JP2004302055A - Beam emitting angle correction optical unit and laser marking device furnished with the same - Google Patents

Beam emitting angle correction optical unit and laser marking device furnished with the same Download PDF

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JP2004302055A
JP2004302055A JP2003094117A JP2003094117A JP2004302055A JP 2004302055 A JP2004302055 A JP 2004302055A JP 2003094117 A JP2003094117 A JP 2003094117A JP 2003094117 A JP2003094117 A JP 2003094117A JP 2004302055 A JP2004302055 A JP 2004302055A
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Japan
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prism
wedge prism
wedge
light
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JP2003094117A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Nishimura
孝司 西村
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Koki Holdings Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Koki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angle correction correction optical unit in which the emission angle of a beam is simply and accurately corrected and to provide an inexpensive laser marking device which is furnished with the optical unit and emits a plurality of lines of light. <P>SOLUTION: The device has a first wedge prism which is composed of such a light transmissible body as glass or plastic, a means which holds the first wedge prism turnably around a predetermined axis, a second wedge prism composed of a light transmissive body arranged closely or in contact with the first wedge prism and a means holds the second wedge prism turnably around the predetermined axis independently of the first wedge prism, and the device is so composed that a beam made incident to the first wedge prism is emitted from the second wedge prism and the angle of the emitted beam is corrected by independently turning the first and the second wedge prisms by a desired angle. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビーム出射角度補正光学ユニット及びそれを搭載したレーザ墨出し装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】特開平9−159451号(図1及び図3)
家屋建築の際、特に工事の開始時には各種部材の取り付け基準位置の設定や部材加工の位置決め等に水準線を出す作業、すなわち墨出し作業が必須である。そこで建築現場では、レベル測量儀等の器具を用いてレベル出しを行い、対象となる構造物の壁に複数のマーク(墨)をつけ、それらをつないで墨出しラインを形成し工事基準としていた。
【0003】
しかし、この作業は最低でも2人で行う必要があり、非常に手間が掛かり、効率が悪いという問題があった。この問題を改善するために、最近ではライン光照射機能を有するレーザ墨出し装置を用いて効率良く墨出し作業を行うことが多くなった。レーザ墨出し装置は1人で墨出し作業を容易に行うことができるため、建築作業には欠かせない建築作業必須ツールとなりつつある。
【0004】
墨出しラインには床から壁、天井にかけて垂直線を描くいわゆる『たちライン』や2本の『たちライン』を同時に照射させることで天井に直角ラインを描く『大矩ライン(おおがねライン)』あるいは壁に水平線を描く『ろくライン』あるいはレーザ墨出し装置の直下の床上に集光したレーザビームを照射する『地墨』等いろいろなラインが存在する。
【0005】
レーザ墨出し装置を用いた墨出し作業の効率化を図るには、1台のレーザ墨出し装置で複数の墨出しラインが照射できることが望まれる。そこで最近では1台の装置で2ライン以上のライン照射が可能な装置が提案されている。
【0006】
1台のレーザ墨出し装置から複数ラインを照射するためには、複数個のレーザ光源を搭載する方式か、1個のレーザ光源から出射されたレーザ光を分割することにより複数ラインを得る方式が考えられる。
【0007】
レーザ墨出し装置から照射されるライン光は理想的な水平線及び理想的な垂直線に近いほど、ライン指示精度は良くなる。したがって、複数個のレーザ光源を用いる従来のレーザ墨出器では、ライン指示精度を出すために個々のレーザ光源付属の光学系について光学調整を行う必要がある。しかしながらこの組立調整にはかなりの手間がかかり、装置のコストも高くなると言う問題がある。
一方、1本のレーザ光を分割することにより複数のライン光を得る方式としては、例えば特開平9−159451号に開示されるように、レーザ出射方向に複数のハーフミラーを直列に積層した構造の出射光学系を用いる方式が知られている。しかし、この方式の場合、出射光の角度を調節するためにはハーフミラーの設置角度を微調整する必要があり,機構が複雑かつ部品点数が増えてしまう。ちなみに特開平9−159451号に示された方式では特にハーフミラーの角度調整機構は設けていないため、出射光の指示精度を高めることは困難である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような従来の課題を解決した簡易なビーム出射角度補正ユニット及びそれを搭載したレーザ墨出し装置を提供することにある。
具体的には、本発明はレーザビームの出射角度を簡便に補正することが可能であり、ハーフミラーによりレーザビームを複数本に分割した場合は、分割されたビームの各光路に配置することにより個々にレーザビームの出射角度を補正することができる光学ユニット及びそれを搭載したレーザ墨出し装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第1のウェッジプリズムと、該第1のウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段と、上記第1のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第2のウェッジプリズムと、該第2のウェッジプリズムを上記所定の軸を中心に上記第1ウェッジプリズムとは独立に回動可能に保持する手段とを有し、第1のウェッジプリズムに入射したビームを第2のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第1及び第2のウェッジプリズムを独立に所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことに一つの特徴がある。
【0010】
本発明の他の特徴は、上記第1及び第2のウェッジプリズムの一方を固定し、他方を所定の軸を中心に回動する手段を有し、第1のウェッジプリズムに入射したビームを第2のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第1又は第2のウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうように構成したことにある。
【0011】
本発明の他の特徴は、ガラス又はプラスチック等の光透過体からなるウェッジプリズムと、該ウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段を有し、上記ウェッジプリズムの頂角を挟む一方の面に光ビームを入射し、頂角を挟む他方の面から光ビームを出射するように構成すると共に、上記ウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうように構成したことにある。
本発明の他の特徴は、上記各プリズム回転軸とxyz座標系のz軸が平行となるように出射ビーム角度補正光学ユニットを配置し、入射ビームとz軸のなす角度γのyz平面への正射影をγ yz及びxz平面への正射影をγ xz、各プリズムの屈折率をn、各プリズム頂角をαとした時、−2≦γ yz/(n−1)α≦2−2≦γ xz/(n−1)α≦2を満たすようにプリズム頂角αを設定したにある。
【0012】
本発明の他の特徴は、上記ビーム出射角補正光学ユニットにおける出射ビームとz軸のなす角度βのyz平面への正射影をβyz及びxz平面への正射影をβxzとした時、
βyz=(n−1)α・(cosφ+cosφ)−γ yz
βxz=(n−1)α・(sinφ+sinφ)−γ xz
を満たすようにy軸に対する各プリズムの設置角度φ及びφを設定したことにある。
本発明の他の特徴及び効果は以下の実施形態の説明から更に明確に理解される。
【0013】
【発明の実施の形態】
(実施形態1)
図1は本発明にかかるビーム出射角度補正光学ユニットの一実施例を示す略図である。図において2Aはガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第1のウェッジプリズムであり、プリズムホルダ3Aに収容されている。この第1のウェッジプリズム2Aはレーザビームの入射側に配置される。プリズムホルダ3Aにはプリズム2Aの高さhのほぼ1/2の位置に設けられた回転軸(図示省略)を中心にして図のA−A’線の矢印の向きに回動可能に支持されている。
【0014】
一方、2Bはガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第2のウェッジプリズムであり、プリズムホルダ3Bに収容されている。この第2のウェッジプリズム2Bはレーザビームの出射側に配置される。プリズムホルダ3Bにもプリズム2Bの高さhのほぼ1/2の位置に設けられた回転軸(図示省略)を中心にして上記プリズムホルダ3Aとは独立に回動可能に支持されている。
【0015】
第1及び第2のウェッジプリズム2A及び2Bは互いに平行な平面を有し、この面を密着配置するビーム出射角度補正光学ユニット1が構成される。なお、本実施形態では第1及び第2のウェッジプリズム2A及び2Bの材質として屈折率1.5のガラス材BK7を用いた。
【0016】
次に本発明にかかるビーム出射角度補正ユニットの原理について説明する。図2は、図1における第1及び第2のウェッジプリズム2A及び2Bを近接又は定着配置して、所定のプリズム頂角αを有するプリズム2とした場合である。まずこの図2を用いてプリズム2の内部をビームが透過した時のふれ角について説明する。
【0017】
レーザ光源(図示省略)からのビームB1がプリズム2の入射面に、その面の法線と角度Iをもって入射するものとする。この入射光はプリズム2の内部で屈折してビームB2として進み、出射面の法線と角度Iの方向にビームB3として出射する。プリズム2の内部においてビームB2が入射面の法線となす角度をI、出射面の法線となす角度をIとする。
プリズムの屈折率をn、空気の屈折率を1とするとスネルの法則から
入射側では sinI=n・sinI´ (1)
出射側では n・sinI=sinI´ (2)
が成り立つ。
【0018】
ここでαが極めて小さい場合、(1)、(2)から
=n・I´ (3)
n・I=I´ (4)
となる。
次に入射ビームB1と出射ビームB3が互いになす角度を「ふれ角δ」と定義すると

Figure 2004302055
が得られる。すなわち、
ふれ角δ=(プリズムの屈折率−1)×(プリズム頂角) (6)
で表される。
【0019】
次に図3に示すように垂直面を有するプリズム2の垂直面がxy平面と平行になるようにプリズムが置かれた場合を考える。このプリズム2は回転軸AA´を中心として任意の角度φだけ回転できるものとする。ここで回転軸AA´はz軸と平行である。なお、初期状態ではプリズム2の回転角φは0°とする。
【0020】
今、プリズム斜面における法線のxz平面及びyz平面への正射影を考える。
【0021】
プリズム回転角をφ、プリズムの頂角をαとすると、
yz平面への法線の正射影の式は
y=tanα・cosφ・z
となるため、頂角の正射影は
tan (tanα・cosφ)≒α・cosφ となる。
したがって(6)式からyz面におけるふれ角δφyzは、
δφyz=(n−1)α・cosφ (7)が得られる。
【0022】
同様にxz平面への法線の正射影の式は
x=tanα・sinφ・z
であるため、頂角の正射影は
tan (tanα・sinφ)≒α・sinφ となる。
したがって(6)式からxz面におけるふれ角δφxz
δφxz=(n−1)α・sinφ (8) が得られる。
【0023】
また、図4に示すように頂角αとαの2種類のプリズム2A及び2Bを組合せたプリズムに入射角IでビームB1が入射し出射ビームB3が基準軸(ここではx軸)となす角度をβとすると図から明らかなように β=δ−I+α となる。入射ビームB1が基準軸となす角度をγとするとγ=I−αであるから
β=δ−(γ+α)+α
=δ−γ
が成立する。 すなわち
β=(組合せプリズムふれ角)−(基準軸と入射ビームがなす角度)(9)
で表される。
【0024】
一方、頂角αのプリズム2Aで得られるふれ角をδ 頂角αのプリズム2Bで得られるふれ角をδとすると、組合せプリズムにより得られるふれ角δは
δ=δ+δ (10) で与えられる。
【0025】
今、頂角が共にαである2個のプリズムを組合せた場合について考える。
入射ビーム側のプリズムをφ、出射ビーム側のプリズムをφだけ回転させた場合のふれ角のyz平面成分は(7)式から
δφ yz=(n−1)α・cosφ (11)
δφ yz=(n−1)α・cosφ (12)
となるので(10)式から組合せプリズムのふれ角δφyz
δφyz=(n−1)α・cosφ+(n−1)α・cosφ (13) となる。
同様にxz平面成分は(8)式から
δφ xz=(n−1)α・sinφ (14)
δφ 2x =(n−1)α・sinφ (15)
となるので(10)式から組合せプリズムのふれ角δφxz
δφxz=(n−1)α・sinφ+(n−1)α・sinφ (16) となる。
したがって出射ビームが基準軸(ここではz軸)となす角度βのyz平面成分は(13)式と(9)式より
Figure 2004302055
となる。
同様に出射ビームが基準軸(ここではz軸)となす角度βのxz平面成分は(16)式と(9)式より
βxz=(n−1)α・sinφ+(n−1)α・sinφ−γ xz
=(n−1)α・(sinφ+sinφ)−γ xz (18) となる。
基準軸に対して入射ビームがある角度をなす場合に出射ビームと基準軸がなす角度を0°となるように角度補正を行うためには(17)式及び(18)式において βyz=0 βxz=0とすればよい。
すなわち
cosφ+cosφ=γ yz/(n−1)α (19)
sinφ+sinφ=γ xz/(n−1)α (20)
が同時に成り立つ場合である。この時、φは0°〜360°まで取り得るため、
−2≦cosφ+cosφ≦2 であるから、
−2≦ γ yz/(n−1)α ≦2 となる。すなわち
−2(n−1)α≦γ yz≦2(n−1)α (21)となる。同様に
−2(n−1)α≦γ xz≦2(n−1)α (22)となる。
一般的にガラスあるいはプラスチック材の屈折率は1.45≦n≦1.90の範囲に存在しているが、実用的には1.5前後の材料を用いることが多い。そこで(21)式及び(22)式においてn=1.5を代入すると
−α≦γ yz≦α (23)
及び −α≦γ xz≦α (24) となる。
すなわちγ yz及びγ xzはプリズム頂角αより小さければ、完全に0°に補正可能となることが分かる。その時のプリズムの回転角度は(19)式及び(20)式から求めることができる。
本実施例ではプリズム材質として一般的な光学ガラスであるBK7(屈折率n=1.5)を用い、頂角αの大きさが1°であるプリズムを2個用いて出射ビームの角度補正を行った場合について具体的に説明する。
【0026】
今、入射ビームが基準軸となす角度γをそれぞれγ yz=0.05° γ xz=0.5°とし、これらの数値を(19)式及び(20)式に入れて計算すると
cosφ+cosφ=0.05/(1.5−1)・1
sinφ+sinφ=0.5/(1.5−1)・1
φ=24.46° φ=144.12° が得られる。
すなわち、入射ビームが基準軸となす角度がγ yz=0.05° γ xz=0.5°である時、入射側プリズムを24.46°出射側プリズムを144.12°回転させた位置に配置することにより出射ビームと基準軸がなす角度を0°に補正することが可能となる。
(実施形態2)
図7は本発明にかかる光学ユニットの第2の実施形態を示す。この光学ユニット1は図1と同様に第1のウェッジプリズム2Aと第2のウェッジプリズム2Bとが近接又は密着して配置されているが、第1のウェッジプリズム2Aを保持するホルダ3Aは固定配置され、第2のウェッジプリズム2Bを保持するホルダ3Bのみが軸A−A’を中心にして図の矢印の向きに回動できるように保持されている。
出射側のウェッジプリズム2Bのみを回転させて出射ビーム角度を補正する本実施形態の場合は、(17)式及び(18)式においてφ=0°とした場合に相当する。
すなわち、
βyz=(n−1)α・(1+cosφ)−γ yz (25)
βxz=(n−1)α・sinφ−γ xz (26) となる。
ここでβyz及びβxzが0°となる時、上式においてβyz=0 βxz=0とすると 1+cosφ=γ yz/(n−1)α
sinφ=γ xz/(n−1)α
φは0°〜360°まで取り得るため、
0≦γ yz/(n−1)α≦2
−1≦γ xz/(n−1)α≦1
すなわち
0≦γ yz≦2(n−1)α (27)
−(n−1)α≦γ xz≦(n−1)α (28) となる。
(27)式及び(28)式においてn=1.5を代入すると
0≦γ yz≦α (29)
−0.5α≦γ xz≦0.5α (30) となる。
すなわち2個のプリズム2A及び2Bのうち出射側プリズム2Bのみを回転させて出射ビーム角度を補正した場合、出射ビームB3のうちyz平面成分あるいはxz平面成分のいずれかを0°に補正することが可能である。この時、入射ビームB1が基準軸となす角度γとプリズム頂角の間には(29)式及び(30)式の関係を満たすことが必要となる。
【0027】
本実施例ではプリズム材質としてBK7(屈折率n=1.5)を用い、頂角αの大きさが1°であるプリズムを2個(2A及び2B)用いて、出射側プリズム2Bのみ回転させて出射ビーム(yz平面成分)の角度補正を行った場合について具体的に説明する。今、入射ビームB1が基準軸となす角度γをγ yz=0.05°とし、これらの数値を(25)式に入れて計算すると
0=(1.5−1)・1・(1+cosφ)−0.05
cosφ=154.16° が得られる。
すなわち、入射ビームB1が基準軸となす角度がγ yz=0.05°である時、出射側プリズム2Bを154.16°回転させた位置に配置することによりβyzを0°に補正することが可能となる。
(実施形態3)
図8は本発明にかかる光学ユニットの第3の実施形態を示すもので1個のウェッジプリズム2がホルダ3A及び3Bにより保持され、このプリズム2がA−A’軸を中心に回動できるように構成されている。
1個のプリズム2を用いて出射ビーム角度を補正する場合は(17)式において(n−1)α・cosφ=0
及び(18)式において(n−1)α・sinφ=0 とした場合に相当する。
すなわち、
βyz=(n−1)α・cosφ−γ yz (31)
βxz=(n−1)α・sinφ−γ xz (32) となる。
ここでβyz及びβxzが0°となる時、βyz=0 βxz=0とすると
cosφ=γ yz/(n−1)α
sinφ=γ xz/(n−1)α
φは0°〜360°まで取り得るため、
−1≦γ yz/(n−1)α≦1
−1≦γ xz/(n−1)α≦1
すなわち
−(n−1)α≦γ yz≦(n−1)α (33)
−(n−1)α≦γ xz≦(n−1)α (34) となる。
(33)式及び(34)式においてn=1.5を代入すると
−0.5α≦γ yz≦0.5α (35)
−0.5α≦γ xz≦0.5α (36) となる。
すなわち1個のプリズムのみ用いて出射ビーム角度を補正する場合、出射ビームB3のうちyz平面成分あるいはxz平面成分のいずれかを0°に補正することが可能である。この時、入射ビームB1が基準軸となす角度γとプリズム頂角の間には(35)式及び(36)式の関係を満たすことが必要となる。
【0028】
本実施例ではプリズム材質としてBK7(屈折率n=1.5)を用い、頂角αの大きさが1°であるプリズムを1個用いて、プリズムを回転させて出射ビーム(yz平面成分)の角度補正を行った場合について具体的に説明する。今、入射ビームが基準軸となす角度γをγ yz=0.05°とし、これらの数値を(31)式に入れて計算すると
0=(1.5−1)・1・cosφ−0.05
cosφ=84.26°が得られる。
すなわち、入射ビームが基準軸となす角度がγ yz=0.05°である時、プリズムを84.26°回転させた位置に配置することによりβyzを0°に補正することが可能となる。
(実施形態4)
本発明にかかるビーム出射角度補正光学ユニットをレーザ墨出し装置に実装した形態について説明する。図5に示すようにレーザ墨出し装置10は基本的にはライン光を発生させる光学系14と光学系を水平に保つための支持機構部15から構成されている。図6にライン光発生光学系14の一例の概略を示す。
【0029】
レーザ墨出し装置本体に対して水平方向に配置した半導体レーザ16から出射されたレーザビームはコリメータレンズ17によりビーム断面形状が円形であるコリメート光(平行光)B1に変換される。本実施形態ではコリメート光B1のビーム径は2mmになるように設定している。また、この光学系14にはビームスプリッター4が用いられており、入射光B1を3本の均一な強度の光に分岐している。すなわちこのビームスプリッター4はこの実施例ではガラス又はプラスチック等の光を透過する3個の部材を貼り合わせて構成され直方体形状をしている。第1の部材と第2の部材の貼り合わせ面には第1の光分離面41が形成されている。すなわちこの光分離面41で入射光が透過光と反射光に分離される。
【0030】
さらに第2の部材と第3の部材の貼り合わせ面には第2の光分離面42が形成されている。上記の反射光はビームスプリッター4の内部を進み、第2の光分離面42で更に反射光と透過光に分離されるので3本の分岐光を得ることができる。したがって各光線の光路上にロッドレンズ51、52、53を配置することで3本のライン光を得ることができる。
ここでビームスプリッター4は必ず加工誤差を持っているため、分岐光の出射角度には若干の誤差が含まれる。しかしレーザ墨出し装置の場合、ライン光の指示精度が厳しく規定されており、例えばライン光を照射し10m先で1mm以内の指示精度に押さえる必要がある。10mで1mmの精度に押さえるには、ビームスプリッター4の出射光が、理想的な水平線(x軸)となす角度を0.005°以内としなければならない。つまり各分岐光が理想ラインとなす角度が0.005°を超える場合、補正が必要となる。この実施例ではビームスプリッター4から出射した光線の各光路にビーム出射角度補正光学ユニット1a、1b、1cが配置されている。角度補正光学ユニット1a、1b、1cの後にロッドレンズ51、52、53を配置することにより発生するライン光の角度誤差を0とすることが可能となり、理想ラインと一致させることができる。
今、ビームスプリッター4から出射した光線の1つについて例を示す。ビーム出射角補正光学ユニット1aに入射するビームが基準軸とそれぞれ
γ yz=0.05° γ xz=0.5°の角度誤差を有している場合、これらの数値を(19)式及び(20)式に入れて計算すると
cosφ+cosφ=0.05/(1.5−1)・1
sinφ+sinφ=0.5/(1.5−1)・1
φ=24.46° φ=144.12° が得られる。
すなわち、ビーム出射角補正光学ユニット1aの入射側プリズムを24.46°出射側プリズムを144.12°回転させた位置に配置することにより出射ビームと基準軸がなす角度を0°に補正することが可能となる。同様にして残りの分岐光についてもビーム出射角補正光学ユニット1b及び1cを用いて角度補正を行うことができる。その結果、それぞれのロッドレンズ51、52、53を通して発生するライン光の角度誤差を0とすることが可能となり、理想ラインと一致させることができる。
【0031】
【発明の効果】
上述のように本発明によるビーム出射角度補正光学ユニットを用いれば、簡易な方法で,ビーム出射角度を補正することが可能となる。また、本発明によるビーム出射角度補正光学ユニットをレーザ墨出し装置の光学系に搭載することで非常に高い指示精度のライン光を容易に得ることができるため、低コストで複数本の高精度墨出し用レーザライン光を発生させることが可能となった。その結果、従来は非常に高価であった複数ライン光照射用レーザ墨出し装置を低価格で得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるビーム出射角度補正光学ユニットの第1の実施例を示す概略図。
【図2】本発明のビーム出射角度補正光学ユニットによる角度補正原理を示す図。
【図3】本発明のビーム出射角度補正光学ユニットのプリズム配置例を示す概略図。
【図4】組合せプリズムによるビーム偏角作用を示す図
【図5】本発明のビーム出射角度補正光学ユニット搭載のレーザ墨出し装置の概略図。
【図6】本発明のレーザ墨出し装置におけるライン光発生光学系の概略図。
【図7】本発明にかかるビーム出射角度補正光学ユニットの第2の実施例を示す概略図。
【図8】本発明にかかるビーム出射角度補正光学ユニットの第3の実施例を示す概略図。
【符号の説明】
1、1a、1b、1c:ビーム出射角度補正光学ユニット
2A、2B、2:ウェッジプリズム
3A、3B:プリズムホルダ
4:ビームスプリッター
10:レーザ墨出し装置
14:ライン光発生光学系
15:支持系
16:半導体レーザ
17:コリメートレンズ
41、42:光分離面
51、52、53:ロッドレンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a beam emission angle correcting optical unit and a laser marking device equipped with the same.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-159451 (FIGS. 1 and 3)
When building a house, especially at the start of construction, it is essential to perform a task of setting a reference position for mounting various members and setting a level line for the positioning of member processing, that is, a blackout operation. Therefore, at the construction site, leveling was performed using instruments such as a level surveyor, multiple marks (black) were attached to the walls of the target structure, and they were connected to form a blacking line, which was used as a construction standard. .
[0003]
However, this operation must be performed by at least two people, which is very time-consuming and inefficient. In order to solve this problem, recently, the ink marking operation has been often performed efficiently using a laser marking device having a line light irradiation function. Since a laser marking device can easily perform a marking operation by one person, the laser marking device is becoming an indispensable building work tool for building work.
[0004]
The so-called "Tachi-Line" which draws a vertical line from the floor to the wall and the ceiling and two "Tachi-Lines" are simultaneously illuminated to draw a right angle line on the ceiling. There are various lines, such as a "Roku line" that draws a horizontal line on a wall, and a "ground ink" that irradiates a focused laser beam on the floor directly below a laser marking device.
[0005]
In order to improve the efficiency of the blackout operation using a laser blackout device, it is desired that a single laser blackout device can irradiate a plurality of blackout lines. Therefore, recently, a device capable of irradiating two or more lines with one device has been proposed.
[0006]
In order to irradiate a plurality of lines from one laser marking device, a method of mounting a plurality of laser light sources or a method of obtaining a plurality of lines by dividing laser light emitted from one laser light source is used. Conceivable.
[0007]
The closer the line light emitted from the laser marking device is to the ideal horizontal line and the ideal vertical line, the better the line pointing accuracy. Therefore, in a conventional laser marking device using a plurality of laser light sources, it is necessary to perform optical adjustment on an optical system attached to each laser light source in order to obtain line pointing accuracy. However, there is a problem that this assembling adjustment takes a considerable amount of time and increases the cost of the apparatus.
On the other hand, as a method of obtaining a plurality of line lights by dividing one laser light, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-159451, a structure in which a plurality of half mirrors are stacked in series in a laser emission direction is disclosed. Are known. However, in the case of this method, it is necessary to finely adjust the installation angle of the half mirror in order to adjust the angle of the emitted light, so that the mechanism is complicated and the number of parts increases. Incidentally, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-159451, it is difficult to increase the pointing accuracy of the emitted light because no angle adjustment mechanism for the half mirror is provided.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a simple beam emission angle correction unit that solves such a conventional problem and a laser marking device equipped with the same.
Specifically, the present invention can easily correct the emission angle of the laser beam, and when the laser beam is divided into a plurality of beams by a half mirror, by arranging the laser beam in each optical path of the divided beam. An object of the present invention is to provide an optical unit capable of individually correcting the emission angle of a laser beam and a laser marking device equipped with the optical unit.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a first wedge prism made of a light transmitting body such as glass or plastic, and means for holding the first wedge prism so as to be rotatable about a predetermined axis. A second wedge prism made of a light transmitting body disposed close to or in close contact with the first wedge prism, and the second wedge prism being independent of the first wedge prism about the predetermined axis. Means for rotatably holding the beam, the beam incident on the first wedge prism is emitted from the second wedge prism, and the first and second wedge prisms are independently controlled. There is one feature in that the angle of the output beam is corrected by rotating the angle of.
[0010]
Another feature of the present invention is that it has a means for fixing one of the first and second wedge prisms and rotating the other about a predetermined axis, and the beam incident on the first wedge prism is converted to a first beam. The second wedge prism is configured to emit light, and the first or second wedge prism is rotated at a desired angle to correct the angle of the emitted beam.
[0011]
Another feature of the present invention is to have a wedge prism made of a light transmitting body such as glass or plastic, and a means for holding the wedge prism so as to be rotatable about a predetermined axis. A light beam is incident on one of the sandwiched surfaces, and the light beam is emitted from the other surface sandwiching the apex angle, and the angle of the emitted beam is corrected by rotating the wedge prism by a desired angle. It has been configured to.
Another feature of the present invention is that the output beam angle correction optical unit is arranged so that each of the prism rotation axes and the z-axis of the xyz coordinate system are parallel to each other, and the angle γ formed by the incident beam and the z-axis to the yz plane. orthogonal projection of gamma 1 xz of the orthogonal projection gamma to 1 yz and xz planes, when the refractive index of each prism n, was each prism apex angle α, -2 ≦ γ 1 yz / (n-1) α ≦ The prism apex angle α is set so as to satisfy 2-2 ≦ γ 1 xz / (n−1) α ≦ 2.
[0012]
Another feature of the present invention is that when the orthogonal projection of the angle β between the output beam and the z-axis in the beam emission angle correction optical unit on the yz plane is β yz and the orthogonal projection on the xz plane is β xz ,
β yz = (n−1) α · (cos φ 1 + cos φ 2 ) −γ 1 yz
β xz = (n−1) α · (sin φ 1 + sin φ 2 ) −γ 1 xz
There to the setting of the installation angle phi 1 and phi 2 of each prism with respect to the y-axis so as to satisfy.
Other features and advantages of the present invention will be more clearly understood from the following description of the embodiments.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a beam emission angle correcting optical unit according to the present invention. In the figure, reference numeral 2A denotes a first wedge prism made of a light transmitting body such as glass or plastic, and is housed in a prism holder 3A. The first wedge prism 2A is arranged on the laser beam incident side. The prism holder 3A is supported so as to be rotatable around a rotation axis (not shown) provided at a position approximately half the height h of the prism 2A in the direction of the arrow AA 'in FIG. ing.
[0014]
On the other hand, 2B is a second wedge prism made of a light transmitting body such as glass or plastic, and is housed in the prism holder 3B. The second wedge prism 2B is arranged on the laser beam emission side. The prism holder 3B is also supported so as to be rotatable independently of the prism holder 3A about a rotation axis (not shown) provided at a position approximately half the height h of the prism 2B.
[0015]
The first and second wedge prisms 2A and 2B have planes parallel to each other, and a beam emission angle correcting optical unit 1 in which the surfaces are closely arranged is configured. In this embodiment, a glass material BK7 having a refractive index of 1.5 is used as the material of the first and second wedge prisms 2A and 2B.
[0016]
Next, the principle of the beam emission angle correction unit according to the present invention will be described. FIG. 2 shows a case where the first and second wedge prisms 2A and 2B in FIG. 1 are arranged close to or fixedly to form a prism 2 having a predetermined prism apex angle α. First, a deflection angle when a beam passes through the inside of the prism 2 will be described with reference to FIG.
[0017]
Beam B1 from the laser light source (not shown) on the incident surface of the prism 2, it is assumed that incident with a normal to the angle I 1 of its faces. The incident light passes as a beam B2 is refracted inside the prism 2, is emitted in the direction of the normal line and the angle I 2 of the emission surface as a beam B3. The angle between the beam B2 and the normal to the entrance surface of the prism 2 is I 1 , and the angle between the beam B2 and the normal to the exit surface is I 2 .
Assuming that the refractive index of the prism is n and the refractive index of air is 1 , sinI 1 = n · sinI 1 ′ (1) on the incident side according to Snell's law.
On the output side, n · sinI 2 = sinI 2 ′ (2)
Holds.
[0018]
Here, when α is extremely small, I 1 = n · I 1 ′ (3) from (1) and (2).
n · I 2 = I 2 ′ (4)
It becomes.
Next, when the angle between the incident beam B1 and the output beam B3 is defined as “a deflection angle δ”,
Figure 2004302055
Is obtained. That is,
Deflection angle δ = (refractive index of prism-1) × (prism vertical angle) (6)
Is represented by
[0019]
Next, as shown in FIG. 3, consider a case where the prism 2 is placed such that the vertical plane of the prism 2 having the vertical plane is parallel to the xy plane. The prism 2 can be rotated by an arbitrary angle φ about the rotation axis AA ′. Here, the rotation axis AA 'is parallel to the z-axis. In the initial state, the rotation angle φ of the prism 2 is 0 °.
[0020]
Now, consider the orthogonal projection of the normal on the prism slope onto the xz plane and the yz plane.
[0021]
If the prism rotation angle is φ and the vertex angle of the prism is α,
The formula for the orthogonal projection of the normal onto the yz plane is y = tanα · cosφ · z
Therefore, the orthogonal projection of the apex angle is tan - 1 (tan α · cos φ) ≒ α · cos φ.
Therefore, from equation (6), the deflection angle δφyz on the yz plane is
δφyz = (n−1) α · cosφ (7) is obtained.
[0022]
Similarly, the equation of the orthogonal projection of the normal onto the xz plane is x = tanα · sinφ · z
Because it is, the orthogonal projection of the apex angle tan - a 1 (tanα · sinφ) ≒ α · sinφ.
Therefore, from equation (6), the deflection angle δφxz on the xz plane is δφxz = (n−1) α · sinφ (8).
[0023]
Also, two types of prisms 2A and 2B the beam B1 is incident at an incidence angle I 1 a prism which combines the outgoing beam B3 is the reference axis of the apex angle alpha 1 and alpha 2 as shown in FIG. 4 (where x-axis) Assuming that β is β, β = δ−I 1 + α 1 as is clear from the drawing. Since the incident beam B1 is the reference axis and forming the angle and γ γ = I 1 -α 1 β = δ- (γ + α 1) + α 1
= Δ-γ
Holds. That is, β = (combination prism deflection angle) − (angle between reference axis and incident beam) (9)
Is represented by
[0024]
On the other hand, when the deflection angle obtained by deflection angle obtained by the apex angle alpha 1 of the prism 2A at [delta] 1 apex angle alpha 2 of the prism 2B and [delta] 2, the deflection angle [delta] obtained by combining the prism δ = δ 1 + δ 2 (10) given by
[0025]
Now, consider a case where two prisms having both apex angles of α are combined.
Incident beam side of the prism phi 1, yz plane component of the deflection angle in the case where the outgoing beam side of the prism is rotated by phi 2 is (7) 1 from [delta] phi formula yz = (n-1) α · cosφ 1 ( 11)
δ φ 2 yz = (n- 1) α · cosφ 2 (12)
From equation (10), the deflection angle δφyz of the combination prism is δφyz = (n−1) α · cosφ 1 + (n−1) α · cosφ 2 (13)
Similarly, the xz plane component is expressed by δ φ 1 xz = (n−1) α · sin φ 1 (14) from Expression (8).
δ φ 2x z = (n−1) α · sin φ 2 (15)
From equation (10), the deflection angle δφxz of the combination prism is δφxz = (n−1) α · sinφ 1 + (n−1) α · sinφ 2 (16)
Therefore, the yz-plane component of the angle β formed by the output beam with respect to the reference axis (here, the z-axis) is obtained from the equations (13) and (9).
Figure 2004302055
It becomes.
Similarly, the xz plane component of the angle β formed by the output beam with respect to the reference axis (here, the z axis) is β xz = (n−1) α · sin φ 1 + (n−1) according to equations (16) and (9). α · sin φ 21 xz
= (N−1) α · (sinφ 1 + sinφ 2 ) −γ 1 xz (18)
In order to perform the angle correction so that the angle between the output beam and the reference axis becomes 0 ° when the incident beam forms an angle with the reference axis, β yz = 0 in the equations (17) and (18). β xz = 0.
That is, cos φ 1 + cos φ 2 = γ 1 yz / (n−1) α (19)
sin φ 1 + sin φ 2 = γ 1 xz / (n−1) α (20)
Are satisfied at the same time. At this time, φ can take from 0 ° to 360 °,
Since −2 ≦ cosφ 1 + cosφ 2 ≦ 2,
−2 ≦ γ 1 yz / (n−1) α ≦ 2. That is, -2 (n-1) α ≦ γ 1 yz ≦ 2 (n-1) α (21). Similarly, −2 (n−1) α ≦ γ 1 xz ≦ 2 (n−1) α (22).
Generally, the refractive index of glass or plastic material is in the range of 1.45 ≦ n ≦ 1.90, but practically a material of about 1.5 is often used. Therefore (21) and (22) -α ≦ γ 1 yz ≦ Substituting n = 1.5 in the formula alpha (23)
And −α ≦ γ 1 xz ≦ α (24).
That is, it can be seen that if γ 1 yz and γ 1 xz are smaller than the prism apex angle α, it is possible to completely correct the angle to 0 °. The rotation angle of the prism at that time can be obtained from Expressions (19) and (20).
In the present embodiment, BK7 (refractive index n = 1.5), which is general optical glass, is used as a prism material, and two prisms having a vertex angle α of 1 ° are used to correct the angle of the output beam. A specific description will be given of the case where the operation is performed.
[0026]
Now, the angles γ formed by the incident beam with respect to the reference axis are respectively γ 1 yz = 0.05 ° γ 1 xz = 0.5 °, and these numerical values are calculated in the expressions (19) and (20) to obtain cos φ. 1 + cosφ 2 = 0.05 / (1.5-1) · 1
sinφ 1 + sinφ 2 = 0.5 / (1.5-1) · 1
φ 1 = 24.46 ° φ 2 = 144.12 ° is obtained.
That is, when the angle between the incident beam and the reference axis is γ 1 yz = 0.05 ° γ 1 xz = 0.5 °, the incident-side prism is rotated by 24.46 ° and the output-side prism is rotated by 144.12 °. By arranging it at the position, the angle between the output beam and the reference axis can be corrected to 0 °.
(Embodiment 2)
FIG. 7 shows a second embodiment of the optical unit according to the present invention. In this optical unit 1, a first wedge prism 2A and a second wedge prism 2B are arranged close to or in close contact with each other as in FIG. 1, but a holder 3A holding the first wedge prism 2A is fixedly arranged. Only the holder 3B holding the second wedge prism 2B is held so as to be able to rotate about the axis AA 'in the direction of the arrow in the figure.
The case of this embodiment in which only the emission-side wedge prism 2B is rotated to correct the emission beam angle corresponds to the case where φ 1 = 0 ° in Expressions (17) and (18).
That is,
β yz = (n−1) α · (1 + cos φ 2 ) −γ 1 yz (25)
β xz = (n−1) α · sin φ 2 −γ 1 xz (26)
Here, when β yz and β xz become 0 °, if β yz = 0 β xz = 0 in the above equation, 1 + cos φ 2 = γ 1 yz / (n−1) α
sinφ 2 = γ 1 xz / (n−1) α
Since phi 2 is to be taken to 0 ° to 360 °,
0 ≦ γ 1 yz / (n−1) α ≦ 2
−1 ≦ γ 1 xz / (n−1) α ≦ 1
That is, 0 ≦ γ 1 yz ≦ 2 (n−1) α (27)
− (N−1) α ≦ γ 1 xz ≦ (n−1) α (28)
(27) and (28) Substituting n = 1.5 in the formula 0 ≦ γ 1 yz ≦ α ( 29)
−0.5α ≦ γ 1 xz ≦ 0.5α (30)
That is, when only the emission side prism 2B of the two prisms 2A and 2B is rotated to correct the output beam angle, either the yz plane component or the xz plane component of the output beam B3 may be corrected to 0 °. It is possible. At this time, it is necessary to satisfy the relations of the equations (29) and (30) between the angle γ formed by the incident beam B1 with the reference axis and the prism apex angle.
[0027]
In the present embodiment, BK7 (refractive index n = 1.5) is used as the prism material, and two prisms (2A and 2B) having an apex angle α of 1 ° are used, and only the exit-side prism 2B is rotated. A case in which the angle of the output beam (yz plane component) is corrected by using this method will be specifically described. Now, the angle γ formed by the incident beam B1 with respect to the reference axis is γ 1 yz = 0.05 °, and these values are calculated in the equation (25) to obtain 0 = (1.5−1) · 1 · (1 + cos φ). 2 ) -0.05
cos φ 2 = 154.16 ° is obtained.
That is, when the angle formed by the incident beam B1 and the reference axis is γ 1 yz = 0.05 °, β yz is corrected to 0 ° by disposing the exit-side prism 2B at a position rotated by 154.16 °. It becomes possible.
(Embodiment 3)
FIG. 8 shows a third embodiment of the optical unit according to the present invention, in which one wedge prism 2 is held by holders 3A and 3B, and this wedge prism 2 can rotate around the AA 'axis. Is configured.
When correcting the output beam angle using one prism 2, in equation (17), (n-1) α · cosφ 1 = 0
And (18) corresponds to the case where (n-1) α · sinφ 1 = 0.
That is,
β yz = (n−1) α · cos φ 2 −γ 1 yz (31)
β xz = (n−1) α · sin φ 2 −γ 1 xz (32)
Here, when β yz and β xz become 0 °, if β yz = 0 and β xz = 0, cos φ 2 = γ 1 yz / (n−1) α
sinφ 2 = γ 1 xz / (n−1) α
Since phi 2 is to be taken to 0 ° to 360 °,
−1 ≦ γ 1 yz / (n−1) α ≦ 1
−1 ≦ γ 1 xz / (n−1) α ≦ 1
That is, − (n−1) α ≦ γ 1 yz ≦ (n−1) α (33)
− (N−1) α ≦ γ 1 xz ≦ (n−1) α (34)
(33) and (34) Substituting n = 1.5 in the formula If -0.5α ≦ γ 1 yz ≦ 0.5α ( 35)
−0.5α ≦ γ 1 xz ≦ 0.5α (36)
That is, when correcting the output beam angle using only one prism, it is possible to correct either the yz plane component or the xz plane component of the output beam B3 to 0 °. At this time, it is necessary to satisfy the relations of the equations (35) and (36) between the angle γ formed by the incident beam B1 with the reference axis and the vertex angle of the prism.
[0028]
In the present embodiment, BK7 (refractive index n = 1.5) is used as a prism material, one prism having a vertex angle α of 1 ° is used, and the prism is rotated to output a beam (yz plane component). The case where the angle correction is performed will be specifically described. Now, the angle γ formed by the incident beam with respect to the reference axis is γ 1 yz = 0.05 °, and these numerical values are calculated in the equation (31) to obtain 0 = (1.5−1) · 1 · cos φ 2 − 0.05
cos φ 2 = 84.26 ° is obtained.
That is, when the angle between the incident beam and the reference axis is γ 1 yz = 0.05 °, β yz can be corrected to 0 ° by disposing the prism at a position rotated by 84.26 °. Become.
(Embodiment 4)
An embodiment in which the beam emission angle correcting optical unit according to the present invention is mounted on a laser marking device will be described. As shown in FIG. 5, the laser marking device 10 basically includes an optical system 14 for generating line light and a support mechanism 15 for keeping the optical system horizontal. FIG. 6 schematically shows an example of the line light generating optical system 14.
[0029]
A laser beam emitted from a semiconductor laser 16 arranged horizontally with respect to the laser marking device main body is converted by a collimator lens 17 into collimated light (parallel light) B1 having a circular beam cross-sectional shape. In the present embodiment, the beam diameter of the collimated light B1 is set to be 2 mm. Further, the beam splitter 4 is used in the optical system 14, and splits the incident light B1 into three lights of uniform intensity. That is, in this embodiment, the beam splitter 4 is formed by bonding three members such as glass or plastic which transmit light, and has a rectangular parallelepiped shape. A first light separation surface 41 is formed on a bonding surface of the first member and the second member. That is, the incident light is separated by the light separation surface 41 into transmitted light and reflected light.
[0030]
Further, a second light separation surface 42 is formed on a bonding surface of the second member and the third member. The reflected light travels inside the beam splitter 4 and is further separated into reflected light and transmitted light at the second light separation surface 42, so that three branched lights can be obtained. Therefore, three line lights can be obtained by arranging the rod lenses 51, 52, 53 on the optical path of each light beam.
Here, since the beam splitter 4 always has a processing error, the exit angle of the split light includes a slight error. However, in the case of a laser marking device, the pointing accuracy of the line light is strictly specified. For example, it is necessary to irradiate the line light and to keep the pointing accuracy within 1 mm within 10 m. In order to keep the accuracy of 1 mm at 10 m, the angle between the light emitted from the beam splitter 4 and the ideal horizontal line (x-axis) must be within 0.005 °. In other words, when the angle formed by each split light with the ideal line exceeds 0.005 °, correction is necessary. In this embodiment, beam emission angle correcting optical units 1a, 1b, and 1c are arranged on each optical path of the light beam emitted from the beam splitter 4. By arranging the rod lenses 51, 52, 53 after the angle correcting optical units 1a, 1b, 1c, the angle error of the line light generated can be set to 0, and can be matched with the ideal line.
Now, an example of one of the light beams emitted from the beam splitter 4 will be described. If the beam incident on the beam emission angle correcting optical unit 1a has an angular error of γ 1 yz = 0.05 ° and γ 1 xz = 0.5 ° with respect to the reference axis, these numerical values are expressed by the following equation (19). Cos φ 1 + cos φ 2 = 0.05 / (1.5-1) · 1
sinφ 1 + sinφ 2 = 0.5 / (1.5-1) · 1
φ 1 = 24.46 ° φ 2 = 144.12 ° is obtained.
That is, the angle formed by the output beam and the reference axis is corrected to 0 ° by arranging the incident-side prism of the beam output-angle correcting optical unit 1a at a position rotated by 24.46 ° and the output-side prism by 144.12 °. Becomes possible. Similarly, the angle of the remaining branched light can be corrected using the beam emission angle correction optical units 1b and 1c. As a result, the angle error of the line light generated through each of the rod lenses 51, 52, 53 can be set to 0, and can be matched with the ideal line.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, by using the beam emission angle correcting optical unit according to the present invention, the beam emission angle can be corrected by a simple method. Also, by mounting the beam emission angle correcting optical unit according to the present invention on the optical system of the laser marking device, it is possible to easily obtain line light with very high pointing accuracy. It has become possible to generate the outgoing laser line light. As a result, it has become possible to obtain a laser marking device for irradiating a plurality of lines at a low cost, which was conventionally very expensive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a beam emission angle correcting optical unit according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the principle of angle correction by the beam emission angle correction optical unit of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a prism arrangement of the beam emission angle correcting optical unit of the present invention.
FIG. 4 is a view showing a beam deflection effect by a combination prism. FIG. 5 is a schematic view of a laser marking device equipped with a beam emission angle correcting optical unit of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram of a line light generating optical system in the laser marking device of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view showing a second embodiment of the beam emission angle correcting optical unit according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic view showing a third embodiment of the beam emission angle correcting optical unit according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b, 1c: beam emission angle correcting optical units 2A, 2B, 2: wedge prisms 3A, 3B: prism holder 4, beam splitter 10, laser marking device 14, line light generating optical system 15, support system 16. : Semiconductor laser 17: Collimating lenses 41 and 42: Light separating surfaces 51, 52 and 53: Rod lenses

Claims (14)

ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第1のウェッジプリズムと、該第1のウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段と、上記第1のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第2のウェッジプリズムと、該第2のウェッジプリズムを上記所定の軸を中心に上記第1ウェッジプリズムとは独立に回動可能に保持する手段とを有し、第1のウェッジプリズムに入射したビームを第2のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第1及び第2のウェッジプリズムを独立に所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。A first wedge prism made of a light transmitting body such as glass or plastic; a means for holding the first wedge prism so as to be rotatable about a predetermined axis; And a means for holding the second wedge prism rotatably about the predetermined axis independently of the first wedge prism. , The beam incident on the first wedge prism is emitted from the second wedge prism, and the angle of the emitted beam is corrected by independently rotating the first and second wedge prisms by a desired angle. And a beam emission angle correcting optical unit. ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第1のウェッジプリズムと、該第1のウェッジプリズムを保持するための第1のホルダと、上記第1のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第2のウェッジプリズムと、該第2のウェッジプリズムを保持する第2のホルダと、上記第1及び第2のウェッジプリズムの一方を固定し、他方を所定の軸を中心に回動する手段を有し、第1のウェッジプリズムに入射したビームを第2のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第1又は第2のウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。A first wedge prism made of a light transmitting body such as glass or plastic, a first holder for holding the first wedge prism, and light arranged close to or in close contact with the first wedge prism A second wedge prism made of a transmitting body, a second holder for holding the second wedge prism, and one of the first and second wedge prisms are fixed, and the other is rotated about a predetermined axis. Moving means for moving the beam incident on the first wedge prism from the second wedge prism and emitting the beam by rotating the first or second wedge prism by a desired angle. A beam emission angle correction optical unit for correcting a beam angle. ガラス又はプラスチック等の光透過体からなるウェッジプリズムと、該ウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段を有し、上記ウェッジプリズムの頂角を挟む一方の面に光ビームを入射し、頂角を挟む他方の面から光ビームを出射するように構成すると共に、上記ウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。It has a wedge prism made of a light transmitting body such as glass or plastic, and means for holding the wedge prism rotatably about a predetermined axis. Beam emission angle correction, wherein the light beam is emitted from the other surface sandwiching the apex angle and the angle of the emission beam is corrected by rotating the wedge prism by a desired angle. Optical unit. 請求項1又は2において、第1のウェッジプリズムの頂角と第2のウェッジプリズムの頂角が等しいことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。3. The beam emission angle correcting optical unit according to claim 1, wherein the vertex angle of the first wedge prism is equal to the vertex angle of the second wedge prism. 請求項1又は2において、第1のウェッジプリズムの頂角と第2のウェッジプリズムの頂角が異なることを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。3. The beam emission angle correcting optical unit according to claim 1, wherein a vertex angle of the first wedge prism and a vertex angle of the second wedge prism are different. 請求項1において上記第1及び第2のプリズム回転軸とxyz座標系のz軸が平行となるように出射ビーム角度補正光学ユニットを配置し、入射ビームとz軸のなす角度γのyz平面への正射影をγ yz及びxz平面への正射影をγ xz、各プリズムの屈折率をn、各プリズム頂角をαとした時、−2≦γ yz/(n−1)α≦2 −2≦γ xz/(n−1)α≦2を満たすように各プリズム頂角αを設定したことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。2. The output beam angle correcting optical unit according to claim 1, wherein the rotation axis of the first and second prisms and the z-axis of the xyz coordinate system are arranged in parallel, and the angle γ formed by the incident beam and the z-axis is shifted to the yz plane. when the orthogonal projection of the gamma 1 orthogonal projection of the gamma 1 xz to yz and xz plane, the refractive index of each prism is n, each prism apex angle alpha of, -2 ≦ γ 1 yz / ( n-1) α ≦ 2 -2 ≦ γ 1 xz / (n-1) beams output angle correcting optical unit, characterized in that setting each prism apex angle alpha so as to satisfy the alpha ≦ 2. 請求項6において上記ビーム出射角補正光学ユニットにおける出射ビームとz軸のなす角度βのyz平面への正射影をβyz及びxz平面への正射影をβxzとした時、βyz=(n−1)α・(cosφ+cosφ)−γ yz
βxz=(n−1)α・(sinφ+sinφ)−γ xz
を満たすようにy軸に対する各プリズムの設置角度φ及びφを設定したことを特徴とするビーム出射角度補正光学ユニット。
In claim 6, when the orthogonal projection of the angle β between the output beam and the z-axis in the beam emission angle correcting optical unit on the yz plane is β yz and the orthogonal projection on the xz plane is β zz , β yz = (n -1) α · (cos φ 1 + cos φ 2 ) -γ 1 yz
β xz = (n−1) α · (sin φ 1 + sin φ 2 ) −γ 1 xz
Beam emission angle correction optical unit is characterized in that setting the installation angle phi 1 and phi 2 of each prism with respect to the y-axis so as to satisfy.
半導体レーザよりなる光源と、該光源から出射した光をコリメート光に変換する光学素子と、コリメート光の出射角度を微調整するビーム出射角度補正用光学ユニットと、出射角度が補正されたコリメート光からライン光を発生する光学系を備えたレーザ墨出し装置であって、上記ビーム出射角度補正用光学ユニットは、ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第1のウェッジプリズムと、該第1のウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段と、上記第1のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第2のウェッジプリズムと、該第2のウェッジプリズムを上記所定の軸を中心に上記第1ウェッジプリズムとは独立に回動可能に保持する手段とを有し、第1のウェッジプリズムに入射したビームを第2のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第1及び第2のウェッジプリズムを独立に所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とする墨出し装置。A light source composed of a semiconductor laser, an optical element for converting light emitted from the light source to collimated light, an optical unit for beam emission angle correction for finely adjusting the emission angle of the collimated light, and a collimated light having an emission angle corrected A laser marking device having an optical system for generating line light, wherein the beam emission angle correcting optical unit includes a first wedge prism made of a light transmitting body such as glass or plastic, and the first wedge. Means for holding the prism so as to be rotatable about a predetermined axis, a second wedge prism made of a light transmitting body disposed close to or in close contact with the first wedge prism, and the second wedge prism Means for rotating the first wedge prism about the predetermined axis independently of the first wedge prism. Wherein the beam is emitted from the second wedge prism, and the angle of the emitted beam is corrected by independently rotating the first and second wedge prisms by a desired angle. apparatus. 半導体レーザよりなる光源と、該光源から出射した光をコリメート光に変換する光学素子と、コリメート光の出射角度を微調整するビーム出射角度補正用光学ユニットと、出射角度が補正されたコリメート光からライン光を発生する光学系を備えたレーザ墨出し装置であって、上記ビーム出射角度補正用光学ユニットは、ガラス又はプラスチック等の光透過体からなる第1のウェッジプリズムと、該第1のウェッジプリズムを保持するための第1のホルダと、上記第1のウェッジプリズムと近接又は密着して配置される光透過体からなる第2のウェッジプリズムと、該第2のウェッジプリズムを保持する第2のホルダと、上記第1及び第2のウェッジプリズムの一方を固定し、他方を所定の軸を中心に回動する手段を有し、第1のウェッジプリズムに入射したビームを第2のウェッジプリズムから出射するように構成すると共に、上記第1又は第2のウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とするレーザ墨出し装置。A light source composed of a semiconductor laser, an optical element for converting light emitted from the light source to collimated light, an optical unit for beam emission angle correction for finely adjusting the emission angle of the collimated light, and a collimated light having an emission angle corrected A laser marking device having an optical system for generating line light, wherein the beam emission angle correcting optical unit includes a first wedge prism made of a light transmitting body such as glass or plastic, and the first wedge. A first holder for holding the prism, a second wedge prism made of a light transmitting body disposed close to or in close contact with the first wedge prism, and a second holder for holding the second wedge prism And a means for fixing one of the first and second wedge prisms and rotating the other about a predetermined axis. A beam incident on the beam is emitted from the second wedge prism, and the angle of the emitted beam is corrected by rotating the first or second wedge prism by a desired angle. Laser marking device. 半導体レーザよりなる光源と、該光源から出射した光をコリメート光に変換する光学素子と、コリメート光の出射角度を微調整するビーム出射角度補正用光学ユニットと、出射角度が補正されたコリメート光からライン光を発生する光学系を備えたレーザ墨出し装置であって、上記ビーム出射角度補正用光学ユニットは、ガラス又はプラスチック等の光透過体からなるウェッジプリズムと、該ウェッジプリズムを所定の軸を中心に回動可能に保持する手段を有し、上記ウェッジプリズムの頂角を挟む一方の面に光ビームを入射し、頂角を挟む他方の面から光ビームを出射するように構成すると共に、上記ウェッジプリズムを所望の角度回動することにより出射ビームの角度補正を行なうことを特徴とするレーザ墨出し装置。A light source composed of a semiconductor laser, an optical element for converting light emitted from the light source to collimated light, an optical unit for beam emission angle correction for finely adjusting the emission angle of the collimated light, and a collimated light having an emission angle corrected A laser marking device including an optical system that generates line light, wherein the beam emission angle correcting optical unit includes a wedge prism made of a light transmitting body such as glass or plastic, and the wedge prism having a predetermined axis. Having means for rotatably holding at the center, the light beam is incident on one surface sandwiching the apex angle of the wedge prism, and the light beam is emitted from the other surface sandwiching the apex angle, A laser marking device which performs angle correction of an output beam by rotating the wedge prism at a desired angle. 請求項8において、第1及び第2のプリズム回転軸とxyz座標系のz軸が平行となるように出射ビーム角度補正光学ユニットを配置し、入射ビームとz軸のなす角度γのyz平面への正射影をγ yz及びxz平面への正射影をγ xz、各プリズムの屈折率をn、各プリズム頂角をαとした時、−2≦γ yz/(n−1)α≦2 −2≦γ xz/(n−1)α≦2を満たすように各プリズム頂角αを設定したことを特徴とするレーザ墨出し装置。9. The output beam angle correcting optical unit according to claim 8, wherein the first and second prism rotation axes and the z-axis of the xyz coordinate system are arranged in parallel, and the angle γ formed by the incident beam and the z-axis is changed to a yz plane. when the orthogonal projection of the gamma 1 orthogonal projection of the gamma 1 xz to yz and xz plane, the refractive index of each prism is n, each prism apex angle alpha of, -2 ≦ γ 1 yz / ( n-1) α ≦ 2 -2 ≦ γ 1 xz / (n-1) laser marking apparatus characterized by setting the alpha each prism apex angle so as to satisfy the alpha ≦ 2. 請求項11において、ビーム出射角補正光学ユニットにおける出射ビームとz軸のなす角度βのyz平面への正射影をβyz及びxz平面への正射影をβxzとした時、βyz=(n−1)α・(cosφ+cosφ)−γ yz
βxz=(n−1)α・(sinφ+sinφ)−γ xz
を満たすようにy軸に対する各プリズムの設置角度φ及びφを設定したことを特徴とするレーザ墨出し装置。
In claim 11, when the orthogonal projection of the angle β between the output beam and the z-axis in the beam emission angle correcting optical unit on the yz plane is β yz and the orthogonal projection on the xz plane is β xz , β yz = (n -1) α · (cos φ 1 + cos φ 2 ) -γ 1 yz
β xz = (n−1) α · (sin φ 1 + sin φ 2 ) −γ 1 xz
Laser marking apparatus characterized by setting the installation angle phi 1 and phi 2 of each prism with respect to the y-axis so as to satisfy.
請求項8において、ビーム出射角度補正光学ユニットへの入射ビームとz軸のなす角度γのyz平面への正射影をγ yz及びxz平面への正射影をγ xz各プリズムの屈折率をn、各プリズム頂角をαとした時、
−1≦γ yz/(n−1)α≦1 −1≦γ xz/(n−1)α≦1
を満たす各プリズム頂角αを有することを特徴とするレーザ墨出し装置。
In claim 8, the orthogonal projection of the angle γ between the incident beam to the beam exit angle correction optical unit and the z-axis on the yz plane and the orthogonal projection on the γ 1 yz and xz planes is defined as the refractive index of each prism γ 1 xz n, when the apex angle of each prism is α,
−1 ≦ γ 1 yz / (n−1) α ≦ 1 −1 ≦ γ 1 xz / (n−1) α ≦ 1
A laser marking device having a prism apex angle α satisfying the following.
請求項13において、ビーム出射角補正光学ユニットからの出射ビームとz軸のなす角度βのyz平面への正射影をβyz及びxz平面への正射影をβxzとした時、
βyz=(n−1)α・cosφ−γ yz
βxz=(n−1)α・sinφ−γ xz
を満たすようにy軸に対する各プリズムの設置角度φを設定したことを特徴とするレーザ墨出し装置。
In claim 13, when the orthogonal projection of the angle β between the output beam from the beam emission angle correction optical unit and the z-axis on the yz plane is β yz and the orthogonal projection on the xz plane is β xz ,
β yz = (n−1) α · cos φ−γ 1 yz
β xz = (n−1) α · sin φ−γ 1 xz
A laser marking device characterized in that the installation angle φ of each prism with respect to the y-axis is set so as to satisfy the following.
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CN112859361A (en) * 2021-02-22 2021-05-28 广州立景创新科技有限公司 Imaging correction unit and imaging module

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006121547A1 (en) * 2005-05-10 2006-11-16 Trimble Navigation Limited Method and apparatus for optical correction of a laser beam
US7196784B2 (en) 2005-05-10 2007-03-27 Trimble Navigation Limited Method and apparatus for optical correction of a laser beam
US7440090B2 (en) 2005-05-10 2008-10-21 Trimble Navigation Limited Optical correction of a laser beam
CN112859361A (en) * 2021-02-22 2021-05-28 广州立景创新科技有限公司 Imaging correction unit and imaging module

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