激光发射装置及其光学组件的制作方法

本发明涉及一种激光发射装置及其光学组件。

背景技术：

现有的激光发射装置，为了实现在多个不同平面投射多条光线，通常采用安装多个激光发射器朝向不同角度实现多个不同平面的投影。如美国专利US6,931,739中提及的激光投线仪，为了实现两个扇形平面的投影，安装了四个激光模组两两组合，分别投影形成两个正交的扇形平面。然而，这样的激光发射装置体积较大，制造工艺复杂，成本很高。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于激光发射装置的能够通过一个激光发射器发出两个不同投射光线的光学组件。

一种适用于激光头的光学组件，包括：第一发射元件，具有一个能沿平行于第一平面的方向出射激光面的第一出射表面；第二发射元件，具有一个能沿平行于第二平面的方向出射激光面的第二出射表面；分光装置，用于将激光头发射的一束光线分为分别射入至第一发射元件和第二发射元件；其中，第二发射元件、分光装置和激光头沿直线排列；第一发射元件设置该直线的一侧；分光装置具有：分光界面，能使入射的光线分成两束相互垂直的出射光线；分光界面所在的平面与第一发射元件或第二发射元件所发射的激光面所在的平面倾斜相交。

进一步地，分光装置包括：近光源多面体，至少具有一个与激光头的出射光线垂直的入射平面；远光源多面体，至少具有一个与激光头的出射光线垂直的出射平面。近光源多面体具有：近光中间平面，用于接收从入射平面入射的光线；远光源多面体具有：远光中间平面，用于发出至出射平面的光线。其中近光中间平面平行于远光中间平面，并且它们贴合构成分光界面。

进一步地，近光源多面体还具有：近光出射平面，用于出射从分光界面获得的光线至第一发射元件；近光出射平面垂直于入射平面。

进一步地，近光反射面，用于反射从分光界面反射回近光源多面体的光线至近光出射平面；近光反射面位于近光源多面体远离第一发射元件的一侧。

进一步地，近光反射面与近光入射平面倾斜相交，并且，近光反射面所在的平面与分光界面所在的平面倾斜相交。

一种适用于激光头的光学组件，该光学组件包括分光元件，分光元件包括：透光基体，能使光线穿过；分光膜，能使部分光线穿过而使另一部分光线反射；分光膜覆盖在透光基体表面，分光界面形成于分光膜和透光基体的界面。

进一步地，光学元件的分光界面与第二发射元件所发射的激光面所在平面成45°。

进一步地，第一发射元件和第二发射元件所发射的激光面至少覆盖180°。

进一步地，分光装置发射至所述第一发射元件或所述第二发射元件的光线与该光线经过所述第一发射元件或所述第二发射元件后所射出的激光面位于所述第一发射元件或所述第二发射元件的两侧。

本发明还提出一种激光发射装置，包括：激光头和上述光学组件。

本发明的有益之处在于采用一个激光头和相应的光学组件即可投射出两个用于指示的激光面。

附图说明

图1是本发明一种激光发射装置的结构示意图；

图2是图1所示激光发射装置的激光模块的结构示意图；

图3是本发明第一实施例的激光头和光学组件的平面图；

图4是图3所示的光学组件的分光装置的平面图；

图5是本发明第二实施例的激光头和光学组件的平面图；

图6是图5所示的光学组件的分光元件的结构图。

附图仅用于对所选定的一些实施例进行图解说明，并非是全部可能实施的方式，也不是对本发明范围的限制。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1所示的激光发射装置100，该激光发射装置100具有壳体101及至少一个激光模块102。激光模块102至少部分容纳于壳体101中，激光模块102既可以以固定不动的方式安装在激光发射装置100的壳体101内部，与壳体无相对运动；也可以被安装在激光发射装置100的壳体101内部的水平装置上，跟随重锤或其他形式的配重件相对壳体101摆动。通常壳体101是由塑料注塑成型或金属压铸成型，但也不排除采用其他材料制成。需要说明的是，激光发射装置100还包括的底座、电源、支架等。

该激光发射装置优选可为一种激光投线仪，尤其可以是一种自平衡的激光投线仪，还可为激光水平尺、瓷砖投线仪或其他带测距和/或定位功能的投线设备。

图2是一个激光模块102的基本结构，该激光模块102主要包括光学组件10和激光头20。光学组件10适用于激光头20，光学组件10通常经过工艺调试和处理，调整到匹配激光头20的状态，例如通过点胶、贴合或其他方式固定到激光头20上，但也不排除相对激光头20可拆卸地适配。激光头20可为一种成本较低的低频红光二极管，但也不排除成本较高的高频红光二极管和绿光二极管。激光头20发出的激光束经过准直透镜整形后沿直线传播。通常来说，准直透镜是被安装到激光头20中。光学组件10用于将激光头20发出的整形光线在空间中分散成具有两个角边界的激光面103和104。可以理解的，如果以夹角平面的角边界延伸到无穷远处，那么可以将激光经过光学组件10后所形成的光线的角边界和无穷远处的边界合围成的图形称作激光面。这样，任意一个激光面投射到一工作平面上即形成一条投射直线，实现投线的目的。当然因为本发明的光学组件10能够分裂出两个光夹角平面，进而激光经过该光学组件10投射到多个工作平面上时能够在至少两个平面上均分别形成一条投射直线。

参考图3，光学组件10包括第一发射元件11、第一发射元件12和分光装置13，分光装置13处有一分光界面，该分光界面所在的平面为105。由激光头20发出的一束整形后的准直光线L₁，该准直光线L₁经由分光装置13的分光界面同步分裂成两束相互垂直的光线射出，一束光从第一发射元件11的出射表面111射出，形成激光面103；另一束光从第一发射元件12的出射表面121射出，形成激光面104。

激光面103所在的平面为第一平面，激光面104所在的平面为第二平面，具体的，第一平面和第二平面垂直相交，更具体的方案是激光面103和激光面104在壳体101的上部和下部有两个相交部分。分光装置13的分光界面所在的平面105与第一发射元件11发射的激光面103或第一发射元件12发射的激光面104所在的平面在空间中倾斜相交。

参考图2和图3，激光面103的张角为α；激光面104的张角为β。一般来说，α和β为大于0°的张角，进一步地，至少其中一个张角大于180°，更具体的方案是α和β均为大于180°的张角。并且，激光模块102发出的激光面103和激光面104的平均能量基本相同。

激光头20、分光装置13和第一发射元件12在空间上排列基本成一直线。第一发射元件11则在三者所形成的直线的旁侧。

第一发射元件11和第一发射元件12可为一般的光学透镜或光学面镜，具体的为全圆/半圆柱面透镜，尤其是一种折射率较高的全圆/半圆柱面透镜，也可为其他形状可出射激光面的非圆形透镜，或其他具有反射面的光学元件，尤其是一种发射光线张角大于180°的光学元件。分光装置13发射至第一发射元件11的光线为L₂, L₂经过第一发射元件11后所射出光线即激光面103；分光装置13发射至第二发射元件12的光线为L₃，L₃经过第二发射元件12后所射出光线即激光面104。具体的，至少L₂和激光面103位于第一发射元件11的两侧和/或L₃和激光面104位于第二发射元件12的两侧。至少出射表面111和出射表面121之一为透光出射表面，具体的，该透光出射表面为弧面，但不仅限于弧面。

从图4可以看出，分光装置13具有一个近光源多面体131和一个远光源多面体132。这样，本领域的技术人员将会知道，近光源多面体131是靠近光源即激光头20的一个光学元件，而远光源多面体132是相对近光源多面体131远离光源的另一个光学元件。具体的，近光源多面体131和远光源多面体132具有至少2个面。

近光源多面体131至少具有一个入射平面131a，近光源多面体131还具有近光中间平面131b，用于接收从所述入射平面131a入射的光线。还具有近光出射平面131c，用于出射从所述分光界面获得的一束光线至第一发射元件11。同时还具有近光反射面131d，用于反射从分光界面反射出的一束光线反射回近光源多面体的光线至近光出射平面131c。从图3和图4可看出，入射平面131a所在的平面与激光头20的出射光线L₁所在的平面垂直；近光出射平面131c垂直于所述入射平面131a；近光反射面131d位于所述近光源多面体131远离所述第一发射元件11的一侧。激光头20的出射光线L₁所在的平面基本上平行于激光面104，或与之重合。具体的，激光头20的出射光线L₁所在的平面与近光反射面131d所在的平面在空间中倾斜相交。近光反射面131d与近光入射平面131a倾斜相交，并且，近光反射面131d所在的平面与分光界面所在的平面105倾斜相交。

远光源多面体132至少具有一个远光出射平面132a和远光中间平面132b。其中，远光中间平面132b将从所述分光界面获得的一束光线发出至远光出射平面132a，进一步地，该光线通过远光出射平面132a出射至第一发射元件12。该远光出射平面132a所在的平面与激光头20的出射光线L1所在的平面垂直。

这样，如图4所示，近光中间平面131b平行于所述远光中间平面132b，并且它们贴合构成所述分光界面。

作为具体方案，远光源多面体132和远光源多面体132的折射率不同。近光源多面体131的形状可为一五棱镜，远光源多面体132的形状可为一楔形透镜，也不排除其他能实现本方案的形状。二者具有的近光中间平面131b和远光中间平面132b可以是紧密地贴合。本领域的技术人员也会知道，近光源多面体131和远光源多面体132还可以加工成一体。通用，具体的，至少第一发射元件11与分光装置13的近光出射平面131c紧密贴合，或第一发射元件12与分光装置13的远光出射平面132a紧密贴合。具体的，第一发射元件11、第一发射元件12和分光装置13加工成一体，也不排除其他能实现本方案的固定形式。

本发明还提出另一种可替换形式如图5，其他结构与第一实施例中的大致相同，区别仅在于分光元件13′与分光装置13的不同，以下仅介绍本实施例与第一实施例中的区别部分。

光学组件10′包括第一发射元件11′、第一发射元件12′和分光元件13′，分光元件13′处有一分光界面，该分光界面所在的平面为105′。由激光头20′发出的一束准直光线L′₁，该准直光线L′₁经由分光元件13′的分光界面同步分裂成两束相互垂直的光线L′₂和 L′₃射出。分光元件13′具有能使光线穿过的透光基体14。

进一步参考图6，透光基体14至少具有一个出射平面14a，用于向外发射激光束。出射平面14a上附着有分光膜15，分光膜15与透光基体14的出射平面14a形成分光界面。分光膜15具有让光线穿透和反射的特性，能够使部分光线穿透分光界面发射至第一发射元件12′，同时使得另外一部分光线经由分光界面反射至第一发射元件11′。进一步地，分光元件13′还具有框架（未示出），该框架用于支撑透光基体14及第一发射元件11′和第一发射元件12′。本领域的技术人员应当知道，该框架保证了三者之间的固定的位置关系，框架可以由塑料、金属等制成，但不限于这些材料。

具体的，分光界面所在的平面105′与第一发射元件12′所发射的激光面104所在的平面成45°夹角。而且，穿透分光界面发射至第一发射元件12′的光线平行或重合于光线原来的传播方向。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。