CN102360123A - 一种同源分光光学系统 - Google Patents

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孙建华
赵耀峰
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Abstract

本发明提供了一种同源分光光学系统，包括设置在入射光光路上的立方棱镜、设置在该立方棱镜的第一透射光光路上的分光镜和设置在该分光镜的第二反射光光路上的反射镜，该第二反射光经该反射镜反射后形成第三反射光，该第三反射光光路沿立方棱镜的第一反射光光路与第一透射光光路的交点延伸。该光学系统实现了一束准直激光通过两次分光可形成三维方向的三束准直激光，并通过光学加工保证其分光精度，不仅有利于批量化生产，而且为锥镜反射式激光投线仪产业化提供了基础。

Description

一种同源分光光学系统
技术领域
本发明属于激光投线技术领域，具体涉及一种同源分光光学系统。
背景技术
激光投线仪是目前在建筑、装饰及各类工程安装行业广泛使用的一种激光仪器，其功能主要是利用线束激光对三维空间进行水平和垂直定位、标识。
目前的激光投线仪通常由八只激光模组组成，其激光模组是用柱面透镜将激光束改变成扇面分布，投射为线状激光。用四只激光模组在水平空间对接为一个360°的投射激光线。另外四只激光模组分为两组，每组用两只激光模组在垂直空间对接为一个小于360°的投射激光线。两组所形成的激光面相互垂直，从而达到在三维空间利用激光线进行投线标识的功能。这一三维投线功能可以用三个锥面反射镜来实现，所以，锥镜反式激光投线仪所使用的激光模组由八只减少到三只，不仅简化了结构，而且降低了成本。
利用锥面反射镜达到360°投射激光线技术的这种锥镜反式激光投线仪，其关键是要在三维方向上形成三束激光，其光轴相互垂直。其光轴相互垂直的垂直度精度越高，对投线精度是一个基础保证。在实际产品应用中，用三只激光模组作光源来达到三维方向上形成高精度的三束光轴相互垂直的激光，其缺点：一是调节结构比较复杂，仪器体积较大，二是机械调节难以保证其高精度，不利于产业化的实现。比较理想的是通过光学分光的方法，将激光光束分解为光轴相互垂直的三维方向的三束激光。通过光学加工保证其垂直精度，不仅可以将三只激光模组降为一只激光模组作光源，进一步降低成本，而且简化调节结构，缩小仪器体积，进一步推进锥镜反射式激光投线仪达到产业化。
发明内容
本发明的目的是提供一种同源分光光学系统，以解决现有的锥镜反射式激光投线仪用三只激光模组作光源来达到三维方向上形成高精度的三束光轴相互垂直的激光所存在的调节结构比较复杂，仪器体积较大，机械调节难以保证其高精度，不利于产业化的实现的问题。
为达上述目的，本发明提供了一种同源分光光学系统，包括设置在入射光光路上的立方棱镜、设置在该立方棱镜的第一透射光光路上的分光镜和设置在该分光镜的第二反射光光路上的反射镜，该第二反射光经该反射镜反射后形成第三反射光，该第三反射光光路沿所述立方棱镜的第一反射光光路与所述第一透射光光路的交点延伸。
上述立方棱镜由第一直角等腰棱镜和第二直角等腰棱镜胶合而成，所述第一直角等腰棱镜的下直角面设置于入射光光路上，该第一直角等腰棱镜的斜面上设置有半透半反的分光镀膜，所述入射光经该下直角面入射到该斜面上，由分光镀膜分成所述第一反射光及透过该斜面的所述第一透射光；所述第一反射光经该第一直角等腰棱镜的侧直角面射出。
上述分光镜包括透射面以及反射面；所述第一透射光入射到该反射面后一部分被反射形成所述第二反射光入射到所述反射镜上，另一部分穿过该反射面经所述透射面射出形成第二透射光，且该第二透射光沿所述第一透射光光路射出。
上述反射镜是异型侧直角楔镜或侧直角棱镜，且该侧直角棱镜包括长直角面，该长直角面上设置有全反射膜，该长直角面设置于所述第二反射光的光路上；该第二反射光经该长直角面全反射后形成所述第三反射光；所述第一等腰棱镜的斜面设置于该第三反射光的光路上。
上述分光镜的反射面和所述侧直角楔镜的长直角面的空间位置应当使所述第二反射光不与所述第一直角等腰棱镜的斜面相干涉。
上述入射光是光学准直激光。
上述准直激光是半导体、氦氖或CO2激光。
上述直角等腰棱镜、分光镜及侧直角楔镜是用光学玻璃或光学塑料制成的。
上述第一反射光、第一透射光和第三反射光通过三维坐标原点，分别沿Y轴、Z轴、X轴方向输出。
本发明的优点是：一束准直激光通过两次分光可形成三维方向的三束准直激光，并通过光学加工保证其分光精度，不仅有利于批量化生产，而且为锥镜反射式激光投线仪产业化提供了基础。
附图说明
现结合附图和实施例对本发明做详细说明：
图1是本发明提供的同源分光光学系统的光路示意图。
图2是本发明提供的同源分光光学系统的各光学元件的位置示意图。
图3是立方棱镜的结构示意图。
图中：1、输入激光；2、第一反射光；3、第一透射光；4、反射光； 5；第三反射光；6、第二反射光；7、第二透射光；8、9，分光镀膜面；10，全反光面；11、光轴交点；12、第一等腰直角棱镜；13、下直角面；14、斜面；15、分光镜；16、立方棱镜；17、反射镜；18、长直角面；19、第二等腰棱镜；20，侧直角面。
具体实施方式
实施例1：
所提供的同源分光光学系统，如图2所示，包括设置在入射光光路上的立方棱镜16、设置在该立方棱镜16的第一透射光光路上的分光镜15和设置在该分光镜15的第二反射光光路上的反射镜17，该第二反射光经该反射镜17反射后形成第三反射光，该第三反射光光路沿立方棱镜16的第一反射光光路与第一透射光光路的交点延伸。当然，其中的立方棱镜16也可以由现有技术中可以实现分光和透光的其他光学元器件所替代，本例中只是选择了立方棱镜16作为分光和透光镜。
实施例2：
在实施例1的基础，当立方棱镜16由两个等腰直角棱镜胶合而成时，本实施例所提供的同源分光光学系统的具体实现请参见图1和图2，输入激光1沿Z轴方向输入，入射到立方棱镜16的第一等腰直角棱镜12的下直角面13（见图3），再通过该第一等腰直角棱镜12的斜面14（其上镀有半透半反的分光镀膜面8），分出第一反射光2沿Y轴方向输出，该第一反射光2的能量约占输入激光1的总能量的1/3；分光镀膜面8的另一束光即第一透射光3继续沿Z轴方向输出，其能量约占输入激光1的总能量约2/3。第一等腰直角棱镜12的斜面设置于该第三反射光的光路上
经分光镀膜面8的第一透射光3通过分光镜15上的分光镀膜面9，分出第二反射光6和第二透射光7，各占第一透射光3光能量的1/2左右。第二透射光7沿Z轴方向输出；第二反射光6通过反射镜17的全反光面10产生第三反射光5，第三反射光5输出通过分光镀膜面8的第一反射光2和第一透射光3光轴交点11，且沿X轴方向输出。
其中第三反射光6不与分光镀膜面8相干涉；光轴交点11是三维输出光Y轴第一反射光2（或-Y轴反射光4，该反射光4由分光镀膜面8旋转90°，反射入射激光1所致）、X轴的第三反射光5、Z轴上的第二透射光7的三维坐标原点O。如此，变实现了一束准直激光通过两次分光形成三维方向的三束准直激光，并通过光学加工保证其分光精度，不仅有利于批量化生产，而且为锥镜反射式激光投线仪产业化提供了基础。
该同源分光光学系统的组成结构，由图2清晰可见，包括设置在入射光（图1所示的输入激光1）光路上的立方棱镜16、设置在该立方棱镜16的第一透射光3光路上的分光镜15和设置在该分光镜15的第二反射光6的光路上的反射镜17，该第二反射光6经该反射镜17反射后形成第三反射光5，该第三反射光5的光路沿第一反射光2的光路与第一透射光3的光路的交点O延伸。
立方棱镜16由第一直角等腰棱镜12和第二直角等腰棱镜19胶合而成，第一直角等腰棱镜12的下直角面13设置于入射光光路即入射激光1的光路上，该第一直角等腰棱镜12的斜面14上设置有半透半反的分光镀膜（面）8，所述入射光经该下直角面13入射到该斜面14上，由分光镀膜（面）8分成所述第一反射光2及透过该斜面的第一透射光3；第一反射光2经该第一直角等腰棱镜12的侧直角面20射出。
更细致地讲，分光镜15包括透射面以及反射面；第一透射光3入射到该反射面后一部分被反射形成第二反射光6入射到反射镜17上，另一部分穿过该反射面经透射面射出形成第二透射光7，且该第二透射光7沿第一透射光3光路射出。而反射镜17是异型侧直角楔镜或侧直角棱镜，且该侧直角棱镜包括长直角面18，该长直角面18上设置有全反射膜，其设置于第二反射光6的光路上；该第二反射光6经该长直角面18全反射后形成第三反射光5。
分光镜15的反射面即图1中的分光镀膜面9和侧直角楔镜即反射镜17的长直角面18的空间位置应当使第二反射光6不与第一直角等腰棱镜12的斜面14相干涉，例如当立方棱镜16的边长为6mm的时候，分光镜15和立方棱镜16的垂直轴线的最小夹角为33.4度，此时反射的光在经过反射镜17才能将光垂直射入立方棱镜16的胶合面8即第一等腰直角棱镜12的斜面14上。
输入激光1是光学准直激光，即半导体、氦氖或CO2激光，其波长为200～780nm可见激光或780nm以上的红外激光。直角等腰棱镜、分光镜及侧直角楔镜是用光学玻璃或光学塑料制成的。
值得注意的是，本发明所提供的立方棱镜16也可以是现有技术中同样可以实现分光效果的其他形式的光学元器件。更为值得注意的是凡是通过现有技术手段均能达到与本实施例所提供的光学系统的同样功能的相同或相似系统，均应在本实施例的覆盖范围之内，属于本专利申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同源分光光学系统，其特征在于：包括设置在入射光光路上的立方棱镜、设置在该立方棱镜的第一透射光光路上的分光镜和设置在该分光镜的第二反射光光路上的反射镜，该第二反射光经该反射镜反射后形成第三反射光，该第三反射光光路沿所述立方棱镜的第一反射光光路与所述第一透射光光路的交点延伸。
2.如权利要求1所述的同源分光光学系统，其特征在于：所述立方棱镜由第一直角等腰棱镜和第二直角等腰棱镜胶合而成，所述第一直角等腰棱镜的下直角面设置于入射光光路上，该第一直角等腰棱镜的斜面上设置有半透半反的分光镀膜，所述入射光经该下直角面入射到该斜面上，由分光镀膜分成所述第一反射光及透过该斜面的所述第一透射光；所述第一反射光经该第一直角等腰棱镜的侧直角面射出。
3.如权利要求1或2所述的同源分光光学系统，其特征在于：所述分光镜包括透射面以及反射面；所述第一透射光入射到该反射面后一部分被反射形成所述第二反射光入射到所述反射镜上，另一部分穿过该反射面经所述透射面射出形成第二透射光，且该第二透射光沿所述第一透射光光路射出。
4.如权利要求3所述的同源分光光学系统，其特征在于：所述反射镜是异型侧直角楔镜或侧直角棱镜，且该侧直角棱镜包括长直角面，该长直角面上设置有全反射膜，该长直角面设置于所述第二反射光的光路上；该第二反射光经该长直角面全反射后形成所述第三反射光；所述第一等腰直角棱镜的斜面设置于该第三反射光的光路上。
5.如权利要求4所述的同源分光光学系统，其特征在于：所述分光镜的反射面和所述侧直角楔镜的长直角面的空间位置应当使所述第二反射光不与所述第一直角等腰棱镜的斜面相干涉。
6.如权利要求5所述的同源分光光学系统，其特征在于：所述入射光是光学准直激光。
7.如权利要求6所述的同源分光光学系统，其特征在于：所述准直激光是半导体、氦氖或CO2激光。
8.如权利要求7所述的同源分光光学系统，其特征在于：所述直角等腰棱镜、分光镜及侧直角楔镜是用光学玻璃或光学塑料制成的。
9.如权利要求8所述的同源分光光学系统，其特征在于：所述第一反射光、第一透射光和第三反射光通过三维坐标原点，分别沿Y轴、Z轴、X轴方向输出。
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