DE10339231A1

DE10339231A1 - Stablinse und Lasermarkierungsgerät

Info

Publication number: DE10339231A1
Application number: DE10339231A
Authority: DE
Inventors: Takashi Hitachinaka Nishimura
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: US20040051974A1; CN100523728C; CN1495410A; TW200407529A; TWI238886B; US6856470B2; DE10339231B4

Abstract

Ein auf einer Stablinse auftreffender Laserstrahl weist einen größeren Querschnittsdurchmesser auf als der eines Stablinsenhauptkörpers, und Spiegel sind in der Nähe des Stablinsenhauptkörpers vorgesehen, um eintreffendes Licht in Richtung des Stablinsenhauptkörpers zu reflektieren. Da das auf den Stablinsenhauptkörper mittels Spiegel reflektierte Licht hoher Strahlintensität einen größeren Winkel erzeugt als Licht einer niedrigen Strahlintensität, weist diese Konfiguration einen Effekt des Steigens der Lichtintensität an den Enden einer resultierenden Lichtstrahllinie auf, und von daher wird der Aufpreizwinkel des sichtbaren Lichtes in der Lichtstrahllinie vergrößert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stablinse, ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie, welche mit der Stablinse zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie ausgerüstet ist, und ein Lasermarkierungsgerät, das mit dem optischen System zum Erzeugen der Lichtstrahllinie ausgerüstet ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Beim Hausbau und im Einzelnen in der Anfangsphase der Konstruktion sind Markierungsoperationen unentbehrlich, um Nivelierlinien zu erzeugen, die benötigt werden, um für die Positionierung verschiedener Gebäudekomponenten, wenn die Komponenten bearbeitet werden, und für die Installation der Gebäudekomponenten zuverlässige Grundlinien festzulegen. Nivelierinstrumente und andere Geräte werden im Bauwesen verwendet, um Nivelierungsmessungen auszuführen. Eine Vielzahl von Markierungen werden an den Wänden einer tragenden Struktur gemacht, und Markierungslinien werden ausgebildet, indem diese Markierungen verbunden werden, um die Grundlinien für die Konstruktion zu erzeugen.
Diese Markierungslinien weisen verschiedene Linien auf, wie etwa vertikale Linien, die von dem Boden über die Wand und zu der Gebäudedecke gezogen werden, senkrechte (rechtwinklige) Linien, die an der Gebäudedecke gezeichnet werden und die durch zwei vertikale Linien ausgebildet werden, und horizontale Linien, die auf den Wänden aufgetragen werden; Grundmarkierungen (Punkte), die am Boden ausgebildet werden; und dergleichen.
Bei manuell durchgeführten Markierungsoperationen werden zumindest zwei Arbeiter benötigt. Üblicherweise haben Markierungsoperationen sehr viel Zeit und Aufwand erfordert, und sie waren nicht effektiv. Um jedoch dieses Problem zu lösen, wurden in der letzten Zeit effizientere Markierungsoperationen unter Verwendung eines Lasermarkierungsgeräts durchgeführt, das eine Lichtstrahllinien-Abstrahlfunktion aufweisen. Da unter Verwendung eines Lasermarkierungsgeräts auf einfache Weise ein Arbeiter Markierungsoperationen durchführen kann, ist dieses Gerät ein wesentliches Hilfsmittel bei der Konstruktionsarbeit geworden.
Um die Effizienz der Markierungsoperationen unter Verwendung eines Lasermarkierungsgeräts zu verbessern, ist es erwünscht, in der Lage zu sein, eine Vielzahl von Markierungslinien mit einem einzelnen Lasermarkierungsgerät abzustrahlen. Von daher wurden nun Vorrichtungen, die in der Lage sind, zwei oder mehrere Linien mit einem einzelnen Gerät abzustrahlen, vorgeschlagen.
Aus dem Stand der Technik bekannte Systeme zum Abstrahlen einer Vielzahl von Linien von einem einzelnen Lasermarkierungsgerät enthalten ein System, das eine Vielzahl von Laserlichtquellen verwendet, und ein System, das durch Einteilen eines von einer einzelnen Laserlichtquelle emittierten Laserlichtstrahles eine Vielzahl von Linien erzielt.
Das erstgenannte System ist insofern problematisch, dass die Kosten des Gerätes ansteigen, je mehr Laserlichtquellen hinzugefügt werden.
Andererseits verwendet das letztgenannte System ein optisches, lichtemittierendes System, das sich aus einer Vielzahl von Halbspiegeln zusammensetzt, die in Reihe bzw. seriell in der Ausstrahlrichtung des Lasers angeordnet sind. Ein Beispiel eines solchen Systems ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. HEI-9-159451 offenbart. In diesem System wird jedoch die Intensität des Lichtes um die Hälfte abgeschnitten, nachdem es durch den ersten Halbspiegel hindurchgelaufen ist, und sie wird erneut um die Hälfte reduziert, wenn das Licht durch den zweiten Halbspiegel hindurchläuft. Da die Intensität des Lichtes Schritt für Schritt reduziert wird, wenn es auf diese Weise durch jeden der Halbspiegel hindurchläuft, ist die Lichtintensität der resultierenden, eingeteilten Lichtstrahlen verschieden voneinander. Von daher wird für jede der Vielzahl der Lichtstrahllinien eine unterschiedliche Leuchtstärke erzielt. Ferner muss eine Vielzahl von Halbspiegeln angeordnet werden, um den Lichtstrahl einzuteilen, wodurch die Komplexität des optischen Systems und darüber hinaus die Anzahl der optischen Komponenten ansteigt.
Demgemäß sind die meisten herkömmlichen Lasermarkierungsgeräte, die in der Lage sind, eine Vielzahl von Lichtstrahllinien abzustrahlen, für jede erzeugte Lichtstrahllinie mit einer Laserlichtquelle ausgerüstet. Wie obig beschrieben, steigen die Kosten des Gerätes an, wenn die Anzahl der Lichtquellen ansteigt. Als ein Ergebnis wird ein teures Gerät benötigt, um effizient Markierungsoperationen durchzuführen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn eine Lichtstrahllinie, die mittels einer einzelnen Laserlichtquelle erzielt wird, einen Winkel von 180° oder weniger abdeckt, werden zwei Laserlichtquellen benötigt, um vertikale Zeilen bzw. Linien oder horizontale Zeilen bzw. Linien sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite des Lasermarkierungsgeräts auszubilden. Die Erfordernis von zwei Laserlichtquellen steigert die Kosten, was es schwierig macht, effiziente Operationen bei geringen Kosten durchzuführen.
Wenn eine Lichtstrahllinie erzeugt wird, indem Licht auf eine Stablinse abgestrahlt wird, ist der mittels der Lichtstrahllinie abgedeckte Weitwinkel außerordentlich abhängig von dem Einfallsverhältnis der Stablinse, d.h. von dem Verhältnis des Durchmessers des eintreffenden Lichtes zu dem Durchmesser der Stablinse.
1 zeigt einen Querschnitt einer herkömmlichen zylindrischen Stablinse 300. Eine Achse O der Stablinse 300 erstreckt sich senkrecht zu der Blattoberfläche. Nun werden zwei Fälle betrachtet, in welchen eine Lichtquelle zur Rechten der Stablinse 300, obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, zwei Laserlichtstrahlen F und G emittiert, die verschiedene Durchmesser aufweisen, welche auf die Stablinse 300 eintreffen. Die optischen Achsen L des Laserlichtstrahles F und des Laserstrahles G schneiden die Achse O der Stablinse 300 senkrecht. Der Durchmesser des Laserstrahles F ist größer als der des Laserstrahles G. Nachdem sie durch die Stablinse 300 gemäß dem Snell'schen Gesetz gebrochen wurden, spreizen sich sowohl der Laserlichtstrahl G als auch der Laserlichtstrahl F auseinander und bilden jeweils Lichtstrahllinien aus. Zum Zwecke der Klarheit zeigt die 1 lediglich den Bereich des Laserlichtstrahles G und des Laserlichtstrahles F, die am entferntesten von der optischen Achse L und überhalb der optischen Achse L laufen, und wie dieses Licht unterhalb der optischen Achse L aufspreizt. Tatsächlich spreizen der Laserlichtstrahl G und der Laserlichtstrahl F in vertikaler Symmetrie hinsichtlich der optischen Achse L auseinander. Von daher wird der Spreizwinkel des Laserstrahles G als das Doppelte des Betrages eines Winkels θg dargestellt, der zwischen der optischen Achse und dem Bereich des emittierten Lichtes in dem Laserlichtstrahl G, der entlang des äußersten optischen Weges läuft, ausgebildet wird. Auf ähnliche Weise wird der Spreizwinkel des Laserlichtstrahles F als das Doppelte der Größe eines Winkels θf dargestellt, der zwischen der optischen Achse L und dem Bereich des emittierten Lichtes in dem Laserlichtstrahl F, der entlang des äußersten optischen Weges läuft, ausgebildet wird. Wie in 1 gezeigt, ist der Winkel 2θf größer als der Winkel 2θg.
Jedoch ist der Durchmesser des Laserstrahls F größer als der des Laserstrahls G, und von daher ist ebenso das Einfallsverhältnis des Laserstrahls F auf die Stablinse 300 größer als das des Laserstrahls G. Von daher ist bekannt, dass, je größer das Einfallsverhältnis auf die Stablinse 300 ist, desto größer ist der Spreizwinkel des erzeugten Strahles.
Um von daher einen hinreichend Weitwinkel der Lichtstrahllinie zu erzeugen, muss das Licht auf die Stablinse derart eingestrahlt werden, dass das Verhältnis des Durchmessers des Einfallsstrahls zu dem Durchmesser der Stablinse 100% beträgt. Wenn jedoch der Durchmesser des Einfallsstrahles mit einem Durchmesser der Stablinse auf ein Verhältnis festgelegt wird, das 100% überschreitet, kann auf einfache Weise eine hinreichend weite Lichtstrahllinie erzeugt werden, jedoch treten die nachfolgenden Probleme auf.
Die Intensität des Lasers und anderer Lichtstrahlen folgt normalerweise einer Gauss'schen Verteilung, in welcher die Intensität rasch von der Mitte des Strahles zu dem Randbereich abfällt. Wenn demgemäß ein Einfallsstrahl mit einem Strahldurchmesser zum Stablinsendurchmesser von 100% mittels der Stablinse zu einer Lichtstrahllinie umgewandelt wird, kann der Mittenbereich der erzeugten Lichtstrahllinie klar erkannt werden, jedoch die Enden des Strahles weisen eine geringe Intensität auf und können nur schwer erkannt werden. Von daher beträgt der effektive Winkel des sichtbaren Lichtes lediglich etwa 140°, während im Prinzip ein hinreichender Weitwinkel erzeugt wird.
Wenn ferner der Durchmesser des Einfallsstrahles größer als der der Stablinse ist, laufen Teile des Einfallichts außerhalb der Stablinse nicht durch die Stablinse und gehen geradlinig weiter und werden als punktförmige, helle Flecken auf der Lichtstrahllinie ausgestrahlt. Diese Punktstrahlen können entfernt werden, indem Lichtabschirmteile in der Nähe der Stablinse vorgesehen werden, jedoch ist die Effizienz beim Umwandeln des Einfallichtes in eine Lichtstrahllinie gering, weil das Licht, welches nicht auf die Stablinse eintrifft, nicht verwendet wird.
Angesichts des Vorangehenden liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Stablinse, ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinien und ein Lasermarkierungsgerät, welches in der Lage ist, auf effiziente Weise eine Lichtstrahllinie mit einem Weitwinkel zu produzieren, anzugeben.
Um die obige und andere Aufgaben zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Stablinse vor, die folgendes aufweist: einen Reflexionsbereich, der reflektiertes Licht durch Reflexion von zumindest einem Teil des Einfallichtes erzeugt; und einen Stablinsenhauptkörper von im Wesentlichen einer zylindrischen Formgebung, der durchgelassenes Licht erzeugt, in dem zumindest ein verbleibender Teil des Einfallichtes übertragen wird, wobei der Stablinsenhauptkörper eine Achse und eine Umfangsseitenfläche aufweist, die sich entlang der Achse erstreckt, wobei die Umfangsseitenfläche im Wesentlichen zylindrisch hinsichtlich der Formgebung ist und die Achse in einer Umfangsrichtung einkreist, wobei der Reflexionsbereich und der Stablinsenhauptkörper zusammenwirken, um eine Lichtstrahllinie zu erzeugen, die sowohl von dem reflektierten Licht als auch von dem durchgelassenes Licht stammt.
Gemäß einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie vor, welches folgendes aufweist: eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl entlang einer optischen Achse emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl in kollimiertes Licht umwandelt; und eine Stablinse, die folgendes aufweist: einen Reflexionsbereich, der reflektiertes Licht erzeugt, indem zumindest ein Teil des kollimierten Lichts, das entlang der optischen Achse auf die Stablinse eintrifft, reflektiert wird; und einen Stablinsenhauptkörper von im Wesentlichen einer zylindrischen Formgebung, der durchgelassenes Licht erzeugt, in dem zumindest ein verbleibender Teil des kollimierten Einfallichtes übertragen wird, wobei der Stablinsenhauptkörper eine Achse aufweist, die sich im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse erstreckt, und eine Umfangsseitenfläche aufweist, die sich entlang der Achse erstreckt, wobei die Umfangsseitenfläche im Wesentlichen zylindrisch hinsichtlich der Formgebung ist und die Achse in einer Umfangsrichtung einkreist, wobei der Reflexionsbereich und der Stablinsenhauptkörper zusammenwirken, um eine Lichtstrahllinie zu erzeugen, die sowohl von dem reflektierten Licht als auch von dem durchgelassenen Licht erzeugt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie vor, welches folgendes aufweist: eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl in kollimiertes Licht umwandelt; einen ersten Halbspiegel, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes übertragenes kollimiertes Licht einteilt; eine erste Stablinse, die an einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; einen zweiten Halbspiegel, der in einem optischen Weg des ersten übertragenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, und der das erste übertragene kollimierte Licht in ein zweites reflektiertes kollimiertes Licht und ein zweites übertragenes kollimiertes Licht einteilt; eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; und eine dritte Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten übertragenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, wobei jede der ersten Stablinse, zweiten Stablinse und dritten Stablinse einen Stablinsenhauptkörper enthält, der im Wesentlichen zylindrisch hinsichtlich der Formgebung mit einer Umfangsseitenfläche ist, die sich entlang einer entsprechenden Achse erstreckt und die durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein Teil des entsprechenden kollimierten Lichtes übertragen wird, und wobei ein Lichtseparationsbereich an einem Bereich der Umfangsseitenfläche von zumindest einer der erste, zweiten und dritten Stablinse ausgebildet ist, wobei der Lichtseparationsbereich das entsprechende kollimierte Licht in ein übertragenes Licht und ein reflektiertes Licht teilt, wodurch eine Lichtstrahllinie, die aus dem übertragenen Licht und dem reflektierten Licht hergestellt ist, erzeugt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie, welches folgendes aufweist: eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl in ein kollimiertes Licht umwandelt; einen ersten Halbspiegel, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes übertragenes kollimiertes Licht einteilt; eine erste Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; einen zweiten Halbspiegel, der in dem optischen Weg des ersten übertragenen kollimierten Lichtes angeordnet ist und der das erste übertragene kollimierte Licht in ein zweites reflektiertes kollimiertes Licht und ein zweites übertragenes kollimiertes Licht einteilt; eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; und eine dritte Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten übertragenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, wobei jede der ersten Stablinse, zweiten Stablinse und dritten Stablinse einen Stablinsenhauptkörper enthält, der im Wesentlichen zylindrisch hinsichtlich der Formgebung ist mit einer Umfangsseitenfläche, die sich entlang einer entsprechenden Achse erstreckt und die durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein Teil des entsprechenden kollimierten Lichtes übertragen wird, und wobei ein Lichtreflexionsbereich über einen Teil der Umfangsseitenfläche von zumindest einer der ersten, zweiten und dritten Stablinsen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist und einen Teil des kollimierten Einfallichtes empfängt und reflektiert, wobei der entsprechende Stablinsenhauptkörper einen Durchlassbereich enthält, der den verbleibenden Teil des Einfallichtes empfängt und überträgt.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Lasermarkierungsgerät bereit, welches folgendes aufweist: einen Laser, der einen Lichtstrahl entlang einer optischen Achse emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von dem Laser emittierten Lichtstrahl in ein kollimiertes Licht umwandelt; eine Stablinse, die folgendes enthält: einen Reflexionsbereich, der reflektiertes Licht erzeugt, indem zumindest ein Teil des kollimierten Lichtes, welches auf die Stablinse entlang der optischen Achse eintrifft, reflektiert; und einen Stablinsenhauptkörper von im Wesentlichen einer zylindrischen Formgebung, der durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein verbleibender Teil des kollimierten Einfallichtes übertragen wird, wobei der Stablinsenhauptkörper eine Achse aufweist, die sich im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse erstreckt, und eine Umfangsseitenfläche aufweist, die sich entlang der Achse erstreckt, wobei die Umfangsseitenfläche im Wesentlichen zylindrisch hinsichtlich der Formgebung ist und die Achse in einer Umfangsrichtung einkreist, wobei der Reflexionsbereich und der Stablinsenhauptkörper zusammenwirken, um eine sowohl von dem reflektierten Licht als auch dem durchgelassenen Licht hergestellte Lichtstrahllinie zu erzeugen; und einen Abstützbereich, der den Laser, die Kollimatorlinse und die Stablinse abstützt bzw. trägt.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Lasermarkierungsgerät bereit, welches folgendes aufweist: einen Laser, der einen Laserstrahl emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von dem Laser emittierten Laserstrahl in kollimiertes Licht umwandelt; einen ersten Halbspiegel, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes übertragenes kollimiertes Licht einteilt; eine erste Stablinse, die in einen optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; einen zweiten Halbspiegel, der in einem optischen Weg des ersten übertragenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, und der das erste übertragene kollimierte Licht in ein zweites reflektiertes kollimiertes Licht und ein zweites übertragenes kollimiertes Licht einteilt; eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; eine dritte Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten übertragenen kollimierten Lichtes angeordnet ist; und einen Abstützbereich, der den Laser, die Kollimatorlinse, den ersten und zweiten Halbspiegel und die erste, zweite und dritte Stablinse abstützt bzw. trägt, wobei jede der ersten Stablinse, zweiten Stablinse und dritten Stablinse einen Stablinsenhauptkörper enthält, der im Wesentlichen zylindrisch hinsichtlich der Formgebung ist mit einer Umfangsseitenfläche, die sich entlang einer entsprechenden Achse erstreckt und die durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein Teil des entsprechenden kollimierten Lichtes übertragen wird, und wobei ein Lichtseparationsbereich an einem Teil der Umfangsseitenfläche von zumindest einer der ersten, zweiten und dritten Stablinse ausgebildet ist, wobei der Lichtseparationsbereich das entsprechende kollimierte Licht in durchgelassenes Licht und reflektiertes Licht einteilt und damit eine aus dem durchgelassenen Licht und dem reflektierten Licht hergestellte Lichtstrahllinie erzeugt.
Gemäß einem anderen Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Lasermarkierungsgerät, welches folgendes aufweist: einen Laser, der einen Lichtstrahl emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von dem Laser emittierten Lichtstrahl in kollimiertes Licht umwandelt; einen ersten Halbspiegel, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes übertragenes kollimiertes Licht einteilt; eine erste Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; ein zweiter Halbspiegel, der in einem optischen Weg des ersten übertragenen kollimierten Lichtes angeordnet ist und der das erste übertragene kollimierte Licht in ein zweites reflektiertes kollimiertes Licht und ein zweites übertragenes kollimiertes Licht einteilt; eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; eine dritte Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten übertragenen kollimierten Lichtes angeordnet ist; und einen Abstützbereich, der den Laser, die Kollimatorlinse, den ersten und zweiten Halbspiegel, und die erste, zweite und dritte Stablinse abstützt bzw. trägt, wobei jede der ersten Stablinse, zweiten Stablinse und dritten Stablinse einen Stablinsenhauptkörper enthält, der im Wesentlichen zylindrisch hinsichtlich der Formgebung ist mit einer Umfangsseitenfläche, die sich entlang einer entsprechenden Achse erstreckt und die durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein Teil des entsprechenden kollimierten Lichtes übertragen wird, und wobei ein Lichtreflexionsbereich über einen Teil der Umfangsseitenfläche von zumindest einer der ersten, zweiten und dritten Stablinse entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist und einen Teil des kollimierten Einfallichtes empfängt und reflektiert, wobei der entsprechende Stablinsenhauptkörper einen Durchlassbereich enthält, der den verbleibenden Teil des Einfallichtes empfängt und überträgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden durch das Lesen der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen angegeben werden, ersichtlicher, in welchen:
1 ein erläuterndes Diagramm ist, das die Prinzipien einer herkömmlichen Stablinse zeigt;
2(A) eine perspektivische Ansicht einer Stablinse gemäß einer ersten Ausführungsform ist;
2(B) eine Querschnittsansicht der Stablinse von 2(A) ist;
3 ein erläuterndes Diagramm ist, das zeigt, wie die Stablinse von 2(B) einen Teil eines Einfallichtes durchlässt bzw. überträgt und den Rest reflektiert;
4 ein erläuterndes Diagramm ist, das die Richtung zeigt, in welcher Licht von der Lichtreflexionsfläche der Stablinse in 2(B) weg reflektiert wird;
5 ein erläuterndes Diagramm ist, welches zeigt, wie eine Kante der Lichtreflexionsfläche in 2(B) Einfallicht reflektiert;
6 ein erläuterndes Diagramm ist, das zeigt, wie das Einfallicht in der Nähe der anderen Kante der Lichtreflexionsfläche in 2(B) hindurchläuft;
7 eine Seitenansicht ist, die ein Lasermarkierungsgerät gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine Seitenansicht ist, die ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, welches in dem Lasermarkierungsgerät von 7 eingesetzt wird;
9 ein erläuterndes Diagramm ist, welches Lichtstrahllinien zeigt, die mittels des Lasermarkierungsgeräts von 7 erzeugt werden, das mit dem optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie von 8 ausgerüstet ist;
10(A) eine perspektivische Ansicht einer Stablinse gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10(B) eine Querschnittsansicht der Stablinse von 10(A) ist;
11 ein erläuterndes Diagramm ist, welches zeigt, wie eine Lichtseparationsfläche der Stablinse in 10(B) einen Teil des Einfallichtes überträgt bzw. durchlässt und den Rest reflektiert;
12 ein erläuterndes Diagramm ist, das die Beziehung zwischen reflektiertem Licht, das an einer Kante der Lichtseparationsfläche in 10(B) erzeugt wird, und übertragenem Licht, das an der anderen Kante erzeugt wird, zeigt;
13 ein erläuterndes Diagramm ist, das ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein erläuterndes Diagramm ist, das Lichtstrahllinien zeigt, die mittels eines Lasermarkierungsgeräts erzeugt werden, das mit dem optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie von 13 ausgerüstet ist;
15 ein erläuterndes Diagramm (Seitenansicht) ist, das ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ein erläuterndes Diagramm ist, das eine Stablinse gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ein erläuterndes Diagramm ist, das einen gewünschten Winkel zur Positionierung von Spiegeln zeigt;
18 ein erläuterndes Diagramm ist, das den gewünschten Spiegel zum Positionieren der Spiegel und einen gewünschten Durchmesser des Einfallsstrahls zeigt;
19 eine Tabelle ist, die die Beziehung zwischen Spiegelwinkeln (α) und Maximumwerten n für die Verhältnisse des Einfallichtdurchmessers zu Stablinsendurchmesser zeigt;
20 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Stablinse gemäß einer Abwandlung der dritten Ausführungsform zeigt; und
21 ein erläuterndes Diagramm ist, das ein Lasermarkierungsgerät gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Lichtstrahllinie, die von dem Lasermarkierungsgerät erzeugt wird, zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden unter Hinzunahme der beigefügten Zeichnungen eine Stablinse, ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie und ein Lasermarkierungsgerät gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Erste Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf die 2(A) bis 9 werden eine Stablinse, ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie und ein Lasermarkierungsgerät gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
2(A) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stablinse 1 gemäß der ersten Ausführungsform. 2(B) zeigt eine senkrecht zu einer Achse O der Stablinse 1 genommene Querschnittsansicht der Stablinse 1. Die Stablinse 1 enthält einen Stablinsenhauptkörper 3, der eine im Wesentlichen zylindrische Formgebung aufweist, welche in einer Richtung senkrecht zur Zeichenoberfläche von 2(B) verlängert ist. Eine Seitenfläche 30 erstreckt sich entlang der Achse O des Stablinsenhauptkörpers 3, die die Achse O als eine Umfangsfläche einkreist. Zwei Reflexionsflächen 2a und 2b sind an Bereichen der Seitenfläche 30 in der Umfangsrichtung ausgebildet.
In diesem Beispiel ist der Stablinsenhauptkörper 3 aus BK7-Glas ausgebildet, welches eine Art von Glasmaterial ist, welches einen Brechungsindex von 1,5 aufweist. Der Stablinsenhauptkörper 3 hat einen Durchmesser von 2 mm und eine Länge von 15 mm. Jede der Reflexionsflächen 2a und 2b enthält einen Lichtreflexionsfilm 20, der auf der Seitenfläche 30 ausgebildet ist. Der Lichtreflexionsfilm 20 ist ein aus Cr, Al oder dergleichen ausgebildeter Metallfilm, der eine Reflektivität von nahezu 100% aufweist. Der Metallfilm wird auf die Seitenfläche 30 mittels eines Vakuum-Ablagerungsverfahrens, eines Sputtering-Verfahrens oder dergleichen aufgebracht.
Die Reflexionsfläche 2a erstreckt sich parallel zur Achse O und weist eine Mittelsachse Ca auf, die sich ebenso parallel zur Achse O erstreckt. Die Reflexionsfläche 2b erstreckt sich ebenso parallel zur Achse O und weist eine Mittelachse Cb auf, die sich parallel zur Achse O erstreckt. Die Mittelachse Ca und die Mittelachse Cb sind an der Seitenfläche 30 um einen Winkel von 120° um die Achse O getrennt. Die Reflexionsfläche 2a deckt einen Winkel von 60° um die Achse O ab und ist an der Mittelachse Ca zentriert. Die Reflexionsfläche 2b deckt einen Winkel von 60° um die Achse O ab und ist an der Mittelachse Cb zentriert. Der Lichtreflexionsfilm 20 ist nicht an der Seitenfläche 30 in dem Bereich zwischen der Reflexionsfläche 2a und der Reflexionsfläche 2b ausgebildet. Der Bereich zwischen der Reflexionsfläche 2a und der Reflexionsfläche 2b wird als transparente Fläche 2c bezeichnet. Die transparente Fläche 2c weist eine Reflektivität von etwa einigen Prozent auf. Die transparente Fläche 2c erstreckt sich parallel zur Achse O und weist eine Mittelachse Cc auf, die sich parallel zur Achse O erstreckt. Die Mittelachse Cc ist von sowohl der Mittelachse Ca als auch der Mittelachse Cb um einen Winkel von 60° getrennt. Die transparente Fläche 2c deckt einen Winkel von 60° über die Achse O ab und ist an der Mittelachse Cc zentriert. Auf diese Art und Weise werden die Reflexionsfläche 2a, die transparente Fläche 2c und die Reflexionsfläche 2b an einem Bereich der Seitenfläche 30, der 180° um die Achse O oder die Hälfte der gesamten 360° ausmacht, ausgebildet.
Die Stablinse 1 dieser Konstruktion ist bei einem Halbleiterlaser 5 und einer Kollimatorlinse 6 angeordnet, wie es in 3 gezeigt wird. Eine optische Achse L des Halbleiterlasers 5 und der Kollimatorlinse 6 schneidet senkrecht sowohl die Mittelachse Cc der transparenten Fläche 2c als auch die Achse O. Demgemäß sind die Reflexionsfläche 2a, die transparente Fläche 2c und die Reflexionsfläche 2b an einer Lichteinfallsflächenseite der Seitenfläche 30, die der Kollimatorlinse 6 gegenübersteht, positioniert. Der Durchmesser eines kreisförmigen Querschnittes senkrecht zur optischen Achse L des von der Kollimatorlinse 6 emittierten Laserstrahls wird im Wesentlichen gleich auf den Querschnittsdurchmesser des Stablinsenhauptkörpers 3 festgesetzt.
Von dem Laserstrahl, der von der Kollimatorlinse 6 emittiert wird, läuft der innere Teil des Strahles entlang jener optischen Wege, die sich in der Nähe der optischen Achse L in einer Ebene (die Zeichenoberfläche) befinden, welche senkrecht zur Achse O liegt und welche die optische Achse L enthält, während der äußere Teil des Strahles in anderen optischen Wegen läuft, die weiter von der optischen Achse L entfernt sind. Der innere Teil des Strahls fällt auf die transparente Fläche 2c ein, während der äußere Teil des Strahls auf die Reflexionsfläche 2a und die Reflexionsfläche 2b eintrifft. Die Reflexionsfläche 2a und die Reflexionsfläche 2b reflektieren nahezu das gesamte Einfallicht, d.h. etwa 100%. Die transparente Fläche 2c überträgt das meiste des Einfallichtes.
Nun sei angenommen, dass sich Licht G in der Nähe der optischen Achse L in dem von der Kollimatorlinse 6 emittierten Laserstrahl befindet, welches auf die transparente Fläche 2c eintrifft. Das Licht G wird gemäß dem Snell'schen Gesetz gebrochen, läuft durch den Stablinsenhauptkörper 3 und wird von der Fläche an der gegenüberliegenden Seite des Stablinsenhauptkörpers 3 als Ausgangslicht Gt emittiert. Da der Stablinsenhauptkörper 3 in Richtung der Achse O (die Richtung, die senkrecht zur Blattoberfläche von 3 steht) keinen Strahlbrechungseffekt aufweist, wird Licht, welches auf den Stablinsenhauptkörper 3 eintrifft, in eine weite Lichtstrahllinie aufgespreizt oder lediglich in einer Richtung expandiert, d.h. in die Richtung entlang der Ebene der Zeichnung.
Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass dann gemäß dem Snell'schen Gesetz die nachfolgende Gleichung (1) erfüllt wird, wenn φ der Einfallswinkel ist, unter welchem das Licht G auf den Linsenhauptkörper 3 bei der transparenten Fläche 2c eintrifft, θ der Brechungswinkel innerhalb der Linse ist, n der Brechungsindex der Stablinse 1 ist, und der Brechungsindex von Luft 1 ist: lsinϕ = nsinθ (1)
Gemäß der in Gleichung (1) gezeigten Beziehung beträgt der durch das Ausgangslicht Gt mit der Normalen ausgebildete Winkel ϕ. Da sich die Werte von ϕ und θ leicht ändern, wenn die Position, auf welcher das Licht auf die transparente Fläche 2c eintrifft, sich leicht ändert, spreizt sich das Ausgangslicht Gt, das erzielt wird, indem Licht auf verschiedene Positionen der transparenten Fläche 2c eintrifft, radial um die Achse O auf.
Es sei angenommen, dass ferner anderes Licht F von der optischen Achse L in dem von der Kollimatorlinse 6 emittierten Laserstrahl vorhanden ist, das auf die Reflexionsfläche 2a oder die Reflexionsfläche 2b unter einem Einfallswinkel ? eintrifft. Das Licht F wird von der Reflexionsfläche 2a oder der Reflexionsfläche 2b bei einem Reflexionswinkel ϕ, der äquivalent zum Einfallswinkel ? ist, weg reflektiert, und es wird abgehendes Licht Fr. Der Wert von ϕ ändert sich leicht, wenn sich die Position, bei welcher das Licht F auf die Reflexionsfläche 2a (Reflexionsfläche 2b) eintrifft, sich leicht ändert. Von daher spreizt sich das ausgehende Licht Fr, das erzielt wird, indem Licht auf verschiedene Positionen der Reflexionsfläche 2a (Reflexionsfläche 2b) eintrifft, radial um die Achse O auf.
4 zeigt, wenn das Licht F bei einem willkürlichen Punkt A auf der Reflexionsfläche 2a unter einem Einfallswinkel ? eintrifft und bei einem Reflexionswinkel ? reflektiert wird. In der Zeichnung ist die X-Achse äquivalent der optischen Achse L, und die Y-Achse läuft in eine Richtung senkrecht zur Achse O und der Achse X (L). Da der ∠AORx in 4 entlang der Neigung der Normalen beim Punkt A gewinkelt ist, wird die nachfolgende Gleichung erfüllt: ∠AORx = ϕ.
Da sich der ?OAB auf den Reflexionswinkel ? durch abwechselnde Winkel bezieht, wird die folgende Gleichung erfüllt : ∠OAB = ϕ.
Nun wird der ∠OBA, den das abgehende Licht Fr mit der Y-Achse ausbildet, als ξ bezeichnet. Die folgende Gleichung wird erfüllt: ∠AOB = ϕ + π/2. Die Summe der Winkel in dem Dreieck OAB wird durch ∠AOB+∠OAB+∠OBA ausgedrückt.
Demgemäß wird die nachfolgende Gleichung erfüllt: (ϕ + π/2) + ϕ + ξ = π.
Diese Gleichung kann wie folgt umgeschrieben werden: ξ = π/2 – 2 ϕ (2)
Von daher kann der Winkel ξ, der durch das abgehende Licht Fr und der Y-Achse ausgebildet wird, mittels Gleichung (2) berechnet werden.
Wie in 5 gezeigt, sind die Reflexionsfläche 2a und die Reflexionsfläche 2b der vorliegenden Ausführungsform derart angeordnet, dass ihre Mittelachse Ca und Mittelachse Cb um einen Winkel von 120° getrennt sind. Jede der Reflexionsflächen 2a und 2b deckt einen Winkelbereich von 60° ab. Die Kante der Reflexionsfläche 2a an der Seite der transparenten Fläche 2c ist Ea, und die Kante der Reflexionsfläche 2a an der gegenüberliegenden Seite ist Ea'. Auf ähnliche Weise ist die Kante der Reflexionsfläche 2b an der Seite der transparenten Fläche 2c Eb, während die Kante der Reflexionsfläche 2b an der gegenüberliegenden Seite Eb' ist. Die Kanten Ea, Ea', Eb und Eb' erstrecken sich entlang der Achse O. Die Kanten Ea' und Eb' sind an der Y-Achse positioniert.
Der Winkel der Normalen bei der Kante Ea beträgt 30°. Von daher ist der Winkel ξ, der durch das an der Kante Ea erzeugte reflektierte Licht und der Y-Achse ausgebildet wird, ξ = 90° – 2 × 30° = 30°.
Wie in 6 gezeigt, beträgt der Winkel der Normalen an der anderen Kanten Ea' 90°. Von daher beträgt der Winkel ξ, der durch das Einfallicht, welches nahe der Kante Ea' hindurchläuft, und der Y-Achse, ξ = 90° – 2 × 90° = –90°.
Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass Licht, welches bei der Kante Ea eintrifft, unter einem Winkel von 30° zu der Lichtquellenseite (rechte Seite in 5) reflektiert wird, während Licht, welches in der Nähe der Kante Ea' eintrifft, in einer Richtung 90° zu einer Richtung der entgegengesetzten Seite der Lichtquelle (linke Seite in 6) weiterläuft. Von daher beträgt der Aufspreizwinkel der Lichtstrahllinie, die durch die Reflexionsflächen 2a und 2b ausgebildet wird, (90° + 30°) × 2 = 240°.
Durch das Kombinieren der mittels der Reflexionsflächen 2a und 2b ausgebildeten Lichtstrahllinie und der Lichtstrahllinie, die mittels des Lichtes ausgebildet wird, das auf die transparente Fläche 2c eintrifft und das von dort gebrochen wird, ist es von daher möglich, eine Lichtstrahllinie mit einem Weitwinkel von etwa 240° zu erzielen.
7 zeigt ein Lasermarkierungsgerät 10 gemäß der ersten Ausführungsform.
Im Einzelnen enthält das Lasermarkierungsgerät 10 folgendes: ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, einen Abstützmechanismus 4, um das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie eben oder horizontal zu halten, und ein Gehäuse 60, das das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 und den Abstützmechanismus 4 abdeckt.
Der Abstützmechanismus 4 verwendet einen aus dem Stand der Technik bekannten Kardanrahmen-Mechanismus. Der Kardanrahmen-Mechanismus enthält einen Stützrahmen 50, einen großen Ring 51, einen kleinen Ring 52 und eine Armaturplattform 53. Der große Ring 51 ist derart ausgeführt, dass er um eine horizontale H-Achse im Verhältnis zum Stützrahmen 50 mittels Führungen (nicht dargestellt) geschwenkt werden kann. Der kleine Ring 52 ist derart ausgeführt, dass er um eine andere horizontale H-Achse (senkrecht zur H-Achse, und von daher senkrecht zur Zeichenoberfläche) im Verhältnis zu dem großen Ring 51 mittels Führungen (nicht dargestellt) geschwenkt werden kann. Die Armaturplattform 53 ist an den kleinen Ring 52 befestigt und stützt das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 4 ab. Mit dieser Konstruktion kann die Armaturplattform 53, auf welcher das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 aufgestellt ist, eben oder horizontal gehalten werden.
8 zeigt eine Seitenansicht des optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9. Das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 weist einen Halbleiterlaser 5, eine Kollimatorlinse 6, einen erste Halbspiegel 7, einen zweiten Halbspiegel 8 und Stablinsen 1a, 1b und 1c auf. Die Stablinsen 1a, 1b und 1c haben die gleiche Struktur wie die Stablinse 1. Der Halbleiterlaser 5 ist mit seiner optischen Achse, die horizontal ausgerichtet ist, angeordnet. Die Kollimatorlinse 6 wandelt einen von dem Halbleiterlaser 5 emittierten Laserstrahl in kollimiertes Licht B1 um, das eine Lichtstrahlformgebung mit einem zirkularen Querschnitt aufweist. In diesem Beispiel ist der Durchmesser des kollimierten Lichtes B1 auf 2 mm festgelegt.
Der erste Halbspiegel 7 und der zweite Halbspiegel 8 sind hintereinander entlang des optischen Weges des kollimierten Lichtes B1 angeordnet und unter einem Winkel von 45° zur optischen Achse ausgerichtet.
Der erste Halbspiegel 7 reflektiert 33% des Einfallichtes als reflektiertes Licht R1 und lässt die verbleibenden 67% des Einfallichtes durch. Das reflektierte Licht R1 bewegt sich vertikal aufwärts. Die Stablinse 1a ist in dem optischen Weg des reflektierten Lichtes R1 angeordnet. Die Stablinse 1a ist derart ausgerichtet, dass ihre Achse horizontal und parallel zur optischen Achse des Halbleiterlasers 5 liegt. Wenn Licht auf die Stablinse 1a eintrifft, wird das reflektierte Licht R1 in eine Lichtstrahllinie umgewandelt. Diese Lichtstrahllinie spreizt sich über einen Winkel von etwa 240° entlang einer Ebene auf, die orthogonal zur Oberfläche der Zeichnung liegt, und die die optische Achse des reflektierten Lichtes R1 enthält.
Ferner werden wenige Prozent des reflektierten Lichtes R1, das senkrecht auf die Stablinse 1a eintrifft, durch die Stablinse 1a unter einem Reflexionswinkel von 0° reflektiert. Von daher kehrt das reflektierte Licht entlang des gleichen optischen Weges zurück und tritt erneut in den ersten Halbspiegel 7 ein. 67% des Lichtes, das zu dem ersten Halbspiegel 7 zurückkehrt, wird hierdurch als durchgelassenes Licht T0 übertragen. Das durchgelassenes Licht T0 bewegt sich vertikal abwärts als Grund- bzw. Bodenmarkierungslicht. Obwohl die Intensität des durchgelassenes Lichtes T0 einige Prozent des Lichtes, das senkrecht auf die Stablinse 1a eintrifft, ist, kann das durchgelassenes Licht T0 auf einfache Weise gesehen werden, weil das Licht T0 als ein punktförmiger Lichtstrahl und nicht als eine Lichtstrahllinie verwendet wird.
Von den 67% des kollimierten Lichtes B1, das durch den ersten Halbspiegel 7 hindurchläuft, wird 50% dieses Lichtes mittels des zweiten Halbspiegels 8 als reflektiertes Licht R2 reflektiert, während die anderen 50% dieses Lichtes als durchgelassenes Licht T1 übertragen werden. Das reflektierte Licht R2 bewegt sich in einer vertikalen, aufwärtsgerichteten Richtung. Die Stablinse 1b ist in dem optischen Weg des reflektierten Lichtes R2 angeordnet, wobei ihre Achse horizontal und orthogonal zur optischen Achse des Halbleiterlasers 5 ausgerichtet ist, d.h. senkrecht zur Zeichenoberfläche. Wenn Licht auf die Stablinse 1b eintrifft, wird das reflektierte Licht R2 in eine Lichtstrahllinie umgewandelt, die einen Winkel von etwa 240° in der gleichen Ebene aufweist wie die Oberfläche der Zeichnung, welche die optische Achse des reflektierten Lichtes R2 enthält.
Die Stablinse 1c ist dem zweiten Halbspiegel 8 nachgeschaltet, wobei sich ihre Achse entlang der Oberfläche der Zeichnung in einer vertikalen Richtung senkrecht zur optischen Achse des Halbleiterlasers 5 erstreckt. Wenn das durchgelassenes Licht T1, das durch den zweiten Halbspiegel 8 hindurchläuft, auf die Stablinse 1c eintrifft, wird das durchgelassenes Licht T1 in eine Lichtstrahllinie umgewandelt, die einen Winkel von etwa 240° innerhalb einer Ebene aufweist, die orthogonal zur Oberfläche der Zeichnung ist, und die die optische Achse des durchgelassenes Lichtes T1 enthält.
9 ist ein erläuterndes Diagramm, das Lichtstrahllinien zeigt, die von dem Lasermarkierungsgerät 10 ausgestrahlt werden, das das Niveau des optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 von 8 beibehält, d.h. in dem in 8 gezeigten horizontalen Zustand.
Eine Lichtstrahllinie R1' wird basierend auf dem reflektierten Licht R1 ausgebildet. Die Lichtstrahllinie R1' bildet eine vertikale Lichtstrahllinie zur Linken und zur Rechten des Lasermarkierungsgeräts 10 aus, und eine horizontale Lichtstrahllinie überhalb des Lasermarkierungsgeräts 10 in der Links-zu-Rechts-Richtung. Eine Lichtstrahllinie R2' wird basierend auf dem reflektierten Licht R2 ausgebildet. Die Lichtstrahllinie R2' bildet eine vertikale Lichtstrahllinie vor und hinter dem Lasermarkierungsgerät 10 und eine horizontale Lichtstrahllinie oberhalb des Lasermarkierungsgeräts 10 aus, die sich in die Vorder- und Rückrichtung erstreckt. Eine Lichtstrahllinie T1' wird basierend auf dem durchgelassenen Licht T1 ausgebildet. Die Lichtstrahllinie T1' bildet eine horizontale Lichtstrahllinie an der linken, rechten und vorderen Seite des Lasermarkierungsgeräts 10 aus. Das durchgelassene Licht T0 bildet eine Bodenmarke direkt unter dem Lasermarkierungsgerät 10 aus. Es ist möglich, die Richtungen, in welcher das reflektierte Licht R1, das reflektierte Licht R2 oder das durchgelassene Licht emittiert werden, durch Hinzufügen von Spiegeln oder anderen optischen Elementen zu dem optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 zu modifizieren.
Die Stablinse 1 gemäß der obig beschriebenen Ausführungsform kann eine Lichtstrahllinie mit einem großen Weitwinkel mittels einer einfachen Konstruktion erzeugen. Ferner ist es durch das Ausrüsten des optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 mit den Stablinsen 1 möglich, von einer einzelnen Lichtquelle auf einfache Weise eine Vielzahl von breiten Lichtstrahllinien zu erzeugen. Demgemäß kann eine Vielzahl von Laserlichtstrahllinien zum Markieren mit geringen Kosten hergestellt werden. Daraus resultiert, dass die vorliegende Ausführungsform ein kostengünstiges Lasermarkierungsgerät bereitstellen kann, das in der Lage ist, eine Vielzahl von Lichtstrahllinien auszustrahlen.
Wenn die Stablinsen 1a, 1b und 1c in dem optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 der vorliegenden Ausführungsform jeweils die Lichtreflexionsflächen 2a und 2b aufweisen, ist es möglich, lediglich eine oder zwei der Stablinsen 1a, 1b, 1c mit den Lichtreflexionsflächen 2a, 2b zu versehen.
Ferner muss das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 nicht, wie es obig beschrieben wurde, notwendigerweise mit der Kollimatorlinse 6 versehen sein.
Der Lichtreflexionsfilm 20 ist ebenso nicht auf einen Metallfilm beschränkt, sondern es ist nur vorausgesetzt, dass das Material des Lichtreflexionsfilms 20 eine Reflektivität von etwa 100% aufweist.
Der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts des Laserstrahls von der Kollimatorlinse 6 kann größer als der Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers 3 festgelegt werden.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes werden eine Stablinse, ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie und ein Lasermarkierungsgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Hinzunahme auf die 10(A) bis 14 beschrieben.
10(A) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stablinse 101 gemäß der zweiten Ausführungsform. 10(B) zeigt einen senkrecht zu einer Achse O der Stablinse 101 genommen Querschnitt der Stablinse 101. Die Stablinse 101 enthält einen Stablinsenhauptkörper 103, der eine im Wesentlichen zylindrische Formgebung aufweist, die in einer Richtung senkrecht zur Zeichenoberfläche der 10(B) verlängert ist. Eine Seitenfläche 130 des Stablinsenhauptkörpers 103 erstreckt sich entlang der Achse O und kreist die Achse O als eine Umfangsfläche ein. Eine Lichtseparationsfläche 103 ist an einem Teil bzw. Bereich der Seitenfläche 130 in der Umfangsrichtung ausgebildet. Wie in der ersten Ausführungsform ist der Stablinsenhauptkörper 103 in diesem Beispiel aus BK7-Glas ausgebildet, was ein Material ist, welches einen Brechungsindex von 1,5 aufweist.
Die Lichtseparationsfläche 102 enthält einen Lichtseparationsfilm 120, der auf der Seitenfläche 130 ausgebildet ist. Der Lichtseparationsfilm 120 weist eine zuvor festgelegte Reflektivität, wie etwa 50%, und eine zuvor festgelegte Durchlässigkeit, wie etwa 50%, auf. Der Lichtseparationsfilm 120 kann aus einem beliebigen Material ausgebildet sein, vorausgesetzt, dass das Material einfallendes Licht in durchgehendes bzw. durchgelassenes Licht und reflektiertes Licht einteilen kann. Jedoch ist es vorteilhaft, dass der Lichtseparationsfilm 120 aus einem Material, wie etwa Cr oder Al, oder einem dielektrischen Material, wie etwa TiO₂, SiO₂ oder MgF₂ ausgebildet ist. Der Lichtseparationsfilm 120 wird als Einzelschicht- oder Mehrfachschicht-Film von diesen Materialien ausgebildet. Mehrfachschicht-Konstruktionen können eine Mehrfach-Metallschicht enthalten, die durch Aufeinanderschichten von Metallfilmen ausgebildet wird, eine dielektrische Mehrfachschicht enthalten, die durch Übereinanderschichten von dielektrischen Materialfilmen ausgebildet wird, und eine Hybrid-Schicht enthalten, die durch Aufeinanderschichten von Metallfilmen und dielektrischen Filmen ausgebildet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Lichtseparationsfilm 120 ein dielektrischer Einzelschicht-Film.
Die Lichtseparationsfläche 102 ist an der Seitenfläche 130 ausgebildet, die einen bestimmten Winkelbereich W in der Umfangsrichtung um die Achse O abdeckt und die sich parallel zur Achse O erstreckt. Der Winkelbereich W deckt einen bestimmten Winkel 2?max um die Achse O ab. Hier ist der Winkel 2?max ein Wert, der sowohl die Gleichung
als auch die Gleichung 2ϕmax ≤ π für den Brechungsindex n des Stablinsenhauptkörpers 103 erfüllt. Da der Brechungsindex n in diesem Beispiel 1,5 beträgt, ist der Winkel 2ϕmax größer oder gleich 126,6° und geringer als oder gleich 180°. Demgemäß belegt die Lichtseparationsfläche 102 ein bestimmtes Verhältnis (in diesem Fall größer als oder gleich 35,17 und geringer als oder gleich 50%) des gesamten Umfangsbereiches der Seitenfläche 130.
Die Lichtseparationsfläche 102 enthält ein Paar von Kanten A und E und eine Mittelachse F. Die Kante A, die Kante E und die Mittelachse F erstrecken sich alle parallel zur Achse O. Die Kante A und die Kante E werden durch genau den Winkel 2?max getrennt. Die Mittelachse F ist von der Kante A und von der Kante E durch genau einen Winkel ?max getrennt.
Wie in 11 gezeigt, ist die Stablinse 101 mit dieser Konstruktion nahe dem Halbleiterlaser 5 und der Kollimatorlinse 6 angeordnet. Die optische Achse L des Halbleiterlasers 5 und der Kollimatorlinse 6 schneidet die Mittelachse F der Lichtseparationsfläche 102 senkrecht und schneidet ebenfalls die Achse O senkrecht. Von daher ist die Lichtseparationsfläche 102 an einer Lichteinfallsflächenseite der Seitenfläche 130 gegenüber der Kollimatorlinse 6 positioniert. Der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts senkrecht zur optischen Achse L von dem von der Kollimatorlinse 6 ausgegebenen Laserstrahl wird im Wesentlichen gleich dem Querschnittsdurchmesser des Stablinsenhauptkörpers 103 festgelegt. Die Lichtseparationsfläche 102 trennt Licht von dem von der Kollimatorlinse 6 ausgegebenen, auf die Lichtseparationsfläche 102 eintreffenden Laserstrahles in durchgelassenes Licht und in reflektiertes Licht. Von dem auf die Lichtseparationsfläche 102 eintreffenden Licht wird 50% mittels der Lichtseparationsfläche 102 reflektiert, um einen Teil der Lichtstrahllinie auszubilden, während die verbleibenden 50% durch den Stablinsenhauptkörper 103 als durchgelassenes Licht hindurchläuft. Das durchgelassenes Licht wird gemäß dem Snell'schen Gesetz gebrochen, läuft durch den Stablinsenhauptkörper 103 und wird von der gegenüberliegenden Seite ausgegeben. Da der Stablinsenhauptkörper 103 keinen Strahlbrechungseffekt in der axialen Richtung aufweist, wird das auf den Stablinsenhauptkörper 103 eintreffende Licht in eine Lichtstrahllinie umgewandelt, die sich lediglich in einer einzelnen Richtung entlang der Oberfläche der Zeichnung aufspreizt.
Die Stablinse 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Lichtstrahllinie ausbilden, die eine Aufspreizung von nahezu 360° aufweist. Dieses wird detaillierter nachfolgend beschrieben.
Es sei nun Licht G in dem von der Kollimatorlinse 6 emittierten Laserstrahl angenommen, das entlang eines bestimmten optischen Weges läuft und auf die Lichtseparationsfläche 102 eintrifft. Wie in 11 gezeigt, wird 50% des Lichtes G durch die Lichtseparationsfläche 102 übertragen. Wenn ? der Eintrittswinkel des Lichtes G auf die Stablinse 101 ist, θ der Brechungswinkel innerhalb der Linse ist, n der Brechungsindex des Stablinsenhauptkörpers 103 ist, und wenn der Brechungsindex von Luft 1 ist, dann wird gemäß dem Snell'schen Gesetz die nachfolgende Gleichung erfüllt: 1sinϕ = nsinθ.
Der meiste Teil des auf den Stablinsenhauptkörper 103 eintreffenden Lichtes G wird als Austrittsstrahl G_T von der Seitenfläche 130 an der gegenüberliegenden Seite ausgegeben, wo keine Lichtseparationsfläche 102 ausgebildet ist. Der Winkel, der zwischen dem Austrittsstrahl G_T und der Normalen bei dem Austrittspunkt des Austrittsstrahls G_T eingeschlossen wird, ist ϕ.
Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn das Licht durch den Lichtseparationsfilm 120 in der Lichtseparationsfläche 102 hindurchläuft, der Brechungsindex des Lichtseparationsfilms 120 den Fortpflanzungsweg des Lichtes gemäß dem Snell'schen Gesetz beeinflusst. Jedoch weist der Lichtseparationsfilm 120 einen Brechungsindex von etwa 1,3 bis 1,6 auf, was in der Nähe des Brechungsindex 1,5 des Linsenmaterials liegt, und er ist extrem dünn. Demgemäß kann in dem optischen Weg des Lichtes ein geringer Offset, der verursacht wird, wenn das Licht durch den Lichtseparationsfilm 120 hindurchläuft, als vernachlässigbar betrachtet werden. Von daher ist es in der praktischen Berechnung möglich, die Effekte des Brechungsindex des Lichtseparationsfilms 120 zu ignorieren.
Die Werte für ϕ und θ ändern sich leicht gemäß der Position, bei welcher das Licht G auf die Lichtseparationsfläche 102 eintrifft. Beispielsweise wird Austrittslicht G_T', das von anderem Licht G' erzielt wird, welches weiter außerhalb der optischen Achse L als das Licht G verläuft (anders ausgedrückt, welches auf der oberen Seite des Lichtes G in der Zeichnung liegt) stärker gebrochen als der Austrittslichtstrahl G_T, der von dem Licht G erzeugt wird. Demgemäß kann eine Lichtstrahllinie, die sich um etwa 180° aufspreizt, von dem Gesamtteil des Laserstrahls erzielt werden, der durch die Lichtseparationsfläche 102 übertragen wurde.
Die verbleibenden 50% des Lichtes G, das auf die Lichtseparationsfläche 102 eintrifft, werden unter einem Reflexionswinkel ϕ reflektiert, um reflektiertes Licht G_R auszubilden. Der Wert von ϕ ändert sich leicht gemäß der Position, bei welcher das Licht G auf die Lichtseparationsfläche 102 auftrifft. Beispielsweise wird reflektiertes Licht G_R', das von dem Licht G' weiter außerhalb der optischen Achse L als das Licht G erzielt wird (anders ausgedrückt, welches auf der oberen Seite des Lichtes G in der Zeichnung liegt), unter einem Winkel reflektiert, der größer ist als der des reflektierten Lichtes G_R, das von dem Licht G erzeugt wird. Von daher kann eine Aufspreizung der Lichtstrahllinien von etwa 180° von dem gesamten Teil des mittels der Lichtseparationsfläche 102 reflektierten Laserstrahls erzielt werden. Von daher kann eine Lichtstrahllinie, die eine Spanne von etwa 360° aufweist, durch Kombinieren der durch das durchgelassenes Licht ausgebildeten Lichtstrahllinie und der durch das reflektierte Licht ausgebildeten Lichtstrahllinie erzielt werden. Auf diese Weise kann die Stablinse 101 der vorliegenden Ausführungsform eine Lichtstrahllinie mit einem großen Aufspreizwinkel von größer als oder gleich 180° und geringer als oder gleich 360° erzeugen.
In der vorliegenden Ausführungsform erfüllt der Winkel 2ϕmax für den Winkelbereich W die Bedingungen von
und 2ϕmax ≤ π für einen Brechungsindex n des Stablinsenhauptkörpers 103. Demgemäß überlappt ein durch das reflektierte Licht ausgebildeter Bereich der Lichtstrahllinie die Lichtstrahllinie, die durch das durchgelassenes Licht ausgebildet wird. Anders ausgedrückt, bedeutet dies, dass keine Lücke zwischen der mittels des reflektierten Lichtes erzeugten Lichtstrahllinie und der mittels des durchgelassenes Lichtes erzeugten Lichtstrahllinie ausgebildet wird.
Demgemäß kann die vorliegende Ausführungsform eine Lichtstrahllinie ohne Unterbrechungen auf die Wandoberfläche ausstrahlen.
Dieses wird detaillierter unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
Wie in 12 gezeigt, fällt ein Laserstrahl B mit einer optischen Achse L (X-Achse) auf die Stablinse 101 ein. Hier erstreckt sich die Y-Achse in einer Richtung senkrecht sowohl zu der Achse O des Stablinsenhauptkörpers 103 als auch zu der X-Achse (L). Von dem Laserstrahl B werden das Licht J und K, die von der X-Achse (L) gleichmäßig beabstandet sind, auf die Kanten A und E der Lichtseparationsfläche 102 eingestrahlt.
Das Licht J trifft auf die Kante A unter einem Eintrittswinkel von ?max ein. Das Licht J pflanzt sich gemäß dem Snell'schen Gesetz als Licht J_s in der Linse bei einem Brechungswinkel ? fort und wird bei einem Punkt C als durchgelassenes Licht J_t ausgegeben, das einen Austrittswinkel ?max zur Normalen ausbildet. Reflektiertes Licht von dem Licht J wird ebenso bei der Kante A erzeugt, in der Zeichnung wird jedoch zur Vereinfachung hierauf verzichtet. Auf ähnliche Weise trifft Licht K auf die Kante E unter einem Einfallswinkel ?max ein und wird unter einem Reflexionswinkel ϕmax als reflektiertes Licht K_r reflektiert. durchgelassenes Licht von dem Licht K wird ebenso bei der Kante E erzeugt, es wird jedoch zur Vereinfachung in der Zeichnung weggelassen.
Der zwischen dem durchgelassenen Licht J_t und der X-Achse ausgebildete Winkel wird als β_T bezeichnet, und der Winkel, der zwischen dem reflektierten Licht K_r und der X-Achse (X'-Achse) eingeschlossen wird, wird als β_A bezeichnet. Damit sich das durchgelassenes Licht J_r und das reflektierte Licht K_r überlappen, muss die folgende Bedingung (101) erfüllt werden: βR < βT (101)
Von der Zeichnung wird die folgende Gleichung für das reflektierte Licht K_r erzielt: βR = π – 2ϕmax (102)
Das sich bei einer Höhe b von der X-Achse ausbreitende Licht J trifft unter einem Winkel ?max zur Normalen bei der Kante A auf die Stablinse 101 auf. Da für die Kante A die Y-Koordinate b ist, und der Querschnitt der Stablinse 101 (Radius R) durch die Gleichung x²+y²=R² ausgedrückt werden kann, werden die Koordinaten für die Kante A definiert als:
Da die Linie OA eine Neigung von "tan?max" aufweist und durch den Kantenpunkt A hindurchläuft, ist die Gleichung für diese Linie wie folgt: y = (tanϕmax)·x. Demgemäß wird die folgende Gleichung erfüllt:
Von daher wird die folgende Gleichung (103) erfüllt:
Es sei nun angenommen, dass Licht unter einem Einfallswinkel ϕmax auf die Stablinse 101 eintrifft und genau mit dem Brechungswinkel ? gebrochen wird und durch die Linse hindurchläuft. Wenn der Brechungsindex von Luft 1 ist und der Brechungsindex des Linsenmaterials n ist, dann muss gemäß dem Snell'schen Gesetz folgende Gleichung erfüllt werden: 1·sinϕmax=n·sinθ (104)
Von daher wird die folgende Gleichung erfüllt:
Dann wird durch Substituieren der Gleichung (103) in die Gleichung (105) die folgende Gleichung (106) erzielt:
Da der Winkel, der durch das durchgelassene, von der Stablinse 101 ausgegebene Licht J_t und der X-Achse ausgebildet wird, ß_T beträgt, ist dann als nächstes die Summe der drei Winkel in dem Dreieck OCD wie folgt: (π-ϕmax) + (βT + (2θ-ϕmax) = π
Von daher wird die folgende Gleichung erzielt:
Dann wird durch Substituieren der Gleichungen (103) und (106) in die Gleichung (107) die folgende Gleichung erzielt:
Wenn das Verhältnis des Radius b des Eintrittslichtstrahls zu dem Radius R der Stablinse als τ (%) = b/R × 100 definiert wird, wird dann die folgende Gleichung erzielt:
Durch das Substituieren der Gleichung (108) in die Gleichung (109) wird die folgende Gleichung (110) erzielt:
Hier weisen τ und ?max die folgende Beziehung auf: τ = 100·sinϕmax.
Durch Substituieren dieser Gleichung in die Gleichung (110) wird die folgende Gleichung (111) erzielt:
Zusammengefasst wird durch das Kombinieren der Gleichungen (101), (102), (104) und (107) die folgende Ungleichung (112) erzielt:
wobei ϕmax ≤ π/2 gilt.
Von daher ist es klar, dass eine Lichtstrahllinie ohne Unterbrechungen, d.h. wobei das durchgelassenes Licht einen Bereich des reflektierten Lichtes überlappt, erzielt werden kann, vorausgesetzt, dass die Werte n und ϕmax (≤ π/2) die Gleichung (112) erfüllen. Da der Brechungsindex n des Stablinsenhauptkörpers 103 in diesem Beispiel 1,5 beträgt, muss ϕmax gemäß der Gleichung (112) größer oder gleich 63,3° sein. Von daher muss der Bereich des Winkels 2?max für die Lichtseparationsfläche 102 gleich oder größer als 126,6° sein, was 35,17 (=126,6°/360°) der Gesamtseitenfläche 130 entlang der Umfangsrichtung entspricht.
13 ist eine Seitenansicht, die ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 109 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 die erste Ausführungsform (8), enthält das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 109 der vorliegenden Ausführungsform den Halbleiterlaser 5, die Kollimatorlinse 6, den ersten Halbspiegel 7 und den zweiten Halbspiegel 8. Anstelle der Stablinsen 1a, 1b und 1c enthält das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 109 der vorliegenden Ausführungsform die Stablinsen 101a, 101b und 101c, welche die gleiche Struktur wie die Stablinse 101 aufweisen. Der Halbleiterlaser 5, die Kollimatorlinse 6, der erste Halbspiegel 7 und der zweite Halbspiegel 8 sind in der gleichen Position und mit der gleichen Ausrichtung angeordnet, wie die Komponenten in dem optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 der ersten Ausführungsform. Ferner sind die Stablinsen 101a, 101b und 101c an der gleichen Position und mit der gleichen Ausrichtung, wie die Stablinsen 1a, 1b und 1c in dem optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 der ersten Ausführungsform angeordnet. Die Stablinsen 101a, 101b und 101c können jeweils Lichtstrahllinien ausbilden, die nahezu 360° abdecken. Wenn Licht senkrecht auf die Stablinse 101a eintrifft, wird 50% des Lichtes durch die Lichtseparationsfläche 102 bei einem Reflexionswinkel von 0° als Bodenmarkierungslicht T0 reflektiert.
Ein Lasermarkierungsgerät 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann konfiguriert werden, indem das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 109 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Lasermarkierungsgerät 10 gemäß der ersten Ausführungsform (7) anstelle des optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 eingesetzt wird.
14 ist ein erläuterndes Diagramm, das von dem Lasermarkierungsgerät 110 ausgesendete Lichtstrahllinien zeigt welches das Niveau des optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 109 von 13 hält, d.h. welches jenes in dem in 14 gezeigten horizontalen Zustand hält. Eine basierend auf dem reflektierten Licht R1, durch die Stablinse 1a ausgebildete Lichtstrahllinie R1' bildet eine vertikale Lichtstrahllinie zur Linken und zur Rechten des Lasermarkierungsgeräts 110 aus und horizontale Lichtstrahllinien oberhalb und unterhalb des Lasermarkierungsgeräts 110 in der linken und rechten Richtung. Eine basierend auf dem reflektiertes Licht R2, mittels der Stablinse 101b ausgebildet Lichtstrahllinie R2' bildet vertikale Lichtstrahllinien vor und hinter dem Lasermarkierungsgerät 110 und horizontale Lichtstrahllinien oberhalb und unterhalb des Lasermarkierungsgeräts 110 aus, und sie erstrecken sich in die vordere und hintere Richtung. Eine basierend auf dem durchgelassenes Licht T₁, mittels der Stablinse 101c, ausgebildete Lichtstrahllinie T₁' bildet horizontale Lichtstrahllinien in die vordere, hintere, linke und rechte Seite des Lasermarkierungsgeräts 110 aus. Auf diese Weise spannen jede der Lichtstrahllinien R₁', R₂' und T₁' nahezu 360° auf. Ferner bildet das durchgelassenes Licht T0 Bodenmarkierungslicht direkt unterhalb des Gerätes aus.
Die Stablinse 101 gemäß der obig beschriebenen Ausführungsform kann mittels einer einfachen Struktur eine Weitwinkel-Lichtstrahllinie von nahezu 360° erzeugen. Ferner ist es durch Ausrüsten des optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 109 mit den Stablinsen 101 möglich, auf einfache Weise eine Vielzahl von weiten Lichtstrahllinien von einer einzelnen Lichtquelle zu erzeugen, die nahezu 360° abdecken. Demgemäß können mit geringen Kosten eine Vielzahl von Laserlichtstrahllinien zum Markieren hergestellt werden. Als ein Ergebnis kann die vorliegende Ausführungsform ein Lasermarkierungsgerät mit geringen Kosten bereitstellen, das in der Lage ist, eine Vielzahl von Lichtstrahllinien auszustrahlen.
Während ein dielektrischer Film als Lichtseparationsfilm 120 in der obig beschriebenen Ausführungsform verwendet wird, kann ebenso ein Metallfilm, der aus Cr, Al oder dergleichen ausgebildet ist, als Lichtseparationsfilm 120 verwendet werden.
Während die Stablinsen 101a, 101b und 101c in dem optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 109 der vorliegenden Erfindung jeweils die Lichtseparationsfläche 102 aufweisen, ist es möglich, lediglich eine oder zwei der Stablinsen mit der Lichtseparationsfläche 102 auszustatten.
Ferner muss das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 109 nicht, wie obig beschrieben, notwendigerweise mit der Kollimatorlinse 6 versehen sein.
Der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts des Laserstrahls von der Kollimatorlinse 6 kann geringer als der Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers 103 festgelegt werden, vorausgesetzt, dass der Durchmesser des Laserstrahls größer als oder gleich dem Wert "2b" ist, das ist die Entfernung zwischen den Kanten A und E der Lichtseparationsfläche 102 entlang der Y-Achse in 12.
Der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts des Laserstrahls von der Kollimatorlinse 6 kann größer als der Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers 103 festgelegt werden.
Dritte Ausführungsform
Eine Stablinse, ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie und ein Lasermarkierungsgerät gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme der 15 bis 21 beschrieben.
15 ist eine Seitenansicht, die ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 209 gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 209 enthält eine Laserlichtquelle 220, wie etwa einen Halbleiterlaser, eine Kollimatorlinse 230 und eine Stablinse 201.
Die Stablinse 201 enthält einen Stablinsenhauptkörper 202 und zwei Spiegel 210. Der Stablinsenhauptkörper 202 weist eine Achse O auf, die senkrecht zur Fläche der Zeichnung verläuft, und eine im Wesentlichen zylindrische Formgebung auf, die sich entlang der Achse O erstreckt. Eine Seitenfläche 206 des Stablinsenhauptkörpers 202, der sich entlang der Achse O erstreckt, kreist Achse O als eine Umfangsfläche ein. In der vorliegenden Ausführungsform ist weder ein Lichtreflexionsfilm noch ein Lichtseparationsfilm auf der Seitenoberfläche 206 ausgebildet. Wie in der ersten Ausführungsform, ist der Stablinsenhauptkörper 202 in diesem Beispiel aus BK7-Glas ausgebildet, das einen Brechungsindex von 1,5 hat. Die Spiegel 210 sind in der Nähe des Stablinsenhauptkörpers 202 angeordnet. Jeder Spiegel 210 ist Platten-förmig und erstreckt sich parallel zur Achse O. Die Spiegel 210 sind an einer der Seiten des Stablinsenhauptkörpers 202 derart angeordnet, dass der Stablinsenhauptkörper 202 zwischen den Spiegeln 210 positioniert ist. Jeder Spiegel 210 enthält eine Reflexionsfläche 211, die in Kontakt mit der Seitenfläche 206 des Stablinsenhauptkörpers 202 steht.
Die Stablinse 201 ist derart angeordnet, dass die Achse O des Stablinsenhauptkörpers 202 senkrecht eine Lichtachse L der Laserlichtquelle 220 und der Kollimatorlinse 230 schneidet. In diesem Beispiel verlaufen sowohl die Lichtachse L als auch die Achse O horizontal. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass eine orthogonal zur Zeichenfläche liegende Ebene, die sowohl die Lichtachse L als auch die Achse O enthält, eben oder horizontal ist. Die beiden Spiegel 210 sind oberhalb und unterhalb dieser horizontalen Ebene angeordnet, und sie sind symmetrisch hinsichtlich der horizontalen Ebene, die die Lichtachse L enthält. Die beiden Spiegel 210 sind um den gleichen bestimmten Winkel α symmetrisch hinsichtlich der horizontalen Ebene, die die Lichtachse L und die Achse O enthält, geneigt, und sie liegen der Kollimatorlinse 230 mit einer Neigung gegenüber.
Hierin wird der Spiegel 210 oberhalb der Lichtachse L als Spiegel 210a bezeichnet, und der Spiegel 210 unterhalb der Achse L als Spiegel 210b bezeichnet. Der Spiegel 210a ist zur Rechten aufwärts geneigt, um der Kollimatorlinse 230 mit einer Neigung gegenüberzustehen. Der Neigungswinkel α des Spiegels 210a wird mittels der Reflexionsfläche 211 des Spiegels 210a und der Lichtachse L ausgebildet und ist als ein positiver Winkel definiert, wenn der Spiegel 210a aufwärts zur Rechten geneigt ist. Der Neigungswinkel a des Spiegels 210b wird ebenso mittels der Reflexionsfläche 211 des Spiegels 210b und der Lichtachse L ausgebildet und ist als ein positiver Winkel definiert, wenn der Spiegel 210b abwärts zur Rechten geneigt ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Neigungswinkel α der Spiegel 210a und 210b äquivalent und liegen innerhalb eines Bereiches zwischen 0° und 30°.
Wenn ein Laserstrahl, der von der Laserlichtquelle 220 emittiert wird, durch die Kollimatorlinse 230 hindurchläuft, wandelt die Kollimatorlinse 230 den Laserstrahl in kollimiertes Licht um, das einen bestimmten Strahldurchmesser aufweist. Der Mittenbereich des kollimierten Lichtes in der Nähe der Lichtachse L auf der Ebene der Zeichnung (ein vertikaler Querschnitt, der die Lichtachse L enthält und senkrecht zur Achse O steht) fällt direkt auf die Seitenfläche 206 ein, wird gebrochen und läuft durch den Stablinsenhauptkörper 202 hindurch. Jedoch werden weiter außerhalb der Lichtachse L in der Ebene der Zeichnung liegende Teile des kollimierten Lichtes auf die Seitenfläche 206 eintreffen, nachdem sie durch die Spiegel 210 reflektiert wurden, gebrochen, und sie laufen durch den Stablinsenhauptkörper 202 hindurch.
Die Stablinse 201 mit dieser Konstruktion kann nicht nur einfallendes Licht eines Durchmessers geringer als oder gleich dem Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers 202 effizient umwandeln, sondern auch einfallendes Licht mit einem Durchmesser größer als der des Stablinsenhauptkörpers 202. Dieser Punkt wird detaillierter unter Bezugnahme auf die 16 beschrieben. 16 ist eine Querschnittsansicht der Stablinse 201 senkrecht zur Achse O.
Es sei angenommen, dass der Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers 202 2R ist, und dass der Durchmesser des einfallenden Lichtes in einem Querschnittsbereich senkrecht zur Lichtachse L 2R₀ ist.
Hier ist Licht A des einfallenden Lichtes von der Kollimatorlinse 230 an der entferntesten Position von der Lichtachse L. Die Entfernung zwischen dem optischen Weg des Lichtes A und der Lichtachse L beträgt genau R₀. Wenn das Licht A mittels des Spiegels 210 reflektiert wird, beträgt der mittels des optischen Weges des Lichtes A und des Spiegels 210 bei dem Einfallspunkt ausgebildete Winkel α, und von daher ist der Reflexionswinkel ebenso α. Anschließend trifft das Licht A auf den Stablinsenhauptkörper 202 ein und wird gemäß dem Snell'schen Gesetz gebrochen, bevor es von dem Stablinsenhauptkörper 202 emittiert bzw. ausgegeben wird. Das ausgegebene Licht bildet mit der Lichtachse L einen Winkel von ϕA/2 aus.
Das Licht B liegt näher an der Lichtachse L als das Licht A. Die Entfernung zwischen dem optischen Weg des Lichtes B und der Lichtachse L ist etwas größer als der Radius R des Stablinsenhauptkörpers 202. Da der Winkel, der mittels des Lichtes B und des Spiegels 210 ausgebildet wird, α beträgt, ist der Reflexionswinkel des Lichtes B ebenso α.
Anschließend trifft das Licht B auf den Stablinsenhauptkörper 202 ein und wird gemäß dem Snell'schen Gesetz gebrochen, bevor es von dem Stablinsenhauptkörper 202 emittiert bzw. ausgegeben wird. Das ausgegebene Licht bildet mit der Lichtachse L einen Winkel ϕB/2 aus.
Wie anhand der Zeichnung gesehen werden kann, gilt ϕA/2 < ϕB/2. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass der Winkel ϕB des entlang eines optischen Weges in der Nähe des Stablinsenhauptkörpers 202 laufenden Lichtes B größer als der Winkel ?A des entlang eines optischen Weges entfernter von dem Stablinsenhauptkörper 202 laufenden Lichtes A ist, weil der Einfallswinkel des Lichtes B auf den Stablinsenhauptkörper 202 größer als der des Lichtes A auf den Stablinsenhauptkörper 202 ist.
Jedoch trifft das entlang eines optischen Weges näher der Lichtachse L als das Licht B laufende Licht C direkt auf den Stablinsenhauptkörper 202 ein, wird gebrochen und ausgegeben.
Die Lichtintensität des Lichtes B ist größer als die des Lichtes A, weil das Licht B näher an der Lichtachse L als das Licht A angeordnet ist. Da das eine höhere Lichtintensität aufweisende Licht B einen weiteren Winkel (θB/2) erzeugt, kann die Lichtintensität an den Enden der Lichtstrahllinie gesteigert werden.
Mit der Stablinse 201 wird äußeres Licht in dem Einfallichtstrahl (wie etwa das Licht A und B) auf den Stablinsenhauptkörper 202 eingestrahlt, nachdem es mittels der Spiegel 210 reflektiert wird, während inneres Licht (wie etwa das Licht C) direkt auf den Stablinsenhauptkörper 202 eintrifft, und sowohl das innere als auch das äußere Licht können zusammen in eine Lichtstrahllinie umgewandelt werden. Demgemäß kann ein Einfallichtstrahl, der einen Durchmesser größer als den Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers 202 aufweist, in eine Lichtstrahllinie umgewandelt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Winkel α größer als 0° und geringer oder gleich 30°, die Gleichung:
wird für den Brechungsindex n des Stablinsenhauptkörpers 202 erfüllt, und darüber hinaus wird ein Lichtstrahl-zu-Linsendurchmesser-Verhältnis, was als Einfallichtstrahl-Durchmesser 2R₀ zu Stablinsen-Durchmesser 2R definiert wird, niedriger als oder gleich
festgelegt (im Einzelnen etwa 3). Demgemäß kann die Stablinse 210 nahezu sämtliches Einfallicht in eine Lichtstrahllinie umwandeln, wodurch eine Umwandlungseffizienz von nahezu 100% erzielt wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten eine Simulation zum Durchrechnen eines Lichtstrahlweges durch, um den Winkel zu berechnen, der durch eine mittels der Stablinse 201 erzeugte Lichtstrahllinie abgedeckt wird. Der Stablinsenhauptkörper 202 war aus BK7-Glas ausgebildet, ein gewöhnliches Glasmaterial. Der Winkel α war auf 10° festgelegt, während der Durchmesser des Einfallichtstrahls auf 1,5 mal dem Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers 202 festgelegt war. Von daher gilt R₀ = 1,5R. Gemäß den Ergebnissen der Simulation traf das Licht A, das entlang eines Weges äquivalent zu 1,5 mal dem Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers 202 läuft, auf den Stablinsenhauptkörper 202 unter einem Winkel von 30° zur Normalen ein, und der resultierende Winkel ϕA betrug 82°. Das Licht B, das entlang eines Weges äquivalent zu 1,001 mal dem Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers 202 läuft, traf auf die Linse unter einem Winkel von 78° zur Normalen auf, was in einem Winkel ϕB von 188° resultiert.
Als nächstes wird der Winkel α des Spiegels 210 und das Lichtstrahl-zu-Linsendurchmesser-Verhältnis detaillierter unter Bezugnahme der 17 und 18 beschrieben.
Durch das Festlegen des Winkels α, mit welchem die Spiegel 210a und 210b ausgerichtet sind, und des Lichtstrahl-zu-Linsendurchmesser-Verhältnisses, ist es notwendig, dass der mittels des Spiegels 210a (oder mittels des Spiegels 210b) reflektierte und durch den Stablinsenhauptkörper 202 hindurchlaufende Lichtstrahl, nicht durch den anderen Spiegel 210b (oder Spiegel 210a) abgeblockt wird.
Als erstes wird der Grund, warum der Winkel α des Spiegels 210a und des Spiegels 210b größer als 0° und weniger als oder gleich 30° sein sollte, unter Bezugnahme auf 17 beschrieben.
Wie in 17 gezeigt, ist die X-Achse äquivalent zur Lichtachse L, und die Y-Achse erstreckt sich senkrecht zur Achse O des Stablinsenhauptkörpers 202 und der X-Achse L. Die Punkte, bei welchen der Spiegel 210a und der Spiegel 210b den Stablinsenhauptkörper 202 (Endabschnitte) berühren, werden als S₁ und S₂ bezeichnet, und die Punkte, bei welchen der Spiegel 210a und der Spiegel 210b die Y-Achse schneidet, werden als Y₁ und Y₂ bezeichnet. Eine Linie N0, die einen Punkt N auf dem Spiegel 210a mit der Achse O verbindet, bildet mit dem Spiegel 210a einen Neigungswinkel α aus.
Hier muss der Winkel α größer als 0° sein. Wenn der Winkel α geringer als 0° ist, dann wird der Spiegel 210a nach unten zur Rechten geneigt, und der Spiegel 210b wird nach oben zur Rechten geneigt, wodurch Licht derart abgeblockt wird, dass es nicht auf den Stablinsenhauptkörper 202 eintrifft. Wenn ferner der Winkel α äquivalent 0° ist, dann werden die Reflexionsflächen 211 auf dem Spiegel 210a und dem Spiegel 210b parallel zu der Lichtachse L sein und nicht in der Lage sein, eintreffendes Licht zu reflektieren.
In 17 trifft Licht P auf den Spiegel 210a beim Punkt N auf und läuft entlang des optischen Weges äquivalent zur Linie N0. Von daher läuft Licht P direkt durch den Stablinsenhauptkörper 202, ohne dass es gebrochen wird, und wird an der anderen Seite ausgegeben. Wenn hier der Winkel α größer als 30° war, dann würde eine Verlängerung der Linie N0 den Spiegel 210b bei einer Position rechts des Endes S₂ schneiden. In diesem Fall würde das Licht P des Spiegels 210b abgeblockt und nicht ausgegeben werden.
Aus diesem Grund sollte der Winkel α weniger als oder gleich 30° gesetzt werden. Wenn α gleich 30° gilt, schneidet eine Verlängerung der Linie N0 das Ende S₂, von daher läuft Licht P, das auf den Spiegel 210a beim Punkt N auftrifft, direkt durch den Stablinsenhauptkörper 202 entlang der Linie N0 und wird an dem Ende S₂ des Spiegels 210b ausgegeben. In 17 sind die Spiegel 210a und 210b symmetrisch hinsichtlich der X-Achse. Demgemäß wird die Beziehung ΔOS₁Y₁ = ΔOS₂Y₂ erzielt, und von daher ∠S₁OY₁ = ∠S₂OY₂. Von daher gilt in dem ΔOS₁Y₁, ∠S₁OY₁= (π/2-α) – (π/2-2α) = α. In dem Dreieck OS₂Y₂, ∠S₂OY₂=π/2-2α. Von diesen folgt α=π/2-2α. Durch das Lösen von diesem folgt α=n/6 (Radiant) = 30°.
Demgemäß kann die Stablinse 210 effektiv Lichtstrahllinien ausbilden, wenn der Winkel α des Spiegels 210a und 210b größer als 0° und geringer als oder gleich 30° hinsichtlich der Lichtachse L des Stablinsenhauptkörpers 202 ist.
Als nächstes wird der Grund, warum es für α erwünscht ist, dass es nicht nur die Bedingung 0° ≤ α ≤ 30° erfüllt, sondern auch die Bedingung
für den Brechungsindex n des Stablinsenhauptkörpers 202 erfüllt, unter Bezugnahme auf 18 beschrieben.
In 18 ist die X-Achse äquivalent zur Lichtachse L, und die Y-Achse erstreckt sich senkrecht zur Achse O des Stablinsenhauptkörpers 202 und der X-Achse (L). Der Spiegel 210a und der Spiegel 210b sind bei einem Winkel α (0° < α < 30°) hinsichtlich der X-Achse positioniert und stehen jeweils in Kontakt mit dem Stablinsenhauptkörper 202 bei den Enden S₁ und S₂. R ist der Radius des Stablinsenhauptkörpers 202. Eine Tangente MS₃, die durch einen Punkt S₃ an dem Stablinsenhauptkörper 202 hindurchläuft, bildet einen Neigungswinkel α mit dem Spiegel 210a bei einem Punkt M an dem Spiegel 210a aus.
Wie in 18 gezeigt, läuft das auf den Spiegel 210a beim Punkt M eintreffende Licht T entlang eines optischen Weges, der äquivalent zur Tangente MS₃ ist, und trifft auf den Stablinsenhauptkörper 202 bei dem Punkt S₃ ein und wird gebrochen. Wenn hier der Neigungswinkel α
beträgt, für den Brechungsindex n des Stablinsenhauptkörpers 202, dann läuft das Licht T durch den Stablinsenhauptkörper 202 entlang eines Weges unterhalb der Linie S₃S₂, die die Punkte S₃ und S₂ in der Zeichnung verbindet und den Spiegel 210b schneidet. Demgemäß wird das Licht T durch den Spiegel 210b abgeblockt.
Jedoch, wenn
gilt, dann ist der optische Weg des Lichtes T in dem Stablinsenhauptkörper 202 äquivalent der Linie S₃S₂. Von daher kann das Licht T am Ende S₂ des Spiegels 210b ausgegeben werden. Wenn ferner
gilt, dann läuft das Licht durch den Stablinsenhauptkörper 202 entlang eines Weges oberhalb der Linie S₃S₂ in der Zeichnung hindurch und kann ausgegeben werden, ohne dass es durch den Spiegel 210b abgeblockt wird.
Als nächstes wird der Grund, warum das Licht T durch den Spiegel 210b abgeblockt wird, wenn
gilt, detailliert beschrieben.
Hier sind die Koordinaten des Punktes S₂: S₂(-Rsinα, -Rcosα).
Die Gleichung für die Linien OS₃ und S₂S₃ werden jeweils durch die nachfolgenden Gleichungen (211) und (212) dargestellt:
Die folgende Gleichung (213) ist allgemein bekannt, wobei ? ein spitzer Winkel ist, der durch zwei Linien y=m₁x+n₁ und y=m₂x+n₂ ausgebildet wird.
Von den Gleichungen (211), (212) und (213) wird die nachfolgende Gleichung (214) erzielt, wobei ϕ₀ ein Winkel ist, der durch die Linien OS₃ und die Linie S₂S₃ ausgebildet wird.
Ein Winkel φ ist der Winkel, der durch die Linie OS₃ und das Licht T ausgebildet wird, das durch den Stablinsenhauptkörper 202 hindurchläuft, nachdem es auf den Punkt S₃ eintrifft. Von daher muss die Ungleichung (215) erfüllt werden, um zu verhindern, dass das Licht T durch den Spiegel 210b abgeblockt wird.
Von der Gleichung (214) und der Ungleichung (215) wird die Ungleichung (216) erzielt.
Dann gilt gemäß dem Snell'schen Gesetz:
Von daher,
Durch das Umordnen der Ungleichung (216) wird die nachfolgende Ungleichung (219) erzielt:
Demgemäß sollte der Neigungswinkel α des Spiegels 210 die Ungleichung (219) für den Brechungsindex n des Stablinsenhauptkörpers 202 erfüllen.
Wenn die Ungleichung (219) erfüllt ist, dann trifft das Licht T und wirkliches einfallendes Licht näher an der Lichtachse L als das Licht T hinreichend auf den Stablinsenhauptkörper 202 ein und wird ausgegeben, ohne dass es mittels des Spiegels 210b abgeblockt wird. Beispielsweise trifft Licht U, das näher an der Achse L liegt als das Licht T, auf die den Stablinsenhauptkörper 202 bei einem Punkt S₄ ein und wird am Punkt S₅ ausgegeben. Da der Punkt S₅ oberhalb des Punktes S₂ in der Zeichnung positioniert ist, wird das Licht O nicht mittels des Spiegels 210b abgeblockt.
Als nächstes wird der Grund, warum das Lichtstrahl-zu-Linsendurchmesser-Verhältnis (= Durchmesser des Einfallichtstrahles 2R₀ zum Stablinsendurchmesser 2R) größer als 0 oder geringer gleich
sein sollte, unter Bezugnahme auf 18 beschrieben.
Die Linie S₁M, die den Spiegel 210a anzeigt, wird durch die Gleichung (221) dargestellt.
Der optische Weg MS₃ des an dem Punkt M reflektierten Lichtes T wird durch die folgende Gleichung (222) dargestellt.
Die Y-Koordinate für den Schnittpunkt M der beiden durch die obigen Gleichungen (221) und (222) dargestellten Linien wird durch die folgende Gleichung (223) dargestellt, die von den beiden Gleichungen abgeleitet ist.
Wenn der Radius R₀ des einfallenden Lichtes äquivalent zu dem Wert y in der Gleichung (223) ist, dann trifft sämtliches Licht auf den Stablinsenhauptkörper 202 ein, weil das äußerste Licht T des einfallenden Lichtes auf den Stablinsenhauptkörper 202 eintrifft, indem es gerade den Punkt S₃ an dem Stablinsenhauptkörper 202 berührt. Wenn der Radius R₀ des Einfallichtes geringer als oder gleich y in Gleichung (223) ist, dann trifft sämtliches Licht auf den Stablinsenhauptkörper 202 ein. Wenn jedoch der Radius R₀ des einfallenden Lichtes größer als y der Gleichung (223) ist, dann trifft das äußerste Licht nicht auf den Stablinsenhauptkörper 202 ein, nachdem es durch den Spiegel 210a reflektiert wurde. Demgemäß sollte der Wert von y, das die Gleichung (223) erfüllt, der maximale Wert des Radius R₀ des Einfallichtes sein.
Der maximale Wert N des Lichtstrahl-zu-Linsendurchmesser- Verhältnisses wird durch Teilung beider Seiten von Gleichung (223) durch den Radius R erzielt, wie es in (224) gezeigt wird.
19 zeigt die Beziehung zwischen dem Winkel α (0° < α < 30°) des Spiegels 210a und 210b, und der maximale Wert N des mittels Gleichung (224) erzielten Lichtstrahl-zu-Linsendurchmesser-Verhältnisses. Die oberste Reihe in der Tabelle von 19 zeigt den Winkel α des Spiegels 210a und 210b an, während die untere Reihe den entsprechenden maximalen Wert N des Lichtstrahl-zu-Linsendurchmesser-Verhältnisses anzeigt. Von der Tabelle ist es wünschenswert, dass der Durchmesser des Laserstrahls, der auf die Stablinse 201 fällt, größer als 0 und geringer oder gleich dreimal dem Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers 202 sein sollte. Wenn der Durchmesser des Einfallichtstrahls geringer oder gleich dreimal dem Durchmesser der Stablinse ist, kann das Einfallicht effizient verwendet werden. Wenn jedoch der Durchmesser des Einfallichtstrahls größer als dreimal dem Durchmesser der Stablinse ist, dann wird ein Teil des Lichtes nicht den Stablinsenhauptkörper 202 treffen, und es wird verschwendet werden.
Anhand der obigen Beschreibung kann das Licht bei einer Effizienz von etwa 100 verwendet werden, wenn der Neigungswinkel α größer als 0° und geringer als oder gleich 30° ist, wenn der Neigungswinkel α die Ungleichung (219) erfüllt, und wenn der Radius R₀ des Einfallichtes geringer als oder gleich dem Wert von y in der Gleichung (223) ist, oder spezieller geringer als oder gleich etwa dreimal dem Radius R des Stablinsenhauptkörpers 202 ist. Dies liegt daran, weil sämtliches Einfallicht auf den Stablinsenhauptkörper 202 trifft und in eine Lichtstrahllinie umgewandelt wird, und die Lichtstrahllinie ausgegeben werden kann, ohne dass sie durch die Spiegel 210 abgeblockt wird. Im Einzelnen können durch das Festlegen des Radius R₀ des Einfallichtes auf einen Wert größer als der Radius R des Stablinsenhauptkörpers 202 und geringer als oder gleich etwa dreimal dem Radius R eine Lichtstrahllinie erzeugt werden, die einen sehr großen Aufspreizwinkel aufweist.
20 ist eine Abwandlung der Stablinse 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Eine Stablinse 221 gemäß der Abwandlung enthält den Stablinsenhauptkörper 202 und ein Stablinsenhalteglied 203. Das Stablinsenhalteglied 203 weist ein Paar von verjüngten Abschnitten 204 auf. Die verjüngten Abschnitte 204 neigen sich mit einem bestimmten Winkel α (größer als 0° und geringer oder gleich 30°). Der Stablinsenhauptkörper 202 wird zwischen den verjüngten Abschnitten 204 gehalten. Die Reflexionsflächen 211 kontaktieren die Seitenfläche 206 des Stablinsenhauptkörpers 202. Die Reflexionsflächen 211, die Spiegelvergütungen aufweisen, sind an den inneren Wänden eines jeden verjüngten Bereiches 204 mittels eines Verfahrens des Plattierens, eines Verfahrens des Ausbildens eines Filmes mittels Vakuumablagerung oder dergleichen ausgebildet. Demgemäß dienen die Stablinsenhalteglieder 203 wohl zum Halten des Stablinsenhauptkörpers 202 als auch zum Reflektieren und Führen von Einfallicht auf den Stablinsenhauptkörper 202. Von daher kann das Stablinsenhalteglied 203 sowohl einen Linsenhalteeffekt als auch einen Aufspreizeffekt hinsichtlich des Lichtstrahlwinkels erzielen.
21 zeigt ein Lasermarkierungsgerät 212 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das Lasermarkierungsgerät 212 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist konfiguriert, indem das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 209 (15) in dem Lasermarkierungsgerät 10 der ersten Ausführungsform (7) anstelle des optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 vorgesehen ist. Das Lasermarkierungsgerät 212 kann eine vertikale Lichtstrahllinie ausbilden.
In der Stablinse 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Durchmesser des Laserlichtstrahls, der auf den Stablinsenhauptkörper 202 eintrifft, größer als der Querschnittsdurchmesser des Stablinsenhauptkörpers 202 gesetzt, und die Spiegel 210 sind in der Nähe des Stablinsenhauptkörpers 202 angeordnet, um Einfallicht auf den Stablinsenhauptkörper 202 zu reflektieren. Von daher kann das Lasermarkierungsgerät 212 100% des Einfallichtes in eine Lichtstrahllinie umwandeln, was zu einer extrem effizienten Verwendung des Laserlichtstrahles führt. Ferner weist das auf den Stablinsenhauptkörper 202 eintreffende Licht mit einer stärkeren Strahlintensität, nachdem es durch den Spiegel 210 reflektiert wurde, einen weiteren Winkel auf, als das Licht, welches eine schwächere Strahlintensität aufweist. Von daher steigert das Lasermarkierungsgerät 212 die Lichtstrahlintensität an den Enden der Lichtstrahllinie. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Aufspreizwinkel des sichtbaren Lichtes in der Lichtstrahllinie zu expandieren. Demgemäß kann das Lasermarkierungsgerät 212 eine Lichtstrahllinie erzeugen, die eine relativ gleichförmige Intensität aufweist, und eine einen sehr großen Aufspreizwinkel abdeckende Lichtstrahllinie erzeugen, die auf einfache Weise erkannt werden kann. Beispielsweise kann das Lasermarkierungsgerät 212 einen effektiv sichtbaren Aufspreizwinkel von etwa 190° aufweisen.
In der obig beschriebenen Ausführungsform bildet das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 209 eine vertikale Lichtstrahllinie aus, indem die Laserlichtquelle 220, die Kollimatorlinse 230 und die Stablinse 201 horizontal angeordnet werden. Jedoch kann das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 209 eine horizontale Lichtstrahllinie ausbilden, indem die Laserlichtquelle 220, die Kollimatorlinse 230 und die Stablinse 201 vertikal angeordnet werden.
Während die Stablinse, das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie und das Lasermarkierungsgerät detailliert unter Bezugnahme der speziellen Ausführungsformen hiervon beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen hierin durchgeführt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 der unter Bezugnahme auf 8 beschriebenen ersten Ausführungsform ohne den ersten Halbspiegel 7 und den zweiten Halbspiegel 8 konstruiert werden. Eine Lichtstrahllinie kann ebenso unter Verwendung von zumindest einer der Stablinse 1a, der Stablinse 1b und der Stablinse 1c ausgebildet werden. Auf ähnliche Weise kann das optische System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 109 gemäß der unter Bezugnahme auf 13 beschriebenen zweiten Ausführungsform ohne den ersten Halbspiegel 7 und den zweiten Halbspiegel 8 aufgebaut werden, und eine Lichtstrahllinie kann unter Verwendung von zumindest einer der Stablinsen 101a, 101b und 101c ausgebildet werden.
Die Stablinse 201 gemäß der dritten Ausführungsform kann anstelle der Stablinse 1 gemäß der ersten Ausführungsform zur Verwendung als Stablinsen 1a, 1b und 1c in dem optischen System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie 9 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Die Stablinse 201 gemäß der dritten Ausführungsform kann ebenso mit lediglich einem einzelnen Spiegel 210 versehen werden. Wenn eine geringe Umsetzungseffizienz kein Problem darstellt, muss der Neigungswinkel des Spiegels 210 nicht die Ungleichung (219) erfüllen. Ferner kann das Lichtstrahl-zu-Linsendurchmesser-Verhältnis größer als der maximale Wert N sein, der die Gleichung (224) erfüllt. Wenn eine noch geringere Umsetzungseffizienz kein Problem darstellt, dann braucht der Neigungswinkel α der Spiegel 210 nicht größer als 0° und nicht geringer oder gleich 30° sein, sondern er kann weniger als oder gleich 0° oder größer als oder gleich 30° sein. Auf ähnliche Weise kann in der in 20 gezeigten Modifikation der Neigungswinkel α der Reflexionsflächen 211, die an den inneren Wänden des verjüngten Abschnittes 204 ausgebildet sind, geringer als oder gleich 0° oder größer als oder gleich 30° sein.

Claims

Stablinse, die folgendes aufweist: einen Reflexionsbereich, der reflektiertes Licht erzeugt, indem zumindest ein Teil des einfallenden Lichtes reflektiert wird; und einen Stablinsenhauptkörper von im Wesentlichen zylindrischer Formgebung, der durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein verbleibender Teil des einfallenden Lichtes durchgelassen wird, wobei der Stablinsenhauptkörper eine Achse und eine Umfangsseitenfläche aufweist, die sich entlang der Achse erstreckt, wobei die Umfangsseitenfläche im Wesentlichen zylindrisch in der Formgebung ist und die Achse in einer Umfangsrichtung einkreist, wobei der Reflexionsbereich und der Stablinsenhauptkörper zusammenwirken, um eine Lichtstrahllinie zu erzeugen, die aus sowohl dem reflektierten Licht als auch dem durchgelassenes Licht ausgebildet wird.
Stablinse gemäß Anspruch 1, wobei der Reflexionsbereich einen Lichtseparationsbereich aufweist, welcher an zumindest einem Teil der Umfangsseitenfläche des Stablinsenhauptkörpers entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist und welcher das Einfallicht in sowohl das durchgelassenes Licht als auch das reflektierte Licht teilt.
Stablinse gemäß Anspruch 2, wobei der Lichtseparationsbereich in einem Bereich der Umfangsseitenfläche ausgebildet ist, der um die Achse mit einem Winkel von 2 ?max (Radian) definiert ist, welcher die beiden Ungleichungen erfüllt:
wobei der Stablinsenhauptkörper einen Brechungsindex n aufweist, und wobei ein Verhältnis eines Umfangs eines Kreises zu dem Durchmesser des Kreises π beträgt.
Stablinse gemäß Anspruch 3, wobei der Brechungsindex des Stablinsenhauptkörpers 1,5 ist, und wobei der Lichtseparationsbereich derart an der Umfangsseitenfläche ausgebildet ist, dass er sich um die Achse herum mit einem Winkel ausdehnt, dessen Betrag einen Wert annimmt, der größer als oder gleich etwa 35,17 des gesamten Winkels 2π für die gesamte Umfangsseitenfläche in der Umfangsrichtung und kleiner als oder gleich etwa 50% des gesamten Winkels 2π für die gesamte Umfangsseitenfläche in der Umfangsrichtung ist.
Stablinse gemäß Anspruch 2, wobei der Lichtseparationsbereich einen Lichtseparationsfilm aufweist, der über den zumindest einen Teil der Umfangsseitenfläche ausgebildet ist.
Stablinse gemäß Anspruch 1, wobei der Reflexionsbereich einen Lichtreflexionsabschnitt aufweist, der über einen Teil der Umfangsseitenfläche entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist und der einen Teil des Einfallichtes empfängt und reflektiert, wobei der Stablinsenhauptkörper einen Durchlassbereich aufweist, der den verbleibenden Anteil des Einfallichtes empfängt und durchlässt.
Stablinse gemäß Anspruch 6, wobei der Lichtreflexionsbereich folgendes aufweist: einen ersten Reflexionsbereich und einen zweiten Reflexionsbereich, die an der Umfangsseitenfläche bei zwei Bereichen ausgebildet sind, welche voneinander in der Umfangsrichtung getrennt sind; und wobei der Durchlassbereich als eine Fläche zwischen dem erste und dem zweiten Reflexionsbereich an der Umfangsseitenfläche in der Umfangsrichtung definiert wird.
Stablinse gemäß Anspruch 7, wobei jeder der ersten und zweiten Reflexionsbereiche eine Mittelachse aufweist, die sich parallel zu der Achse erstreckt, wobei die Mittelachsen voneinander durch einen Winkel von etwa 120° zu der Achse getrennt sind.
Stablinse gemäß Anspruch 8, wobei jeder der ersten und zweiten Reflexionsbereiche an der Umfangsseitenfläche des Stablinsenhauptkörpers derart ausgebildet ist, dass er über der entsprechenden Mittelachse zentriert ist und dass er einen Winkel von etwa 60° über der Achse abdeckt.
Stablinse gemäß Anspruch 1, wobei der Reflexionsbereich ein Reflexionsglied aufweist, welches in der Nähe des Stablinsenhauptkörpers angeordnet ist und welches reflektiertes Licht erzeugt, indem ein Teil des einfallenden Lichtes empfangen und in eine Richtung zum Stablinsenhauptkörper reflektiert wird, und wobei der Stablinsenhauptkörper eine Lichtstrahllinie erzeugt, indem sowohl der verbleibende Anteil des einfallenden Lichtes als auch das reflektierte Licht übertragen wird.
Stablinse gemäß Anspruch 10, wobei das Reflexionsglied zumindest zwei Reflexionsglieder aufweist, wobei sich die Achse des Stablinsenhauptkörpers im Wesentlichen senkrecht zu einer optischen Achse des Einfallichtes erstreckt, und wobei sich jedes Reflexionsglied entlang der Achse des Stablinsenhauptkörpers erstreckt und einen zuvor festgelegten Winkel hinsichtlich der optischen Achse des Einfallichtes ausbildet, wodurch das auf das Reflexionsglied einfallende Licht in Richtung des Stablinsenhauptkörpers reflektiert wird.
Stablinse gemäß Anspruch 11, wobei jedes Reflexionsglied eine Reflexionsfläche aufweist, die in Kontakt mit der Umfangsseitenfläche des Stablinsenhauptkörpers steht.
Stablinse gemäß Anspruch 11, wobei der zuvor festgelegte Winkel größer als etwa 0° und geringer als oder gleich etwa 30° ist.
Stablinse gemäß Anspruch 11, wobei der zuvor festgelegte Winkel einen Wert α aufweist, der die nachfolgende Ungleichung erfüllt:
wobei der Stablinsenhauptkörper einen Brechungsindex n aufweist.
Stablinse gemäß Anspruch 1, wobei der Reflexionsbereich ein Abstützglied aufweist, welches den Stablinsenhauptkörper hält und welches zumindest zwei Reflexionsflächen aufweist, wobei sich die Achse des Stablinsenhauptkörpers etwa senkrecht zu einer optischen Achse des Einfallichtes erstreckt, und wobei sich die Reflexionsfläche entlang der Achse des Stablinsenhauptkörpers erstreckt, in Kontakt mit der Umfangsseitenfläche des Stablinsenhauptkörpers steht, und einen zuvor festgelegten Winkel hinsichtlich der optischen Achse des Einfallichtes ausbildet.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie, welches folgendes aufweist: eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl entlang einer optischen Achse emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl in kollimiertes Licht umwandelt; und eine Stablinse, die folgendes aufweist: einen Reflexionsbereich, der reflektiertes Licht erzeugt, indem zumindest ein Teil des einfallenden Lichtes reflektiert wird; und einen Stablinsenhauptkörper von im Wesentlichen zylindrischer Formgebung, der durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein verbleibender Teil des einfallenden Lichtes durchgelassen wird, wobei der Stablinsenhauptkörper eine Achse und eine Umfangsseitenfläche aufweist, die sich entlang der Achse erstreckt, wobei die Umfangsseitenfläche im Wesentlichen zylindrisch in der Formgebung ist und die Achse in einer Umfangsrichtung einkreist, wobei der Reflexionsbereich und der Stablinsenhauptkörper zusammenwirken, um eine Lichtstrahllinie zu erzeugen, die aus sowohl dem reflektierten Licht als auch dem durchgelassenes Licht ausgebildet wird.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 16, wobei der Reflexionsbereich einen Lichtseparationsbereich aufweist, welcher an zumindest einem Teil der Umfangsseitenfläche des Stablinsenhauptkörpers entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist und welcher das Einfallicht in sowohl das durchgelassenes Licht als auch das reflektierte Licht teilt.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 17, wobei der Lichtseparationsbereich in einem Bereich der Umfangsseitenfläche ausgebildet ist, der um die Achse mit einem Winkel von 2 ?max (Radian) definiert ist, welcher die beiden Ungleichungen erfüllt:
wobei der Stablinsenhauptkörper einen Brechungsindex n aufweist und wobei ein Verhältnis eines Umfanges eines Kreises zu dem Durchmesser des Kreises π beträgt.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 18, wobei der Brechungsindex des Stablinsenhauptkörpers 1,5 beträgt, und wobei der Lichtseparationsbereich an der Umfangsseitenfläche an seiner Seite ausgebildet ist, an welcher das Einfallicht eintrifft, um sich um die Achse mit einem Winkel auszubreiten, dessen Betrag einen Wert annimmt, der größer als oder gleich etwa 35.17 des gesamten Winkels 2π für die gesamte Umfangsseitenfläche in der Umfangsrichtung und geringer als oder gleich etwa 50% des gesamten Winkels 2π für die gesamte Umfangsseitenfläche in der Umfangsrichtung ist.
Ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 17, welches ferner einen Halbspiegel aufweist, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein zweites durchgelassenes kollimiertes Licht teilt; wobei die Stablinse folgendes aufweist: eine erste Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; und eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, wodurch zumindest zwei Lichtstrahllinien ausgebildet werden.
Ein optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 20, wobei jede der ersten und zweiten Stablinsen einen Lichtseparationsbereich aufweisen, wobei der Lichtseparationsbereich von jeder Stablinse in einem Bereich einer Umfangsseitenfläche des entsprechenden Stablinsenhauptkörpers an seiner Seite ausgebildet ist, an welcher das entsprechende kollimierte Licht eintrifft, wobei die Fläche um die Achse mit einem Winkel von 2?max (Radian) definiert wird, die die folgenden beiden Ungleichungen erfüllt:
wobei der entsprechende Stablinsenhauptkörper einen Brechungsindex n aufweist und wobei ein Verhältnis eines Umfangs eines Kreises zu dem Durchmesser des Kreises n ist.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 20, wobei der Halbspiegel das erste reflektierte kollimierte Licht durchlässt, welches von dem Halbspiegel wegreflektiert wurde und welches mittels der ersten Stablinse reflektiert wurde, um zu dem Halbspiegel zurückzukehren, wodurch anderes hindurchgelassenes kollimiertes Licht erzielt wird, indem das erste reflektierte kollimierte Licht durch den Halbspiegel durchgelassen wird.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 18, welches ferner einen ersten Halbspiegel aufweist, der das kollimierte Licht in ein reflektiertes kollimiertes Licht und ein durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt, wobei die Stablinse zumindest eine von einer Stablinse aufweist, die in einem optischen Weg des reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist, und eine andere Stablinse aufweist, die in einem optischen Weg des durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 17, wobei der Lichtseparationsbereich einen Lichtseparationsfilm aufweist, der über den zumindest einen Teil der Umfangsseitenfläche in der Umfangsrichtung ausgebildet ist.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 16, wobei der Reflexionsbereich einen Lichtreflexionsbereich aufweist, der über einen Teil der Umfangsseitenfläche entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist, und der einen Teil des einfallenden kollimierten Lichtes empfängt und reflektiert, wobei der Stablinsenhauptkörper einen Durchlassbereich aufweist, der den verbleibenden Anteil des Einfallichtes empfängt und durchlässt.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 25, wobei der Lichtreflexionsbereich folgendes aufweist: einen ersten Reflexionsbereich und einen zweiten Reflexionsbereich, die an der Umfangsseitenfläche an seiner Seite ausgebildet sind, an welcher das kollimierte Einfallicht eintrifft, wobei der erste Reflexionsbereich und der zweite Reflexionsbereich bei zwei Bereichen ausgebildet sind, die voneinander in der Umfangsrichtung separiert sind, und wobei der Durchlassbereich als eine Fläche zwischen dem ersten und dem zweiten Reflexionsbereich an der Umfangsseitenfläche in der Umfangsrichtung definiert wird.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 26, wobei jeder der ersten und zweiten Reflexionsbereiche eine Mittelachse aufweist, die sich parallel zu der Achse erstreckt, wobei die Mittelachsen voneinander mittels eines Winkels von etwa 120° über die Achse getrennt sind.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 27, wobei jeder der ersten und zweiten Reflexionsbereiche an der Umfangsseitenfläche des Stablinsenhauptkörpers derart ausgebildet ist, dass er über der entsprechenden Mittelachse zentriert ist einen Winkel von etwa 60° über die Achse abdeckt.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 25, das ferner einen Halbspiegel aufweist, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; wobei die Stablinse folgendes aufweist: eine erste Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; und eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, wodurch zumindest zwei Lichtstrahllinien ausgebildet werden.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 29, wobei der erste Halbspiegel das erste reflektierte kollimierte Licht durchlässt, welches von dem Halbspiegel weg reflektiert wurde und welches mittels der ersten Stablinse reflektiert wurde, um zu dem Halbspiegel zurückzukehren, wodurch ein anderes durchgelassenes kollimiertes Licht erzielt wird, indem das erste reflektierte kollimierte Licht durch den Halbspiegel durchgelassen wird.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 25, das ferner einen ersten Halbspiegel aufweist, der das kollimierte Licht in ein reflektiertes kollimiertes Licht und ein durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; wobei die Stablinse zumindest eine von einer Stablinse aufweist, die in einem optischen Weg des reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist, und eine andere Stablinse aufweist, die in einem optischen Weg des durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, wodurch zumindest eine Lichtstrahllinie ausgebildet wird.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 16, wobei der Reflexionsbereich ein Reflexionsglied aufweist, welches in der Nähe des Stablinsenhauptkörpers angeordnet ist und welches ein reflektiertes Licht erzeugt, indem ein Anteil des einfallenden kollimierten Lichtes empfangen und in eine Richtung zum Stablinsenhauptkörper reflektiert wird, und wobei der Stablinsenhauptkörper eine Lichtstrahllinie erzeugt, indem sowohl der übrige Anteil des einfallenden kollimierten Lichtes als auch das reflektierte Licht übertragen bzw. durchgelassen wird.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 32, wobei das Reflexionsglied zumindest zwei Reflexionsglieder aufweist, und wobei sich jedes Reflexionsglied entlang der Achse des Stablinsenhauptkörpers erstreckt und einen zuvor festgelegten Winkel hinsichtlich der optischen Achse des einfallenden kollimierten Lichtes ausbildet, wodurch das kollimierte Licht, das auf das Reflexionsglied eintrifft, in Richtung des Stablinsenhauptkörpers reflektiert wird.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 32, wobei das Reflexionsglied eine Reflexionsfläche aufweist, die in Kontakt mit der Umfangsseitenfläche des Stablinsenhauptkörpers steht und die einen zuvor festgelegten Winkel mit der optischen Achse des kollimierten Lichtes ausbildet, wodurch der empfangende Anteil des kollimierten Lichtes in Richtung des Stablinsenhauptkörpers reflektiert wird, und wobei der Stablinsenhauptkörper sowohl den Anteil des mittels des Reflexionsgliedes reflektierten, kollimierten Lichtes als auch den restlichen Anteil des direkt auf den Stablinsenhauptkörper eintreffenden, kollimierten Lichtes in eine Lichtstrahllinie umwandelt.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 34, wobei der zuvor festgelegte Winkel größer als etwa 0° und kleiner als oder gleich etwa 30° ist.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 32, wobei die Kollimatorlinse in Richtung der Stablinse das kollimierte Licht emittiert, welches in einem Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse einen Strahldurchmesser des kollimierten Lichtes aufweist, wobei der Strahldurchmesser größer als der Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers ist.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 16, wobei der Reflexionsbereich ein Abstützglied aufweist, das den Stablinsenhauptkörper hält und das zumindest zwei Reflexionsflächen aufweist, und wobei sich jede Reflexionsfläche entlang der Achse des Stablinsenhauptkörpers erstreckt, in Kontakt mit der Umfangsseitenfläche des Stablinsenhauptkörpers steht, und einen zuvor festgelegten Winkel hinsichtlich der optischen Achse des einfallenden kollimierten Lichtes ausbildet.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 37, wobei der zuvor festgelegte Winkel größer als etwa 0° und geringer als oder gleich etwa 30° ist.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 32, wobei die Kollimatorlinse in Richtung der Stablinse das kollimierte Licht emittiert, das in einem Querschnitt im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse des kollimierten Lichtes einen Strahldurchmesser aufweist, wobei der Strahldurchmesser größer als ein Wert gleich null mal so groß wie der Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers ist und geringer als oder gleich einem anderen Wert in etwa gleich dreimal so groß wie der Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers ist.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie, welches folgendes aufweist: eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl in ein kollimiertes Licht umwandelt; einen ersten Halbspiegel, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; eine erste Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; einen zweiten Halbspiegel, der in einem optischen Weg des ersten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist und der das erste durchgelassene kollimierte Licht in ein zweites reflektiertes kollimiertes Licht und ein zweites durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; und eine dritte Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist; wobei jede der ersten Stablinse, der zweiten Stablinse und der dritten Stablinse einen Stablinsenhauptkörper aufweist, der im Wesentlichen zylindrisch hinsichtlich der Formgebung zu einer Umfangsseitenfläche ist, die sich entlang einer entsprechenden Achse erstreckt und die durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein Anteil des entsprechenden kollimierten Lichtes durchgelassen wird, und wobei ein Lichtseparationsbereich an einem Bereich der Umfangsseitenfläche von zumindest einer der ersten, zweiten und dritten Stablinsen ausgebildet ist, wobei der Lichtseparationsbereich das entsprechende kollimierte Licht in ein durchgelassenes Licht und ein reflektiertes Licht einteilt, wobei eine Lichtstrahllinie erzeugt wird, die aus dem durchgelassenen Licht und dem reflektierten Licht ausgebildet wird.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 40, wobei der Lichtseparationsbereich von jeder der zumindest einen der ersten, zweiten und dritten Stablinsen in einem Bereich einer Umfangsseitenfläche des entsprechenden Stablinsenhauptkörpers an seiner Seite ausgebildet ist, an welcher das entsprechende kollimierte Licht eintrifft, wobei der Bereich um die Achse mit einem Winkel von 2?max (Radian) definiert wird, der die folgenden beiden Ungleichungen erfüllt:
wobei der entsprechende Stablinsenhauptkörper einen Brechungsindex n aufweist, und wobei ein Verhältnis eines Umfangs eines Kreises zum Durchmesser des Kreises π ist.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 40, wobei der erste Halbspiegel das erste reflektierte kollimierte Licht überträgt, welches von dem ersten Halbspiegel weg reflektiert wurde und welches mittels der ersten Stablinse reflektiert wurde, um zum erste Halbspiegel zurückzukehren, wobei ein anderes durchgelassenes kollimiertes Licht erzielt wird, indem das erste reflektierte kollimierte Licht durch den ersten Halbspiegel durchgelassen wird.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie, welches folgendes aufweist: eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl in kollimiertes Licht umwandelt; einen ersten Halbspiegel, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; eine erste Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; einen zweiten Halbspiegel, der in einem optischen Weg des ersten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist und der das erste durchgelassene kollimierte Licht in ein zweites reflektiertes kollimiertes Licht und ein zweites durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; und eine dritte Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, wobei jede der ersten Stablinse, der zweiten Stablinse und der dritten Stablinsen einen Stablinsenhauptkörper aufweist, der im Wesentlichen zylindrisch hinsichtlich der Formgebung mit einer Umfangsseitenfläche ist, die sich entlang einer entsprechenden Achse erstreckt, und die ein durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein Anteil des entsprechenden kollimierten Lichtes durchgelassen wird, und wobei ein Lichtreflexionsbereich über einen Teil der Umfangsseitenfläche von zumindest einer der ersten, zweiten und dritten Stablinsen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist, und einen Anteil des eintreffenden kollimierten Lichtes empfängt und reflektiert, wobei der entsprechende Stablinsenhauptkörper einen Durchlassbereich aufweist, der den verbleibenden Anteil des einfallenden Lichtes empfängt und durchlässt.
Optisches System zum Erzeugen einer Lichtstrahllinie gemäß Anspruch 43, wobei der erste Halbspiegel das erste reflektierte kollimierte Licht überträgt, welches von dem ersten Halbspiegel weg reflektiert wurde und welches mittels der ersten Stablinse reflektiert wurde, um zu dem ersten Halbspiegel zurückzukehren, wobei ein anderes durchgelassenes kollimiertes Licht erzielt wird, indem das erste reflektierte kollimierte Licht durch den ersten Halbspiegel durchgelassen wird.
Lasermarkierungsgerät, welches folgendes aufweist: einen Laser, der einen Lichtstrahl entlang einer optischen Achse emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von dem Laser emittierten Lichtstrahl in kollimiertes Licht umwandelt; eine Stablinse, die folgendes aufweist: einen Reflexionsbereich, der reflektiertes Licht erzeugt, indem zumindest ein Anteil des kollimiertes Lichtes reflektiert wird, das auf die Stablinse entlang der optischen Achse fällt; und einen Stablinsenhauptkörper von im Wesentlichen einer zylindrischen Formgebung, der durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein verbleibender Anteil des einfallenden kollimierten Lichtes durchgelassen wird, wobei der Stablinsenhauptkörper eine Achse aufweist, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der optischen Achse erstreckt, und eine Umfangsseitenfläche aufweist, die sich entlang der Achse erstreckt, wobei die Umfangsseitenfläche im Wesentlichen zylindrisch in der Formgebung ist und die Achse in einer Umfangsrichtung einkreist, wobei der Reflexionsbereich und der Stablinsenhauptkörper zusammenwirken, um eine Lichtstrahllinie zu erzeugen, die sowohl aus dem reflektierten Licht als auch aus dem durchgelassenen Licht ausgebildet wird; und einen Abstützbereich, der den Laser, die Kollimatorlinse und die Stablinse abstützt bzw. hält.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 45, wobei der Reflexionsbereich einen Lichtseparationsbereich aufweist, der an zumindest einem Teil der Umfangsseitenfläche des Stablinsenhauptkörpers entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist, und der das Einfallicht in sowohl das durchgelassenes Licht als auch das reflektierte Licht einteilt.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 46, das ferner einen Halbspiegel aufweist, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; wobei die Stablinse folgendes aufweist: eine erste Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; und eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, wobei jede der ersten und zweiten Stablinsen den Lichtseparationsbereich aufweist, und wobei der Lichtseparationsbereich von jeder Stablinse in einem Bereich der Umfangsseitenfläche des entsprechenden Stablinsenhauptkörpers an seiner Seite ausgebildet ist, an welcher das entsprechende kollimierte Licht eintrifft, wobei der Bereich um die Achse mit einem Winkel von 2?max (Radian) definiert ist, der die folgenden beiden Ungleichungen erfüllt:
wobei der entsprechende Stablinsenhauptkörper einen Brechungsindex n aufweist, und wobei ein Verhältnis eines Umfangs eines Kreises zum Durchmesser des Kreises π ist.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 46, das ferner einen Halbspiegel aufweist, der das kollimierte Licht in ein reflektiertes kollimiertes Licht und ein durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; und wobei die Stablinse zumindest eine von den Stablinsen aufweist, die in einem optischen Weg des reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist, und eine andere Stablinse aufweist, die in dem optischen Weg des durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, wobei der Lichtseparationsbereich von jeder der zumindest einen Stablinse in einem Bereich der Umfangsseitenfläche des entsprechenden Stablinsenhauptkörpers an seiner Seite ausgebildet ist, an welcher das entsprechende kollimierte Licht eintrifft, wobei der Bereich um die Achse mit einem Winkel von 2?max (Radian) definiert wird, der die folgenden beiden Ungleichungen erfüllt:
wobei der Stablinsenhauptkörper einen Brechungsindex n aufweist, und ein Verhältnis eines Umfangs eines Kreises zu dem Durchmesser des Kreises π beträgt.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 46, wobei der Lichtseparationsbereich einen Lichtseparationsfilm aufweist, der über dem zumindest einen Teil der Umfangsseitenfläche in der Umfangsrichtung ausgebildet ist.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 45, wobei der Reflexionsbereich einen Lichtreflexionsbereich aufweist, der über einen Teil der Umfangsseitenfläche entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist und der einen Anteil des eintreffenden kollimierten Lichtes empfängt und reflektiert, wobei der Stablinsenhauptkörper einen Durchlassbereich aufweist, der den verbleibenden Anteil des eintreffenden Lichtes empfängt und überträgt.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 50, welches ferner einen Halbspiegel aufweist, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; wobei die Stablinse folgendes aufweist: eine erste Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; und eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, wobei zumindest zwei Lichtstrahllinien ausgebildet werden.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 50, welches ferner einen Halbspiegel aufweist, der das kollimierte Licht in ein reflektiertes kollimiertes Licht und ein durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt, wobei die Stablinse zumindest eine von einer Stablinse aufweist, die in einem optischen Weg des reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist, und eine andere Stablinse, die in einem optischen Weg des durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, wobei zumindest eine Lichtstrahllinie ausgebildet wird.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 45, wobei der Reflexionsbereich ein Reflexionsglied aufweist, welches in der Nähe des Stablinsenhauptkörpers angeordnet ist und welches ein reflektiertes Licht erzeugt, indem ein Anteil des eintreffenden kollimierten Lichtes empfangen und in Richtung des Stablinsenhauptkörpers reflektiert wird, und wobei der Stablinsenhauptkörper eine Lichtstrahllinie erzeugt, indem sowohl der verbleibende Anteil des eintreffenden kollimierten Lichtes als auch das reflektierte Licht übertragen wird.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 53, wobei sich das Reflexionsglied entlang der Achse des Stablinsenhauptkörpers erstreckt und einen zuvor festgelegten Winkel hinsichtlich der optischen Achse des eintreffenden kollimierten Lichtes ausbildet, wodurch das kollimierte Licht, das auf das Reflexionsglied eintrifft, in Richtung des Stablinsenhauptkörpers reflektiert wird.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 53, wobei das Reflexionsglied zwei Reflexionsflächen aufweist, wobei jede von ihnen in Kontakt mit der Umfangsseitenfläche des Stablinsenhauptkörpers steht und einen zuvor festgelegten Winkel mit der optischen Achse des kollimierten Lichtes ausbildet, wodurch der empfangende Anteil des kollimierten Lichtes in Richtung des Stablinsenhauptkörpers reflektiert wird, und wobei der Stablinsenhauptkörper sowohl den Anteil des mittels des Reflexionsgliedes reflektierten, kollimierten Lichtes als auch den, direkt auf den Stablinsenhauptkörper eintreffenden, verbleibenden Anteil des kollimierten Lichtes in eine Lichtstrahllinie umwandelt.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 55, wobei der zuvor festgelegte Winkel größer als etwa 0° und geringer als oder gleich etwa 30° ist.
Lasermarkierungsgerät gemäß Anspruch 53, wobei die Kollimatorlinse in Richtung der Stablinse das kollimierte Licht emittiert, welches in einem Querschnittsbereich im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse des kollimierten Lichtes einen Strahldurchmesser aufweist, wobei der Strahldurchmesser größer als ein Wert gleich null mal so groß wie der Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers und geringer als oder gleich einem anderen Wert in etwa gleich dreimal so groß wie der Durchmesser des Stablinsenhauptkörpers ist.
Lasermarkierungsgerät, welches folgendes aufweist: einen Laser, der einen Lichtstrahl emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von dem Laser emittierten Lichtstrahl in kollimiertes Licht umwandelt; einen ersten Halbspiegel, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; eine erste Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; einen zweiten Halbspiegel, der in einem optischen Weg des ersten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist und der das erste durchgelassene kollimierte Licht in ein zweites reflektiertes kollimiertes Licht und ein zweites durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; eine dritte Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist; und einen Abstützbereich, der den Laser, die Kollimatorlinse, den ersten und zweiten Halbspiegel und die erste, zweite und dritte Stablinse hält, wobei jede der ersten Stablinse, zweiten Stablinse und dritten Stablinse einen Stablinsenhauptkörper aufweist, der im Wesentlichen zylindrisch in der Formgebung ist mit einer Umfangsseitenfläche, die sich entlang einer entsprechenden Achse erstreckt und die durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein Anteil des entsprechenden kollimierten Lichtes übertragen wird, und wobei ein Lichtseparationsbereich an einem Bereich der Umfangsseitenfläche von zumindest einer der ersten, zweiten und dritten Stablinsen ausgebildet ist, wobei der Lichtseparationsbereich das entsprechende kollimierte Licht in ein durchgelassenes Licht und ein reflektiertes Licht einteilt, wodurch eine Lichtstrahllinie erzeugt wird, die aus dem durchgelassenen Licht und dem reflektierten Licht gemacht wird.
Lasermarkierungsgerät, welches folgendes aufweist: einen Laser, der einen Lichtstrahl emittiert; eine Kollimatorlinse, die den von dem Laser emittierten Lichtstrahl in kollimiertes Licht umwandelt; einen ersten Halbspiegel, der das kollimierte Licht in ein erstes reflektiertes kollimiertes Licht und ein erstes durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; eine erste Stablinse, die in einem optischen Weg des ersten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; einen zweiten Halbspiegel, der in einem optischen Weg des ersten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist, und der das erste durchgelassene kollimierte Licht in ein zweites reflektiertes kollimiertes Licht und ein zweites durchgelassenes kollimiertes Licht einteilt; eine zweite Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten reflektierten kollimierten Lichtes angeordnet ist; eine dritte Stablinse, die in einem optischen Weg des zweiten durchgelassenen kollimierten Lichtes angeordnet ist; und einen Abstützbereich, der den Laser, die Kollimatorlinse, den ersten und zweiten Halbspiegel und die erste, zweite und dritte Stablinse hält; wobei jede der ersten Stablinse, zweiten Stablinse und dritten Stablinse einen Stablinsenhauptkörper aufweist, der im Wesentlichen zylindrisch in der Formgebung mit einer Umfangsseitenfläche ist, die sich entlang einer entsprechenden Achse erstreckt und der durchgelassenes Licht erzeugt, indem zumindest ein Anteil des entsprechenden kollimierten Lichtes übertragen wird, und wobei ein Lichtreflexionsbereich über einen Teil der Umfangsseitenfläche von zumindest einer der ersten, zweiten und dritten Stablinsen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist, und der einen Anteil des eintreffenden kollimierten Lichtes empfängt und reflektiert, wobei der entsprechende Stablinsenhauptkörper einen Durchlassbereich aufweist, der den verbleibenden Anteil des eintreffenden Lichtes empfängt und überträgt.