CN201984226U - 一种三维分光组合五棱镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及三维分光组合五棱镜，该三维分光组合五棱镜包括主棱镜、直角等腰棱镜、上直角棱镜以及侧直角楔镜；直角等腰棱镜、主棱镜以及上直角棱镜依次设置于同一光轴上；侧直角楔镜设置于上直角棱镜的反射光路上；直角等腰棱镜设置于侧直角楔镜的反射光路上。本实用新型提供了一种三维分光组合五棱镜，以解决锥镜反射式激光投线仪的三维分光问题，并实现了同一坐标原点的三维分光。

Description

一种三维分光组合五棱镜

技术领域

本实用新型涉及一种分光光学棱镜，尤其涉及一种三维分光组合五棱镜。

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。

利用锥镜反射达到360°投射激光线技术的这种锥反式激光投线仪，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，二是机械调节是难以保证其高精度，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。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种三维分光组合五棱镜，以解决锥镜反射式激光投线仪的三维分光问题，并实现了同一坐标原点的三维分光。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供了一种三维分光组合五棱镜，其特殊之处在于：所述三维分光组合五棱镜包括主棱镜、直角等腰棱镜、上直角棱镜以及侧直角楔镜；所述直角等腰棱镜、主棱镜以及上直角棱镜依次设置于同一光轴上；所述侧直角楔镜设置于上直角棱镜的反射光路上；所述直角等腰棱镜设置于侧直角楔镜的反射光路上。

上述直角等腰棱镜包括侧直角面、下直角面以及直角等腰棱镜斜面；所述下直角面设置于入射光路上；所述斜面设置有分光镀膜，所述入射光路经直角等腰棱镜斜面后分为第一反射光以及第一透射光；所述第一反射光经侧直角面发射输出；所述主棱镜和上直角棱镜依次设置于经直角等腰棱镜的第一透射光的光路上。

上述上直角棱镜包括上直角面以及上直角棱镜斜面；所述上直角棱镜斜面设置有分光镀膜；所述上直角棱镜斜面设置于经直角等腰棱镜斜面透射后的第一透射光的光路上，所述第一透射光经上直角棱镜斜面后分为第二反射光以及第二透射光；所述第二透射光经上直角面透射输出；所述侧直角楔镜设置于经上直角棱镜斜面反射后的第二反射光的光路上。

上述侧直角楔镜包括长直角面，所述长直角面设置有全反射膜；所述长直角面设置于第二反射光的光路上；所述第二反射光经长直角面全反射后形成第三反射光；所述直角等腰棱镜斜面设置于侧直角楔镜经长直角面全反射后所形成的第三反射光的光路上。

上述上直角棱镜斜面和侧直角楔镜的长直角面的空间位置的条件是：以所述上直角棱镜斜面所反射形成的第二反射光路不与所述直角等腰棱镜斜面相干涉。

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。

上述主棱镜、直角等腰棱镜、上直角棱镜以及侧直角楔镜的材料是光学玻璃或光学塑料。

上述的第一反射光、第二透射光、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。

上述的侧直角楔镜是对直角棱镜进行切除或是异型侧直角楔镜取代。

本实用新型的优点是：本实用新型一种三维分光组合五棱镜其特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

图1是本实用新型三维分光组合五棱镜光路原理图。

图2是本实用新型三维分光组合五棱镜组合1示意图。

图3是本实用新型三维分光组合五棱镜1示意图。

图4是本实用新型三维分光组合五棱镜组合2示意图。

图5是本实用新型三维分光组合五棱镜2示意图。

图6是本实用新型异型侧直角楔镜示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型一种三维分光组合五棱镜，其光路是输入激光1沿Z轴方向输入，通过分光镀膜面8，分出一束反射光2沿Y轴方向输出，反射光2输入激光1总能量约1/3；分光镀膜面8的另一束透射光3继续沿Z轴方向输出，其占输入激光1总能量约2/3。或分光镀膜面8旋转90°，其反射光4沿-Y方向输出。分光镀膜面8的透射光3通过分光镀膜面9，分出反射光6和透射光7，各占透射光3光能量的约1/2。透射光7沿Z轴方向输出；反射光6通过全反光面10产生反射光5，反射光5输出通过分光镀膜面8的反射光2和透射光3光轴交点11且沿X轴方向输出。其中反射光6不与分光镀膜面8相干涉；光轴交点11是三维输出光Y轴反射光2(或-Y轴反射光4)、X轴反射光5、Z轴透射光7的三维坐标原点O。

参见图2、图3，是本实用新型所提供的较佳的实施例示意图。其代表着一种三维分光组合五棱镜是由主棱镜14、直角等腰棱镜15、上直角棱镜12和侧直角楔镜18组合而成，直角等腰棱镜15设置于主棱镜14下方，也就是主棱镜14设置于直角等腰棱镜15的透射光路上；上直角棱镜12设置于主棱镜14的出射光路上；侧直角棱镜18设置于主棱镜14的一侧(左侧或右铡)，也就是设置于上直角棱镜12的反射光路上。其中，直角等腰棱镜15的侧直角面16设置于主棱镜14的前侧，直角等腰棱镜15下直角面17设置于输入激光1的光路上，直角等腰棱镜15的斜面是分光镀膜面8或者在直角等腰棱镜15的斜面设置有分光镀膜8，在输入激光1经过该分光镀膜面8时，将输入激光1分为第一反射光路2以及第一透射光路3，第一反射光线2沿Y轴正方向射出，第一透射光路3直接经过主棱镜14出射；其分光量第一反射光2约为输入激光总能量的1/3，第一透射光3约为输入激光总能量的2/3。上直角棱镜12设置于直角等腰棱镜15的第一透射光3光路上，上直角棱镜12的斜面是分光镀膜面9；或者在上直角棱镜12上直接设置有分光镀膜面9，上直角棱镜12将直角等腰棱镜15的第一透射光3分为第二反射光6以及第二透射光7，其分光量第二反射光6约为第一透射光路3能量的1/2，也就是输入激光总能量的1/3；第二透射光7约为第一透射光路3能量的1/2，也就是输入激光总能量的1/3；上直角棱镜12的第二透射光7沿Z轴方向输出。侧直角楔镜18的长直角面为全反射面10或在侧直角楔镜18的长直角面设置有全反射面10，二者的效果是一样的，侧直角楔镜18的长直角面设置于上直角棱镜12的第二反射光6的光路上；侧直角楔镜18的全反射光5通过直角等腰棱镜15的第一反射光2和第一透射光3的分光原点11，并沿X轴方向输出。上直角棱镜12的分光镀膜面9和侧直角楔镜18的长直角反射面10在空间位置设置以上直角棱镜12的第二反射光6不与直角等腰棱镜15的分光镀膜面8相干涉为条件。

参见图4、图5，是本实用新型所提供的另一种较佳的实施例。本实用新型一种三维分光组合五棱镜是由主棱镜14、直角等腰棱镜15、上直角棱镜12和侧直角楔镜18组合而成，直角等腰棱镜15设置于主棱镜14下方，也就是主棱镜14设置于直角等腰棱镜15的透射光路上；上直角棱镜12设置于主棱镜14的出射光路上；侧直角棱镜18设置于主棱镜14的一侧(左侧或右铡)，也就是设置于上直角棱镜12的反射光路上。其中，直角等腰棱镜15的侧直角面16设置于主棱镜14的后侧，。直角等腰棱镜15下直角面17设置于输入激光1的光路上，直角等腰棱镜15的斜面是分光镀膜面8或者在直角等腰棱镜15的斜面设置有分光镀膜8，在输入激光1经过该分光镀膜面8时，将输入激光1分为第一反射光路2以及第一透射光路3，第一反射光线2沿-Y轴正方向射出，第一透射光路3直接经过主棱镜14出射；其分光量第一反射光2约为输入激光总能量的1/3，第一透射光3约为输入激光总能量的2/3。上直角棱镜12设置于直角等腰棱镜15的第一透射光3光路上，上直角棱镜12的斜面是分光镀膜面9，或者在上直角棱镜12上直接设置有分光镀膜面9，将直角等腰棱镜15的第一透射光3分为第二反射光6和第二透射光7，其分光量第二反射光6约为第一透射光路3能量的1/2，也就是输入激光总能量的1/3；第二透射光7约为第一透射光路3能量的1/2，也就是输入激光总能量的1/3；上直角棱镜12的第二透射光7沿Z轴方向输出。侧直角楔镜18的长直角面为全反射面10，或在侧直角楔镜18的长直角面设置有全反射面10，二者的效果是一样的，侧直角楔镜18的长直角面设置于上直角棱镜12的第二反射光6的光路上；侧直角楔镜18的全反射光5通过直角等腰棱镜15的第一反射光2和第一透射光3的分光原点11，并沿X轴方向输出。上直角棱镜12的分光镀膜面9和侧直角楔镜18的长直角反射面10在空间位置设置以上直角棱镜12的第二反射光6不与直角等腰棱镜15的分光镀膜面8相干涉为条件。

直角等腰棱镜15分光镀膜面8与下直角面17之间夹角为45°。上直角棱镜12分光镀膜面9与其短直角面13的外夹角α，和直角楔镜18的长直角反射面10与直角等腰棱镜15的下直角面17之间的夹角β相等，即α＝β。其角度取值范围为100°～130°。组合五棱镜21的设计是以直角等腰棱镜15的长、宽、高为基础尺寸，确定其他结构尺寸要素。直角等腰棱镜15的长、宽、高为同一数值，其数值范围在1mm-100mm。

主棱镜14、直角等腰棱镜15、上直角棱镜12和侧直角楔镜18其材料均为光学玻璃，也可以是光学塑料。

输入激光1为准直激光，输入激光1为半导体、氦氖、CO2等各类激光，其波长为200-780NM可见激光或780NM以上的红外激光。

参见图6，本实用新型一种三维分光组合五棱镜，其侧直角楔镜18，可以切去部分直角面，以异型侧直角楔镜22取代，以节省空间。

Claims (7)

1.一种三维分光组合五棱镜，其特征在于：所述三维分光组合五棱镜包括主棱镜、直角等腰棱镜、上直角棱镜以及侧直角楔镜；所述直角等腰棱镜、主棱镜以及上直角棱镜依次设置于同一光轴上；所述侧直角楔镜设置于上直角棱镜的反射光路上；所述直角等腰棱镜设置于侧直角楔镜的反射光路上。

2.根据权利要求1所述的三维分光组合五棱镜，其特征在于：所述直角等腰棱镜包括侧直角面、下直角面以及直角等腰棱镜斜面；所述下直角面设置于入射光路上；所述斜面设置有分光镀膜，所述入射光路经直角等腰棱镜斜面后分为第一反射光以及第一透射光；所述第一反射光经侧直角面发射输出；所述主棱镜和上直角棱镜依次设置于经直角等腰棱镜的第一透射光的光路上。

3.根据权利要求2所述的三维分光组合五棱镜，其特征在于：所述上直角棱镜包括上直角面以及上直角棱镜斜面；所述上直角棱镜斜面设置有分光镀膜；所述上直角棱镜斜面设置于经直角等腰棱镜斜面透射后的第一透射光的光路上，所述第一透射光经上直角棱镜斜面后分为第二反射光以及第二透射光；所述第二透射光经上直角面透射出去；所述侧直角楔镜设置于经上直角棱镜斜面反射后的第二反射光的光路上。

4.根据权利要求3所述的三维分光组合五棱镜，其特征在于：所述侧直角楔镜包括长直角面，所述长直角面设置有全反射膜；所述长直角面设置于第二反射光的光路上；所述第二反射光经长直角面全反射后形成第三反射光；所述直角等腰棱镜斜面设置于经长直角面全反射后所形成的第三反射光的光路上。

5.根据权利要求4所述的三维分光组合五棱镜，其特征在于：所述上直角棱镜斜面和侧直角楔镜的长直角面的空间位置的条件是：以所述上直角棱镜斜面所反射形成的第二反射光的光路不与所述直角等腰棱镜斜面相干涉。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的三维分光组合五棱镜，其特征在于：所述主棱镜、直角等腰棱镜、上直角棱镜以及侧直角楔镜的材料是光学玻璃或光学塑料。

7.根据权利要求1所述的三维分光组合五棱镜，其特征在于：所述的侧直角楔镜是对直角棱镜进行切除。 

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