用于分束激光的棱镜设备

摘要

本发明公开了一种用于分束激光的棱镜设备，包括对激光进行分束的棱镜组件，棱镜组件由多个紧密贴合的棱镜构成，并且具有多个反射面和半透射半反射面以将入射激光顺第一分束通道、第二分束通道、第三分束通道、第四分束通道和第五分束通道沿第一出射方向至第五出射方向进行分束，半透射半反射面敷设有用于通过调整透射光和反射光的分光比以调整各分束光能量的分束膜。本发明的用于分束激光的棱镜设备，通过处理分光比实现根据需要调整光束能量，并且使得出射光斑形状大小基本一致。

说明书

技术领域

本发明涉及光学设备工程领域，尤其涉及一种用于分束激光的棱 镜设备。

背景技术

现有技术中，例如美国专利US7609449US6005716US6563646，无 法对透射、反射时的分光比进行处理，透射、反射发出的光束能量无 法改变，在进行建筑、装修时，通常向下射出的光束的能量可以小一 些，现有技术由于无法改变光束能量会造成浪费。另外，由于分束光 与原始光束的差异，射出后的分束光都是取了原始光束的不同部分， 出射光斑会有较大差异（尤其是远距离），也造成光束能量浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于分束激光的棱镜设 备，通过处理分光比实现根据需要调整光束能量，并且使得出射光斑 形状大小基本一致。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于分束激光的棱镜 设备，包括对激光进行分束的棱镜组件，所述棱镜组件由多个紧密贴 合的棱镜构成，并且具有多个反射面和半透射半反射面以将入射激光 顺第一分束通道、第二分束通道、第三分束通道、第四分束通道和第 五分束通道进行分束，其中：

入射激光顺所述第一分束通道分束后沿第一出射方向射出，所述 第一出射方向与入射激光的入射方向相同；

入射激光顺所述第二分束通道分束后沿第二出射方向射出，所述 第二出射方向与所述第一出射方向垂直；

入射激光顺所述第三分束通道分束后沿第三出射方向射出，所述 第三出射方向与所述第一出射方向垂直并与所述第二出射方向相反且 共线；

入射激光顺所述第四分束通道分束后沿第四出射方向射出，所述 第四出射方向与所述第一出射方向和第二出射方向均垂直；

入射激光顺所述第五分束通道分束后沿第五出射方向射出，所述 第五出射方向与所述第一出射方向和第二出射方向均垂直并与所述第 四出射方向相反且共线；

所述半透射半反射面敷设有用于通过调整透射光和反射光的分光 比以调整各分束光能量的分束膜。

作为优选，所述棱镜组件构造为将一束入射激光顺所述第一至第 五分束通道进行分束，其具有均以45度角接受光束入射的第一半透射 半反射面、第二半透射半反射面、第三半透射半反射面、第四半透射 半反射面，以及均以45度角接受光束入射的第一反射面组、第二反射 面组和第三反射面组，其中：

所述入射激光顺所述第一分束通道分束的路径为所述入射激光分 别透射所述第一半透射半反射面和第二半透射半反射面并通过所述第 一反射面组反射后沿所述第一出射方向射出；

所述入射激光顺所述第二分束通道分束的路径为所述入射激光入 射所述第一半透射半反射面经其反射并通过所述第二反射面组反射后 沿所述第二出射方向射出；

所述入射激光顺所述第三分束通道分束的路径为所述入射激光透 射所述第一半透射半反射面后入射到所述第二半透射半反射面上，经 所述第二半透射半反射面反射，再分别透射所述第三半透射半反射面 和第四半透射半反射面后沿所述第三出射方向射出；

所述入射激光顺所述第四分束通道分束的路径为所述入射激光透 射所述第一半透射半反射面并入射到所述第二半透射半反射面上，经 所述第二半透射半反射面反射后入射到所述第三半透射半反射面上， 再经所述第三半透射半反射面反射并通过所述第三反射面组反射后沿 所述第四出射方向射出；

所述入射激光顺所述第五分束通道分束的路径为所述入射激光透 射所述第一半透射半反射面并经所述第二半透射半反射面反射，并透 射所述第三半透射半反射面后入射到所述第四半透射半反射面上，再 经所述第四半透射半反射面反射后沿所述第五出射方向射出。

作为优选，所述棱镜组件构造为将三束入射激光顺所述第一至第 五分束通道进行分束，其具有均以45度角接受光束入射的第五半透射 半反射面和第六半透射半反射面，以及均以45度角接受光束入射的第 四反射面组、第五反射面组、第六反射面组和第七反射面组，其中：

第一束入射激光顺所述第一分束通道分束的路径为该入射激光分 别透射所述第五半透射半反射面和第六半透射半反射面并通过所述第 四反射面组反射后沿所述第一出射方向射出；

第一束入射激光顺所述第二分束通道分束的路径为该入射激光入 射所述第一半透射半反射面经其反射并通过所述第五反射面组反射后 沿所述第二出射方向射出；

第一束入射激光顺所述第三分束通道分束的路径为该入射激光透 射所述第一半透射半反射面后入射到所述第二半透射半反射面上，经 所述第二半透射半反射面反射沿所述第三出射方向射出；

第二束入射激光顺所述第四分束通道分束的路径为该入射激光入 射到所述第六反射面组后经其反射沿所述第四出射方向射出；

第三束入射激光顺所述第五分束通道分束的路径为该入射激光入 射到所述第七反射面组后经其反射沿所述第五出射方向射出。

作为优选，所述第一半透射半反射面、第二半透射半反射面、第 三半透射半反射面和/或第四半透射半反射面敷设有所述分束膜。

作为优选，所述分束膜包括铬膜、硫化锌膜、二氧化钛膜或者银 灰色热反射膜。

与现有技术相比，本发明的用于分束激光的棱镜设备的有益效果 在于：

1.通过在半透射半反射面上涂覆特种材料来处理分光比，可以根 据需要调整光束能量，避免造成光束能量浪费；

2.通过设置均以45度角接受光束入射的第一半透射半反射面、第 二半透射半反射面、第三半透射半反射面、第四半透射半反射面，以 及均以45度角接受光束入射的第一反射面组、第二反射面组和第三反 射面组对一束入射激光进行分束，使得分束光与原始光束大小相同， 出射光斑形状大小基本一致。

附图说明

图1为本发明的实施例的用于分束激光的棱镜设备的分束光原理 示意图；

图2为本发明的实施例一的用于分束激光的棱镜设备的整体结构 正面示意图；

图3为图2中棱镜组件的左侧视图；

图4为图2的俯视图；

图5为本发明的实施例二的用于分束激光的棱镜设备的整体结构 正面示意图；

图6为图5中棱镜组件的左侧视图；

图7为图5中聚光元件的左侧视图；

图8为图5的俯视图；

图9为本发明的实施例三的用于分束激光的棱镜设备的整体结构 正面示意图；

图10为图9中棱镜组件的左侧视图；

图11为图9中聚光元件的左侧视图；

图12为图9的俯视图。

主要附图标记说明

1-半透射半反射面           2-反射面

11-第一半透射半反射面      12-第二半透射半反射面

13-第三半透射半反射面      14-第四半透射半反射面

15-第五半透射半反射面      16-第六半透射半反射面

21-第一反射面组            22-第二反射面组

23-第三反射面组            24-第四反射面组

25-第五反射面组            26-第六反射面组

27-第七反射面组            100-棱镜组件

200、300-聚光元件          201、301-聚光孔

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例的用于分束激光的 棱镜设备作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

图1为本发明的实施例的用于分束激光的棱镜设备的分束光原理 示意图。如图1所示，本发明的实施例的用于分束激光的棱镜设备， 包括对激光进行分束的棱镜组件100，棱镜组件100由多个紧密贴合的 棱镜构成，并且具有多个反射面和半透射半反射面以将入射激光顺第 一分束通道、第二分束通道、第三分束通道、第四分束通道和第五分 束通道进行分束，其中，入射激光顺第一分束通道分束后沿第一出射 方向射出，第一出射方向与入射激光的入射方向相同；入射激光顺第 二分束通道分束后沿第二出射方向射出，第二出射方向与第一出射方 向垂直；入射激光顺第三分束通道分束后沿第三出射方向射出，第三 出射方向与第一出射方向垂直并与第二出射方向相反且共线；入射激 光顺第四分束通道分束后沿第四出射方向射出，第四出射方向与第一 出射方向和第二出射方向均垂直；入射激光顺第五分束通道分束后沿 第五出射方向射出，第五出射方向与第一出射方向和第二出射方向均 垂直并与第四出射方向相反且共线。半透射半反射面敷设有用于通过 调整透射光和反射光的分光比以调整各分束光能量的分束膜。本发明 的用于分束激光的棱镜设备对入射激光分束，分别第一出射方向至第 五出射方向5束分束光，能够满足三维空间的常规光路需求。分束膜 的结构可以参照相关标准《JB/T8226.7-1999光学零件镀膜分束膜》 进行设置。入射激光照射在半透射半反射面1上时会形成部分反射和 部分透射，这种反射和透射是可以通过在半透射面半反射面1上涂覆 分束膜来处理分光比，以在实际光学工程中根据需要调整光束能量。

为了详细阐述本发明的用于分束激光的棱镜设备的结构和原理， 以下通过具体实施例进行进一步说明。可以想见的是，能够达到上述 有益效果的其他任何以现有技术手段构建的光学设备都属于本发明的 保护范围。

实施例一

图2为本发明的实施例一的用于分束激光的棱镜设备的整体结构 正面示意图；图3为图2中棱镜组件100的左侧视图；图4为图2的 俯视图。如图2至图4中所示，本发明的实施例一的用于分束激光的 棱镜设备的棱镜组件100构造为将一束入射激光顺第一至第五分束通 道进行分束，其具有均以45度角接受光束入射的第一半透射半反射面 11、第二半透射半反射面12、第三半透射半反射面13、第四半透射半 反射面14，以及均以45度角接受光束入射的第一反射面组21、第二 反射面组22和第三反射面组23，其中：

入射激光顺第一分束通道分束的路径为入射激光分别透射第一半 透射半反射面11和第二半透射半反射面12并通过第二反射面组22反 射后沿第一出射方向L1射出；

入射激光顺第二分束通道分束的路径为入射激光入射第一半透射 半反射面11经其反射并通过第一反射面组21反射后沿第二出射方向 L2射出；

入射激光顺第三分束通道分束的路径为入射激光透射第一半透射 半反射面11后入射到第二半透射半反射面12上，经第二半透射半反 射面12反射，再分别透射第三半透射半反射面13和第四半透射半反 射面14后沿第三出射方向L3射出；

入射激光顺第四分束通道分束的路径为入射激光透射第一半透射 半反射面11并入射到第二半透射半反射面12上，经第二半透射半反 射面12反射后入射到第三半透射半反射面13上，再经第三半透射半 反射面13反射并通过第三反射面组23反射后沿第四出射方向L4射出；

入射激光顺第五分束通道分束的路径为入射激光透射第一半透射 半反射面11并经第二半透射半反射面12反射，并透射第三半透射半 反射面13后入射到第四半透射半反射面14上，再经第四半透射半反 射面14反射后沿第五出射方向L5射出。

可以想见，通过任何现有技术中的光学元件技术手段结合几何学 原理，可以达到本实施例中相对应的分束光共线的要求。本实施例中， 由一束入射激光通过透射及反射产生第一至第五出射方向的5分束光， 各分束光与原始光束大小相同，出射光斑形状大小基本一致，对分束 光能量的调整达到最优化的程度，从而最大程度地避免造成光束能量 浪费。

实施例二

图5为本发明的实施例二的用于分束激光的棱镜设备的整体结构 正面示意图；图6为图5中棱镜组件100的左侧视图；图7为图5中 聚光元件的左侧视图；图8为图5的俯视图。如图5至图8中所示， 本发明的实施例一的用于分束激光的棱镜设备的棱镜组件100构造为 将三束入射激光顺第一至第五分束通道进行分束，其具有均以45度角 接受光束入射的第五半透射半反射面15和第六半透射半反射面16，以 及均以45度角接受光束入射的第四反射面组24、第五反射面组25、 第六反射面组26和第七反射面组27，其中：

第一束入射激光顺第一分束通道分束的路径为该入射激光分别透 射第五半透射半反射面15和第六半透射半反射面16并通过第四反射 面组24反射后沿第一出射方向L1射出；

第一束入射激光顺第二分束通道分束的路径为该入射激光入射第 五半透射半反射面15经其反射并通过第五反射面组25反射后沿第二 出射方向L2射出；

第一束入射激光顺第三分束通道分束的路径为该入射激光透射第 五半透射半反射面15后入射到第六半透射半反射面16上，经第六半 透射半反射面16反射沿第三出射方向L3射出；

第二束入射激光顺第四分束通道分束的路径为该入射激光入射到 第六反射面组26后经其反射沿第四出射方向L4射出；

第三束入射激光顺第五分束通道分束的路径为该入射激光入射到 第七反射面组27后经其反射沿第五出射方向L5射出。

具体结合图5至图8中所示：

1、从激光器发出的入射激光B经过聚光元件200的聚光孔201分 为三束光B1、B2、B3。

2、光束B1、B2各自经过第七反射面组27和第六反射面组26反 射后，分别形成为与光束B垂直的两束分束光B1’、B2’，分束光B1’、 B2’在同一条直线上。

3、B3是光束B经过聚光元件200会聚后的光束。B3入射后在第 五半透射半反射面15分成反射光B4和透射光B5。

4、反射光B4经过第五反射面组25多次反射后射出形成为与光束 B、B1’、B2’垂直的分束光B3’。

5、透射光B5入射到第六半透射半反射面16分成反射光B6和透 射光B7，反射光B6射出棱镜组件后形成为与光束B、与B1’、B2’垂 直、与B3’在一条直线上的分束光B4’。

6、透射光B7经过第四反射面组24多次反射后射出，形成为与光 束B平行、与光束B1’、B2’、B3’、B4’垂直的分束光B5’。

可以想见，通过任何现有技术中的光学元件技术手段结合几何学 原理，可以达到本实施例中相对应的分束光共线的要求。棱镜组件100 由各个具有半透射半反射面和反射面的棱镜通过胶合成为一个整体。 各分束光B1’、B2’、B3’、B4’和B5’由入射激光B产生。其中：B1’、 B2’通过反射产生；B3’、B4、’B5’通过透射及反射产生。

实施例三

图9为本发明的实施例三的用于分束激光的棱镜设备的整体结构 正面示意图；图10为图9中棱镜组件100的左侧视图；图11为图9 中聚光元件的左侧视图；图12为图9的俯视图。如图9至图12所示， 本发明的实施例三的用于分束激光的棱镜设备与上述实施例二是相同 的，区别在于本实施例三采用的是两个激光器作为入射激光的光源。

具体结合图9至图12说明本实施例三的分束过程：

1、从一个激光器发出的入射激光B经过聚光元件300的聚光孔301 分为二束光B1、B2。

2、光束B1、B2各自经过第七反射面组27和第六反射面组26反 射后，分别形成为与光束B垂直的L4和L5方向上的两束分束光B1’ 和B2’，分束光B1’、B2’在同一条直线上。

3、从另一个激光器发出的入射激光B3入射后在第五半透射半反 射面15分成反射光B4和透射光B5。

4、反射光B4经过第五反射面组25多次反射后射出形成为L2方 向上的与光束B、B1’、B2’垂直的分束光B3’。

5、透射光B5入射在第六半透射半反射面16分成反射光B6和透 射光B7。

6、反射光B6射出棱镜组件后，形成为L3方向上的与光束B、B1’、 B2’垂直，并与B3’在一条直线上的分束光B4’。

7、透射光B7经过第四反射面组24的多次反射后射出，形成为L1 方向上的与光束B平行、与光束B1’、B2’、B3’、B4’垂直的分束光 B5’。

可以想见，通过任何现有技术中的光学元件技术手段结合几何学 原理，可以达到本实施例中相对应的分束光共线的要求。棱镜组件100 由各个具有半透射半反射面和反射面的棱镜通过胶合成为一个整体。 各分束光B1’、B2’、B3’、B4’和B5’由两个激光器的入射激光产生。 其中：一束光通过反射产生分束光B1’和B2’；另一束光通过透射及 反射产生分束光B3’、B4’和B5’。

作为一种改进，本发明的用于分束激光的棱镜设备的分束膜根据 镀膜材料包括金属分束膜和介质分束膜两种，这两种分束膜各具特点， 在实际工程应用中可以根据不同的使用要求和工艺水平采用不同的类 型。分束膜包括铬膜、硫化锌膜、二氧化钛膜或者银灰色热反射膜， 即工程应用中的铬（粉状）、硫化锌(ZnS)、二氧化钛(TIO2)、银灰色 热发射膜合金等。

本发明的用于分束激光的棱镜设备的有益效果在于：

1.通过在半透射半反射面上涂覆特种材料来处理分光比，可以根 据需要调整光束能量，避免造成光束能量浪费；

2.通过设置均以45度角接受光束入射的第一半透射半反射面、第 二半透射半反射面、第三半透射半反射面、第四半透射半反射面，以 及均以45度角接受光束入射的第一反射面组、第二反射面组和第三反 射面组对一束入射激光进行分束，使得分束光与原始光束大小相同， 出射光斑形状大小基本一致。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本 发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的 实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或 等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。