CN101685015A - 线状激光光束照射装置 - Google Patents

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Abstract

一种线状激光光束照射装置，具有产生发散激光光束(P1)的激光光源(7)、将发散激光光束(P1)转换成平行激光光束(P2)的转换透镜(8)、形成第一线状激光光束的第一透镜(9)、形成与第一线状激光光束垂直的第二线状激光光束的第二透镜(10)、由朝第一透镜(9)反射平行激光光束(P2)的第一反射面(11a)和朝第二透镜(10)反射平行激光光束(P2)的第二反射面(11b)构成的反射光学系统(11)，将平行激光光束(P2)同时导向第一反射面(11a)和第二反射面(11b)并且通过第一线状激光光束(Lv)和第二线状激光光束(Lh)的协动而在同一平面(S)形成十字状的线状激光光束。

Description

线状激光光束照射装置
技术领域
本发明涉及可在水平方向及垂直方向上照射出线状的激光光束的线状激光光束照射装置的改良。
背景技术
现有技术中，已知有线状激光光束照射装置，其相互垂直地配置第一柱面透镜和第二柱面透镜，在五棱镜的第一次旋转停止位置将光源发射出的激光光束导向第一柱面棱镜而在垂直方向上形成扇状展开的线状激光光束，同时在五棱镜的第二次旋转停止位置导向第二柱面棱镜而在水平方向上扇状展开(例如，参照日本专利文献特开2006-266891号公报)。
另外，现有技术中，已知有线状激光光束照射装置，组合圆柱透镜和柱面透镜，在扇状展开的线状激光光束的一部形成spot光束(点光束)，实现了针对工程作业对象的定位的容易化(例如，参照日本专利文献特开2003-194540号公报)。
然而，工程作业中有同时对工程作业对象照射出相互交叉的线状光束而进行定位的情况。但是，现有技术的线状激光光束照射装置只能形成其中一个线状光束，具有使用不便的问题点。
因此，为了制作出能同时照射互相交叉的线状光束的构造，考虑了使用2个发光光源照射出相互独立的线状光束的构造，但是制作这样的构造时，必须分别对每个发光光源构成光学系统，具有效率低下并且价格升高的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况开发出来的，提供了通过一个激光光源可形成相互交叉的十字状的线状光束，同时可将十字状相交的交点用于定位从而实现提高了针对工程作业对象的定位的容易化、便利性的线状激光光束照射装置。
本发明第一方面的线状激光光束照射装置，其特征在于，具有：产生发散激光光束的激光光源；将所述发散激光光束转换成平行激光光束的转换透镜；形成第一线状激光光束的第一透镜；形成与所述第一线状激光光束交叉的第二线状激光光束的第二透镜；由朝所述第一透镜反射所述平行激光光束的第一反射面和朝所述第二透镜反射所述平行激光光束的第二反射面构成的反射光学系统；和设置于该反射光学系统和所述转换透镜之间、并且在将所述平行激光光束导向所述第一反射面和所述第二反射面而且通过所述第一线状激光光束与所述第二线状激光光束的协动而形成十字状的线状激光光束的光束状态、和将所述平行激光光束导向所述第一反射面并且仅形成所述第一线状光束的光束状态、以及将所述平行激光光束导向所述第二反射面并且仅形成所述第二线状光束的光束状态之间切换所述平行激光光束的路径的光束切换装置，所述第一反射面反射透过了所述第二反射面的平行激光光束。
本发明第二方面的线状激光光束照射装置，其特征在于，所述发散激光光束是线偏振光的光束，所述光束切换装置设置有：将通过所述转换透镜转换成平行激光光束的所述线偏振光的光束转换成圆偏振光的1/4λ相位差板、将所述线偏振光的光束线偏振成与该线偏振光的偏振光方向垂直的偏振光方向的1/2λ相位差板以及使所述线偏振光的光束保持着该线偏振光的偏振光方向而透过的透过窗，所述第二反射面具有将保持着所述线偏振光的偏振光方向而透过的光束朝所述第二透镜全反射的偏振光特性，所述第一反射面具有将通过所述1/2λ相位差板而被线偏振成与所述光束的偏振光方向垂直的偏振光方向的光束朝所述第一透镜全反射的偏振光特性。
本发明第三方面的线状激光光束照射装置，其特征在于，所述反射光学系统由菱形棱镜构成。
本发明第四方面的线状激光光束照射装置，其特征在于，框体内配置有：所述光源、所述转换透镜、所述第一透镜、所述第二透镜、所述反射光学系统以及所述光束切换装置，该框体可以以所述十字状的线状激光光束的交点为中心旋转。
本发明第五方面的线状激光光束照射装置，其特征在于，所述框体可在垂直面内旋转。
本发明第六方面的线状激光光束照射装置，其特征在于，所述框体上设有校正用传感器，基于该校正用传感器而形成平行于水平面的线状激光光束。
本发明第七方面的线状激光光束照射装置，其特征在于，具有：产生发散激光光束的激光光源；将所述发散激光光束转换成平行激光光束的转换透镜；形成第一线状激光光束的第一透镜；形成与所述第一线状激光光束交叉的第二线状激光光束的第二透镜；和由朝所述第一透镜反射所述平行激光光束的第一反射面和朝所述第二透镜反射所述平行激光光束的第二反射面构成的反射光学系统，
将所述平行激光光束同时导向所述第一反射面和所述第二反射面并且通过所述第一线状激光光束与所述第二线状激光光束的协动而形成十字状的线状激光光束。
根据本发明第一方面、本发明第二方面的发明，通过一个光源能够呈现仅由第一线状激光光束构成的光束状态和仅由与第一线状激光光束交叉的第二线状激光光束构成的光束状态以及由通过第一线状激光光束和与该第一线状激光光束交叉的第二线状激光光束的协动而形成的十字状的线状激光光束所构成的光束状态这三个光束状态，因此能够使定位的容易化、便利性的提高得以实现。
根据本发明第三方面的发明，由于反射光学系统中使用菱形棱镜，因此应对于环境温度变化而能够避免发生反射面的配置角度误差，另外，由于入射角和出射角的关系不取决于姿势能保持不变，因此能够维持第一线状激光光束和第二线状激光光束的交叉角度。
根据本发明第四方面、本发明第五方面的发明，基于十字状的线状激光光束的交点进行定位，能够以该交点为中心而旋转十字状的线状激光光束，便可迅速进行针对工程作业对象的定位作业。
根据本发明第六方面的发明，获得了能够实现第一线状传感器的水平线的形成的容易化的效果。
根据本发明第七方面的发明，可通过一个光源形成相互交叉的十字状的线状光束，同时可将十字状相交的交点用于定位从而获得能够达到提高针对工程作业对象的定位的容易化、便利性的效果。
附图说明
图1是表示本发明的线状激光光束照射装置的概要的立体图。
图2是表示设置于图1所示的框体内的内部的光学元件的配置状况的图，表示由十字状的线状激光光束构成的光束状态的立体图。
图3是表示设置于图1所示的框体内的内部的光学元件的配置状况的图，表示由第二线状激光光束构成的光束状态的立体图。
图4是表示设置于图1所示的框体内的内部的光学元件的配置状况的图，表示由第一线状激光光束构成的光束状态的立体图。
图5是表示本发明的线状激光光束照射装置的使用方法的一例的说明图。
图6是表示图2所示的反射光学系统的其它构成的光学图。
图7是表示本发明的线状激光光束照射装置的其它构成的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的线状激光光束照射装置的发明的实施方式。
图1、图2是用于说明本发明的线状激光光束照射装置的说明图，在该图1、图2中，1是基准固定板，2、2是一对安装板部。一对安装板部2、2相对于基准固定板1垂直设置。
该一对安装板部2、2是相互面对地配置的，支承轴3可旋转地架设于该一对安装板部2、2中。支承块体4固定于该支承轴3。如图1所示，该支承轴3上安装有从动滑轮3A，在后述的驱动电动机的输出轴上设有与该从动滑轮3A相面对的驱动滑轮3B。
该驱动滑轮3B和从动滑轮3A之间架设有驱动带3C。该驱动滑轮3B通过驱动电动机(脉冲电动机)3D被旋转驱动。该驱动电动机3D安装在基准固定板1上而被固定。
支承轴5可旋转地设置在支承块体4中。在该支承轴5上安装有从动滑轮5A，在后述驱动电动机的输出轴上设有与该滑轮5A相面对的驱动滑轮5B。在从动滑轮5A和驱动滑轮5B之间架设有驱动带5C。该驱动滑轮5B通过驱动电动机(脉冲电动机)5D被旋转驱动。该驱动电动机5D安装在基准固定板1上而被固定。
在该支承轴5的前端部安装有立方体形状的框体6。如图2至图4所示，在该框体6的内部中配置有激光光源7、转换透镜8、第一透镜9、第二透镜10和反射光学系统11以及光束切换装置12。
此处光源7由激光二极管构成，产生线偏振光的发散激光光束P1。转换透镜8由校准透镜构成，将线偏振光的发散激光光束P1转换成线偏振光的平行激光光束P2。
此处，为了形成第一线状激光光束Lv，第一透镜9由延展在与该第一线状激光光束Lv的延展方向垂直的方向上的棒透镜(rod lens)构成。此处，为了形成交叉(垂直)于第一线状激光光束Lv的第二线状激光光束Lh，第二透镜10由延展在与第二线状激光光束Lh的延展方向垂直的方向上的棒透镜构成。
此处，反射光学系统11由具有朝第一透镜9反射平行激光光束P2的第一反射面11a的反射部件和具有朝第二透镜10反射平行激光光束2的第二反射面11b的反射部件构成。
光束切换装置12设置在反射光学系统11和转换透镜8之间。该光束切换装置12由扇状板构成。该扇状板可以以圆弧中心O1为中心在箭头R方向上往复旋转。
在该扇状板中沿圆弧方向上隔开间隔地形成有3个开口。该3个开口中的中央开口是使线偏振光的平行激光光束P2保持线偏振光而透过去的透过窗13。
该扇状板中，夹着该透过窗13的一侧的开口设有将线偏振光的平行激光光束P2转换成圆偏振光的1/4λ相位差板14。扇状板中，夹着该透过窗13的另一侧的开口设置有将线偏振光的平行激光光束P2线偏振成与该线偏振光的偏振光方向垂直的偏振光方向的1/2λ相位差板15。
此处，第二反射面11b使用了具有全反射S偏振光并且全透过P偏振光的偏振光特性的反射部件。另外，第一反射面11a使用了具有全反射P偏振光的偏振光特性的反射部件。
使从激光二极管7发射的发散激光光束P1的线偏振光的偏振光方向一致为S偏振光方向，通过透过窗13导入第二反射面11b时，由于第二反射面11b具有全反射S偏振光的偏振光特性，因此通过转换透镜8保持着偏振光方向并转换成平行激光光束P2的线偏振光的光束，如图3所示，被第二反射面11b全反射而被导向第二透镜10，通过第二透镜10形成了扇状的线状激光光束Lh。
扇状板以圆弧中心O1为中心旋转，如图4所示，使1/2λ相位差板15位于反射光学系统11和转换透镜8之间时，S偏振光的平行激光光束P2通过1/2λ相位差板15转换成P偏振光，转换成该P偏振光的线偏振光的平行激光光束P2被导向第二反射面11b。
由于第二反射面11b具有全透过该P偏振光的偏振光特性，该P偏振光的平行激光光束P2透过它而被导向第一反射面11a。由于第一反射面11a具有全反射P偏振光的偏振光特性，被导向该第一反射面11a的P偏振光的平行激光光束P2被该第一反射面11a全反射而被导入第一透镜9，通过该第一透镜9形成扇状的线状激光光束Lv。
使扇状板以圆弧中心O1为中心旋转，如图2所示，使1/4λ相位差板14位于反射光学系统11和转换透镜8之间，通过1/4λ相位差板14将S偏振光的平行激光光束P2转换成圆偏振光，转换成该圆偏振光的平行激光光束P2被导向第二反射面11b。
该圆偏振光的平行激光光束P2，其约一半被第二反射面11b反射而被导向第二透镜10，余下的约一半被导向第一反射面11a，被该第一反射面11a全反射而被导向第一透镜9。
通过第一透镜9形成线状激光光束Lv，通过第二透镜10形成线状激光光束Lh，因此如图2所示，形成了十字状的线状激光光束。
因此，光束切换装置12具有，在将平行激光光束P2导向第一反射面11a和第二反射面11b从而同时形成第一线状激光光束Lv和第二线状激光光束Lh并且通过其协动而在XZ平面(同一平面S)内形成图2所示的十字状的线状激光光束的光束状态、将平行激光光束P2导向第一反射面11a而仅形成第一线状光束Lv的图4所示的光束状态以及导向第二反射面11b而仅形成第二线状光束Lh的图3所示的光束状态之间，切换平行激光光束P2的路径的作用。
此处，构成为使支承轴5的轴心的延展方向的延长线5E与第二反射面11b的反射光轴11e重合地将框体6固定在支承轴5上，使支承轴5的延长线5E与十字状的线状激光光束的交点Q一致。
框体6以十字状的线状激光光束的交点Q为中心可在图2所示XZ平面(平面S)内沿箭头r方向旋转，同时可在图2所示YZ平面(垂直平面)内沿箭头r’方向旋转。
如图1所示，在框体6的上面设有延展在互相垂直的X方向和Y方向上的倾斜传感器16、17。该倾斜传感器(校正用传感器)16、17的输出被输入到控制电路18。根据需要，控制电路18基于该倾斜传感器(校正用传感器)16、17的输出，向各驱动电动机3D、5D输出控制信号。支承轴3、5基于该控制信号调整旋转角度。其结果，第二线状传感器Lh基于该倾斜传感器16、17的输出，被设定为相对于水平面平行。该水平面为基准面。
接着，以下参照图2、图5说明该线状激光光束照射装置的使用方法。
首先，将1/4λ相位差板14插入平行激光光束P2的光路。线偏振光的平行激光光束P2通过该1/4λ相位差板14被转换成圆偏振光的平行激光光束P2。如图2所示，圆偏振光的平行光束P2被导向第一反射面11a并被该第一反射面11a反射，该约一半的光量的平行激光光束P2被导向第一透镜9。其余下的约一半的光量的平行激光光束P2被导向反射面11b并且被第二反射面11b反射，该约一半的光量的平行激光光束P2被导向第二透镜10。
第一透镜9基于由第一反射面11a反射的平行激光光束P2形成第一线状激光光束Lv。第二透镜10基于由第二反射面11b反射的平行激光光束P2形成第二线状激光光束Lh。
将该第一线状激光光束Lv和第二线状激光光束Lh投影到图5所示的作为工程作业对象的壁部19的壁面19a。于是，在该壁面19a上形成了由第一线状激光光束Lv和第二线状激光光束Lh构成的十字形状的线状激光光束。
在该壁部19中，例如，呈阶梯状地形成多个窗20、21、22的情况下，如图5所示，将已形成的窗20的角部20a与交点Q重合，例如，通过使用遥控装置(省略图示)经过远距操作控制控制电路18，以交点Q为中心沿箭头r方向旋转十字形状的线状激光光束，以使第二线状激光光束Lh与已形成的窗21的角部21a重合。据此求出接着应形成的窗22的角部22a的位置是已形成的窗21的边部21b与第二线状激光光束Lh的交点Q’。因此，通过简单的作业能够迅速决定接着应形成的窗22的角部22a的位置。
将照射在壁部19的十字形状的交点Q定位于角部20a时，如果构成为使用这种遥控装置进行远距操作，那么作业员站立于壁部19的近侧就能够一目了然地识别交点Q地进行工程作业，因此优选。
另外，通过光束切换装置，如果构成为在壁部19上形成仅一个方向的线状激光光束，线状激光光束的明亮度相比较于在壁部上形成两个方向的线状激光光束的情况的明亮度，能够形成得更亮。
图6表示反射光学系统11的其它构成，在此处，反射光学系统11由菱形棱镜构成。该菱形棱镜具有反射面11a、反射面11b以及两个平行的透过面11c、11d。
如图2所示，构成为在框体6中分别设置反射光学系统11的反射部件的情况下，当环境温度等变化时，两个反射部件的相对角度由于框体6的膨胀、收缩等的歪曲变形而变化，其结果，两个反射部件的反射角度发生偏差，应该相互垂直的第一线状激光光束Lv和第二线状激光光束Lh发生角度偏差。
与此相对比，反射光学系统11的反射部件使用菱形棱镜时，即使环境温度等变化，由于反射面11a和反射面11b的相对关系不变化，因而能够防止两个反射面11a、11b的相对角度中偏差的发生，因此，对应于环境温度的变化，能够避免发生反射面的配置角度误差，另外，由于入射角和出射角的关系不取决于姿势而能保持不变，因此能够维持第一线状激光光束Lv和第二线状激光光束Lh的垂直度。
以上，发明的实施方式中，构成为形成将平行激光光束P2导向第一反射面11a和第二反射面11b而同时形成第一线状激光光束Lv和第二线状激光光束Lh并且通过这些光束的协动在同一平面内形成十字状的线状激光光束的光束状态、将平行激光光束P2导向第一反射面11a而仅形成第一线状激光光束Lv的光束状态、将平行激光光束P2导向第二反射面11b而仅形成第二线状激光光束Lh的光束状态这三种光束状态，但是也可以构成为将平行激光光束P2导向第一反射面11a和第二反射面11b而同时形成第一线状激光光束Lv和第二线状激光光束Lh并且通过这些的协动在同一平面内仅形成由十字状的线状激光光束构成的光学状态。
另外，本发明的实施方式中，构成为将框体6固定于支承轴5上以使支承轴5的轴心的延展方向的延长线5E与第二反射面11b的反射光轴11e重合，但是如图7所示，也可以构成为将框体6固定于支承轴5上以使支承轴5的轴心的延展方向的延长线5E与第二反射面11b的反射光轴11e垂直。

Claims (10)

1.一种线状激光光束照射装置，其特征在于，具有：
激光光源，产生发散激光光束；
转换透镜，将所述发散激光光束转换成平行激光光束；
第一透镜，形成第一线状激光光束；
第二透镜，形成与所述第一线状激光光束交叉的第二线状激光光束；
反射光学系统，由朝所述第一透镜反射所述平行激光光束的第一反射面和朝所述第二透镜反射所述平行激光光束的第二反射面构成；和
光束切换装置，设置于该反射光学系统和所述转换透镜之间，并且在将所述平行激光光束导向所述第一反射面和所述第二反射面而且通过所述第一线状激光光束与所述第二线状激光光束的协动而形成十字状的线状激光光束的光束状态、和将所述平行激光光束导向所述第一反射面并且仅形成所述第一线状光束的光束状态、以及将所述平行激光光束导向所述第二反射面并且仅形成所述第二线状光束的光束状态之间切换所述平行激光光束的路径，
所述第一反射面反射透过所述第二反射面的平行激光光束。
2.根据权利要求1所述的线状激光光束照射装置，其特征在于，
所述发散激光光束是线偏振光的光束，
所述光束切换装置设置有：将通过所述转换透镜转换成平行激光光束的所述线偏振光的光束转换成圆偏振光的1/4λ相位差板、将所述线偏振光的光束线偏振成与该线偏振光的偏振光方向垂直的偏振光方向的1/2λ相位差板以及使所述线偏振光的光束保持着该线偏振光的偏振光方向而透过的透过窗，
所述第二反射面具有将保持着所述线偏振光的偏振光方向而透过的光束朝所述第二透镜全反射的偏振光特性，
所述第一反射面具有将通过所述1/2λ相位差板而被线偏振成与所述光束的偏振光方向垂直的偏振光方向的光束朝所述第一透镜全反射的偏振光特性。
3.根据权利要求1或2所述的线状激光光束照射装置，其特征在于，所述反射光学系统由菱形棱镜构成。
4.根据权利要求1或2所述的线状激光光束照射装置，其特征在于，
框体内配置有：所述光源、所述转换透镜、所述第一透镜、所述第二透镜、所述反射光学系统以及所述光束切换装置，
该框体可以以所述十字状的线状激光光束的交点为中心旋转。
5.根据权利要求3所述的线状激光光束照射装置，其特征在于，
框体内配置有：所述光源、所述转换透镜、所述第一透镜、所述第二透镜、所述反射光学系统以及所述光束切换装置，
该框体可以以所述十字状的线状激光光束的交点为中心旋转。
6.根据权利要求4所述的线状激光光束照射装置，其特征在于，所述框体可在垂直面内旋转。
7.根据权利要求5所述的线状激光光束照射装置，其特征在于，所述框体可在垂直面内旋转。
8.根据权利要求6所述的线状激光光束照射装置，其特征在于，所述框体上设有校正用传感器，基于该校正用传感器而形成平行于水平面的线状激光光束。
9.根据权利要求7所述的线状激光光束照射装置，其特征在于，所述框体上设有校正用传感器，基于该校正用传感器而形成平行于水平面的线状激光光束。
10.一种线状激光光束照射装置，其特征在于，具有：
激光光源，产生发散激光光束；
转换透镜，将所述发散激光光束转换成平行激光光束；
第一透镜，形成第一线状激光光束；
第二透镜，形成与所述第一线状激光光束交叉的第二线状激光光束；和
反射光学系统，由朝所述第一透镜反射所述平行激光光束的第一反射面和朝所述第二透镜反射所述平行激光光束的第二反射面构成，
将所述平行激光光束同时导向所述第一反射面和所述第二反射面并且通过所述第一线状激光光束与所述第二线状激光光束的协动而形成十字状的线状激光光束。
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