专利名称：激光投影器的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用激光形成光平面的装置，例如在室内进行内装饰施工时，为了指示水平面及垂直面，使窄幅的光线向周围扩展投射的激光投影器。
在现在使用的投影器中，有的使激光光束的投射方向旋转360°。
最近，提出了在特开平9-54278号公报中公开的投影器原理。对该投影器原理可通过图9和图10进行说明。图9是该投影器光学系统的透视图，图10是沿着该投影器光轴的纵断面图。
该投影器包括激光光源1、使从该光源1发射的光线L1变为平行光线L3的透镜20、将平行光线L3变成环状光线L5的圆柱状玻璃(COG)30、使环状光线经360°反射的圆锥棱镜等圆板状反射体40。由于圆柱状玻璃30的平行光线L3的入射端面24，对由透镜20和光源1形成的光轴A-A是倾斜的，所以向圆柱状玻璃30内入射的光在入射端面24折射，对光轴A-A倾斜，在圆柱状玻璃30内的侧面上几次反射的同时，向射出端面侧传播。该光线从圆柱状玻璃30的射出端面射出时，变成扩展角θ3的窄幅环状光线L5，由圆柱状反射体40反射、经360°投射。
当利用该投影器的原理时，由于只由一个光源就可以向周围360°投射连续的窄幅光线，所以操作者容易确认水平面及垂直面，容易进行激光方向等的调节，可取得容易使用的投影器。
但是，存在的问题是由于使激光光束旋转时，激光照射点高速移动，未经常照射规定位置，操作者很难确认水平面及垂直面。
另外，上述公报中公开的只是原理，对于照此能够制造的具体投影器的构成并未记载。
为此，本发明的目的是提供一种投影器，利用上述投影器的原理，只由一个光源可以在预定平面内的全方向上同时投射连续窄幅光线，同时容易进行产品出厂前的调整。
为了解决上述课题，本发明采取以下技术方案一种激光投影器，其具有第1光学系统、该光学系统由以下部分构成射出平行光线的平行光线生成装置；当在一端射入上述平行光线时，从另一端射出沿着圆锥表面扩展的环状光线的圆柱状玻璃；及使上述环状光线同时向预定平面内的全方向反射的圆板状反射体，其特征在于支撑上述圆柱状玻璃和上述圆板状反射体的光学系统支承体，由支撑上述圆柱状玻璃的体镜部、与从该体镜部延伸的1根支架构成，在支架的顶端上，安装有上述圆板状反射体，可以使该反射体在上述预定平面内进行位置调整。
所记载的激光投影器，其特征在于在一端上安装有上述平行光线生成装置的光源支承体由轴支撑，可以对上述体镜部进行倾斜调整。
所记载的激光投影器，其特征在于上述平行光线生成装置被安装成，对在上述光源支承体的一端设置的光源放置板，可以调整在光源放置板上的位置。
所记载的激光投影器，其特征在于安装有对上述入射到圆柱状玻璃的平行光线的形状进行变形的可变光阑。
所记载的激光投影器，其特征在于上述光学系统支承体固定有第2光学系统，该第2光学系统是在与上述预定平面直交的平面内投射扩展成预定角度的窄幅光的。
所记载的激光投影器，其特征在于将上述2个光学系统及其支承体，由具有分别使从上述2个光学系统投射的光通过的2个窗的覆盖体所覆盖，同时各窗由1块透明板构成。
所记载的激光投影器，其特征在于具有向正上方投射光的第3光学系统、及向正下方投射光的第4光学系统。
记载的激光投影器，其特征在于包括平行下盘；在该平行下盘的上面安装的可以调整倾斜的平行上盘；在该平行上盘的上面安装的可以水平旋转的旋转水平盘；及贯通该旋转水平盘的中心孔、在向上方延伸的上述平行上盘的中空衬套的上端部上、通过球面轴承结合的光学系统支承体放置盘；该光学系统支承体放置盘，与上述旋转水平盘一起旋转，并对上述旋转水平盘可以进行倾斜调整。
所记载的激光投影器，其特征在于在上述平行上盘的周围安装可水平旋转的刻度盘，在上述旋转水平盘上安装有标引。
本发明的激光投影器，具有第1光学系统、该光学系统由以下部分构成射出平行光线的平行光线生成装置；当在一端射入上述平行光线时，从另一端射出沿着圆锥表面扩展的环状光线的圆柱状玻璃；及使上述环状光线在预定平面内的全方向上同时反射的圆板状反射体。支撑上述圆柱状玻璃和上述圆板状反射体的光学系统支承体由支撑上述圆柱状玻璃的体镜部、与从该体镜部延伸的1根支架构成，在支架的顶端上，安装有上述圆板状反射体，可以使该反射体在上述预定平面内进行位置调整。
在所述的发明中，在一端上安装有上述平行光线生成装置的光源支承体由轴支撑，可以对上述体镜部进行倾斜调整。
在所述的发明中，上述平行光线生成装置对于在上述光源支承体的一端安装的光源放置板，安装成可以对光源放置板上的位置进行调整。
在所述的发明中，安装有对上述入射到圆柱状玻璃的平行光线的形状进行变形的可变光阑。
在所述的发明中，上述光学系统支承体在与上述预定平面直交的平面内固定有扩展预定角度的窄幅光线进行投射的第2光学系统。
在所述的发明中，对上述2个光学系统及其支承体由具有分别使从上述2个光学系统投射的光通过的2个窗的覆盖体所覆盖，同时各窗由1块透明板构成。
在所述的发明中，具有向正上方投射光的第3光学系统及向正下方投射光的第4光学系统。
在所述的发明中，具有平行下盘；在该平行下盘的上面安装的可以调整倾斜的平行上盘；在该平行上盘的上面安装的可以水平旋转的旋转水平盘；及贯通该旋转水平盘的中心孔、在向上方延伸的上述平行上盘的中空衬套(ハブ)的上端部上通过球面轴承结合的光学系统支承体放置盘；该光学系统支承体放置盘与上述旋转水平盘一起旋转，同时对上述旋转水平盘可以进行倾斜调整。
在所述的发明中，在上述平行上盘的周围安装可水平旋转的刻度盘，在上述旋转水平盘上安装有标引。
本发明的效果根据本发明，由于支撑圆板状反射体的支架是一个，所以除了支架的阴影部分之外，可以在预定平面内的全方向上同时投射连续的窄幅光线，并且由于可以调整圆板状反射体在预定平面内的位置，所以可以消除圆板状反射体的光轴和圆柱状玻璃的光轴不一致所造成的环状光线方向的偏差。
根据所述的发明，通过对光源支承体倾斜的调整，还可以改变向环状光线的圆板状反射体的入射角，调整水平光线的倾斜。
根据所述的发明，通过对调整移动体进行微调整，还可以使从平光线生成装置射出的平行光线正确入射到圆柱状玻璃的入射端面，可以消除因该平行光线向该入射端面的入射位置偏差造成的平行面和垂直面的偏差。
根据所述的发明，通过可变光阑使入射到圆柱状玻璃的入射面的平行光线形状变形，可以使投射在预定平面内的全平面上的窄幅光线上产生的不连续部分正确地连续起来。
根据所述的发明，由于同时清楚直交成水平面和垂直面的2个平面，所以对使用者来说很方便。
根据所述的发明，在上述发明相同效果的同时，由覆盖体使光学系统受到保护，不受尘埃、冲击及雨水等影响，另外由于各窗口是由一张透明板构成的，所以除了支架8的阴影部分外，没有因窄幅光线不连续造成的点。
根据所述的发明，由于还清楚垂直方向，所以对使用者很方便。
根据所述的发明，由于可将圆柱状玻璃和圆板状反射体构成的光学系统的光轴完全与平行上盘垂直，所以在使用该投影器时，只要使平行上盘正确地放成水平，就可以在像水平面那样的预定平面内的全方向上同时投射窄幅光线。
根据所述的发明，在上述发明相同效果的同时，由于对刻度盘可水平自由旋转，所以可以将基准方向设定在任意的方向上，对使用者很方便。
下面参照
本发明的实施例。
图1表示本发明的最佳实施例的光学系统图。
图2是沿着图1中的A-A线的断面图。
图3是沿着图1中的B-B线的断面图。
图4是在图1中由旋转水平盘90的周壁遮蔽部分的平面图。
图5是沿着图4的C-C线的纵断面图。
图6是在图5中除去光学系统支承体放置盘80时的平面图。
图7是沿着图4的D-D线的纵断面图。
图8是在本实施例的投影器上安装覆盖体时的外形图。
图9是表示在特开平9-54278号公报中公开的投影器原理的透视图。
图10是在图9中沿着光轴的纵断面图。
下面对本发明的最佳实施例进行详细说明。本实施例如图1所示，具有射出由激光光源1和透镜20形成的平行光线L3的平行光线生成装置；当在一端上入射上述平行光线时，从射出端射出沿着圆锥表面扩展的环状光线L5的圆柱状玻璃30；使上述环状光线L5在水平面(预定平面)内的全方向上同时反射的圆板状反射体40构成的第1光学系统；在垂直面(与上述平面直交的平面)内投射光线的第2光学系统；及固定这些光学系统的光学系统支承体50。
光学系统支承体50在高度方向的中央部分上，如图2的断面所示，具有由2个柱部52和二者之间的连结部54构成的体镜部55，两个柱部52向下方延伸，形成与光学系统支承体放置盘8相结合的脚部56，而一个柱部52向上方延伸，形成支撑圆板状反射体40的一根支架58。在脚部56的下端，安装有凸耳57，其是为了用螺钉等结合在图4所示的光学系统支承体放置盘80的螺钉孔59上。
体镜部55的连结部54上沿中心线具有V字形弯曲部60，在该V字形弯曲部60的内侧固定有圆柱状玻璃30。在体镜部55的下面安装有可变光阑22，以便使入射到圆柱状玻璃30入射端面24的平行光线L3的形状变形。在上述V字形弯曲部60上，在安装圆柱状玻璃30一面的反面具有光源支承体固定部62。
本投影器可以对全方向同时投射水平光线L6，但是当将水平光线L6投射在墙壁上时，有时会发生一个地方上下错开重叠，或左右分离等不连续部分。这将引起从激光光源发出的激光形成椭圆形状。因此加有可变光阑22，遮蔽椭圆形状的平行光线L3的椭圆长度方向的两端，改变入射到圆柱状玻璃30的入射端面24上时的平行光线L3的形状，从而可以使水平光线L6的上述不连续部分正确地连续起来。可变光阑22是在与平行光线L3直交的平面内，由配置在椭圆形状的平行光线L3的长度方向两端的一对遮蔽板构成。
在光源支承体固定部62上，光源支承体70在圆柱状玻璃30的入射端面24的背后位置上由轴64支撑。光源支承体70具有向上方延伸的柄72、及向下方延伸的2根悬吊的支架73。该柄72在对光源支承体70倾斜进行调整时按着时使用。在悬吊支架73的下端，使光源放置板74配置在两脚部56之间。如果将圆柱状玻璃30安装在从体镜部55突出臂的顶端，则如本实施所示，就没有在光学系统支承体50上安装2个脚部56、及在两脚部56之间配置光源放置板74了。
在光源放置板74的上面结合有可以滑动的调节移动体76。可以沿着圆柱状玻璃30的入射端面24的倾斜方向(以下称第1方向)移动，在调节移动体76的上面结合有可以滑动的调节移动体78，可以沿着与第1方向成直角的方向移动。在调节移动体78上面固定有激光光源1和使从该光源1发出的光变为平行光线的透镜20构成的平行光线生成装置。在光源放置板74和调节移动体76、78上具有使连接在光源1上的导线穿过的贯穿孔79。
由于光源支承体70在圆柱状玻璃30的入射端面24的背后位置由轴64支撑，所以对调节移动体76、78的位置进行调整，使由平行光线生成装置生成的平行光线L3入射到圆柱状玻璃30的入射端面24的调整后，即使对光源支承体70的倾斜进行调整，由平行光线生成装置生成的平行光线L3，也可以正确入射到圆柱状玻璃30的入射端面24。
从光学支承体50向上方延伸的支承架58的顶端部向水平方向弯曲，在该顶端部上圆板反射体40由螺栓42和螺母44结合。如图3的断面图所示，螺栓42的直径比支架58的孔45要小，旋转调节螺钉孔46内的图中未画出的4个调节螺钉，对圆板反射体40的水平面内的位置进行微调整，这样可以使圆板状反射体40的光轴和圆柱状玻璃30的光轴完全一致。圆板状反射体40是由铝构成的圆盘，切去圆盘下部周边，形成反射面48。由于光学系统支承体50是和圆板反射体40的支承部为一体构件，所以体镜部55的V字形弯曲部60的圆柱状玻璃30搭接的面，与支架58的顶端部的圆板状反射体40搭接面的角度，可以高精度做成直角，从而不必对和圆板反射体40的倾斜进行调整。
这样由于支架58是一根，所以通过圆板状反射体40在水平面的全方向上同时反射的水平线L6，除了支架58的阴影部分之外，可在水平面内的全方向上同时连续投射光线。
放置光学系统支承体50的光学系统放置盘80如图5及图7所示，旋转水平盘90与平行上盘100的结合可以进行水平调整。平行上盘100与现有测量机一样。在安装三脚架等的平行下盘102上，由3个校平螺钉104结合，在平行上盘100的上面用水准器106可进行水平调节。由平行上盘100、平行下盘102、校平螺钉104及水准器106构成校平台。在本实施例中所述的调节都是采用校平台的校平螺钉104和水准器106在使激光投影器本体水平后进行的。
下面利用图4-图7对可以调节光学系统支承体放置盘80的倾斜的构成进行说明。图4是在图1中由旋转水平盘90的周壁92遮蔽部分的平面图。图5是沿着图4的C-C线的纵断面图。图6是在图5中除去光学系统支承体放置盘80时的平面图。图7是沿着图4的D-D线的纵断面图。
在平行上盘100的上面，固定有环状导轨110，在该导轨110上配合有旋转水平盘90。这样，旋转水平盘90对于平行上盘100形成可以水平旋转状态。旋转水平盘90的周壁92向上方延伸，盖着光学系统支承体放置盘80、及光学系统支承体50的下部等。另外，周壁92的一部分具有水平突出部分，在此固定水准器106。在旋转水平盘90上面由于还与光学系统支承体放置盘80相结合，所以压板82通过螺钉88固定，在压板82的上面，通过弹簧垫圈84隔开固定间隔，板簧86由螺钉89固定。
在平行上盘100上安装有可水平旋转的刻度盘112。在旋转水平盘90的周壁92的周围所固定的覆盖体安装体144上安装有标引94(参照图8)。当对刻度盘112自由水平旋转时，可以将基准方向设定在任意的方向，所以对使用者很方便。
平行上盘100的中空衬套120穿通旋转水平盘90和压板82的中心孔，向上延伸。光学系统支承体放置盘80的中心轴122穿通板簧86的中心孔向下方延伸。中空衬套120的上端部和中心轴122通过球面轴承124结合。另外，限制旋转水平盘90和压板82中心孔附近位置的位置限制板97、98固定在中空衬套120的上。
在旋转水平盘90和光学系统支承体放置盘80相直交的2个直径上，分别由有头螺钉126与一端结合，而用调节螺钉128与另一端结合。有头螺钉126穿通旋转弹簧130、光学系统支承体放置盘80及板簧86，螺旋在压板82上，螺钉126的头和光学系统支承体放置盘80与旋转弹簧130的两端相接触，调节螺钉128的下端与压板82的凹处相接触，少许离开下端的地方具有凸缘132，该凸缘132的上面与板簧86的下面相接触，上部突出在光学系统支承体放置盘80之上，与旋钮134螺旋配合。在旋钮134上有台阶孔136，在小径部螺旋的调节螺钉128上部的螺钉切断，而在大径部内放有螺旋弹簧138，该弹簧138的两端与光学系统支承体放置盘80和台阶部140相接触。
采用这样的构成，光学系统支承体放置盘80与旋转水平盘90一起旋转，而且通过旋转旋钮134可以调整对平行上盘100和旋转水平盘90的倾斜，可以使圆柱状玻璃30和圆板状反射体40构成的与光学系统的光轴完全与平行上盘100及旋转水平盘90垂直。
为了使用者的方便，在光学系统支承体50上，为了通过可见光表示垂直面，而设置有对垂直面内投射窄幅光线的图中未画出的第2光学系统。这是根据对水平线来说垂直线要求是墙壁等时，由另外的光学系统进行的。例如利用可见光光源和圆柱形透镜，可以作出窄幅光束。但是关于垂直面大多不要求像水平面那样向广范围送光，所以本实施例的第2光学系统采用了从一个激光光源可以在约90°的范围内投射窄幅垂直光线的方法。
为了保护这些光学系统不受尘埃、冲击及雨水等影响，如图8所示加了覆盖体。覆盖体由主体覆盖体142、覆盖体安装体144和顶部146构成。覆盖体安装体144固定在旋转水平盘90上，而在该覆盖体安装体144上固定主体覆盖体142。在主体覆盖体142和顶部146中间夹着可使从第1光学系统投射的水平光线透过的水平窗口148，通过垫片150进行防水密封。另外，在覆盖体的合适位置上安装使从第2光学系统投射的垂直光线透过的图中未画的垂直窗口、搬运用的提手152、操作开关类154、及电池盒部156等。由于水平窗口148和垂直窗口分别由1块透明板构成，所以除了支架58的阴影部分以外，投射的光线没有不连续的点。
另外，在本投影器上也可以具有向正上方向投射激光光束的第3光学系统和向正下方向投射激光光束的第4光学系统。
下面对本实施例的作用效果进行说明。从光源1发射的光通过透镜20变成平行光线L3，通过圆柱状玻璃30变成窄幅光束的环状光线L5，由圆板状反射体40反射，在平行面内形成在360°上同时投射的水平光线L6。这时，由于支撑圆板状反射体40的支架58是一根，所以几乎没有支架58形成的阴影部分，在水平内的大体全方向上可以投射连续的水平光线L6。
另外，在本实施例中，即使在各部份上产生制造上不可避免的误差，也可以通过以下的调整，得到正确的水平面和垂直面。
首先，利用校平台的校平螺钉104和水准器106，使激光投影器主体调到水平。通过对调节移动体76、78进行微调整，可以使从平行光线生成装置射出的水平光线L3，正确入射到圆柱状玻璃30的入射端面24，可以消除由于向平行光线L3的入射端面24的入射位置偏差所造成的水平和垂直面的偏差。通过对光源支承体70倾斜的调整，改变平行光线L3对圆柱状玻璃30入射端面24的入射角，改变环状光线L5的扩展角，通过改变对环状光线L5的圆板状反射体40的入射角，就可以对水平光线L6倾斜进行调整。由于圆板状反射体40可以调整在水平面内的位置，所以可以消除因圆板状反射体40的光轴和圆柱状玻璃的光轴不一致所造成水平面和垂直面的偏差。光学系统支承体放置盘80可以对平行上盘30和旋转水平盘90的倾斜进行调整，可以使由圆柱状玻璃30和圆板状反射体40构成的光学系统的光轴完全垂直于平行上盘100及旋转水平盘90。
如果预先正确进行以上调整，则在使用该投影器时，只要利用校平螺钉104和水准器106使平行上盘100正确调整为水平，就可以得到水平光线L6和垂直光线。
本发明的效果根据本发明，由于支撑圆板状反射体的支架是一个，所以除了支架的阴影部分之外，可以在预定平面内的全方向上同时投射连续的窄幅光线，并且由于可以调整圆板状反射体在预定平面内的位置，所以可以消除圆板状反射体的光轴和圆柱状玻璃的光轴不一致所造成的环状光线方向的偏差。
根据所述的发明，通过对光源支承体倾斜的调整，还可以改变向环状光线的圆板状反射体的入射角，调整水平光线的倾斜。
根据所述的发明，通过对调整移动体进行微调整，还可以使从平光线生成装置射出的平行光线正确入射到圆柱状玻璃的入射端面，可以消除因该平行光线向该入射端面的入射位置偏差造成的平行面和垂直面的偏差。
根据所述的发明，通过可变光阑使入射到圆柱状玻璃的入射面的平行光线形状变形，可以使投射在预定平面内的全平面上的窄幅光线上产生的不连续部分正确地连续起来。
根据所述的发明，由于同时清楚直交成水平面和垂直面的2个平面，所以对使用者来说很方便。
根据所述的发明，在上述发明相同效果的同时，由覆盖体使光学系统受到保护，不受尘埃、冲击及雨水等影响，另外由于各窗口是由一张透明板构成的，所以除了支架58的阴影部分外，没有因窄幅光线不连续造成的点。
根据所述的发明，由于还清楚垂直方向，所以对使用者很方便。
根据所述的发明，由于可将圆柱状玻璃和圆板状反射体构成的光学系统的光轴完全与平行上盘垂直，所以在使用该投影器时，只要使平行上盘正确地放成水平，就可以在像水平面那样的预定平面内的全方向上同时投射窄幅光线。
根据所述的发明，在上述发明相同效果的同时，由于对刻度盘可水平自由旋转，所以可以将基准方向设定在任意的方向上，对使用者很方便。
权利要求
1.一种激光投影器，其具有第1光学系统、该光学系统由以下部分构成射出平行光线的平行光线生成装置；当在一端射入上述平行光线时，从另一端射出沿着圆锥表面扩展的环状光线的圆柱状玻璃；及使上述环状光线同时向预定平面内的全方向反射的圆板状反射体，其特征在于支撑上述圆柱状玻璃和上述圆板状反射体的光学系统支承体，由支撑上述圆柱状玻璃的体镜部、与从该体镜部延伸的1根支架构成，在支架的顶端上，安装有上述圆板状反射体，可以使该反射体在上述预定平面内进行位置调整。
2.根据权利要求1所记载的激光投影器，其特征在于在一端上安装有上述平行光线生成装置的光源支承体由轴支撑，可以对上述体镜部进行倾斜调整。
3.根据权利要求2所记载的激光投影器，其特征在于上述平行光线生成装置被安装成，对在上述光源支承体的一端设置的光源放置板，可以调整在光源放置板上的位置。
4.根据权利要求1或2或3所记载的激光投影器，其特征在于安装有对上述入射到圆柱状玻璃的平行光线的形状进行变形的可变光阑。
5.根据权利要求1或2或3或4所记载的激光投影器，其特征在于上述光学系统支承体固定有第2光学系统，该第2光学系统是在与上述预定平面直交的平面内投射扩展成预定角度的窄幅光的。
6.根据权利要求5所记载的激光投影器，其特征在于将上述2个光学系统及其支承体，由具有分别使从上述2个光学系统投射的光通过的2个窗的覆盖体所覆盖，同时各窗由1块透明板构成。
7.根据权利要求5或6所记载的激光投影器，其特征在于具有向正上方投射光的第3光学系统、及向正下方投射光的第4光学系统。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所记载的激光投影器，其特征在于包括平行下盘；在该平行下盘的上面安装的可以调整倾斜的平行上盘；在该平行上盘的上面安装的可以水平旋转的旋转水平盘；及贯通该旋转水平盘的中心孔、在向上方延伸的上述平行上盘的中空衬套的上端部上、通过球面轴承结合的光学系统支承体放置盘；该光学系统支承体放置盘，与上述旋转水平盘一起旋转，并对上述旋转水平盘可以进行倾斜调整。
9.根据权利要求8所记载的激光投影器，其特征在于在上述平行上盘的周围安装可水平旋转的刻度盘，在上述旋转水平盘上安装有标引。
全文摘要
本发明公开一种激光投影器,只用一个光源就可在水平面等预定平面内的全方向上同时投射连续的窄幅光线,且在产品出厂前容易调整,光学系统由固定圆柱玻璃并由轴支撑光源支承体的体镜部、从体镜部向上延伸的一根支架、及向下延伸的2根脚部分构成。可在支架的顶端对圆板状反射体在水平面内进行位置调整。在光源放置板的上面安装有由光源和透镜构成的平行光线生成装置,可在该光源放置板上进行位置调整。
文档编号G01C15/00GK1338612SQ0012350
公开日2002年3月6日 申请日期2000年8月16日 优先权日2000年8月16日
发明者马场富亲, 冈本健, 坂本俊一郎, 志田奈巳, 泽口茂之 申请人:株式会社扫佳