水平儀的製作方法
2023-09-21 00:10:45
專利名稱：水平儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水平儀，尤其是關於一種可進行圓周標示的水平儀。
背景技術：
目前，人們在施工過程中，特別是在內外牆裝修過程中，在不同牆上很難確定同一水平面，只有採用尺量的方法，粗略地在牆上畫出水平線，這種方法不但速度慢，且不精確，使施工品質得不到保證，或者利用細長水管中的液體等壓關係，在不同牆上得到等高的同一水平面標記，但該方法難以應用於大型的工作基地上，為此人們發明水平儀用以標示水平基準線。
現有技術水平儀標示水平基準線的方式主要有直接出射式和旋光式兩種。其中直接出射式是採用柱狀鏡將雷射束在水平方向上散射到較大的角度形成一字光出射，並使其照射在所需標示的物體表面。此種方式的最大缺點在於經過柱狀鏡後出射光束水平方向角度有限，即出射的一字光長度有限，對於特殊情況下，需對待測物進行較長水平基準線標示，或需360度全周標示時，則需多次標示或將由多組鏡組組合起來實現，上述兩種方式或有不易操作或有組合結構繁雜的缺點。另一種旋光方式將呈點狀的雷射光斑高速旋轉形成水平扇面，利用人們視覺暫留的特點，此光點即可在垂直旋轉面的遠處形成一個直線光斑，達到標示目的。此方式的缺點在於機構件的旋轉會使系統產生震動，影響到系統的精度，且旋轉時需動力，將使儀器的製造成本提高，體積變大。
發明內容為了克服現有技術採用旋轉點狀光斑的水平儀成本高且體積大的缺陷，本發明提供一種成本低、結構簡單且體積小的可圓周標示水平儀。
本發明解決技術問題所採用的技術方案是提供一種水平儀，該水平儀包括光源及圓錐反射體，該圓錐反射體表面為反射表面，用於反射來自光源的光束，使反射後光束呈圓周輻射光束平面，其中，該光源臨近該圓錐反射體的頂點設置，且置於該圓錐反射體的中心軸線上。
與現有技術相比，本發明具有以下優點因本發明水平儀採用圓錐反射體，當該光源發出的光束射至該圓錐反射體時，光束被反射呈圓周輻射，形成水平圓周面，該水平儀無需旋轉即可達成圓周標示，不但可減少組件、簡化結構且避免的光能量損耗，因此該水平儀具有低成本、結構簡單且體積小的功效。
圖1是本發明水平儀的光學系統示意圖。
圖2是本發明X平面部分光路示意圖。
圖3是本發明Y平面部分光路示意圖。
圖4是本發明水平儀的立體結構示意圖。
具體實施方式如圖1所示，本發明水平儀100包括半導體雷射裝置10、非球面柱狀鏡20、非球面鏡30及圓錐反射體40。
該非球面柱狀鏡20大體呈柱狀，採用玻璃製成，亦可採用其它透光材料製成，其包括二光學端面，即第一光入射面21與第一光出射面22，其中該第一光入射面21及該第一光出射面22為凸狀非球面，非球面柱狀鏡20可將一光束在特定方向產生擴散及匯聚作用，用以產生截面形狀為圓形的光束。
該非球面鏡30也具有兩光學端面，即第二光入射面31與第二光出射面32，且該二端面均為凸狀非球面。該非球面鏡30的開口率較非球面柱狀鏡20的開口率大。
該圓錐反射體40呈圓錐狀，圓錐表面41具有良好的反射能力，可鍍金屬反射膜，頂角呈90度，該圓錐反射體40的最大直徑不小於光在非球面鏡30產生的投影區直徑，以完全接受來自非球面鏡30的光束。
如圖4所示，該半導體雷射裝置10、非球面柱狀鏡20、非球面鏡30及圓錐反射體40依次呈線性排列，且上述組件位於同一中心軸上，即半導體雷射裝置10臨近該非球面柱狀鏡20的第一入射面21設置，該非球面鏡30的第二入射面31臨近該非球面柱狀鏡20的第一出射面22設置，該圓錐反射體40的頂點臨近非球面鏡30的第二光出射面32。
如圖2及圖3所示，工作時，該半導體雷射裝置10所發射的光束射至非球面柱狀鏡20的第一光入射面21，由於半導體雷射裝置10本身的原因，所出射的雷射束於互相垂直的X平面方向與Y平面方向上擴散程度不同，則光束截面呈非圓形，可藉由該非球面柱狀鏡20的第一光入射面21及第二光出射面22的特殊形狀，對Y方向上光束分別產生擴散或匯聚作用，以將光束截面形狀矯正為圓形。如圖所示，由半導體雷射裝置10出射的光束於Y平面方向擴散角度小，則藉由非球面柱狀鏡20之第一光入射面21對該方向上光束加以擴散。當雷射束通過該非球面柱狀鏡20，且照射於該非球面鏡30時，雷射束之截面呈圓形。該仍呈擴散狀的光束透射至非球面鏡30的光入射面31上，再藉由非球面鏡30的匯聚作用使入射的光束轉變為平行光束出射。該平行出射的光束射至圓錐反射體40的圓錐表面41，其相對於圓錐表面41的入射角度為45度，根據反射定律，該入射光束以相對於圓錐表面41呈45度的反射角度出射，又該圓錐反射體40的頂角為90度，此時若該水平儀100與地面垂直設置，則由圓錐反射體40反射後的光束以與地面平行的狀態向四周輻射，即為具有一定厚度的光束面，以此達成該水平儀100標示水平面的目的。
當然，只要保證該圓錐反射體40的圓錐表面41為一與中心軸線呈45度傾斜設置，且與光束方向相對的尺寸相當的環形反射面即可，可通過控制該反射面的大小從而控制最終出射的光束面的厚度，使標示精度更高。
另外，本發明水平儀的還可採用其它光源，且當採用其它可出射光束截面呈圓形的雷射裝置或其它光源裝置時，則無需上述實施方式中的非球面柱狀鏡20而直接採用非球面鏡30將呈擴散狀的光束轉變為平行光束，再利用圓錐反射體40將平行光束反射形成全周輻射狀平行光束平面；而對於出射光束本身的匯聚性較好的光源，則可直接利用圓錐反射體40達成圓周標示的目的。
本發明水平儀利用圓錐反射體將光束反射形成圓周輻射光束平面，該水平儀無需旋轉即可達成圓周標示，不但可減少組件、簡化結構且避免的光能量損耗，因此該水平儀具有低成本、結構簡單且體積小的功效。
權利要求
1.一種水平儀，包括光源，其特徵在於該水平儀還包括用於反射來自光源光束的圓錐反射體，其圓錐表面的一定區域具有良好的反射能力，可使反射後光束呈圓周輻射光束平面。
2.如權利要求1所述的水平儀，其特徵在於該圓錐反射體表面具有反射膜。
3.如權利要求1或2中任一項所述的水平儀，其特徵在於該圓錐反射體頂角為90度。
4.如權利要求1所述的水平儀，其特徵在於該光源臨近該圓錐反射體的頂點設置，且置於該圓錐反射體的中心軸線上。
5.一種水平儀，其包括一光源，其特徵在於該水平儀還包括一環形反射體，其反射面與光源所發出光束的中心軸線呈45度傾斜設置，該反射體用於反射來自光源的光束，使反射後光束呈圓周輻射光束平面，其中，該光源與該反射體的反射面相對設置。
6.如權利要求5所述的水平儀，其特徵在於該反射體表面具有反射膜。
7.如權利要求5所述的水平儀，其特徵在於該光源為雷射裝置。
8.如權利要求7所述的水平儀，其特徵在於該光源為半導體雷射裝置。
9.如權利要求8所述的水平儀，其特徵在於該水平儀進一步包括非球面柱狀鏡，用以矯正該半導體雷射裝置所發射光束，使其截面呈圓形。
10.一種水平儀，具有光源，其特徵在於具有與光源的出射光軸呈特定角度設置的反射體，其表面為反射面，且該反射體用於反射來自光源之光束，使反射後光束散射至水平平面上，
11.如權利要求10所述的水平儀，其特徵在於該反射體是一個圓錐體且表面具有反射膜。
12.如權利要求11所述的水平儀，其特徵在於該圓錐反射體頂角為90度。
13.如權利要求10所述的水平儀，其特徵在於該光源為雷射光源。
14.如權利要求13所述的水平儀，其特徵在於該水平儀在光源與反射體之間設有非球面鏡，用來將光源出射的光束修正為平行光束。
15.如權利要求14所述的水平儀，其特徵在於該水平儀在非球面鏡與光源之間進一步設有非球面柱狀鏡，用來將光源的出射光束截面修正為近於圓形。
全文摘要
本發明是關於一種水平儀，該水平儀包括光源及圓錐反射體，該圓錐反射體表面為反射表面，用於反射來自光源的光束，使反射後光束呈圓周輻射光束平面，其中，該光源臨近該圓錐反射體頂點設置，且置於該圓錐反射體中心軸線上。
文檔編號G01C5/02GK1657875SQ20041000559
公開日2005年8月24日 申請日期2004年2月18日 優先權日2004年2月18日
發明者陳建任, 方志宏 申請人:亞洲光學股份有限公司