CN102062948B - 一种棱镜及具有该棱镜的产生多束激光的仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种棱镜及具有该棱镜的产生多束激光的仪器，用于将入射激光转换为多束激光，包括全透射底面、与所述底面平行的顶面和与所述底面垂直的全透射侧面，所述底面为入射面，还包括一与所述底面成45°角的半透射半反射面，所述半透射半反射面将所述顶面分为两部分，其中接收所述半透射半反射面透射过来的激光的部分为全反射面，另一部分为全透射面。本发明的棱镜及具有该棱镜的产生多束激光的仪器克服现有的产生多束激光的仪器光束校准复杂、成本高的缺点，提供一种光束校准简便、成本低的棱镜及产生多束激光的仪器。

Description

一种棱镜及具有该棱镜的产生多束激光的仪器

技术领域

本发明涉及一种棱镜及具有该棱镜的产生多束激光的仪器。

背景技术

在建筑、园艺等行业中工程的进行不能缺少参照线，建立参照线常用的传统工具是直尺、尺子、量角器、丁字尺、水平仪及铅锤等。随着工程规模的增大，这些传统的工具由于其尺寸及其人工操作的不便受到了很大的限制。目前在大型工程中主要采用产生多束激光的仪器，现有的产生多束激光的仪器多采用多个激光源产生多个激光束，为了保证坐标系的精确需要对多个光源的激光束进行校准，另外采用多个激光源成本也较高。美国专利文献US6154319、US6542304和US6563646分别公开了一种棱镜，三篇文献中的棱镜均采用了全透射和全反射的原理使同一光源产生多束光。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服现有的产生多束激光的仪器采用多个激光源、对光束进行校准复杂、成本高的缺点，提供一种将一个激光源的光束进行分光因此光束校准简便、成本低。

本发明进一步提供一种具有上述棱镜的产生多束激光的仪器。

本发明提供的棱镜，用于将入射激光转换为多束激光，包括全透射底面、与所述底面平行的顶面、与所述底面垂直的全透射侧面、与所述底面成45°角的至少一半透射半反射面，所述底面为入射面，所述半透射半反射面设置于所述棱镜内，所述半透射半反射面将所述顶面分为两部分，其中接收所述半透射半反射面透射过来的激光的部分为全反射面，另一部分为全透射面。

作为优选，所述半透射半反射面的数量为两个，所述两个半透射半反射面相对设置，或相邻设置并相互垂直。

作为优选，所述半透射半反射面的数量为三个，所述三个半透射半反射面两两相互垂直。

作为优选，所述半透射半反射面的数量为四个，所述三个半透射半反射面两两相互垂直。

本发明提供的棱镜，用于将入射激光转换为多束激光，包括一个四棱台和四个三棱柱，所述四棱台的侧面两两相互垂直并与底面成45°角，所述四棱台的底面和顶面均为全透射面，所述四棱台的底面为入射面，所述三棱柱的横截面均为等腰直角三角形，所述四个三棱柱分别设置于所述四棱台的侧面，且所述三棱柱的斜侧面与所述四棱台的侧面接触，所述三棱柱的斜侧面或者所述四棱台的侧面为半透射半反射面，所述三棱柱的与所述四棱台的底面平行的直角侧面为全反射面，所述三棱柱的与所述四棱台的底面垂直的另一直角侧面为全透射面。

本发明提供的产生多束激光的仪器，具有用于产生激光的激光器、用于将激光器产生的发散光束聚焦为平行光束的聚焦透镜及用于将一束激光转换为多束激光的棱镜，所述棱镜为如上所述的棱镜。

作为优选，所述激光器固定于一激光器底座上，所述聚焦透镜固定于一透镜底座上，所述聚焦透镜的轴心与所述激光器同轴。

作为进一步的优选，所述激光器底座与所述透镜底座之间设有距离调节装置。

作为进一步的优选，所述激光器底座为带有内螺纹的套筒。

作为进一步的优选，距离调节装置为固定于所述透镜底座外部的螺杆，所述螺杆设有与所述套筒的内螺纹相配合的外螺纹。

本发明所述的棱镜和具有该棱镜的产生多束激光的仪器和现有技术相比，具有以下有益效果：

采用一个激光光源利用半透射半反射部分和全反射面的配合来产生多束激光，提高激光光束的共线性，同时使得激光的校准简便并且成本低。

附图说明

图1为本发明第一实施例的棱镜的结构示意图；

图2为本发明第二实施例的棱镜的结构示意图；

图3为本发明第三实施例的棱镜的结构示意图；

图4为本发明第四实施例的棱镜的结构示意图；

图5为本发明第五实施例的棱镜的结构分解示意图；

图6为本发明第五实施例的棱镜的整体结构示意图；

图7为图6中的棱镜另一角度的结构示意图；

图8为本发明的产生多束激光的仪器的发光原理示意图；

图9为本发明的产生多束激光的仪器的组装结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明第一实施例的棱镜的结构示意图。如图1所示，本发明的棱镜，包括垂直于入射激光M的全透射底面O1、与所述底面O1平行的顶面O2和与所述底面O1垂直的全透射侧面O3，所述底面O1为入射面。所述棱镜还包括一与所述底面O1成45°角的半透射半反射面O4，所述半透射半反射面O4将所述顶面O2分为两部分，其中接收所述半透射半反射面O4透射过来的激光的部分为全反射部分O5，另一部分为全透射部分O6。入射激光M照射在全透射底面O1，一部分透射至全透射部分O6并透射出去形成光束M1，另一部分透射至所述半透射半反射面O4。透射至所述半透射半反射面O4的其中一部分光束被所述半透射半反射面O4反射形成与光束M1垂直的光束M2，另一部分自所述半透射半反射面O4透射至全反射部分O5，并经全反射部分O5反射回至所述半透射半反射面O4，再经所述半透射半反射面O4反射至所述全透射侧面O3之后透射出去形成与光束M2方向相反的光束M3。由于光束M2和光束M3均经所述半透射半反射面O4形成，二者具有较高的共线性，同时校准简便并且成本低。

图2为本发明第二实施例的棱镜的结构示意图。如图2所示，本实施例的棱镜包括全透射底面P1、与所述底面P1平行的顶面P2和与所述底面P1垂直的全透射侧面P3，所述底面P1为入射面。所述棱镜还包括两个与所述底面P1成45°角的半透射半反射面P4，P5，所述两个半透射半反射面P4，P5相对设置，或相邻设置并相互垂直，所述半透射半反射面P4，P5将所述顶面P2分为全透射部分P6和全反射部分P7，其中接收所述半透射半反射面P4，P5透射过来的激光的部分为全反射部分P7，其余部分为全透射部分P6。入射激光N照射在全透射底面P1，一部分透射至全透射部分P6并透射出去形成光束N1，另一部分透射至所述半透射半反射面P4。透射至所述半透射半反射面P4的其中一部分光束被所述半透射半反射面P4反射，反射光在所述半透射半反射面P5处部分透射形成与光束N1垂直的光束N2的一部分，透射至所述半透射半反射面P4的另一部分光束自所述半透射半反射面P4透射至全反射部分P7，并经全反射部分P7反射回至所述半透射半反射面P4，再经所述半透射半反射面P4反射至所述全透射侧面P3之后透射出去形成与光束N2方向相反的光束N3的一部分，由于光束N2和光束N3均经所述半透射半反射面P4形成，二者具有较高的共线性，同时校准简便并且成本低。同理，照射至所述半透射半反射面P5的激光形成了光束N2和光束N3的另一部分。

在第二实施例中，两个与底面P1成45°角的半透射半反射面P4，P5也可以平行相对设置。

图3为本发明第三实施例的棱镜的结构示意图。如图3所示，本实施例的棱镜包括全透射底面Q1、与所述底面Q1平行的顶面Q2和与所述底面Q1垂直的全透射侧面Q3，所述底面Q1为入射面。所述棱镜还包括三个与所述底面Q1成45°角的半透射半反射面Q4，Q5，Q6，所述三个半透射半反射面Q4，Q5，Q6两两相互垂直，所述半透射半反射面Q4，Q5，Q6将所述顶面Q1分为全透射部分Q7和全反射部分Q8，其中接收所述半透射半反射面Q4，Q5，Q6透射过来的激光的部分为全反射部分Q8，其余部分为全透射部分Q7。入射激光K照射在全透射底面Q1，一部分透射至全透射部分Q1并透射出去形成光束K1，另一部分透射至所述半透射半反射面Q4。透射至所述半透射半反射面Q4的其中一部分光束被所述半透射半反射面Q4反射，反射光在所述半透射半反射面Q5处部分透射形成与光束K1垂直的光束K2的一部分，透射至所述半透射半反射面Q4的另一部分光束自所述半透射半反射面Q4透射至全反射部分Q8，并经全反射部分Q8反射回至所述半透射半反射面Q4，再经所述半透射半反射面Q4反射至所述全透射侧面Q3之后透射出去形成与光束K2方向相反的光束K3的一部分。由于光束K2和光束K3均经所述半透射半反射面Q4形成，二者具有较高的共线性，同时校准简便并且成本低。同理，照射至所述半透射半反射面Q5的激光形成了光束K2和光束K3的另一部分。同理，透射至所述半透射半反射面Q6的激光形成光束K4和光束K5。

图4为本发明第四实施例的棱镜的结构示意图。如图4所示，本实施例的棱镜包括全透射底面R1、与所述底面R1平行的顶面R2和与所述底面R1垂直的全透射侧面R3，所述底面R1为入射面。所述棱镜还包括四个与所述底面R1成45°角的半透射半反射面R4，R5，R6，R7，所述四个半透射半反射面R4，R5，R6，R7两两相互垂直，所述半透射半反射面R4，R5，R6，R7将所述顶面分为全透射部分R8和全反射部分R9，其中接收所述半透射半反射面R4，R5，R6，R7透射过来的激光的部分为全反射部分R9，其余部分为全透射部分R8。入射激光J照射在全透射底面R1，一部分透射至全透射部分R1并透射出去形成光束J1，另一部分透射至所述半透射半反射面R4。透射至所述半透射半反射面R4的其中一部分光束被所述半透射半反射面R4反射，反射光在所述半透射半反射面R5透射形成与光束J1垂直的光束J2的一部分。透射至所述半透射半反射面R4的另一部分光束自所述半透射半反射面R4透射至全反射部分R8，并经全反射部分R8反射回至所述半透射半反射面R4，再经所述半透射半反射面R4反射至所述全透射侧面R3之后透射出去形成与光束J2方向相反的光束J3的一部分。由于光束J2和光束J3均经所述半透射半反射面R4形成，二者具有较高的共线性，同时校准简便并且成本低。同理，照射至所述半透射半反射面R5的激光形成了光束J2和光束J3的另一部分。同理，透射至所述半透射半反射面R6、R7的激光形成光束J4和光束J5。

图5为本发明第五实施例中的棱镜的结构分解示意图，图6为本发明实施例中的棱镜的整体结构示意图，图7为图6中的棱镜另一角度的结构示意图。参考图5至图7，本实施例中的棱镜包括一个四棱台31和四个三棱柱32，所述四棱台31比所述三棱柱32更靠近光源。所述四个三棱柱32分别设置于所述四棱台31的四个侧面。所述四棱台31包括作为入射面并垂直于所述入射激光L的全透射底面S6、与所述底面S6平行的全透射顶面S1和四个半透射半反射侧面S2，S3，S4，S5。四个所述半透射半反射侧面S2，S3，S4，S5均与所述入射激光L及顶面S1成45°夹角，并且四个所述半透射半反射侧面S2，S3，S4，S5两两相互垂直。

所述三棱柱32的横截面在本实施例中为等腰直角三角形，所述三棱柱32的与所述等腰直角三角形的斜边对应的侧面是斜侧面，与所述等腰直角三角形的两个直角边对应的侧面是直角侧面。每个所述三棱柱32包括与所述底面S6平行的全反射面P1、与所述全反射面P1垂直的全透射侧面P2和分别与四个所述半透射半反射面S2，S3，S4，S5平行并固定在一起的全透射斜面P3。四个三棱柱的所述全透射斜面P3和四个所述半透射半反射面S2，S3，S4，S5分别采用光学胶平行地粘合在一起。棱镜的各个光学面的材质为玻璃，也可以是其他的透光物质。

如图6所示，入射激光照射到所述底面S6上，其中心部分的光线经所述底面S6透射进入棱镜，再经所述顶面S1透射而出，形成光束L1。照射到所述半透射半反射部分S4的入射激光L，其中的部分激光被所述半透射半反射部分S4反射，反射光束在所述半透射半反射部分S2处透射形成与L1垂直的光束L2的一部分。照射到所述半透射半反射部分S4的另一部分光线透射至所述三棱柱32的全反射面P1，并被所述全反射面P1反射回至所述半透射半反射部分S4，其中的部分反射光束被所述半透射半反射部分S4再次反射，反射后的激光从所述三棱柱32的全透射侧面P2透射而出，形成与L2方向相反的光束L4的一部分。同理，照射到所述半透射半反射部分S2上的光线经一系列的反射和透射后形成L2和L4的另一部分。同理，照射在所述半透射半反射部分S3和S5上的入射激光L形成了光束L3和L5。该五束光线建立了X，Y，Z坐标系，由于发自同一光源，可节约能量及成本，另外，校准其中的一条光束，即可保证其他光束的方向，因此校准方便且校准的成本低。

在上述实施例中，也可将四棱柱的四个侧面设为全透射侧面，将三棱柱的侧面P2设为半透射半反射面。

图8为本发明的产生多束激光的仪器的发光原理示意图。图9为本发明的产生多束激光的仪器的组装结构示意图。如图8和图9所示，本发明的产生多束激光的仪器，具有用于产生激光的激光器1、用于将所述激光器1产生的发散光束聚焦为平行光束的聚焦透镜2及用于将一束光分为多束相互垂直光束的棱镜3。所述棱镜3可以为上述是实施例1到5中描述的任何一种棱镜，图8中仅以第5实施例的形式示出。所述激光器1固定于激光器底座4上，在本实施例中所述激光器底座4为带有内螺纹的套筒。所述聚焦透镜2固定于透镜底座5上，所述聚焦透镜2的轴心与所述激光器1同轴。所述激光器底座4与所述透镜底座5之间设有距离调节装置。距离调节装置为固定于所述透镜底座5外部的螺杆6，所述螺杆6设有与所述套筒的内螺纹相配合的外螺纹。所述激光器1产生的发散光束经所述聚焦透镜2形成平行光束。旋转所述套筒或者透镜底座5即可调节所述激光器1和所述聚焦透镜2之间的距离，从而获得所需的入射激光L，将所述套筒和透镜底座5固定，在本实施例中采用光学胶进行固定，从而固定所述聚焦透镜2的焦点。入射激光L照射在所述棱镜3上经过系列的反射透射形成五束激光，建立起一套参考坐标系。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种棱镜，用于将入射激光转换为多束激光，其特征在于：包括全透射底面、与所述底面平行的顶面、与所述底面垂直的全透射侧面和与所述底面成45°角的至少一半透射半反射面，所述底面为入射面，所述半透射半反射面设置于所述棱镜内，所述半透射半反射面将所述顶面分为两部分，其中接收所述半透射半反射面透射过来的激光的部分为全反射面，另一部分为全透射面。

2.根据权利要求1所述的棱镜，其特征在于：所述半透射半反射面的数量为两个，所述两个半透射半反射面相对设置或相邻设置。

3.根据权利要求1所述的棱镜，其特征在于：所述半透射半反射面的数量为三个。

4.根据权利要求1所述的棱镜，其特征在于：所述半透射半反射面的数量为四个。

5.一种棱镜，用于将入射激光转换为多束激光，其特征在于：包括一个四棱台和四个三棱柱，所述四棱台的底面和顶面均为全透射面，所述四棱台的底面为入射面，所述三棱柱的横截面均为等腰直角三角形，所述四个三棱柱分别设置于所述四棱台的侧面，且所述三棱柱的斜侧面与所述四棱台的侧面接触，所述三棱柱的斜侧面或者所述四棱台的侧面为半透射半反射面，所述三棱柱的与所述四棱台的底面平行的直角侧面为全反射面，所述三棱柱的与所述四棱台的底面垂直的另一直角侧面为全透射面。

6.一种产生多束激光的仪器，具有用于产生激光的激光器、用于将激光器产生的发散光束聚焦为平行光束的聚焦透镜及用于将一束激光转换为多束激光的棱镜，其特征在于：所述棱镜为权利要求1-5中任一项所述的棱镜。

7.根据权利要求6所述的产生多束激光的仪器，其特征在于：所述激光器固定于一激光器底座上，所述聚焦透镜固定于一透镜底座上，所述聚焦透镜的轴心与所述激光器同轴。

8.根据权利要求7所述的产生多束激光的仪器，其特征在于：所述激光器底座与所述透镜底座之间设有距离调节装置。

9.根据权利要求8所述的产生多束激光的仪器，其特征在于：所述激光器底座为带有内螺纹的套筒。

10.根据权利要求9所述的产生多束激光的仪器，其特征在于：距离调节装置为固定于所述透镜底座外部的螺杆，所述螺杆设有与所述套筒的内螺纹相配合的外螺纹。

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