尺寸可调椭圆形激光指示器的制作方法

相关专利申请的交叉引用

本发明申请与在2013年5月15日提交的美国专利号为8，896，899的专利相关。其专利申请的全部公开内容通过引用明确地结合到本文中。

本发明总体地涉及激光笔和激光指示器，特别是涉及投射尺寸可调的椭圆形光照图案的激光指示器。椭圆形光照图案的尺寸连续可调。用户可以方便地使用本发明调整控制椭圆圈的大小以准确强调在照射目标平面如投影屏幕上所需突出的内容。

背景技术：

报告人在会议讲演中通常使用一个激光笔去指示投影图或投影幻灯片的部分内容以帮助听众更好地理解报告人的口头陈述。传统的激光笔只投射一个明亮的小光点。这种小光点有两个缺点。一是在大屏幕上很难被发现，二是光点的强光使不小心聚焦在上面的听众眼睛受到刺激并产生不舒适感。

激光束也用于帮助打猎中枪械的瞄准。激光的小光点有在远处很难被发现的缺点。

在激光笔的发展过程中有多种试图针对传统激光笔缺点的改进方法。例如美国专利(专利号：5，450，148)使用一组可选择的图案透光模板去过滤放大的激光束以产生固定大小的图案。美国专利(专利号：5，400，514)提出了一种使用激光光源在一维或二维上的反复运动以产生光束几何追踪图案。美国专利(专利号：6，789，922)利用了一个正交的柱面透镜把激光束折射成十字形的光束。美国专利(专利号：5，938，308)提出了通过一个塑料全息光学元件或一个衍射光学元件以产生在目标平面的固定图案的方法。美国专利(专利号：7，971，790)提出了一种使用人机界面来控制激光束的图案和尺寸。光图案是由光束经过光束扫描元件如镜面而产生。一个频率相位控制模组和一个驱动能量模组控制光束扫描元件的运动。人机界面可由按钮型或旋转型的开关让用户选择和使用激光笔。美国专利(专利号：8，896，899)使用了一个倾斜的旋转反射镜把激光束转换为圆形或椭圆形的固定图案。这些改进方案明显地提供了易于观众观察和优于单一激光点的光图案。但是，以上的解决办法都无法让使用者迅速和有效地根据目标平面上的图纸或字幕中所需突出的信息的几何尺寸来调整控制光学图案的大小以准确地显示应该强调的内容。

技术实现要素：

为了克服现有激光笔在技术上存在的缺陷，本发明的目地是提供一种能让使用者在照射的如投影屏幕的目标平面上调整和控制圆形或椭圆形指示圈的尺寸以准确显示要突出的内容。报告人可以用这个发明有信心和准确地指示最为配合口头陈述的信息。这样报告人和听众就极大地减少了关于所指示信息产生误解的可能性。这种清晰和特定的指示有助于报告人向很多听众传递复杂的信息，例如工程设计系统或三维模型。这个发明也可以修改加装到枪械上用以帮助猎人在打猎中辅助瞄准。

本发明的优选实施例装置包括一个电池电源，一个激光光源，一个楔形棱镜，一对平凸透镜，和一个控制图案尺寸的机械电控模组。楔形棱镜放置在一对平凸透镜之间。该装置的平凸透镜没有局限性，也可使用其他的凸面透镜。半导体激光器发射的相干光束经准直并通过第一个平凸透镜聚焦。聚焦后的光束经楔形棱镜折射偏转。激光器的发射光束是这个系统的光轴。经棱镜偏折后的光束与光轴形成固定夹角。此偏折的光束再通过第二个平凸透镜准直和折射并改变了光束与光轴的夹角。当楔形棱镜围绕光轴旋转，折射后的光束就形成了三维立体的中空光锥。输出的中空光锥照射在与光轴垂直的平面形成了圆形指示图案，而照射在不与光轴垂直的平面上则形成了椭圆指示图案。机械电控模组通过驱动楔形棱镜绕光轴的旋转和楔形棱镜沿光轴的线性移动来控制输出指示图案的形状和尺寸。楔形棱镜与平凸透镜的相对位置决定了输出光锥的开角以及圆形和椭圆形光图案的尺寸。光图案的尺寸可由楔形棱镜在光轴的位置连续和精确的调整。楔形棱镜的移动方向控制输出图案是放大还是缩小。这个发明克服了以前技术只能选择固定的图案和尺寸的缺点，从此使用者可根据需求实时动态地调整圆形和椭圆形光图案的大小以准确地指示和突出目标平面上的特定部分或内容。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明在技术和功能方面的优点将变得更加清楚并更容易理解，同一元件在不同的图纸中由同一代码标识，其中：

图1是尺寸可调椭圆形激光指示器的优先实施例的外观立体图；

图2是尺寸可调椭圆形激光指示器的优先实施例的系统原理和结构及主要元件的示意图；

图3是控制圆形或椭圆形光图案的尺寸和产生的机械电控模组的元件分解图；

图4是组装后的机械电控模组的顶面/侧面/前面的立体视图；

图5是组装后的机械电控模组的顶面/侧面/后面的立体视图；和

图6是机械电控模组的示意电路图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1描绘了本发明尺寸可调椭圆形激光指示器10的优先实施例的立体外观图。外罩或外壳11包括顶壳12，壳体14，和电池盖16。顶壳12有一个开口槽。开口槽内有在滑动部件78之内的指示器的开关76。开关76控制指示器10的电源开关。壳体14有让圆形或椭圆形光图案射出的圆形通光孔32。使用者可以移动滑动部件78以及在上面固定的开关76来动态调节输出指示光图案的尺寸。外壳11通常是做成边缘圆滑的长方体形也可以做成其他更加美观的流线形状。

指示器10的基本组成部分和原理见图2。其主要部件包括外壳11，电池单元18，半导体激光单元124，两个平凸透镜104和48，楔形棱镜88，和机械电控模组75。

电池单元18可由一节或两节串联的电池组成。电池单元18为机械电控模组75提供电源。机械电控模组75的设计和工作细节将在以后详述。半导体激光器单元124由电池单元18通过机械电控模组75供电。在优先实施例中，半导体激光单元124使用了自带驱动电路(图上未标识)和准直调焦(图上未标识)的波长为650纳米5毫瓦的激光器。激光器的选择不受以上实施例的限制。激光器可以使用其他的波长，功率，和种类(如半导体激光器或半导体泵浦的固体激光器)。从半导体激光单元124输出的激光束由平凸透镜104校准和聚焦。激光指示器10的光轴130是半导体激光单元124的输出光束方向。楔形棱镜88使透过平凸透镜104的光束折射后产生与光轴130有固定夹角的偏转光束127。偏转光束127进一步经平凸透镜48准直和折射后形成与光轴130有可变夹角的新的光束路径128。当楔形棱镜88旋转后，光束127和128输出形成中空的光锥126。如果接收屏幕134与光轴130垂直，中空光锥126照射在屏幕上显示圆形激光图案132。如果接收屏幕134与光轴130不垂直，激光图案132就变成椭圆形的。楔形棱镜88与平凸透镜48的相对位置决定和控制了圆形或椭圆形激光图案的尺寸。沿光轴130移动楔形棱镜88可以放大或缩小激光图案的尺寸。楔形棱镜88的移动方向决定图案尺寸的放大或缩小。楔形棱镜88与透镜48的距离能通过改变光束128与光轴130的夹角而控制激光图案132的尺寸。楔形棱镜88沿光轴130的位置可以连续改变因此在屏幕134的激光图案132能动态准确地受到调整控制。

图3是详细的机械电控模组75和透镜48及透镜104的元件分解图。图4和图5分别是组装后的顶面/侧面/前面和顶面/侧面/后面的立体视图。结合图3至图5可以更好地理解机械电控模组的工作方式。参见图3，半导体激光单元124插入固定元件122的孔内。固定元件122及激光单元124安装在透镜支架112的后部接收位置。图5更清晰地显示了激光单元124、固定元件122、和透镜支架112的组装。透镜支架112的接收壁123围绕固定元件122。当固定元件122和激光单元124的光学位置调整好后，旋入螺孔118的螺丝120可以把固定元件122和激光单元124紧密安装在透镜支架112上。激光单元124的输出光束确定了系统的光轴130(图2显示，图3未显示)。透镜104安装在透镜支架112的前孔110。透镜卡环102用于把透镜104固定在透镜支架112上。透镜支架112还有一个盲孔106和开孔108。不锈钢杆44的一端固定在盲孔106内。不锈钢杆46也类似地插入开孔108但可调整位置后由螺丝116紧固。楔形棱镜支架52安装了能让楔形棱镜88绕光轴旋转及沿光轴平移的部件。楔形棱镜支架52的圆孔54用于接受微小轴承96。微小轴承96由进入螺孔68的螺丝66固定在棱镜支架52上。棱镜滑轮90的中空外轴94和微小轴承96的内环98固定连接。楔形棱镜88粘固在棱镜滑轮90的内孔92上。电动马达100的传动轴上固定了马达滑轮86。电动马达100插入在楔形棱镜支架52上的形状匹配的接收面56。马达100的位置调整后由进入螺孔70的螺丝72固定。滑轮皮带84安装在马达滑轮86和棱镜滑轮90的槽内。电动马达100驱动马达滑轮86和棱镜滑轮90以使楔形棱镜88围绕光轴旋转。电子按钮74安装在楔形棱镜支架52的接收槽64内。开关盖76是使用开关74的人机界面。开关74及开关盖76被滑动元件78和接收槽64包围和保护。滑动元件78由穿过两个通孔82和进入螺孔62的两个螺丝80固定在楔形棱镜支架52上。两个不锈钢杆44和46分别插入楔形棱镜支架52的开孔60和开孔58内。两个不锈钢杆44和46的方向与光轴即激光单元124的输出光束方向平行。楔形棱镜支架52和楔形棱镜88被不锈钢杆44和46限制在与光轴平行的方向上运动。楔形棱镜88的位置由楔形棱镜支架52在光轴上的运动决定。使用者可以通过改变楔形棱镜88沿光轴的位置来调整圆形或椭圆形光图案的尺寸。透镜支架34上安装了不锈钢杆44和46及另一个平凸透镜48。两个不锈钢杆44和46分别插入透镜支架34的开孔38和开孔40内。透镜支架34和透镜支架112的相对距离需要进行手动光学调整。调整后的透镜支架34的位置由进入两个螺孔42的两个螺丝36固定在不锈钢杆44和46上。平凸透镜48置入孔41内由透镜卡环50固定。

图4和图5是组装完成后的机械电控模组75的两个立体视图。楔形棱镜支架52提供了楔形棱镜88围绕光轴的旋转运动和沿光轴的平移的功能(光轴在图4和图5中无显示在图2中有显示)。本发明提供了一种简洁和紧凑的在目标平面上产生尺寸可连续调节的圆形或椭圆形光图案以突出如投影屏幕上的所需强调部分的方法。

图6是一个机械电控模组75的简单电路示意图。电池单元18为模组75提供电源。电子开关74控制电动马达100和半导体激光单元124的开关。

在另一个替代实施例中，楔形棱镜88的转动由滑轮驱动改成齿轮驱动。马达滑轮86、滑轮皮带84、和棱镜滑轮90由两个齿轮替换。其他部件与优选实施例完全一致。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。