CN109974677A - 一种光路结构和使用该光路结构的激光投线仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光路结构，包括发射出激光的激光发射器，以及下列沿所述激光的光路方向依次设置的非球面镜、第一分光镜和第二分光镜、楔形镜、柱面镜。本发明还提供了一种包括上述光路结构的激光投线仪。本发明的优点在于：1)通过合理设置楔形镜入射面的角度，使得从楔形镜入射面反射出来的光线射不到分光镜上，或者即使射到分光镜上也不会对分光镜反射出来光线造成干扰，从而避免了多点现象；2)通过合理设置楔形镜的结构，消除了投射出的激光光线中的断点。

Description

一种光路结构和使用该光路结构的激光投线仪
技术领域
本发明涉及一种光路结构，以及包括该光路结构的激光标线仪。
背景技术
激光投线仪(cross line laser)又称激光标线仪、激光划线仪，是一种利用激光束通过光学透镜组件形成扇形激光面，并投射到工作面上形成激光线的仪器，多用于工程建设等领域。
图1为现有的一种激光投线仪的光学透镜组件组成的部分光路结构示意图，其中包括分光镜和设置与分光镜之后的楔形镜，其中的楔形镜朝向分光镜的一面(入射面)与光线垂直。但是，在实际应用中，无法保证光线能垂直射到楔形镜上，从而入射面反射的光线将与入射光线发生微小的偏离，这种反射光线经过分光镜的反射、折射后，形成的光线与入射光线经分光镜反射的光线同样会发生微小的偏离，从而投射在物体上时，形成多个投射点，使操作人员无法进行区分，影响了激光投线的准确性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种光路结构，包括发射出激光的激光发射器，以及下列沿所述激光的光路方向依次设置的装置：
-非球面镜，设置于所述激光发射器的出光口处，用于聚焦所述激光发射器发射的激光，并射出平行的第一光线，所述第一光线的宽度为d；
-第一分光镜和第二分光镜，所述第一分光镜和第二分光镜均为平面镜，位于所述第一光线内部的两侧，互不平行，且与所述第一光线成45°夹角，所述第一分光镜和第二分光镜之间具有一最小间距h，所述最小间距h满足0<h<d，当所述第一光线穿过所述第一分光镜和第二分光镜时，所述第一光线两侧的激光被分解为第一反射光线、第一折射光线、第二反射光线和第二折射光线，且所述第一反射光线、第二反射光线均与所述第一光线垂直，所述第一折射光线、第二折射光线与所述第一光线互相平行；
-楔形镜，包括入射面、出射面，所述入射面和所述出射面均为平面，所述入射面和所述第一光线之间具有第一夹角α，所述入射面和所述出射面之间具有第二夹角β，所述第一夹角α的角度为0<α<90°，所述楔形镜用于将所述第一光线偏折一角度γ之后射出第二光线，并且将所述第一折射光线和所述第二折射光线偏折一同样的角度γ之后射出与所述第二光线平行的第三折射光线和第四折射光线；
-柱面镜，用于将所述第二光线、第三折射光线、第四折射光线发散成投射于作业面上的激光标线。
优选地，所述非球面镜包括一平面入射面和一弧形出射面，其在所述光路方向的截面为“D”字形。
优选地，所述第一夹角α的角度为65°-80°，所述第二夹角β的角度为20°-50°。
优选地，所述第一夹角α的角度为68°-78°。
优选地，所述柱面镜在所述第二光线方向的两侧设有挡光部。
本发明的另一方面，提供了一种包括如上所述的光路结构的激光投线仪。
优选地，所述激光投线仪在所述第一反射光线、第二反射光线的射出方向上设有所述激光投线仪在所述第一反射光线、第二反射光线的射出方向上设有供所述第一反射光线、第二反射光线射出的通光孔。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1)通过合理设置楔形镜入射面的角度，使得从楔形镜入射面反射出来的光线射不到分光镜上，或者即使射到分光镜上也不会对分光镜反射出来的第一、第二反射光线造成干扰，从而避免了多点现象；2)通过合理设置楔形镜的结构，消除了投射出的激光光线中的断点。
附图说明
图1为现有的激光投线仪的光路结构中分光镜、楔形镜的设置方式示意图。
图2为本发明的光路结构图。
附图说明：1-激光发射器、2-非球面镜、21-平面入射面、22-弧形出射面、31-第一分光镜、32-第二分光镜、4-楔形镜、41-入射面、42-出射面、5-柱面镜、51-挡光部、6-第一光线、61-第一反射光线、62-第一折射光线、63-第二反射光线、64-第二折射光线、7-第二光线、71-第三折射光线、72-第四折射光线。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
图1为现有的激光投线仪的光路结构中分光镜、楔形镜的设置方式示意图。其中，分光镜用于在激光投线的两侧形成激光标记点，在目标作业面上形成“两点一线”的投射效果。在该光路图中，楔形镜的入射面与光路垂直。此时，如果光线可以按照其设计意图垂直地射到楔形镜的入射面上，则该光线经上述入射面反射光线会与入射光线完全重合，经分光镜折射后，与原入射光线经分光镜反射后的光线可以完全重合。这种情况下，光路投射出的发出的激光投射在作业面上为“两点一线”。但是，在实际使用中，由于无法保证入射光线能垂直射到楔形镜上，即射入楔形镜入射面的入射光线总是以接近垂直的角度射入，从而入射光线经楔形镜入射面反射的光线将与入射光线发生微小的偏离，这种反射光线经过分光镜的反射、折射后形成的光线，与入射光线经分光镜反射的光线的射出方向非常接近，但二者并不重合。从而，上述光路发出的激光投射在作业面上时，形成一条投射光线和多个距离相近的投射点，使得激光投线仪的投线效果由原先设计的“两点一线”变成了“多点一线”，使操作人员无法进行区分，影响了激光投线的可操作性。
为了克服上述问题，本发明提供了一种改进的光路结构，具体参见图2。本发明的光路结构中，包括激光发射器1，该激光发射器用于发出一束向特定方向发射的发散激光。沿所述激光的光路方向，依次设置了如下装置：
-非球面镜2，设置于所述激光发射器1的出光口处，用于将所述激光发射器1发射出来的发散激光聚焦，并射出平行的第一光线6，所述第一光线6的宽度为d。优选地，所述非球面镜2包括一平面入射面21和一弧形出射面22，其在所述光路方向的截面为“D”字形。这种形状的非球面镜2，将激光聚焦并平行射出的同时，占用体积小，节省空间。
-第一分光镜31和第二分光镜32，所述第一分光镜31和第二分光镜32均为平面透镜，位于所述第一光线6内部的两侧，互不平行，且与所述第一光线6成45°夹角，所述第一分光镜31和第二分光镜32之间具有一最小间距h，所述最小间距h满足0<h<d。这样，所述第一光线6的两侧分别射入第一分光镜31和第二分光镜32，而中间部分穿过所述第一分光镜31和第二分光镜32之间的空隙。所述第一分光镜31和第二分光镜32既可以使入射光线反射，也可以使入射光线折射；而且，由于分光镜的方向与入射光线的夹角为45°，从而使反射光线与入射光线垂直，折射光线与入射光线平行。当所述第一光线6穿过所述第一分光镜31和第二分光镜32时，所述第一光线6射入分光镜的部分同时发生了反射和折射，即所述第一光线6两侧的激光被分解为第一反射光线61、第一折射光线62、第二反射光线63和第二折射光线64，其中，所述第一折射光线62、第二折射光线64与所述第一光线6互相平行，所述第一反射光线61、第二反射光线63均垂直于所述第一光线6射出。
-楔形镜4，包括入射面41、出射面42，所述入射面41和所述出射面42均为平面，所述入射面41和所述第一光线6之间具有第一夹角α，所述入射面41和所述出射面42之间具有第二夹角β，所述第一夹角α的角度为0<α<90°。优选地，所述第一夹角α的角度为65°-80°，更优选为68°-78°，例如可以为，70°，75°，78°等；所述楔形镜4用于将所述第一光线6偏折一角度γ之后射出第二光线7，并且将所述第一折射光线62和所述第二折射光线64偏折一同样的角度γ之后射出第三折射光线71和第四折射光线72。由于第二光线7、第三折射光线71和第四折射光线72由互相平行的第一光线6、第一折射光线62、第二折射光线64经同样的入射角射入楔形镜4的入射面41，并且经同样的角度从楔形镜4的出射面42射出，故第二光线7、第三折射光线71和第四折射光线72也是互相平行的。优选地，所述第二夹角β的角度为20°-50°，例如可以为35°。这样，第二光线7、第三折射光线71和第四折射光线72光线经过散射并投射到作业面之后，形成的激光光线中无断点。
-柱面镜5，用于将所述第二光线7、第三折射光线71、第四折射光线72发散成投射于作业面上的激光标线。优选地，所述柱面镜5在所述第二光线7方向的两侧设有挡光部51，从而防止未经发散的激光直接投射到作业面上，使投射后的激光更加均匀。
本发明还提供了一种激光投线仪。在所述激光投线仪中，使用了上述光路结构作为激光发射装置，并且，在所述第一反射光线61、第二反射光线63的射出方向上设有供所述第一反射光线、第二反射光线射出的通光孔，这种通光孔的直径略大于所述第一反射光线61、第二反射光线63的宽度，使得只有与所述第一反射光线61、第二反射光线63方向相同的光线才能从通光孔中射出。
本发明的光路结构中，激光从光源发射、经非球面镜2聚合后形成第一光线6，经第一分光镜31和第二分光镜32进一步分为五条光线。其中，所述第一光线6、所述第一折射光线62、所述第二折射光线64平行射入楔形镜4的入射面41。由于楔形镜4的入射面41与第一光线6的方向不垂直，当上述光线射入入射面41时，其反射光线的方向将会与入射方向有较大偏离，因此不大可能射入分光镜中，或者，即使上述反射光线射入分光镜中，其经分光镜反射、折射后射出的光线方向与上述第一反射光线61、第二反射光线63的方向会发生较大偏差，从而受到通光孔的限制，无法在作业面上形成激光投射点。即，这种光路发出的激光投射在作业面上可以形成“两点一线”，避免了多点现象的产生。
使用了上述光路结构的激光投线仪，可以在作业面上投射出“两点一线”形状的激光，不会出现多点现象，投射出的激光光线也没有明显断点。从而提高了投线质量，增加了作业人员的可操作性。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种光路结构，包括发射出激光的激光发射器，以及下列沿所述激光的光路方向依次设置的装置：
-非球面镜，设置于所述激光发射器的出光口处，用于聚焦所述激光发射器发射的激光，并射出平行的第一光线，所述第一光线的宽度为d；
-第一分光镜和第二分光镜，所述第一分光镜和第二分光镜均为平面镜，位于所述第一光线内部的两侧，互不平行，且与所述第一光线成45°夹角，所述第一分光镜和第二分光镜之间具有一最小间距h，所述最小间距h满足0<h<d，当所述第一光线穿过所述第一分光镜和第二分光镜时，所述第一光线两侧的激光被分解为第一反射光线、第一折射光线、第二反射光线和第二折射光线，且所述第一反射光线、第二反射光线均与所述第一光线垂直，所述第一折射光线、第二折射光线与所述第一光线互相平行；
-楔形镜，包括入射面、出射面，所述入射面和所述出射面均为平面，所述入射面和所述第一光线之间具有第一夹角α，所述入射面和所述出射面之间具有第二夹角β，所述第一夹角α的角度为0<α<90°，所述楔形镜用于将所述第一光线偏折一角度γ之后射出第二光线，并且将所述第一折射光线和所述第二折射光线偏折一同样的角度γ之后射出与所述第二光线平行的第三折射光线和第四折射光线；
-柱面镜，用于将所述第二光线、第三折射光线、第四折射光线发散成投射于作业面上的激光标线。
2.根据权利要求1所述的光路结构，其特征在于，
所述非球面镜包括一平面入射面和一弧形出射面，其在所述光路方向的截面为“D”字形。
3.根据权利要求1所述的光路结构，其特征在于，
所述第一夹角α的角度为65°-80°，所述第二夹角β的角度为20°-50°。
4.根据权利要求3所述的光路结构，其特征在于，
所述第一夹角α的角度为68°-78°。
5.根据权利要求1所述的光路结构，其特征在于，
所述柱面镜在所述第二光线方向的两侧设有挡光部。
6.一种激光投线仪，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的光路结构。
7.根据权利要求6所述的激光投线仪，其特征在于，
所述激光投线仪在所述第一反射光线、第二反射光线的射出方向上设有供所述第一反射光线、第二反射光线射出的通光孔。
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