過(guò)低的結(jié)果達(dá)到光學(xué)元件的第一位置，以及作為繞著旋轉(zhuǎn)軸的快速旋轉(zhuǎn)的結(jié)果達(dá)到光學(xué)元件的第二位置，或反之。因此，可以提供不同的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，它們促使光學(xué)元件繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，而無(wú)需在頭部中使用電動(dòng)機(jī)或在基體與頭部之間使用復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)器。下文中，參考圖2，描述一種方法，用于改變穿過(guò)測(cè)量?jī)x器的光束發(fā)射裝置(例如光束發(fā)射裝置100)的光束的光屬性。圖2表示參考發(fā)射裝置100剛好簡(jiǎn)化描述的流程圖。在第一步驟210中，當(dāng)開(kāi)始操作時(shí)，頭部120繞著旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于基體110旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸基本對(duì)應(yīng)于光束穿過(guò)基體的傳播方向。例如，可以產(chǎn)生此旋轉(zhuǎn)，是由于頭部120由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，正如參考圖3進(jìn)一步描述的。在第二步驟220中，隨著頭部旋轉(zhuǎn)且可繞著頭部上的轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地布置的光學(xué)元件130因頭部繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)向。這里，轉(zhuǎn)向軸基本垂直于旋轉(zhuǎn)軸。如上所述，可以通過(guò)頭部的快速旋轉(zhuǎn)或通過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的多個(gè)部分的某種協(xié)同工作來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，以使光學(xué)元件轉(zhuǎn)向使光學(xué)元件位于光束中的位置，以及根據(jù)光學(xué)元件的功能改變光束的光屬性。圖3a和圖3b詳細(xì)地表示根據(jù)特定實(shí)施例的光束發(fā)射裝置的側(cè)視圖或剖面圖。圖3a和圖3b中表示的光束發(fā)射裝置300是圖1的光束發(fā)射裝置100的詳細(xì)示例。相似的元件以相似的弓丨用數(shù)字標(biāo)記。與圖1中一樣，光束發(fā)射裝置300包括基體310、頭部320和光學(xué)元件(這里是透鏡330)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。在本示例中，該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)基本包括基座部分310上的升降裝置342和頭部320上的擺錘360。升降裝置342包括右斜臺(tái)346和左斜臺(tái)348以及嵌齒344和驅(qū)動(dòng)桿，以及升降裝置342可以采取低位置和抬高位置，這可以通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂齐姶盆F(螺線管)390來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，通過(guò)對(duì)電磁鐵390通電，升降裝置342的滑梯形驅(qū)動(dòng)桿可以將左斜臺(tái)346和右斜臺(tái)348以及嵌齒344抬高。由此，電磁鐵390能夠產(chǎn)生升降裝置的抬高狀態(tài)。布置在頭部320上的擺錘360包括擺動(dòng)嵌齒362、擺臂364和擺動(dòng)附接件368。在圖3a和圖3b所示的示例中，透鏡330作為光學(xué)元件插入在擺動(dòng)附接件368中。頭部320連接到轉(zhuǎn)子軸管325，如圖3b所示，轉(zhuǎn)子管325可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)器耦接到電動(dòng)機(jī)380。此耦接允許頭部320繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸沿開(kāi)口 315延伸。在頭部320中，還可以布置棱鏡370,以便將光束的一部分垂直于傳播方向反射。如果激光發(fā)射器用作測(cè)量?jī)x器中的光源，則光束發(fā)射裝置可以采用使光束從下方沿圖3b中的垂直方向進(jìn)入開(kāi)口 315并在通過(guò)開(kāi)口之后照射在棱鏡370上的方式布置。在棱鏡370上，一部分垂直傳播的光被偏轉(zhuǎn)，并通過(guò)碟375。繼續(xù)按垂直方向傳播的其余光束根據(jù)透鏡330的位置通過(guò)所述透鏡(圖3b)或路過(guò)所述透鏡(圖3a)。在圖3a中，以使透鏡330位于第一位置中的方式將擺錘360轉(zhuǎn)向，以及在圖3b中，以使透鏡330位于第二位置中的方式將擺錘轉(zhuǎn)向。如圖3a和圖3b所示，將轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的擺錘360耦接或可繞著轉(zhuǎn)向軸D轉(zhuǎn)向地連接到頭部，其中擺錘360又連接到光學(xué)元件，以使擺錘的轉(zhuǎn)向促成透鏡330的位置改變。為了在圖3a和圖3b所示的示例中將擺錘360轉(zhuǎn)向，將升降裝置移到抬高狀態(tài)。具有可移動(dòng)地附著于基體310上的滑梯形驅(qū)動(dòng)桿的升降裝置接觸到處于抬高階段的擺錘360，從而在頭部繞著旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)期間繞著轉(zhuǎn)向軸將連接到擺錘360的光學(xué)元件(即，透鏡330)轉(zhuǎn)向。如果升降裝置342和擺錘360接觸，并且擺錘隨頭部相對(duì)于基體310旋轉(zhuǎn)，則升降裝置342的擺動(dòng)嵌齒362和嵌齒344進(jìn)入抬高狀態(tài)。詳細(xì)地來(lái)說(shuō)，擺錘360具有護(hù)板，擺動(dòng)嵌齒362位于其一端上，以及在與升降裝置342接觸的情況中，護(hù)板被升降裝置的斜臺(tái)輕微向外施壓，從而作為此接觸的結(jié)果，擺錘的鎖扣松脫，擺錘可自由地繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向。在擺錘360的鎖扣已松脫之后，以及擺動(dòng)嵌齒362與嵌齒344嚙合，擺錘繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向。擺錘360基本具有兩個(gè)功能。第一功能表現(xiàn)為將透鏡330從第一位置折疊到第二位置或從第二位置折疊到第一位置。第二功能表現(xiàn)為擺錘的護(hù)板可以鎖扣或松脫機(jī)構(gòu)，因?yàn)樽o(hù)板沿左斜臺(tái)346或右斜臺(tái)348延伸，并且擺錘360的擺臂364彎曲。下文中，描述將光學(xué)元件330從一個(gè)位置切換到另一個(gè)位置的過(guò)程中的步驟序列的示例。在開(kāi)始位置中，將透鏡330折疊回去。然后，對(duì)電磁鐵390通電，并且將升降裝置342的滑梯形驅(qū)動(dòng)桿向上移動(dòng)。同時(shí)或短暫時(shí)間之前或之后，將旋轉(zhuǎn)頭部320的電動(dòng)機(jī)380接通，以使例如頭部320按從上看順時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)。擺錘360的護(hù)板然后沿右斜臺(tái)346延伸，并將擺錘的擺臂364彎曲并按壓從鎖扣解開(kāi)。摩擦力促使護(hù)板從驅(qū)動(dòng)桿的鐮刀形反面滾落，并且擺錘360開(kāi)始傾斜。當(dāng)護(hù)板的嵌齒362與驅(qū)動(dòng)桿的嵌齒344嚙合時(shí)，擺錘360傾斜成端部位置，在本示例中，傾斜成其中透鏡330位于光束中的第二位置，從而根據(jù)透鏡的功能，改變光屬性。然后，護(hù)板在左斜臺(tái)348上滑下，以及擺錘360的擺臂364鎖扣住。透鏡的折回以相似方式起作用，因?yàn)槔珉妱?dòng)機(jī)380按反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)移頭部320的旋轉(zhuǎn)方向。上述棱鏡370表示頭部320上的第二光學(xué)元件，并且如上文提到的，可以省略它或以具有另一種功能的另一個(gè)光學(xué)元件替代它。優(yōu)選的是在棱鏡370位置中使用第二光學(xué)元件，該光學(xué)元件將基本垂直于旋轉(zhuǎn)軸的方向上的光束的至少一部分偏轉(zhuǎn)。由此，如果假定可以由光束(z模式)的最初傳播方向定義水平面，則可以光學(xué)上表示與水平面垂直的平面的設(shè)置。
該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)以及具體為擺錘360可以設(shè)計(jì)成可以將第一光學(xué)兀件轉(zhuǎn)向到第一光學(xué)元件位于至少部分偏轉(zhuǎn)的光束中(由第二光學(xué)元件偏轉(zhuǎn))的位置，以使偏轉(zhuǎn)的光束的光屬性?xún)H根據(jù)或也根據(jù)第一或第二光學(xué)元件的功能來(lái)進(jìn)行改變。這里，第二光學(xué)元件改變光束的方向，以及已轉(zhuǎn)向的第一光學(xué)元件能夠通過(guò)濾光、聚焦等來(lái)改變其他光屬性。第一光學(xué)元件或第一和第二光學(xué)元件的組合還可以被包含光學(xué)元件(例如玻璃體)的至少一個(gè)多功能單元替代，該單元可繞著頭部上的轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地布置。由于此布置，可以將具有至少一個(gè)光學(xué)元件的多功能單元轉(zhuǎn)向到第一位置或第二位置。借助圖4a和圖4b以及圖5a和圖5b，其中示出不同的多功能單元，現(xiàn)在可以解釋?zhuān)诙喙δ軉卧囊粋€(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的不同位置中，光束通過(guò)多功能單元而不會(huì)受到光學(xué)元件的影響。在圖4a和圖4b中，光學(xué)元件以交叉線表示，它們形成波束整形體。在圖4a中，光學(xué)元件位于光束外，以及多功能單元的另一個(gè)部分位于光束內(nèi)，但是該另一個(gè)部分優(yōu)選地不改變光束的任何光屬性(因多功能單元的折射率所導(dǎo)致的相位改變是公知的，并且這里可以忽略或予以校正)。與上文相比，如圖4b所示，在多功能單元旋轉(zhuǎn)90°期間，將第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到光束中，以使光束被聚焦以及改變其光屬性。自然地，圖4a中多功能單元中通過(guò)光束的部分可以設(shè)計(jì)成根據(jù)某些光功能改變光束的光屬性，但是在這些示例中為提供此特征。光學(xué)元件的功能包括如下的至少其中之一:光束的弱化、聚焦成點(diǎn)、扇形展開(kāi)、聚焦成線、偏轉(zhuǎn)和濾光。在上文提到的柱面透鏡示例中，準(zhǔn)直的光束被聚焦成線或扇形展開(kāi)。再者，例如當(dāng)使用濾光鏡時(shí)，可以在多波長(zhǎng)激光中例如濾掉非期望的波長(zhǎng)。在圖4a、圖4b、圖5a和圖5b中，這些光學(xué)元件是光束整形體或面，它們是要傾斜的玻璃體的部件，即光學(xué)多功能單元的部件。圖5a和圖5b中還以交叉線圖示光束整形體(在本例子中光束整形是指將點(diǎn)整形為線)。在圖4a和圖4b中表示的簡(jiǎn)單例子中，多功能單元由完全不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的平行平面板。其端部被研磨的柱面透鏡具有如下效果，一旦將多功能單元旋轉(zhuǎn)90°，則產(chǎn)生光束扇形展開(kāi)成線。在圖5a和圖5b的例子中，多功能單元是多功能棱鏡，即雙束棱鏡，其以公知的方式產(chǎn)生水平和垂直光束。通過(guò)轉(zhuǎn)向135°，將透鏡整形體(交叉線圖示)和朝向所述透鏡整形體的平面表面，從而可以再次產(chǎn)生線。就功能上而言，這大多數(shù)對(duì)應(yīng)于具有在垂直光束之前傾斜的柱面透鏡的雙束棱鏡?？稍O(shè)想附加多功能單元，如復(fù)雜多功能五棱鏡或具有多個(gè)光學(xué)元件及其組合的復(fù)雜光學(xué)單元?？梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)多功能單元表示描述光學(xué)再現(xiàn)功能的多種功能。由此，該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為不僅將個(gè)體光學(xué)元件轉(zhuǎn)向，而且將包括棱鏡370和透鏡330的功能的多功能單元轉(zhuǎn)向。但是，如果將多功能單元而非透鏡(即簡(jiǎn)單的光學(xué)元件)旋轉(zhuǎn)，則有關(guān)位置的要求更嚴(yán)格，因?yàn)槎喙δ軉卧@著水平光束軸的傾斜(滾動(dòng))可能導(dǎo)致激光束的角度誤差(然后誤差會(huì)影響水平光束平面)。但是，在簡(jiǎn)單光學(xué)元件(如透鏡)中，傾斜起不了大作用。而且，透鏡的重量顯著較低，這也對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性有所貢獻(xiàn)，尤其是在跌落在地上時(shí)。在旋轉(zhuǎn)附接件368中使用簡(jiǎn)單透鏡的情況中，還可以使用起作用的塑料滑動(dòng)軸承。正如已經(jīng)提到的，在具有激光發(fā)射器或用于測(cè)繪結(jié)構(gòu)或生成平面的另一個(gè)類(lèi)似光源的測(cè)量?jī)x器(例如激光水準(zhǔn)儀)中使用光束發(fā)射裝置100或300。除了可見(jiàn)的激光外，使用紅外線或近紅外線激光，以及來(lái)自一個(gè)或多個(gè)LED的強(qiáng)窄帶光也是可能的，以便能夠提供若干小且有優(yōu)勢(shì)的光源。不受影響光束和扇形展開(kāi)光束之間的切換是具有優(yōu)勢(shì)的，具體因?yàn)榭梢赃x擇相同的光源和兩種工作狀態(tài)的相同光路，從而無(wú)需附加光源(如用于產(chǎn)生扇形展開(kāi)的光束的第
二激光二極管)。使用光束發(fā)射裝置100或300，可以通過(guò)簡(jiǎn)單且方便的方式來(lái)改變發(fā)射的光束的光屬性。正如上文描述的，例如，在簡(jiǎn)單的準(zhǔn)直光束與通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生光錐的扇形展開(kāi)的光束之間快速地進(jìn)行選擇是可能的，從而簡(jiǎn)化在遠(yuǎn)程地點(diǎn)檢測(cè)光束。再者，可以提供用于發(fā)射裝置的控制單元，其根據(jù)擺錘的期望位置控制電動(dòng)機(jī)380和電磁鐵390。該控制單元的功能還可以在容放發(fā)射裝置的測(cè)量?jī)x器的微處理器中實(shí)現(xiàn)。作為備選，該控制單元可以采用計(jì)算機(jī)、場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)或集成電路(如ASIC (專(zhuān)用集成電路)或軟件或上述的適合組合的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然該控制單元并不僅限于此。具體來(lái)說(shuō)，圖2描述的步驟可以作為控制單元的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些功能可以作為軟件程序來(lái)包含，并且由微處理器或其他電路和存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如任何類(lèi)型的RAM、R0M、硬盤(pán)、EEPR0M、閃存存儲(chǔ)器等。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序代碼可以是含有設(shè)計(jì)成促使微處理器或其他電路執(zhí)行上述步驟的指令的程序。如上所述，上文的實(shí)施例和示例允許光學(xué)元件簡(jiǎn)單且快速地從一個(gè)位置改變到另一個(gè)位置，以便能夠通過(guò)自動(dòng)化控制以簡(jiǎn)單的方式改變光束的光屬性。作為結(jié)果，在不同的工作狀態(tài)之間，即光束不受影響且能夠用于測(cè)量角度、距離或高度的工作狀態(tài)與光束以能夠在某個(gè)距離處更容易被檢測(cè)到的方式改變的另一個(gè)工作狀態(tài)之間切換是可能的。認(rèn)識(shí)到在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，所描述的光束發(fā)射裝置和測(cè)量?jī)x器以及方法的多種修改和變化是可能的。本發(fā)明是參考某些實(shí)施例和示例來(lái)描述的，這旨在說(shuō)明而非限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，硬件、軟件和固件的許多不同組合適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，并且可以使用不同的材料來(lái)制造該發(fā)射裝置。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員在考量本文公開(kāi)的本發(fā)明的描述和實(shí)施例時(shí)將顯見(jiàn)到本發(fā)明的其他實(shí)施方式。據(jù)此，必須將這些描述和示例僅視為示范性的。因此，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的多個(gè)方面也基于上文公開(kāi)的實(shí)施方式或配置的少于全部的特征。因此，本發(fā)明的真實(shí)范圍由所附權(quán)利要求給出。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量?jī)x器以改變光束的光屬性的光束發(fā)射裝置，其包括 具有供光束通過(guò)的開(kāi)口的基體； 頭部，其可繞著所述基體上的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)地布置，所述旋轉(zhuǎn)軸基本對(duì)應(yīng)于光束穿過(guò)所述基體的傳播方向； 光學(xué)元件，其可繞著所述頭部上的轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地布置；以及 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，用于產(chǎn)生所述光學(xué)元件繞著所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向；其中 所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成將所述光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到第一位置和轉(zhuǎn)向到第二位置，其中在所述第二位置中，所述光學(xué)元件位于光束中，以使所述光束的光屬性根據(jù)所述光學(xué)元件的功能而改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束發(fā)射裝置，其中所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成通過(guò)繞著所述旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于所述基體旋轉(zhuǎn)所述頭部來(lái)將所述光學(xué)元件繞著所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光束發(fā)射裝置，其中所述第一位置對(duì)應(yīng)于所述光學(xué)元件位于所述光束外的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光束發(fā)射裝置，其中所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成根據(jù)所述頭部繞著所述旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向，將所述光學(xué)元件從所述第一位置轉(zhuǎn)向到所述第二位置，或從所述第二位置轉(zhuǎn)向到所述第一位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的光束發(fā)射裝置，其中所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括擺錘，所述擺錘可繞著所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地連接到所述頭部，且連接到所述光學(xué)元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光束發(fā)射裝置，其中所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)包括升降裝置，所述升降裝置可移動(dòng)地附接在所述基體上，并且處于抬高狀態(tài)時(shí)，接觸所述擺錘，以便在繞著所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)期間將連接到所述擺錘的 所述光學(xué)元件轉(zhuǎn)向。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光束發(fā)射裝置，其中所述擺錘和所述升降裝置各具有嵌齒，所述嵌齒在所述抬高狀態(tài)時(shí)在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中嚙合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的光束發(fā)射裝置，其中所述升降裝置具有產(chǎn)生所述抬高狀態(tài)的電磁鐵。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的光束發(fā)射裝置，其中所述擺錘具有護(hù)板，在與所述升降裝置接觸的情況下，所述護(hù)板松脫所述擺錘的鎖扣，以使所述擺錘能夠繞著所述轉(zhuǎn)向軸自由地轉(zhuǎn)向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的光束發(fā)射裝置，其中所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)具有測(cè)量體，其可轉(zhuǎn)向地連接到所述頭部以及可繞著所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向，并且連接到所述光學(xué)元件，以及根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)速度，將所述光學(xué)元件繞著所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向到所述第一或第二位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的光束發(fā)射裝置，其中所述頭部具有附加的光學(xué)元件，所述附加的光學(xué)元件按基本垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸的方向?qū)⒐馐闹辽俣鄠€(gè)部分偏轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光束發(fā)射裝置，其中所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成將所述光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到所述第二位置，其中在所述第二位置中，所述光學(xué)元件位于所述至少部分偏轉(zhuǎn)的光束中，以使所述光束的光屬性根據(jù)所述光學(xué)元件的功能而改變。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的光束發(fā)射裝置，還包括包含所述光學(xué)元件的多功能單元，其可繞著所述頭部上的所述轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地布置，以便將具有所述光學(xué)元件的所述多功能單元轉(zhuǎn)向到所述第一位置，在所述第一位置中，所述光學(xué)元件位于所述光束外，以及所述多功能單元的另一個(gè)部分位于所述光束內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光束發(fā)射裝置，其中所述多功能單元的其他部件根據(jù)其光功能來(lái)改變所述光束的光屬性。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的光束發(fā)射裝置，其中光學(xué)元件的功能包括如下的至少其中之一:弱化、聚焦成點(diǎn)、扇形展開(kāi)、聚焦成線、偏轉(zhuǎn)和濾光。
16.有根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的光束發(fā)射裝置的測(cè)量?jī)x器，具體為激光水準(zhǔn)儀。
17.關(guān)于改變測(cè)量?jī)x器的光束發(fā)射裝置的光束的光屬性的方法，所述光束發(fā)射裝置具有基體和頭部，所述方法包括 將所述頭部旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于所述基體旋轉(zhuǎn) ，所述旋轉(zhuǎn)軸基本對(duì)應(yīng)于所述光束穿過(guò)所述基體的傳播方向；以及 通過(guò)使得所述頭部繞著所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，將隨著所述頭部旋轉(zhuǎn)且可繞著所述頭部上的轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地布置的光學(xué)元件轉(zhuǎn)向，其中 所述光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到使所述光學(xué)元件位于所述光束中的位置，以使所述光束的光屬性根據(jù)所述光學(xué)元件的功能而改變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量裝置以改變光束的光屬性的光束發(fā)射裝置以及對(duì)應(yīng)的方法以及涉及一種使用該光束發(fā)射裝置的測(cè)量?jī)x器，其中光束的光屬性由此能夠自動(dòng)地從一種狀態(tài)改變到另一種狀態(tài)。該光束發(fā)射裝置包括具有供光束通過(guò)的開(kāi)口的基體；可繞著基體上的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)地布置的頭部，旋轉(zhuǎn)軸基本對(duì)應(yīng)于光束穿過(guò)基體的傳播方向；可繞著頭部上的轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向地布置的光學(xué)元件；以及用于產(chǎn)生光學(xué)元件繞著轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)；其中轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成將光學(xué)元件轉(zhuǎn)向到第一位置和轉(zhuǎn)向到第二位置，其中在第二位置中，光學(xué)元件位于光束中，以使光束的光屬性根據(jù)光學(xué)元件的功能而改變。
文檔編號(hào)G01C5/00GK103090847SQ201210430839
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
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