專(zhuān)利名稱(chēng)：一種三維分光組合五棱鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分光光學(xué)棱鏡，尤其涉及一種三維分光組合五棱鏡。
背景技術(shù)：
激光投線儀是目前在建筑、裝飾及各類(lèi)工程安裝行業(yè)廣泛使用的一種激光儀器， 其功能主要是利用線束激光對(duì)三維空間進(jìn)行水平和垂直定位、標(biāo)識(shí)。目前的激光投線儀通常由八只激光模組組成，其激光模組是用柱面透鏡將激光束 改變成扇面分布，投射為線狀激光。用四只激光模組在水平空間對(duì)接為一個(gè)360°的投射激 光線。另外四只激光模組分為兩組，每組用兩只激光模組在垂直空間對(duì)接為一個(gè)小于360° 的投射激光線。兩組所形成的激光面相互垂直，從而達(dá)到在三維空間利用激光線進(jìn)行投線 標(biāo)識(shí)的功能。這一三維投線功能可以用三個(gè)錐面反射鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以，錐反式激光投線儀所 使用的激光模組由八只減少到三只，不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，而且降低了成本。利用錐鏡反射達(dá)到360°投射激光線技術(shù)的這種錐反式激光投線儀，其關(guān)鍵是要 在三維方向上形成三束激光，其光軸相互垂直。其光軸相互垂直的垂直度精度越高，對(duì)投線 精度是一個(gè)基礎(chǔ)保證。在實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用中，用三只激光模組作光源來(lái)達(dá)到三維方向上形成 高精度的三束光軸相互垂直的激光，其缺點(diǎn)一是調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，儀器體積較大，二是 機(jī)械調(diào)節(jié)是難以保證其高精度，不利于產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。比較理想的是通過(guò)光學(xué)分光的方法， 將激光光束分解為光軸相互垂直的三維方向的三束激光。通過(guò)光學(xué)加工保證其垂直精度， 不僅可以將三只激光模組降為一只激光模組作光源，進(jìn)一步降低成本，而且簡(jiǎn)化調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)， 縮小儀器體積，進(jìn)一步推進(jìn)錐鏡反射式激光投線儀達(dá)到產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種三維分光組合五棱 鏡，以解決錐鏡反射式激光投線儀的三維分光問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了同一坐標(biāo)原點(diǎn)的三維分光。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種三維分光組合五棱鏡，其特殊之處 在于所述三維分光組合五棱鏡包括主棱鏡、直角等腰棱鏡、上直角棱鏡以及側(cè)直角楔鏡； 所述直角等腰棱鏡、主棱鏡以及上直角棱鏡依次設(shè)置于同一光軸上；所述側(cè)直角楔鏡設(shè)置 于上直角棱鏡的反射光路上；所述直角等腰棱鏡設(shè)置于側(cè)直角楔鏡的反射光路上。上述直角等腰棱鏡包括側(cè)直角面、下直角面以及直角等腰棱鏡斜面；所述下直角 面設(shè)置于入射光路上；所述斜面設(shè)置有分光鍍膜，所述入射光路經(jīng)直角等腰棱鏡斜面后分 為第一反射光以及第一透射光；所述第一反射光經(jīng)側(cè)直角面發(fā)射輸出；所述主棱鏡和上直 角棱鏡依次設(shè)置于經(jīng)直角等腰棱鏡的第一透射光的光路上。上述上直角棱鏡包括上直角面以及上直角棱鏡斜面；所述上直角棱鏡斜面設(shè)置有 分光鍍膜；所述上直角棱鏡斜面設(shè)置于經(jīng)直角等腰棱鏡斜面透射后的第一透射光的光路 上，所述第一透射光經(jīng)上直角棱鏡斜面后分為第二反射光以及第二透射光；所述第二透射 光經(jīng)上直角面透射輸出；所述側(cè)直角楔鏡設(shè)置于經(jīng)上直角棱鏡斜面反射后的第二反射光的光路上。上述側(cè)直角楔鏡包括長(zhǎng)直角面，所述長(zhǎng)直角面設(shè)置有全反射膜；所述長(zhǎng)直角面設(shè) 置于第二反射光的光路上；所述第二反射光經(jīng)長(zhǎng)直角面全反射后形成第三反射光；所述直 角等腰棱鏡斜面設(shè)置于側(cè)直角楔鏡經(jīng)長(zhǎng)直角面全反射后所形成的第三反射光的光路上。上述上直角棱鏡斜面和側(cè)直角楔鏡的長(zhǎng)直角面的空間位置的條件是以所述上直 角棱鏡斜面所反射形成的第二反射光路不與所述直角等腰棱鏡斜面相干涉。上述入射光是光學(xué)準(zhǔn)直激光。上述準(zhǔn)直激光是半導(dǎo)體、氦氖或(X)2激光。上述主棱鏡、直角等腰棱鏡、上直角棱鏡以及側(cè)直角楔鏡的材料是光學(xué)玻璃或光 學(xué)塑料。上述的第一反射光、第二透射光、第三反射光通過(guò)三維坐標(biāo)原點(diǎn)，分別沿Y軸、Z 軸、X軸方向輸出。上述的側(cè)直角楔鏡是對(duì)直角棱鏡進(jìn)行切除或是異型側(cè)直角楔鏡取代。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明一種三維分光組合五棱鏡其特點(diǎn)是一束準(zhǔn)直激光通過(guò)兩 次分光可形成三維方向的三束準(zhǔn)直激光，并通過(guò)光學(xué)加工保證其分光精度，不僅有利于批 量化生產(chǎn)，而且為錐鏡反射式激光投線儀產(chǎn)業(yè)化提供了基礎(chǔ)。


圖1是本發(fā)明三維分光組合五棱鏡光路原理圖。圖2是本發(fā)明三維分光組合五棱鏡組合1示意圖。圖3是本發(fā)明三維分光組合五棱鏡1示意圖。圖4是本發(fā)明三維分光組合五棱鏡組合2示意圖。圖5是本發(fā)明三維分光組合五棱鏡2示意圖。圖6是本發(fā)明異型側(cè)直角楔鏡示意圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本發(fā)明一種三維分光組合五棱鏡，其光路是輸入激光1沿Z軸方向輸入， 通過(guò)分光鍍膜面8，分出一束反射光2沿Y軸方向輸出，反射光2輸入激光1總能量約1/3 ； 分光鍍膜面8的另一束透射光3繼續(xù)沿Z軸方向輸出，其占輸入激光1總能量約2/3。或分 光鍍膜面8旋轉(zhuǎn)90°，其反射光4沿-Y方向輸出。分光鍍膜面8的透射光3通過(guò)分光鍍膜 面9，分出反射光6和透射光7，各占透射光3光能量的約1/2。透射光7沿Z軸方向輸出； 反射光6通過(guò)全反光面10產(chǎn)生反射光5，反射光5輸出通過(guò)分光鍍膜面8的反射光2和透 射光3光軸交點(diǎn)11且沿X軸方向輸出。其中反射光6不與分光鍍膜面8相干涉；光軸交點(diǎn) 11是三維輸出光Y軸反射光2 (或-Y軸反射光4)、X軸反射光5、Z軸透射光7的三維坐標(biāo) 原點(diǎn)0。參見(jiàn)圖2、圖3，是本發(fā)明所提供的較佳的實(shí)施例示意圖。其代表著一種三維分光 組合五棱鏡是由主棱鏡14、直角等腰棱鏡15、上直角棱鏡12和側(cè)直角楔鏡18組合而成，直 角等腰棱鏡15設(shè)置于主棱鏡14下方，也就是主棱鏡14設(shè)置于直角等腰棱鏡15的透射光 路上；上直角棱鏡12設(shè)置于主棱鏡14的出射光路上；側(cè)直角棱鏡18設(shè)置于主棱鏡14的一
4側(cè)(左側(cè)或右鍘)，也就是設(shè)置于上直角棱鏡12的反射光路上。其中，直角等腰棱鏡15的 側(cè)直角面16設(shè)置于主棱鏡14的前側(cè)，直角等腰棱鏡15下直角面17設(shè)置于輸入激光1的 光路上，直角等腰棱鏡15的斜面是分光鍍膜面8或者在直角等腰棱鏡15的斜面設(shè)置有分 光鍍膜8，在輸入激光1經(jīng)過(guò)該分光鍍膜面8時(shí)，將輸入激光1分為第一反射光路2以及第 一透射光路3，第一反射光線2沿Y軸正方向射出，第一透射光路3直接經(jīng)過(guò)主棱鏡14出 射；其分光量第一反射光2約為輸入激光總能量的1/3，第一透射光3約為輸入激光總能量 的2/3。上直角棱鏡12設(shè)置于直角等腰棱鏡15的第一透射光3光路上，上直角棱鏡12的 斜面是分光鍍膜面9 ；或者在上直角棱鏡12上直接設(shè)置有分光鍍膜面9，上直角棱鏡12將 直角等腰棱鏡15的第一透射光3分為第二反射光6以及第二透射光7，其分光量第二反射 光6約為第一透射光路3能量的1/2，也就是輸入激光總能量的1/3 ；第二透射光7約為第 一透射光路3能量的1/2，也就是輸入激光總能量的1/3 ；上直角棱鏡12的第二透射光7沿 Z軸方向輸出。側(cè)直角楔鏡18的長(zhǎng)直角面為全反射面10或在側(cè)直角楔鏡18的長(zhǎng)直角面設(shè) 置有全反射面10，二者的效果是一樣的，側(cè)直角楔鏡18的長(zhǎng)直角面設(shè)置于上直角棱鏡12的 第二反射光6的光路上；側(cè)直角楔鏡18的全反射光5通過(guò)直角等腰棱鏡15的第一反射光 2和第一透射光3的分光原點(diǎn)11，并沿X軸方向輸出。上直角棱鏡12的分光鍍膜面9和側(cè) 直角楔鏡18的長(zhǎng)直角反射面10在空間位置設(shè)置以上直角棱鏡12的第二反射光6不與直 角等腰棱鏡15的分光鍍膜面8相干涉為條件。參見(jiàn)圖4、圖5，是本發(fā)明所提供的另一種較佳的實(shí)施例。本發(fā)明一種三維分光組 合五棱鏡是由主棱鏡14、直角等腰棱鏡15、上直角棱鏡12和側(cè)直角楔鏡18組合而成，直角 等腰棱鏡15設(shè)置于主棱鏡14下方，也就是主棱鏡14設(shè)置于直角等腰棱鏡15的透射光路 上；上直角棱鏡12設(shè)置于主棱鏡14的出射光路上；側(cè)直角棱鏡18設(shè)置于主棱鏡14的一 側(cè)(左側(cè)或右鍘)，也就是設(shè)置于上直角棱鏡12的反射光路上。其中，直角等腰棱鏡15的 側(cè)直角面16設(shè)置于主棱鏡14的后側(cè)，。直角等腰棱鏡15下直角面17設(shè)置于輸入激光1 的光路上，直角等腰棱鏡15的斜面是分光鍍膜面8或者在直角等腰棱鏡15的斜面設(shè)置有 分光鍍膜8，在輸入激光1經(jīng)過(guò)該分光鍍膜面8時(shí)，將輸入激光1分為第一反射光路2以及 第一透射光路3，第一反射光線2沿-Y軸正方向射出，第一透射光路3直接經(jīng)過(guò)主棱鏡14 出射；其分光量第一反射光2約為輸入激光總能量的1/3，第一透射光3約為輸入激光總能 量的2/3。上直角棱鏡12設(shè)置于直角等腰棱鏡15的第一透射光3光路上，上直角棱鏡12 的斜面是分光鍍膜面9，或者在上直角棱鏡12上直接設(shè)置有分光鍍膜面9，將直角等腰棱鏡 15的第一透射光3分為第二反射光6和第二透射光7，其分光量第二反射光6約為第一透 射光路3能量的1/2，也就是輸入激光總能量的1/3 ；第二透射光7約為第一透射光路3能 量的1/2，也就是輸入激光總能量的1/3 ；上直角棱鏡12的第二透射光7沿Z軸方向輸出。 側(cè)直角楔鏡18的長(zhǎng)直角面為全反射面10，或在側(cè)直角楔鏡18的長(zhǎng)直角面設(shè)置有全反射面 10，二者的效果是一樣的，側(cè)直角楔鏡18的長(zhǎng)直角面設(shè)置于上直角棱鏡12的第二反射光6 的光路上；側(cè)直角楔鏡18的全反射光5通過(guò)直角等腰棱鏡15的第一反射光2和第一透射 光3的分光原點(diǎn)11，并沿X軸方向輸出。上直角棱鏡12的分光鍍膜面9和側(cè)直角楔鏡18 的長(zhǎng)直角反射面10在空間位置設(shè)置以上直角棱鏡12的第二反射光6不與直角等腰棱鏡15 的分光鍍膜面8相干涉為條件。直角等腰棱鏡15分光鍍膜面8與下直角面17之間夾角為45°。上直角棱鏡12分
5光鍍膜面9與其短直角面13的外夾角α，和直角楔鏡18的長(zhǎng)直角反射面10與直角等腰棱 鏡15的下直角面17之間的夾角β相等，S卩α = β。其角度取值范圍為100° 130°。 組合五棱鏡21的設(shè)計(jì)是以直角等腰棱鏡15的長(zhǎng)、寬、高為基礎(chǔ)尺寸，確定其他結(jié)構(gòu)尺寸要 素。直角等腰棱鏡15的長(zhǎng)、寬、高為同一數(shù)值，其數(shù)值范圍在Imm-lOOmm。主棱鏡14、直角等腰棱鏡15、上直角棱鏡12和側(cè)直角楔鏡18其材料均為光學(xué)玻 璃，也可以是光學(xué)塑料。輸入激光1為準(zhǔn)直激光，輸入激光1為半導(dǎo)體、氦氖、C02等各類(lèi)激光，其波長(zhǎng)為 200-780NM可見(jiàn)激光或780NM以上的紅外激光。參見(jiàn)圖6，本發(fā)明一種三維分光組合五棱鏡，其側(cè)直角楔鏡18，可以切去部分直角 面，以異型側(cè)直角楔鏡22取代，以節(jié)省空間。
權(quán)利要求
1.一種三維分光組合五棱鏡，其特征在于所述三維分光組合五棱鏡包括主棱鏡、直 角等腰棱鏡、上直角棱鏡以及側(cè)直角楔鏡；所述直角等腰棱鏡、主棱鏡以及上直角棱鏡依次 設(shè)置于同一光軸上；所述側(cè)直角楔鏡設(shè)置于上直角棱鏡的反射光路上；所述直角等腰棱鏡 設(shè)置于側(cè)直角楔鏡的反射光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維分光組合五棱鏡，其特征在于所述直角等腰棱鏡包括 側(cè)直角面、下直角面以及直角等腰棱鏡斜面；所述下直角面設(shè)置于入射光路上；所述斜面 設(shè)置有分光鍍膜，所述入射光路經(jīng)直角等腰棱鏡斜面后分為第一反射光以及第一透射光； 所述第一反射光經(jīng)側(cè)直角面發(fā)射輸出；所述主棱鏡和上直角棱鏡依次設(shè)置于經(jīng)直角等腰棱 鏡的第一透射光的光路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維分光組合五棱鏡，其特征在于所述上直角棱鏡包括上 直角面以及上直角棱鏡斜面；所述上直角棱鏡斜面設(shè)置有分光鍍膜；所述上直角棱鏡斜面 設(shè)置于經(jīng)直角等腰棱鏡斜面透射后的第一透射光的光路上，所述第一透射光經(jīng)上直角棱鏡 斜面后分為第二反射光以及第二透射光；所述第二透射光經(jīng)上直角面透射出去；所述側(cè)直 角楔鏡設(shè)置于經(jīng)上直角棱鏡斜面反射后的第二反射光的光路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維分光組合五棱鏡，其特征在于所述側(cè)直角楔鏡包括長(zhǎng) 直角面，所述長(zhǎng)直角面設(shè)置有全反射膜；所述長(zhǎng)直角面設(shè)置于第二反射光的光路上；所述 第二反射光經(jīng)長(zhǎng)直角面全反射后形成第三反射光；所述直角等腰棱鏡斜面設(shè)置于經(jīng)長(zhǎng)直角 面全反射后所形成的第三反射光的光路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維分光組合五棱鏡，其特征在于所述上直角棱鏡斜面和 側(cè)直角楔鏡的長(zhǎng)直角面的空間位置的條件是以所述上直角棱鏡斜面所反射形成的第二反 射光的光路不與所述直角等腰棱鏡斜面相干涉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維分光組合五棱鏡，其特征在于所述的第一反射光、第二 透射光、第三反射光通過(guò)三維坐標(biāo)原點(diǎn)，分別沿Y軸、Z軸、X軸方向輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的三維分光組合五棱鏡，其特征在于所述入射光是 光學(xué)準(zhǔn)直激光。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維分光組合五棱鏡，其特征在于所述準(zhǔn)直激光是半導(dǎo)體、 氦氖或CO2激光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所說(shuō)的三維分光組合五棱鏡，其特征在于所述 主棱鏡、直角等腰棱鏡、上直角棱鏡以及側(cè)直角楔鏡的材料是光學(xué)玻璃或光學(xué)塑料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維分光組合五棱鏡，其特征在于所述的側(cè)直角楔鏡是對(duì) 直角棱鏡進(jìn)行切除或是異型側(cè)直角楔鏡取代。
全文摘要
本發(fā)明涉及三維分光組合五棱鏡，該三維分光組合五棱鏡包括主棱鏡、直角等腰棱鏡、上直角棱鏡以及側(cè)直角楔鏡；直角等腰棱鏡、主棱鏡以及上直角棱鏡依次設(shè)置于同一光軸上；側(cè)直角楔鏡設(shè)置于上直角棱鏡的反射光路上；直角等腰棱鏡設(shè)置于側(cè)直角楔鏡的反射光路上。本發(fā)明提供了一種三維分光組合五棱鏡，以解決錐鏡反射式激光投線儀的三維分光問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了同一坐標(biāo)原點(diǎn)的三維分光。
文檔編號(hào)G02B27/10GK102096195SQ20101060154
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者盧長(zhǎng)信, 孫建華, 楊英姿 申請(qǐng)人:西安華科光電有限公司