СПОСОБ РАЗВЕРТКИ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА В ОПОРНУЮ СВЕТОВУЮ ПЛОСКОСТЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК G01C5/00 G02B26/10 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано при проведении разбивочных работ в строительстве, при монтаже технического оборудования в машиностроении, а также в других областях науки и техники, где требуется использование световой плоскости.

Известен способ развертки лазерного пучка в световую плоскость, основанный на вращении отклоняющего пучок оптического элемента /зеркала, пентапризмы/ /1.2/.

Недостатком данного способа является наличие механической вибрации оптических элементов, которая ограничивает точность прибора, попытка решить данный вопрос путем использования точной технологии изготовления вращающихся частей наталкивается на резкое удорожание устройства.

Другим недостатком данного способа является опасность узконаправленного лазерного пучка для зрения пользователя.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является способ развертки лазерного пучка в световую плоскость с помощью элемента развертки, выполненного в виде частично-отражающего стеклянного цилиндра, геометрическая ось которого перпендикулярна лазерному пучку /3/.

Данный способ более безопасен для зрения пользователя, однако имеет два недостатка.

Во-первых, он позволяет получить лишь строго горизонтальную световую плоскость, т.к. элемент развертки установлен на двухкоординатном подвесе.

Во вторых, интенсивность лазерного пучка очень неравномерно распределена по световой плоскости.

Изобретение решает следующие задачи:
во-первых, более равномерного распределения интенсивности излучения лазерного лучка по световой плоскости,
во -вторых, установления этой плоскости под любым углом к горизонту.

Решение первой поставленной задачи достигается тем, что в способе развертки лазерного пучка в опорную световую плоскость в изобретении предусматривается направление лазерного пучка на элемент развертки перпендикулярно его геометрической оси. Согласно изобретению элемент развертки устанавливают так, чтобы его геометрическая ось лежала в плоскости поляризации лазерного излучения, а элемент развертки выполняют из прозрачного для лазерного излучения материала в виде трубки с зеркальной внутренней поверхностью. При этом внешний диаметр трубки делают меньше диаметра лазерного пучка, либо равным ему и отношение внешнего диаметра трубки к внутреннему выдерживают равным отношению абсолютного показателя преломления материала к абсолютному показателю преломления внешней среды с точностью от 0% до 10%
Для решения второй задачи устройство для задания опорной световой плоскости согласно изобретению содержит источник лазерного излучения и оптическую насадку с элементом развертки, ориентированным перпендикулярно лазерному пучку. Согласно изобретению в устройство введены передний и задний фланцы, крепящиеся на опорном уголке с двухкоординатным пузырьковым уровнем, вращающиеся во фланцах соосные втулки, в которые с помощью регулировочных винтов зажимается источник лазерного излучения, два ограничителя вращения и указатель наклона световой плоскости, связанные жестко с задней втулкой, кронштейн, крепящийся к передней втулке, в которой с помощью цапф и упорных гаек установлен элемент развертки, выполненный в соответствии со способом, описанным выше.

На фиг.1 представлены графики распределения интенсивности лазерного пучка по углам в световой плоскости при развертке на полупрозрачном стеклянном цилиндре /а/ и на элементе развертки, выполненном в виде стеклянной трубки с отношением внешнего диаметра к внутреннему равным 1.52 и с коэффициентом отражения внутренней поверхности R равным 70% /б/.

На фиг.2 изображено устройство для задания опорной световой плоскости.

На фиг.1 цифрой 1 обозначено распределение интенсивности лазерного пучка при развертке плоскополяризованного лазерного излучения с плоскостью поляризации, параллельной геометрической оси элемента развертки, 2- распределение интенсивности лазерного пучка при развертке плоскополяризованного лазерного излучения с плоскостью поляризации перпендикулярной геометрической оси элемента развертки. Как видно из графиков наиболее целесообразно использовать источник плоскополяризованного лазерного излучения, причем плоскость поляризации необходимо устанавливать параллельно геометрической оси элемента развертки. В этом случае распределение интенсивности лазерного пучка по световой плоскости будет наиболее равномерным.

Известно, что для различных областей практического применения световых плоскостей очень важным является выбор длины волны λ источника лазерного излучения. В зависимости от поставленной перед пользователем задачи значение l может лежать в инфракрасном видимом или ультрафиолетовом диапазонах длин волн. Поэтому конструкция элемента развертки зависит от выбранного значения l. Материал элемента развертки выбирают прозрачным для лазерного излучения с максимально возможным коэффициентом пропускания и абсолютным показателем преломления п. Элемент развертки выполняют в виде трубки с внешним диаметром, меньшим диаметра лазерного пучка либо равным ему. Отношение внешнего диаметра к внутреннему выбирают равным отношению абсолютного показателя преломления п материала трубки к абсолютному показателю преломления внешней среды с точностью от 0% до 10% В зависимости от значения п выбирают коэффициент отражения R для зеркальной внутренней поверхности. Как показывают расчеты чем больше п тем меньше значение R. Например, для стекла /п 1.52 видимый свет / оптимальное значение R равно 70% а для кремния /п= 3.35, l = 10 мкм/ делать внутреннюю поверхность зеркальной нет необходимости.

Устройство для задания опорной световой плоскости, представленное на фиг. 2, содержит передний 1 и задний 2 фланцы, крепящиеся на опорном уголке 3. Во фланцах установлены вращающиеся соосные втулки 4 и 5, в которые с помощью регулировочных винтов 6 зажат источник лазерного излучения 7. К задней втулке 5 жестко прикреплены ограничители вращения 8 и указатель наклона световой плоскости 9. В заднем фланце 2 имеется стопорный винт 10. К передней втулке 4 прикреплен с помощью шпилек 11 и регулировочных гаек 12 кронштейн 13. В кронштейн 13 с помощью цапф 14 и упорных гаек 15 установлен элемент развертки 16, выполненный на основе способа, описанного выше. На опорном уголке 3 расположен двухкоординатный пузырьковый уровень 17.

Устройство работает следующим образом.

По двухкоординатному пузырьковому уровню 17 устройство устанавливают строго горизонтально. С помощью регулировочных винтов 6 источник лазерного излучения 7 устанавливается таким образом, чтобы его оптическая ось совпадала с осью вращения втулок 4 и 5. Кронштейн 13 устанавливается так, чтобы геометрическая ось элемента развертки 16 пересекала оптическую ось источника лазерного излучения 7 под углом 90^o и лежала в плоскости поляризации лазерного излучения. При падении лазерного пучка на элемент развертки 16 световые лучи частично отражаются от внутренней зеркальной поверхности, частично проходят, преломляясь насквозь, а также дифрагируют на обоих границах раздела. При этом лазерный пучок разворачивается в световую плоскость. Ограничители вращения 8 позволяют установить световую плоскость строго вертикально или строго горизонтально. На заднем фланце 2 нанесена угловая шкала, с помощью которой можно установить световую плоскость в любое промежуточное положение под углом к горизонту от О до 90^o и зафиксировать это положение с помощью стопорного винта 10.

Таким образом, способ и устройство позволяет осуществить развертку лазерного пучка в опорную световую плоскость и зафиксировать положение этой плоскости под любым углом к горизонту от 0 до 90^o.

Использование: геодезическое приборостроение. Сущность изобретения: способ заключается в том, что лазерный пучок направляют на элемент развертки, который устанавливают так, чтобы его геометрическая ось лежала в плоскости поляризации лазерного излучения и была перпендикулярна лазерному пучку. Элемент развертки выполняют из прозрачного для лазерного излучения материала в виде трубки с зеркальной внутренней поверхностью, при этом внешний диаметр трубки меньше диаметра лазерного пучка либо равен ему и отношение внешнего диаметра трубки к внутреннему равно отношению абсолютного показателя преломления материала к абсолютному показателю преломления внешней среды с точностью от 0 до 10%. Устройство для осуществления способа содержит источник лазерного излучения и оптическую насадку с элементом развертки, ориентированным перпендикулярно лазерному пучку, а также передний и задний фланцы, крепящиеся на опорном уголке с двухкоординатным пузырьковым уровнем, вращающиеся во фланцах соосные втулки, в которые с помощью регулировочных винтов зажимается источник лазерного излучения, два ограничителя вращения и указатель наклона световой плоскости, связанные жестко с задней втулкой, кронштейн, крепящийся к передней втулке, в который с помощью цапф и упорных гаек установлен элемент развертки, выполненный по способу, описанному выше. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ развертки лазерного пучка в опорную световую плоскость, включающий операцию направления лазерного пучка на элемент развертки, геометрическую ось которого ориентируют перпендикулярно лазерному пучку, отличающийся тем, что элемент развертки установлен так, чтобы его геометрическая ось лежала в плоскости поляризации лазерного излучения, элемент развертки выполняют из прозрачного для лазерного излучения материала в виде трубки с зеркальной внутренней поверхностью, при этом внешний диаметр трубки меньше диаметра лазерного пучка либо равен ему и отношение внешнего диаметра трубки к внутреннему равно отношению абсолютного показателя преломления материала к абсолютному показателю преломления внешней среды с точностью 0 - 10%
2. Устройство для задания опорной световой плоскости, содержащее источник лазерного излучения и оптическую насадку с элементом развертки, ориентированным ортогонально лазерному пучку, отличающееся тем, что в него введены передний и задний фланцы, крепящиеся на опорном уголке с двухкоординатным пузырьковым уровнем, вращающиеся во фланцах соосные втулки, в которые с помощью регулировочных винтов зажимается источник лазерного излучения, два ограничителя вращения и указатель наклона световой плоскости, связанные жестко с задней втулкой, кронштейн, крепящийся к передней втулке, в который с помощью цапф и упорных гаек установлен элемент развертки, выполненный по п.1.