相關(guān)專利申請的交叉引用

本發(fā)明申請與在2013年5月15日提交的美國專利號為8，896，899的專利相關(guān)。其專利申請的全部公開內(nèi)容通過引用明確地結(jié)合到本文中。

本發(fā)明總體地涉及激光筆和激光指示器，特別是涉及投射尺寸可調(diào)的橢圓形光照圖案的激光指示器。橢圓形光照圖案的尺寸連續(xù)可調(diào)。用戶可以方便地使用本發(fā)明調(diào)整控制橢圓圈的大小以準(zhǔn)確強調(diào)在照射目標(biāo)平面如投影屏幕上所需突出的內(nèi)容。

背景技術(shù)：

報告人在會議講演中通常使用一個激光筆去指示投影圖或投影幻燈片的部分內(nèi)容以幫助聽眾更好地理解報告人的口頭陳述。傳統(tǒng)的激光筆只投射一個明亮的小光點。這種小光點有兩個缺點。一是在大屏幕上很難被發(fā)現(xiàn)，二是光點的強光使不小心聚焦在上面的聽眾眼睛受到刺激并產(chǎn)生不舒適感。

激光束也用于幫助打獵中槍械的瞄準(zhǔn)。激光的小光點有在遠處很難被發(fā)現(xiàn)的缺點。

在激光筆的發(fā)展過程中有多種試圖針對傳統(tǒng)激光筆缺點的改進方法。例如美國專利(專利號：5，450，148)使用一組可選擇的圖案透光模板去過濾放大的激光束以產(chǎn)生固定大小的圖案。美國專利(專利號：5，400，514)提出了一種使用激光光源在一維或二維上的反復(fù)運動以產(chǎn)生光束幾何追蹤圖案。美國專利(專利號：6，789，922)利用了一個正交的柱面透鏡把激光束折射成十字形的光束。美國專利(專利號：5，938，308)提出了通過一個塑料全息光學(xué)元件或一個衍射光學(xué)元件以產(chǎn)生在目標(biāo)平面的固定圖案的方法。美國專利(專利號：7，971，790)提出了一種使用人機界面來控制激光束的圖案和尺寸。光圖案是由光束經(jīng)過光束掃描元件如鏡面而產(chǎn)生。一個頻率相位控制模組和一個驅(qū)動能量模組控制光束掃描元件的運動。人機界面可由按鈕型或旋轉(zhuǎn)型的開關(guān)讓用戶選擇和使用激光筆。美國專利(專利號：8，896，899)使用了一個傾斜的旋轉(zhuǎn)反射鏡把激光束轉(zhuǎn)換為圓形或橢圓形的固定圖案。這些改進方案明顯地提供了易于觀眾觀察和優(yōu)于單一激光點的光圖案。但是，以上的解決辦法都無法讓使用者迅速和有效地根據(jù)目標(biāo)平面上的圖紙或字幕中所需突出的信息的幾何尺寸來調(diào)整控制光學(xué)圖案的大小以準(zhǔn)確地顯示應(yīng)該強調(diào)的內(nèi)容。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有激光筆在技術(shù)上存在的缺陷，本發(fā)明的目地是提供一種能讓使用者在照射的如投影屏幕的目標(biāo)平面上調(diào)整和控制圓形或橢圓形指示圈的尺寸以準(zhǔn)確顯示要突出的內(nèi)容。報告人可以用這個發(fā)明有信心和準(zhǔn)確地指示最為配合口頭陳述的信息。這樣報告人和聽眾就極大地減少了關(guān)于所指示信息產(chǎn)生誤解的可能性。這種清晰和特定的指示有助于報告人向很多聽眾傳遞復(fù)雜的信息，例如工程設(shè)計系統(tǒng)或三維模型。這個發(fā)明也可以修改加裝到槍械上用以幫助獵人在打獵中輔助瞄準(zhǔn)。

本發(fā)明的優(yōu)選實施例裝置包括一個電池電源，一個激光光源，一個楔形棱鏡，一對平凸透鏡，和一個控制圖案尺寸的機械電控模組。楔形棱鏡放置在一對平凸透鏡之間。該裝置的平凸透鏡沒有局限性，也可使用其他的凸面透鏡。半導(dǎo)體激光器發(fā)射的相干光束經(jīng)準(zhǔn)直并通過第一個平凸透鏡聚焦。聚焦后的光束經(jīng)楔形棱鏡折射偏轉(zhuǎn)。激光器的發(fā)射光束是這個系統(tǒng)的光軸。經(jīng)棱鏡偏折后的光束與光軸形成固定夾角。此偏折的光束再通過第二個平凸透鏡準(zhǔn)直和折射并改變了光束與光軸的夾角。當(dāng)楔形棱鏡圍繞光軸旋轉(zhuǎn)，折射后的光束就形成了三維立體的中空光錐。輸出的中空光錐照射在與光軸垂直的平面形成了圓形指示圖案，而照射在不與光軸垂直的平面上則形成了橢圓指示圖案。機械電控模組通過驅(qū)動楔形棱鏡繞光軸的旋轉(zhuǎn)和楔形棱鏡沿光軸的線性移動來控制輸出指示圖案的形狀和尺寸。楔形棱鏡與平凸透鏡的相對位置決定了輸出光錐的開角以及圓形和橢圓形光圖案的尺寸。光圖案的尺寸可由楔形棱鏡在光軸的位置連續(xù)和精確的調(diào)整。楔形棱鏡的移動方向控制輸出圖案是放大還是縮小。這個發(fā)明克服了以前技術(shù)只能選擇固定的圖案和尺寸的缺點，從此使用者可根據(jù)需求實時動態(tài)地調(diào)整圓形和橢圓形光圖案的大小以準(zhǔn)確地指示和突出目標(biāo)平面上的特定部分或內(nèi)容。

附圖說明

從下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的詳細描述中，本發(fā)明在技術(shù)和功能方面的優(yōu)點將變得更加清楚并更容易理解，同一元件在不同的圖紙中由同一代碼標(biāo)識，其中：

圖1是尺寸可調(diào)橢圓形激光指示器的優(yōu)先實施例的外觀立體圖；

圖2是尺寸可調(diào)橢圓形激光指示器的優(yōu)先實施例的系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)及主要元件的示意圖；

圖3是控制圓形或橢圓形光圖案的尺寸和產(chǎn)生的機械電控模組的元件分解圖；

圖4是組裝后的機械電控模組的頂面/側(cè)面/前面的立體視圖；

圖5是組裝后的機械電控模組的頂面/側(cè)面/后面的立體視圖；和

圖6是機械電控模組的示意電路圖。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1描繪了本發(fā)明尺寸可調(diào)橢圓形激光指示器10的優(yōu)先實施例的立體外觀圖。外罩或外殼11包括頂殼12，殼體14，和電池蓋16。頂殼12有一個開口槽。開口槽內(nèi)有在滑動部件78之內(nèi)的指示器的開關(guān)76。開關(guān)76控制指示器10的電源開關(guān)。殼體14有讓圓形或橢圓形光圖案射出的圓形通光孔32。使用者可以移動滑動部件78以及在上面固定的開關(guān)76來動態(tài)調(diào)節(jié)輸出指示光圖案的尺寸。外殼11通常是做成邊緣圓滑的長方體形也可以做成其他更加美觀的流線形狀。

指示器10的基本組成部分和原理見圖2。其主要部件包括外殼11，電池單元18，半導(dǎo)體激光單元124，兩個平凸透鏡104和48，楔形棱鏡88，和機械電控模組75。

電池單元18可由一節(jié)或兩節(jié)串聯(lián)的電池組成。電池單元18為機械電控模組75提供電源。機械電控模組75的設(shè)計和工作細節(jié)將在以后詳述。半導(dǎo)體激光器單元124由電池單元18通過機械電控模組75供電。在優(yōu)先實施例中，半導(dǎo)體激光單元124使用了自帶驅(qū)動電路(圖上未標(biāo)識)和準(zhǔn)直調(diào)焦(圖上未標(biāo)識)的波長為650納米5毫瓦的激光器。激光器的選擇不受以上實施例的限制。激光器可以使用其他的波長，功率，和種類(如半導(dǎo)體激光器或半導(dǎo)體泵浦的固體激光器)。從半導(dǎo)體激光單元124輸出的激光束由平凸透鏡104校準(zhǔn)和聚焦。激光指示器10的光軸130是半導(dǎo)體激光單元124的輸出光束方向。楔形棱鏡88使透過平凸透鏡104的光束折射后產(chǎn)生與光軸130有固定夾角的偏轉(zhuǎn)光束127。偏轉(zhuǎn)光束127進一步經(jīng)平凸透鏡48準(zhǔn)直和折射后形成與光軸130有可變夾角的新的光束路徑128。當(dāng)楔形棱鏡88旋轉(zhuǎn)后，光束127和128輸出形成中空的光錐126。如果接收屏幕134與光軸130垂直，中空光錐126照射在屏幕上顯示圓形激光圖案132。如果接收屏幕134與光軸130不垂直，激光圖案132就變成橢圓形的。楔形棱鏡88與平凸透鏡48的相對位置決定和控制了圓形或橢圓形激光圖案的尺寸。沿光軸130移動楔形棱鏡88可以放大或縮小激光圖案的尺寸。楔形棱鏡88的移動方向決定圖案尺寸的放大或縮小。楔形棱鏡88與透鏡48的距離能通過改變光束128與光軸130的夾角而控制激光圖案132的尺寸。楔形棱鏡88沿光軸130的位置可以連續(xù)改變因此在屏幕134的激光圖案132能動態(tài)準(zhǔn)確地受到調(diào)整控制。

圖3是詳細的機械電控模組75和透鏡48及透鏡104的元件分解圖。圖4和圖5分別是組裝后的頂面/側(cè)面/前面和頂面/側(cè)面/后面的立體視圖。結(jié)合圖3至圖5可以更好地理解機械電控模組的工作方式。參見圖3，半導(dǎo)體激光單元124插入固定元件122的孔內(nèi)。固定元件122及激光單元124安裝在透鏡支架112的后部接收位置。圖5更清晰地顯示了激光單元124、固定元件122、和透鏡支架112的組裝。透鏡支架112的接收壁123圍繞固定元件122。當(dāng)固定元件122和激光單元124的光學(xué)位置調(diào)整好后，旋入螺孔118的螺絲120可以把固定元件122和激光單元124緊密安裝在透鏡支架112上。激光單元124的輸出光束確定了系統(tǒng)的光軸130(圖2顯示，圖3未顯示)。透鏡104安裝在透鏡支架112的前孔110。透鏡卡環(huán)102用于把透鏡104固定在透鏡支架112上。透鏡支架112還有一個盲孔106和開孔108。不銹鋼桿44的一端固定在盲孔106內(nèi)。不銹鋼桿46也類似地插入開孔108但可調(diào)整位置后由螺絲116緊固。楔形棱鏡支架52安裝了能讓楔形棱鏡88繞光軸旋轉(zhuǎn)及沿光軸平移的部件。楔形棱鏡支架52的圓孔54用于接受微小軸承96。微小軸承96由進入螺孔68的螺絲66固定在棱鏡支架52上。棱鏡滑輪90的中空外軸94和微小軸承96的內(nèi)環(huán)98固定連接。楔形棱鏡88粘固在棱鏡滑輪90的內(nèi)孔92上。電動馬達100的傳動軸上固定了馬達滑輪86。電動馬達100插入在楔形棱鏡支架52上的形狀匹配的接收面56。馬達100的位置調(diào)整后由進入螺孔70的螺絲72固定。滑輪皮帶84安裝在馬達滑輪86和棱鏡滑輪90的槽內(nèi)。電動馬達100驅(qū)動馬達滑輪86和棱鏡滑輪90以使楔形棱鏡88圍繞光軸旋轉(zhuǎn)。電子按鈕74安裝在楔形棱鏡支架52的接收槽64內(nèi)。開關(guān)蓋76是使用開關(guān)74的人機界面。開關(guān)74及開關(guān)蓋76被滑動元件78和接收槽64包圍和保護。滑動元件78由穿過兩個通孔82和進入螺孔62的兩個螺絲80固定在楔形棱鏡支架52上。兩個不銹鋼桿44和46分別插入楔形棱鏡支架52的開孔60和開孔58內(nèi)。兩個不銹鋼桿44和46的方向與光軸即激光單元124的輸出光束方向平行。楔形棱鏡支架52和楔形棱鏡88被不銹鋼桿44和46限制在與光軸平行的方向上運動。楔形棱鏡88的位置由楔形棱鏡支架52在光軸上的運動決定。使用者可以通過改變楔形棱鏡88沿光軸的位置來調(diào)整圓形或橢圓形光圖案的尺寸。透鏡支架34上安裝了不銹鋼桿44和46及另一個平凸透鏡48。兩個不銹鋼桿44和46分別插入透鏡支架34的開孔38和開孔40內(nèi)。透鏡支架34和透鏡支架112的相對距離需要進行手動光學(xué)調(diào)整。調(diào)整后的透鏡支架34的位置由進入兩個螺孔42的兩個螺絲36固定在不銹鋼桿44和46上。平凸透鏡48置入孔41內(nèi)由透鏡卡環(huán)50固定。

圖4和圖5是組裝完成后的機械電控模組75的兩個立體視圖。楔形棱鏡支架52提供了楔形棱鏡88圍繞光軸的旋轉(zhuǎn)運動和沿光軸的平移的功能(光軸在圖4和圖5中無顯示在圖2中有顯示)。本發(fā)明提供了一種簡潔和緊湊的在目標(biāo)平面上產(chǎn)生尺寸可連續(xù)調(diào)節(jié)的圓形或橢圓形光圖案以突出如投影屏幕上的所需強調(diào)部分的方法。

圖6是一個機械電控模組75的簡單電路示意圖。電池單元18為模組75提供電源。電子開關(guān)74控制電動馬達100和半導(dǎo)體激光單元124的開關(guān)。

在另一個替代實施例中，楔形棱鏡88的轉(zhuǎn)動由滑輪驅(qū)動改成齒輪驅(qū)動。馬達滑輪86、滑輪皮帶84、和棱鏡滑輪90由兩個齒輪替換。其他部件與優(yōu)選實施例完全一致。

以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實施例，上述說明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。