CN1769840B - 激光光线出射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明激光光线出射装置，具备发出激光光线的激光光源、来自该激光光源的激光光线透射的波长选择膜以及该波长选择膜的出射侧的光轴上配置的复折射光学元件，上述波长选择膜倾斜成使上述激光光线的入射角在45°～80°的范围。

Description

激光光线出射装置
技术领域
本发明涉及具备遮断激光光源发出激光光线的返回光的结构的激光光线出射装置。
背景技术
已知发出激光光线的激光光源若存在返回光则输出降低，利用激光光线的测量装置中具有遮断返回光的构成。
图7表示具有遮断返回光的作用的传统激光光线出射装置的光学系统的概略。
图7中，1表示半导体激光器，2表示会聚透镜，3表示在光束截面的2个方向上收敛角不同的2个楔形棱镜4a、4b构成的变形棱镜。透射该变形棱镜3的激光光线5沿出射光轴6出射，该出射光轴6上设置使P偏振光透射的偏振片7、1/4波片(复折射光学元件)8。另外，9是使上述激光光线5反射的光学部件，例如反射棱镜。
上述半导体激光器1出射的上述激光光线5是例如P偏振的直线偏振光，该激光光线5的光束截面为椭圆形。通过上述会聚透镜2成为平行光束的上述激光光线5，被上述变形棱镜3的2个楔形棱镜4a、4b光束整形，上述激光光线5的光束截面在短轴方向上扩大而成为圆形。
透射上述变形棱镜3、光束成为圆形状的激光光线5，透射上述偏振片7，由上述1/4波片8变换成圆偏振光后照射。
上述光学部件9反射的圆偏振的反射激光光线5’通过透射上述1/4波片8，偏振状态变换成直线偏振，且变换后的直线偏振的上述反射激光光线5’相对于出射的上述激光光线5，偏振方向相差90°，成为S偏振光。上述偏振片7配置成使P偏振光透过，因而由于该偏振片7，S偏振的上述反射激光光线5’被遮断，不到达上述半导体激光器1。
上述传统的激光光线出射装置中，通过上述出射光轴6上设置的上述偏振片7和上述1/4波片8的组合来遮断上述反射激光光线5’的返回，因此必须在上述出射光轴6上设置上述偏振片7。因而，光线系统的构成复杂，同时上述偏振片7的设置导致在该偏振片7的两面产生反射，造成激光光线的损失。
发明内容
本发明的目的是不必另外设置偏振片就可遮断返回光，简化激光光线出射装置的构成。
为了达成上述目的，本发明的激光光线出射装置，具备发出激光光线的激光光源、来自该激光光源的激光光线入射的波长选择膜；以及该波长选择膜的出射侧的光轴上配置的复折射光学元件，上述波长选择膜倾斜成使上述激光光线的入射角在45°～80°的范围，以使上述激光光线的P偏振分量透射，而S偏振分量遮断。另外，本发明的激光光线出射装置中，上述复折射光学元件具备变形棱镜，上述波长选择膜在构成上述变形棱镜的楔形棱镜的一面上形成。另外，本发明的激光光线出射装置中，在上述变形棱镜的相对于入射激光光线呈45°～80°的入射面，形成上述波长选择膜。另外，本发明的激光光线出射装置中，上述波长选择膜倾斜成使激光光线的入射角在60°～70°的范围。另外，本发明的激光光线出射装置中，上述波长选择膜根据激光光线的波长和入射角确定。另外，本发明的激光光线出射装置中，上述波长选择膜是宽带滤波片或窄带滤波片。
根据本发明，由于具备发出激光光线的激光光源、来自该激光光源的激光光线透射的波长选择膜以及该波长选择膜的出射侧的光轴上配置的复折射光学元件，上述波长选择膜倾斜成使上述激光光线的入射角在45°～80°的范围，因而，上述波长选择膜在透射P偏振分量和S偏振分量的透射特性上产生差异，该波长选择膜起偏振片的作用，因而不必另外设置偏振片就可遮断返回光，可简化光学系统的构成。
根据本发明，由于上述激光光线出射装置具备变形棱镜，上述波长选择膜在构成上述变形棱镜的楔形棱镜的一面形成，因而不必另外设置偏振片就可遮断返回光，可简化光学系统的构成。
附图说明
图1是本发明的实施例的概略构成图。
图2(A)、图2(B)、图2(C)是透明板上形成的波长选择膜和激光光线的入射角的关系的说明图，图2(A)表示入射角0°、图2(B)表示入射角45°、图2(C)表示入射角60°的情况。
图3(A)、图3(B)、图3(C)是相对于波长选择膜的激光光线的入射角和透射率的关系的说明图，图3(A)表示入射角0°、图3(B)表示入射角45°、图3(C)表示入射角60°的情况。
图4是本发明实施的激光旋转照射装置的概略构成图。
图5是该激光旋转照射装置的光学系统的要部的说明图。
图6是该激光旋转照射装置的LD驱动部的方框图。
图7是传统的激光光线出射装置的概略构成图。
具体实施方式
以下，参照图面说明实施本发明的最佳形态。
首先，图1说明激光光线出射装置的光学系统的基本构成。另外，图1中与图7中同等的部件附上相同符号。
来自半导体激光器1的激光光线5通过变形棱镜3光束整形并出射，在上述激光光线5的出射光轴6上设置1/4波片8。
在构成上述变形棱镜3的楔形棱镜4a、4b的至少一面，例如与上述楔形棱镜4a的上述半导体激光器1相对的面，形成波长选择膜11。该波长选择膜11通过在相对于激光光线的入射轴倾斜45°以上的面上形成，而起射束分裂器的功能。
接着，图2(A)、图2(B)、图2(C)、图3(A)、图3(B)、图3(C)说明上述波长选择膜11的特性。
图2(A)、图2(B)、图2(C)表示，在透明板12形成上述波长选择膜11(宽带滤波片或窄带滤波片)，使上述激光光线5入射上述透明板12，入射角以0°、45°、60°变化的情况，图3(A)、图3(B)、图3(C)表示此时的P偏振分量、S偏振分量的透射率的变化。图3(B)、图3(C)中，P表示P偏振分量的透射率曲线，S表示S偏振分量的透射率曲线。
如图2(A)所示，上述激光光线5以0°的入射角，即直角入射上述透明板12即上述波长选择膜11时，如图3(A)所示，P偏振分量、S偏振分量中，相对于上述激光光线5的波长的透射率的状态都相同，在波长λA时透射率超过近似90％。该场合，上述波长选择膜11仅仅是波长选择膜。
接着，如图2(B)所示，上述激光光线5以45°的入射角入射上述波长选择膜11时，如图3(B)所示，P偏振分量、S偏振分量中，上述激光光线5的透射波长都向短波长侧偏移，在p偏振分量为λB，S偏振分量为λB’时透射率超过近似90％。而且，P偏振分量的偏移量较大，产生P偏振分量透射而S偏振分量遮断的区域13(图3(B)中用斜线表示)。从而，上述波长选择膜11对上述区域13所包含的波长具有与偏振片同等的功能。
而且，如图2(C)所示，上述激光光线5以60°的入射角入射上述波长选择膜11时，如图3(C)所示，P偏振分量、S偏振分量中，上述激光光线5的透射波长都进一步向短波长侧偏移，在P偏振分量为λC、S偏振分量为λC’时透射率超过近似90％。另外，P偏振分量和S偏振分量的偏移量的差变得更大，p偏振分量透射而S偏振分量遮断的区域13(图3(C)中斜线所示)比入射角45°时更大。在入射角60°的场合，上述波长选择膜11对上述区域13所包含的波长也具有与偏振片同等的功能。
如图2(C)、图3(C)所示，使上述波长选择膜11相对于入射角倾斜60°，使用上述区域13所包含的波长的上述激光光线5时，上述波长选择膜11可作为P偏振分量透射而S偏振分量遮断的偏振片使用。
利用上述波长选择膜11的特性，在上述楔形棱镜4a，4b的至少一面形成上述波长选择膜11，使该波长选择膜11相对于上述激光光线5倾斜需要角度，例如60°。
上述半导体激光器1出射的P偏振的激光光线5具有上述区域13所包含的波长。上述激光光线5通过上述会聚透镜2成为平行光束，P偏振的激光光线5透射上述波长选择膜11，通过上述变形棱镜3的楔形棱镜4a、4b，其光束截面光束整形成圆形。透射上述变形棱镜3的上述激光光线5通过上述1/4波片8变换成圆偏振光，照射上述光学部件9。该光学部件9反射的反射激光光线5’通过再次透射上述1/4波片8，激光光线5变换成S偏振光。S偏振的反射激光光线5’被上述波长选择膜11遮断，不到达上述半导体激光器1。
上述波长选择膜11的倾斜角最好确定成可在P偏振分量和S偏振分量的透射特性上产生差异而获得上述区域13，例如选择45°～80°，最好为60°～70°的倾斜角。若考虑LD的波长的偏差及膜的偏差等，则可作为偏振光射束分裂器使用的波长带域应该宽，最好是60°以上的入射角。然而，入射角的增加意味着部件倾斜，因此入射角太大需要更大的空间，这不是期望的，入射角最好是在60°～70°的范围。
根据本发明，不用另外设置偏振片就可以遮断返回光。
图4～图6说明具备本发明的激光光线出射装置的测量装置的一例。另外，图4～图6与图1所示相同的部件附上相同符号。
该测量装置是沿水平方向旋转照射激光光线，形成水平基准面的激光旋转照射装置，该激光旋转照射装置主要具备：激光光线出射装置15；倾斜补正系统16；照射光学系统17；旋转照射部18；受光系统19。
上述半导体激光器1出射的激光光线5由上述倾斜补正系统16进行光轴的倾斜补正，激光光线5由上述照射光学系统17投射到垂直光轴上。上述旋转照射部18将上述激光光线5偏向水平方向并旋转照射。照射的激光光线5形成水平基准面的同时横切对象反射体20，从而由该对象反射体20反射。反射激光光线5’经由上述旋转照射部18，被上述受光系统19受光检出，由该受光系统19检出上述对象反射体20的位置、方向等。
如图6，上述半导体激光器1由LD驱动部21驱动控制发光。上述半导体激光器1出射的上述激光光线5的一部分被分割，通过光二极管等的受光元件22被受光检出，受光结果向输出电流控制电路23反馈，该输出电流控制电路23根据受光信号，向半导体激光驱动电路24送出例如使上述激光光线5成为一定的光强度用的控制信号，该半导体激光驱动电路24根据控制信号，驱动上述半导体激光器1。
上述倾斜补正系统16具有自由液面25，上述半导体激光器1照射的上述激光光线5通过被上述自由液面25反射，即使是激光旋转照射装置倾斜设置时，也可将上述照射光学系统17的投射光轴补偿到垂直，进行倾斜补正。
从上述倾斜补正系统16到上述照射光学系统17的出射光轴6上，设置变形棱镜3，构成该变形棱镜3的楔形棱镜4a、4b的一面相对于上述出射光轴6倾斜需要角度。例如图1所示，上述楔形棱镜4a的入射面相对于上述出射光轴6倾斜60°，在上述楔形棱镜4a的入射面形成波长选择膜11。
上述照射光学系统17设有：使透射上述变形棱镜3的上述激光光线5偏向垂直方向的反射镜26；在该反射镜26的反射光轴上扩大上述激光光线5的光束径的光束扩展器27；带孔反射镜28；也作为上述激光光线出射装置15的构成要素的1/4波片8。
上述旋转照射部18具备使透射上述带孔反射镜28的孔29、上述1/4波片8的上述激光光线5偏向水平方向的五角棱镜31，该五角棱镜31设置在中空形状的旋转架32上，该旋转架32通过旋转马达33旋转，从而，上述旋转架32出射的上述激光光线5成为旋转照射。
上述对象反射体20反射的反射激光光线5’由上述旋转照射部18入射，通过上述带孔反射镜28偏向上述受光系统19。
该受光系统19具备会聚透镜34、偏振片35、针孔板36，受光元件37，上述受光系统19可接收来自上述对象反射体20的上述反射激光光线5’，上述偏振片35配置成使S偏振分量透射。
来自上述受光元件37的受光信号向控制部38送出，该控制部38根据上述受光信号，控制上述旋转马达33的旋转，进行例如以上述对象反射体20为中心并以需要角度往复扫描等的控制。
以下，说明上述激光旋转照射装置的激光光线5、反射激光光线5’相关的作用。
具有上述区域13所包含的波长的P偏振光的直线激光光线5从上述半导体激光器1出射。上述自由液面25反射的激光光线5透射上述波长选择膜11，由上述变形棱镜3进行光束整形，激光光线5通过上述反射镜26偏向垂直方向的同时扩大到需要的光束径。激光光线5通过上述孔29且透射上述1/4波片8，变换成圆偏振光，由上述旋转照射部18偏向水平方向的同时旋转照射。
上述对象反射体20反射的反射激光光线5’由上述旋转照射部18入射，反射激光光线5’通过再次透射上述1/4波片8，变换成S偏振的直线偏振光。
上述反射激光光线5’通过上述孔29反射到上述受光系统19，通过上述会聚透镜34会聚到上述受光元件37的受光面，上述偏振片35仅使S偏振分量透射，而遮断其他杂散光。另外，上述针孔板36仅使光轴上的光束透射，而遮断其他杂散光，仅仅来自上述对象反射体20的上述反射激光光线5’被上述受光元件37接收。
透射上述1/4波片8的上述反射激光光线5’的一部分通过上述孔29，作为返回光入射上述激光光线出射装置15。上述波长选择膜11由于倾斜成使P偏振光透射的状态，因而S偏振光即上述反射激光光线5’被上述波长选择膜11遮断，不入射上述半导体激光器1。从而，防止该半导体激光器1的输出的降低，从该半导体激光器1出射稳定的上述激光光线5。
另外，上述反射激光光线5’中除了来自上述对象反射体20的反射光，还包含图5所示来自上述五角棱镜31等的光学元件的表面的反射，但是这些反射光同样在往返路径中透射上述1/4波片8，变换成S偏振光，被上述波长选择膜11遮断。
另外，1/4波片也可分别设置在上述激光光线出射装置15和上述受光系统19中。例如，上述变形棱镜3和上述反射镜26之间以及上述带孔反射镜28和上述会聚透镜34之间可分别设置1/4波片。
另外，虽然说明了本发明设置在激光旋转照射装置的情况，但是也同样可以在光波测距装置等需要去除返回光的影响的光学装置中实施。

Claims (6)

1.一种激光光线出射装置，具备发出激光光线的激光光源、来自该激光光源的激光光线入射的波长选择膜；以及该波长选择膜的出射侧的光轴上配置的复折射光学元件，上述波长选择膜倾斜成使上述激光光线的入射角在45°～80°的范围，以使上述激光光线的P偏振分量透射，而S偏振分量遮断。
2.权利要求1的激光光线出射装置，其中，上述复折射光学元件具备变形棱镜，上述波长选择膜在构成上述变形棱镜的楔形棱镜的一面上形成。
3.权利要求2的激光光线出射装置，其中，在上述变形棱镜的相对于入射激光光线呈45°～80°的入射面，形成上述波长选择膜。
4.权利要求1或权利要求3的激光光线出射装置，其中，上述波长选择膜倾斜成使激光光线的入射角在60°～70°的范围。
5.权利要求1或权利要求3的激光光线出射装置，其中，上述波长选择膜根据激光光线的波长和入射角确定。
6.权利要求1或权利要求2的激光光线出射装置，其中，上述波长选择膜是宽带滤波片或窄带滤波片。
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