專利名稱：激光光線出射裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及具備遮斷激光光源發出激光光線的返回光的結構的激光光線出射裝置。
背景技術：
已知發出激光光線的激光光源若存在返回光則輸出降低，利用激光光線的測量裝置中具有遮斷返回光的構成。
圖7表示具有遮斷返回光的作用的傳統激光光線出射裝置的光學系統的概略。
圖7中，1表示半導體激光器，2表示會聚透鏡，3表示在光束截面的2個方向上收斂角不同的2個楔形棱鏡4a、4b構成的變形棱鏡。透射該變形棱鏡3的激光光線5沿出射光軸6出射，該出射光軸6上設置使P偏振光透射的偏振片7、1/4波片(復折射光學元件)8。另外，9是使上述激光光線5反射的光學部件，例如反射棱鏡。
上述半導體激光器1出射的上述激光光線5是例如P偏振的直線偏振光，該激光光線5的光束截面為橢圓形。通過上述會聚透鏡2成為平行光束的上述激光光線5，被上述變形棱鏡3的2個楔形棱鏡4a、4b光束整形，上述激光光線5的光束截面在短軸方向上擴大而成為圓形。
透射上述變形棱鏡3、光束成為圓形狀的激光光線5，透射上述偏振片7，由上述1/4波片8變換成圓偏振光后照射。
上述光學部件9反射的圓偏振的反射激光光線5’通過透射上述1/4波片8，偏振狀態變換成直線偏振，且變換后的直線偏振的上述反射激光光線5’相對于出射的上述激光光線5，偏振方向相差90°，成為S偏振光。上述偏振片7配置成使P偏振光透過，因而由于該偏振片7，S偏振的上述反射激光光線5’被遮斷，不到達上述半導體激光器1。
上述傳統的激光光線出射裝置中，通過上述出射光軸6上設置的上述偏振片7和上述1/4波片8的組合來遮斷上述反射激光光線5’的返回，因此必須在上述出射光軸6上設置上述偏振片7。因而，光線系統的構成復雜，同時上述偏振片7的設置導致在該偏振片7的兩面產生反射，造成激光光線的損失。
發明內容
本發明的目的是不必另外設置偏振片就可遮斷返回光，簡化激光光線出射裝置的構成。
為了達成上述目的，本發明的激光光線出射裝置，具備發出激光光線的激光光源、來自該激光光源的激光光線透射的波長選擇膜以及該波長選擇膜的出射側的光軸上配置的復折射光學元件，上述波長選擇膜傾斜成使上述激光光線的入射角在45°～80°的范圍。另外，本發明的激光光線出射裝置中，上述激光光線出射裝置具備變形棱鏡，上述波長選擇膜在構成上述變形棱鏡的楔形棱鏡的一面上形成。另外，本發明的激光光線出射裝置中，在相對于上述變形棱鏡的入射激光光線傾斜45°～80°的范圍的入射面形成上述波長選擇膜。另外，本發明的激光光線出射裝置中，上述波長選擇膜傾斜成使激光光線的入射角在60°～70°的范圍。另外，本發明的激光光線出射裝置中，上述波長選擇膜根據激光光線的波長和入射角確定。另外，本發明的激光光線出射裝置中，上述波長選擇膜是寬帶濾波片或窄帶濾波片。
根據本發明，由于具備發出激光光線的激光光源、來自該激光光源的激光光線透射的波長選擇膜以及該波長選擇膜的出射側的光軸上配置的復折射光學元件，上述波長選擇膜傾斜成使上述激光光線的入射角在45°～80°的范圍，因而，上述波長選擇膜在透射P偏振分量和S偏振分量的透射特性上產生差異，該波長選擇膜起偏振片的作用，因而不必另外設置偏振片就可遮斷返回光，可簡化光學系統的構成。
根據本發明，由于上述激光光線出射裝置具備變形棱鏡，上述波長選擇膜在構成上述變形棱鏡的楔形棱鏡的一面形成，因而不必另外設置偏振片就可遮斷返回光，可簡化光學系統的構成。
圖1是本發明的實施例的概略構成圖。
圖2(A)、圖2(B)、圖2(C)是透明板上形成的波長選擇膜和激光光線的入射角的關系的說明圖，圖2(A)表示入射角0°、圖2(B)表示入射角45°、圖2(C)表示入射角60°的情況。
圖3(A)、圖3(B)、圖3(C)是相對于波長選擇膜的激光光線的入射角和透射率的關系的說明圖，圖3(A)表示入射角0°、圖3(B)表示入射角45°、圖3(C)表示入射角60°的情況。
圖4是本發明實施的激光旋轉照射裝置的概略構成圖。
圖5是該激光旋轉照射裝置的光學系統的要部的說明圖。
圖6是該激光旋轉照射裝置的LD驅動部的方框圖。
圖7是傳統的激光光線出射裝置的概略構成圖。
具體實施例方式
以下，參照圖面說明實施本發明的最佳形態。
首先，圖1說明激光光線出射裝置的光學系統的基本構成。另外，圖1中與圖7中同等的部件附上相同符號。
來自半導體激光器1的激光光線5通過變形棱鏡3光束整形并出射，在上述激光光線5的出射光軸6上設置1/4波片8。
在構成上述變形棱鏡3的楔形棱鏡4a、4b的至少一面，例如與上述楔形棱鏡4a的上述半導體激光器1相對的面，形成波長選擇膜11。該波長選擇膜11通過在相對于激光光線的入射軸傾斜45°以上的面上形成，而起射束分裂器的功能。
接著，圖2(A)、圖2(B)、圖2(C)、圖3(A)、圖3(B)、圖3(C)說明上述波長選擇膜11的特性。
圖2(A)、圖2(B)、圖2(C)表示，在透明板12形成上述波長選擇膜11(寬帶濾波片或窄帶濾波片)，使上述激光光線5入射上述透明板12，入射角以0°、45°、60°變化的情況，圖3(A)、圖3(B)、圖3(C)表示此時的P偏振分量、S偏振分量的透射率的變化。圖3(B)、圖3(C)中，P表示P偏振分量的透射率曲線，S表示S偏振分量的透射率曲線。
如圖2(A)所示，上述激光光線5以0°的入射角，即直角入射上述透明板12即上述波長選擇膜11時，如圖3(A)所示，P偏振分量、S偏振分量中，相對于上述激光光線5的波長的透射率的狀態都相同，在波長λA時透射率超過近似90％。該場合，上述波長選擇膜11僅僅是波長選擇膜。
接著，如圖2(B)所示，上述激光光線5以45°的入射角入射上述波長選擇膜11時，如圖3(B)所示，P偏振分量、S偏振分量中，上述激光光線5的透射波長都向短波長側偏移，在p偏振分量為λB，S偏振分量為λB’時透射率超過近似90％。而且，P偏振分量的偏移量較大，產生P偏振分量透射而S偏振分量遮斷的區域13(圖3(B)中用斜線表示)。從而，上述波長選擇膜11對上述區域13所包含的波長具有與偏振片同等的功能。
而且，如圖2(C)所示，上述激光光線5以60°的入射角入射上述波長選擇膜11時，如圖3(C)所示，P偏振分量、S偏振分量中，上述激光光線5的透射波長都進一步向短波長側偏移，在P偏振分量為λC、S偏振分量為λC’時透射率超過近似90％。另外，P偏振分量和S偏振分量的偏移量的差變得更大，p偏振分量透射而S偏振分量遮斷的區域13(圖3(C)中斜線所示)比入射角45°時更大。在入射角60°的場合，上述波長選擇膜11對上述區域13所包含的波長也具有與偏振片同等的功能。
如圖2(C)、圖3(C)所示，使上述波長選擇膜11相對于入射角傾斜60°，使用上述區域13所包含的波長的上述激光光線5時，上述波長選擇膜11可作為P偏振分量透射而S偏振分量遮斷的偏振片使用。
利用上述波長選擇膜11的特性，在上述楔形棱鏡4a，4b的至少一面形成上述波長選擇膜11，使該波長選擇膜11相對于上述激光光線5傾斜需要角度，例如60°。
上述半導體激光器1出射的P偏振的激光光線5具有上述區域13所包含的波長。上述激光光線5通過上述會聚透鏡2成為平行光束，P偏振的激光光線5透射上述波長選擇膜11，通過上述變形棱鏡3的楔形棱鏡4a、4b，其光束截面光束整形成圓形。透射上述變形棱鏡3的上述激光光線5通過上述1/4波片8變換成圓偏振光，照射上述光學部件9。該光學部件9反射的反射激光光線5’通過再次透射上述1/4波片8，激光光線5變換成S偏振光。S偏振的反射激光光線5’被上述波長選擇膜11遮斷，不到達上述半導體激光器1。
上述波長選擇膜11的傾斜角最好確定成可在P偏振分量和S偏振分量的透射特性上產生差異而獲得上述區域13，例如選擇45°～80°，最好為60°～70°的傾斜角。若考慮LD的波長的偏差及膜的偏差等，則可作為偏振光射束分裂器使用的波長帶域應該寬，最好是60°以上的入射角。然而，入射角的增加意味著部件傾斜，因此入射角太大需要更大的空間，這不是期望的，入射角最好是在60°～70°的范圍。
根據本發明，不用另外設置偏振片就可以遮斷返回光。
圖4～圖6說明具備本發明的激光光線出射裝置的測量裝置的一例。另外，圖4～圖6與圖1所示相同的部件附上相同符號。
該測量裝置是沿水平方向旋轉照射激光光線，形成水平基準面的激光旋轉照射裝置，該激光旋轉照射裝置主要具備激光光線出射裝置15；傾斜補正系統16；照射光學系統17；旋轉照射部18；受光系統19。
上述半導體激光器1出射的激光光線5由上述傾斜補正系統16進行光軸的傾斜補正，激光光線5由上述照射光學系統17投射到垂直光軸上。上述旋轉照射部18將上述激光光線5偏向水平方向并旋轉照射。照射的激光光線5形成水平基準面的同時橫切對象反射體20，從而由該對象反射體20反射。反射激光光線5’經由上述旋轉照射部18，被上述受光系統19受光檢出，由該受光系統19檢出上述對象反射體20的位置、方向等。
如圖6，上述半導體激光器1由LD驅動部21驅動控制發光。上述半導體激光器1出射的上述激光光線5的一部分被分割，通過光二極管等的受光元件22被受光檢出，受光結果向輸出電流控制電路23反饋，該輸出電流控制電路23根據受光信號，向半導體激光驅動電路24送出例如使上述激光光線5成為一定的光強度用的控制信號，該半導體激光驅動電路24根據控制信號，驅動上述半導體激光器1。
上述傾斜補正系統16具有自由液面25，上述半導體激光器1照射的上述激光光線5通過被上述自由液面25反射，即使是激光旋轉照射裝置傾斜設置時，也可將上述照射光學系統17的投射光軸補償到垂直，進行傾斜補正。
從上述傾斜補正系統16到上述照射光學系統17的出射光軸6上，設置變形棱鏡3，構成該變形棱鏡3的楔形棱鏡4a、4b的一面相對于上述出射光軸6傾斜需要角度。例如圖1所示，上述楔形棱鏡4a的入射面相對于上述出射光軸6傾斜60°，在上述楔形棱鏡4a的入射面形成波長選擇膜11。
上述照射光學系統17設有使透射上述變形棱鏡3的上述激光光線5偏向垂直方向的反射鏡26；在該反射鏡26的反射光軸上擴大上述激光光線5的光束徑的光束擴展器27；帶孔反射鏡28；也作為上述激光光線出射裝置15的構成要素的1/4波片8。
上述旋轉照射部18具備使透射上述帶孔反射鏡28的孔29、上述1/4波片8的上述激光光線5偏向水平方向的五角棱鏡31，該五角棱鏡31設置在中空形狀的旋轉架32上，該旋轉架32通過旋轉馬達33旋轉，從而，上述旋轉架32出射的上述激光光線5成為旋轉照射。
上述對象反射體20反射的反射激光光線5’由上述旋轉照射部18入射，通過上述帶孔反射鏡28偏向上述受光系統19。
該受光系統19具備會聚透鏡34、偏振片35、針孔板36，受光元件37，上述受光系統19可接收來自上述對象反射體20的上述反射激光光線5’，上述偏振片35配置成使S偏振分量透射。
來自上述受光元件37的受光信號向控制部38送出，該控制部38根據上述受光信號，控制上述旋轉馬達33的旋轉，進行例如以上述對象反射體20為中心并以需要角度往復掃描等的控制。
以下，說明上述激光旋轉照射裝置的激光光線5、反射激光光線5’相關的作用。
具有上述區域13所包含的波長的P偏振光的直線激光光線5從上述半導體激光器1出射。上述自由液面25反射的激光光線5透射上述波長選擇膜11，由上述變形棱鏡3進行光束整形，激光光線5通過上述反射鏡26偏向垂直方向的同時擴大到需要的光束徑。激光光線5通過上述孔29且透射上述1/4波片8，變換成圓偏振光，由上述旋轉照射部18偏向水平方向的同時旋轉照射。
上述對象反射體20反射的反射激光光線5’由上述旋轉照射部18入射，反射激光光線5’通過再次透射上述1/4波片8，變換成S偏振的直線偏振光。
上述反射激光光線5’通過上述孔29反射到上述受光系統19，通過上述會聚透鏡34會聚到上述受光元件37的受光面，上述偏振片35僅使S偏振分量透射，而遮斷其他雜散光。另外，上述針孔板36僅使光軸上的光束透射，而遮斷其他雜散光，僅僅來自上述對象反射體20的上述反射激光光線5’被上述受光元件37接收。
透射上述1/4波片8的上述反射激光光線5’的一部分通過上述孔29，作為返回光入射上述激光光線出射裝置15。上述波長選擇膜11由于傾斜成使P偏振光透射的狀態，因而S偏振光即上述反射激光光線5’被上述波長選擇膜11遮斷，不入射上述半導體激光器1。從而，防止該半導體激光器1的輸出的降低，從該半導體激光器1出射穩定的上述激光光線5。
另外，上述反射激光光線5’中除了來自上述對象反射體20的反射光，還包含圖5所示來自上述五角棱鏡31等的光學元件的表面的反射，但是這些反射光同樣在往返路徑中透射上述1/4波片8，變換成S偏振光，被上述波長選擇膜11遮斷。
另外，1/4波片也可分別設置在上述激光光線出射裝置15和上述受光系統19中。例如，上述變形棱鏡3和上述反射鏡26之間以及上述帶孔反射鏡28和上述會聚透鏡34之間可分別設置1/4波片。
另外，雖然說明了本發明設置在激光旋轉照射裝置的情況，但是也同樣可以在光波測距裝置等需要去除返回光的影響的光學裝置中實施。
權利要求
1.一種激光光線出射裝置，具備發出激光光線的激光光源、來自該激光光源的激光光線透射的波長選擇膜以及該波長選擇膜的出射側的光軸上配置的復折射光學元件，上述波長選擇膜傾斜成使上述激光光線的入射角在45°～80°的范圍。
2.權利要求1的激光光線出射裝置，其中，上述激光光線出射裝置具備棱鏡，上述波長選擇膜在構成上述變形棱鏡的楔形棱鏡的一面上形成。
3.權利要求2的激光光線出射裝置，其中，在相對于上述變形棱鏡的入射激光光線傾斜45°～80°的范圍的入射面形成上述波長選擇膜。
4.權利要求1或權利要求3的激光光線出射裝置，其中，上述波長選擇膜傾斜成使激光光線的入射角在60°～70°的范圍。
5.權利要求1或權利要求3的激光光線出射裝置，其中，上述波長選擇膜根據激光光線的波長和入射角確定。
6.權利要求1或權利要求2的激光光線出射裝置，其中，上述波長選擇膜是寬帶濾波片或窄帶濾波片。
全文摘要
本發明激光光線出射裝置，具備發出激光光線的激光光源、來自該激光光源的激光光線透射的波長選擇膜以及該波長選擇膜的出射側的光軸上配置的復折射光學元件，上述波長選擇膜傾斜成使上述激光光線的入射角在45°～80°的范圍。
文檔編號G01C15/00GK1769840SQ20051012015
公開日2006年5月10日 申請日期2005年11月4日 優先權日2004年11月4日
發明者齊藤路世, 林邦廣 申請人:株式會社拓普康