专利名称：激光系统及整合式激光光学元件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种整合式激光光学元件及其激光系统，更明确地说，其为一种一体成形且同时具有激光准直及激光散射功能的光学元件及其激光系统。
背景技术：
激光水平仪(laser levels)是一种得以将一激光光面投射于一标的平面以为基准参考的装置。而其中，为了产生一水平光面，其需有一光引擎以产生有该激光光面。而该光引擎中，其主要地包含有一激光光源、一准直元件以及一散射元件。激光光源(LD)用于产生有一束状激光，而准直元件则将束状激光进行调整并转变为一准直光线并输出至散射元件以进行发散并产生有一二维光面。而该二维光面在接触前述的标的平面后，将于其表面形成有一水平光束。请参阅图1，图1绘述了一种现有的光引擎结构，其中，其激光光源2为经封装的激光发光二极管(LD)，而准直元件3及散射元件4分别为一单片式准直镜及锥型镜。而在实际组装步骤时，业者会按序进行步骤一至步骤四以作为该光引擎的组装。步骤一是指利用一固定架体来将准直元件3与激光光源2进行固定以为一准直激光模块的封装；步骤二是指对准直元件3与激光光源2的相对位置进行校正以确认该固定架体与该激光光源2的相对关系为正确；步骤三是指将准直激光模块及散射元件4安装至一壳体内以为固定；而步骤四是对激光光源2与准直元件3的组合及散射元件4的相对位置进行校正以确认其相对关系。藉此，光引擎的组装即为完成并得被应用为前述的激光水平仪的关件元件。上述的产品设计己广泛地应用于市面并甚为畅销。然而创作人在生产该产品时，发现了该设计有尚待改善之处，故经数月的研发、验证后，提出了本实用新型。
发明内容承前所述，本实用新型的目的在于提出一种整合式光学元件，以节省组装校正的时间。本实用新型提供一种整合式激光光学元件，用于将一激光束散射为一二维光面，该整合式激光光学元件包含有:一准直部，具有一第一介面及一第二介面；一散射部，具有一第三介面、一第四介面及一第五介面；以及一连接部，设置于该准直部及该散射部之间，用于连接并固定该准直部及该散射部间的一指定距离，该指定距离大于零；其中，在应用时，该激光束以一入射方向进入该第一介面并从该第二介面输出该准直部以为一准直光线，该准直光线以该入射方向输入该第三介面并通过该第四介面散射为该二维光面并经由该第五介面输出该散射部,该二维光面垂直于该入射方向。其中，该准直部与该连接部为一体成型。其中，该连接部与该散射部通过一连接介面连接，该连接介面为一溶接层。[0012]其中，该散射部与该连接部为一体成型。其中，该连接部与该准直部通过一连接介面连接，该连接介面为一溶接层。其中，该准直部的该第二介面、该散射部的该第三介面及该连接部之间形成有一封闭空间。其中，该准直部包含有一透镜结构，该透镜结构具有该第一介面及该第二介面。其中，该第四介面为一锥型反光结构，该锥型反光结构的锥点指向该透镜结构的中央处。其中，该第四介面的该锥型反光结构是自该散射部的表面往该入射方向凹陷而成。其中，该第四介面为透明。其中，该第一介面、该第二介面及该第三介面的任一个为一非球面光学介面。其中，该第一介面、该第二介面及该第三介面的任一个为一球面介面。其中，该第一介面、该第二介面及该第三介面的任一个为一平面。其中，该连接部呈一环状。其中，该准直部、该散射部及该连接部为一体成型。本实用新型提供一种激光系统，其包含有:一激光光源，产生有一激光束，该激光束沿一入射方向行进；一上述的整合式激光光学元件；以及—固定架体，设置于该激光光源及该整合式激光光学元件之间，用于固定该激光光源及该整合式激光光学元件的相对位置；其中，在应用时，该整合式激光光学元件将该激光束散射为一二维光面。与现有技术的准直元件、散射元件独立设置的设计不同，本实用新型在量产时得以利用一体成型(如射出成型工艺)技术以为制作，故若模具本身的工序工差控制得宜，则其本身即为一无需再次校正且同时具有准直及散光功能的整合式光学元件。相对于现有技术需要多次校正、封装步骤，本实用新型将三个独立元件减少至两个的设计让使用者在组装光引擎时，得仅将本实用新型的整合式的光学元件来与激光光源进行单次组装、校正步骤即得以完成，节省了多次组装校正的时间。另外，相对于现有技术的多层封装设计需要多层支撑架或是壳体，本实用新型仅具单一封装结构。藉此，相对于现有技术的结构，本实用新型省略了不必要的固定结构从而达到更佳的功能，如欲称本实用新型为一省略实用新型，应无不当。另一方面，本实用新型并非现有技艺的简单结合。承前所述，本实用新型的初始概念为将二元件进行结合以形成为一无需重复校正即得使用且同时具有准直及散射功能的元件。然而由图1可见，由于现存准直元件及散射元件的形状有所冲突，故此，除了利用连接架体予以固定外，其二者本质上是无法结合的。就此问题，本实用新型对准直元件及散射元件的结构、形状进行了多次的修正后，方发展出本实用新型的设计。请参阅图2，图2为本实用新型于研发期间实用新型且未公开的相关设计(related art)。由此可证本实用新型的设计并非现有技术的简单结合。另外，就现有技术的结构观之，其仅具有三个介面，与本实用新型的五个介面具有本质上的相异。又，介面的增加意味着效率的降低，故业界不倾向增加介面的设计，进一步说明了本实用新型与现有技术的差异。[0032]综合而言，相对于现有技术的多次校正、组装步骤，本实用新型让使用者得仅利用单一次的组装、校正步骤即得以完成光引擎的组装，改善了现有技术存在已久的缺点。本实用新型的具体设计将于下部的实施方式中揭露。
图1为现有的光引擎的元件组合示意图。图2为本实用新型于开发时的相关文件，其为光引擎的组合示意图。图3A及图3B为本实用新型的一较佳实施例的部份剖面图。图4为本实用新型的激光系统的元件组合图。图5为本实用新型的光学元件的另一实施例的部份剖面图。图6为本实用新型的光学元件的另一实施例的部份剖面图。其中，附图标记说明如下:1:整合式激光光学元件2:激光光源3:准直元件4:散射元件10:准直部20:连接部30:散射部40:连接介面P:光引擎D:入射方向S1:第一介面S2:第二介面S3:第三介面S4:第四介面S5:第五介面
具体实施方式
承前所述，本实用新型为一种整合式激光光学元件及其激光系统。简单来说，本实用新型的激光系统大致地由一激光光源，一整合式激光光学元件以及一同与该二者接触且得以固定激光光源及光学元件的相对位置的固定架体所组合而成。激光光源得为一经封装的激光发光二极管(LD),而整合式激光光学元件得为一种一体成形(integralIyformed)且同时具有激光准直及激光散射功能的光学元件。而本实用新型的激光系统亦可视为一光引擎，光引擎一词，是指任何以产生主动光源为其主要功效的电子装置，如激光水平仪中的激光模块，即为一例。然而本实用新型并不以的激光水平仪为限，其亦得应用于其它需要二维光面的装置或系统中，本实用新型不对此多加限制。请一并参阅图3A、图3B及图4，图3A、3B为本实用新型的整合式激光光学元件于一较佳实施例中的部份剖面图。而图4则绘述了本实用新型的于一较佳实施例中的激光系统的元件组合图。由图可见，本实用新型的激光系统包含有一激光光源2以及一整合式激光光学元件I,有鉴激光光源2并非为本实用新型的主要技术特征，故以下将主要针对整合式激光光学元件I的内容进行说明。承前所述，本实用新型的整合式激光光学元件I用于将一激光束准直并散射为一二维光面。更明确的说，本实用新型的整合式激光光学元件I (下称光学元件)分别地包含有一大致为圆柱状或环状的准直部10、散射部30及连接部20。而准直部10具有第一介面S1、第二介面S2。准直部10用于将激光光源2发出的激光光线进行准直并输出有一大致准直的准直光线。准直部10又包含有一透镜结构，透镜结构又具有该第一介面SI及该第二介面S2。第一介面SI是指激光光线的入射(介)面，第二介面S2是指激光光线的出射(介)面。在本例中，第一介面SI或第二介面S2得选择性地为一非球面镜，然而其并不以此为限，按设计者的需要，该第一介面SI及第二介面S2亦得为一球面镜、平面镜或DOE元件。于本例中，准直部10的整体是以一透明材料一体成型(one piece formed)而成。另一方面，本实用新型的散射部30设置于准直部10相对于第二介面S2方向处，用以对准直光线进行散射以形成一二维光面。散射部30具有一第三介面S3、一第四介面S4及一第五介面S5。于本例中，第四介面S4为一锥型反光结构，其利用全内反射的原理来将入射的准直光线进行散射并形成有一 360度的二维光面。本实用新型的二维光面于理想条件时，其一米外的投影线的宽度得小于5毫米。而该二维光面将经由第五介面S5输出散射部30。而于本例中，第五介面S5的法向量方向与第三介面S3的法向量方向大致地相互垂直，而第四介面S4上的任一表面的法向量方向与重力方向的夹角介于该第三介面S3及第五介面S5与重力方向的夹角之间。需注意的是，第四介面S4并不以前述的锥型反光结构为限，凡得提供一与入射方向D呈一指定角度的表面以实现前述的散射功能的结构，均应视为本实用新型的第四介面S4。另外，于本例中，第四介面S4为一透明介面，然而本实用新型并不此多加限制。于本例中，第三介面S3为一非球面镜，然而其按设计者的需要，亦得为一球面镜、平面镜或DOE元件。有别于现有技术的凸出锥状结构，于本例中，本实用新型的锥型反光结构得自该散射部30的表面往该入射方向D凹陷有一穴状结构而成。藉此改良设计，本实用新型的散射部将得克服其先天形状的限制并得为后续的结合、连接。另一方面，连接部20则设置于该准直部10及该散射部30之间，用于连接并固定该准直部10及该散射部30间的一指定距离，该指定距离大于零。更明确的说，连接部20将固定准直部10及该散射部30进行连接并将其二者隔离有一指定距离，指定距离一词是指二元件之间的任一点的绝对最小距离。于本例中，连接部20呈一环状且其外围大于准直部10及散射部30，而该准直部10容纳于其中。另一方面，连接部20与准直部10的第二介面S2及散射部30的第三介面S3共同围设及定义有一空间。于本例中，该空间为一封闭空间，然而于实际应用时，该空间与外界亦得通过一穿孔来予以连接，本实用新型并不以此为限。在应用时，激光光源2被设置于准直部10的透镜结构的焦聚上。随后，激光光源2所产生的激光光线将沿一入射方向D自第一介面SI进入并由第二介面S2输出，其输出时，该光线为一准直态以为一准直光线。准直光线以入射方向D进入第三介面S3并通过该第四介面S4散射为该二维光面并经由该第五介面S5输出该散射部30，该二维光面大致垂直于该入射方向D。以下将说明本实用新型的制作方式。于本例中，本实用新型的光学元件I的整体(包含准直部10、散射部30及连接部20)得由一体成型(One piece formed)工艺所制作且各元件之间并无接缝。前述的一体成型(One piece formed)工艺得包含有铸造、射出成形或是快速成型机(RP)以形成，本实用新型并不对此多加限制。另外，于本例中，本实用新型的各元件是利用塑料以制作，然而其不以此为限，其亦得利用其它高分子材料或玻璃等得利用于制作光学元件I的材料以制作。然而本实用新型不以此为限，按其工艺的需要，本实用新型亦得以下列方式以为制作。首先，将准直部10与连接部20以射出成型工艺一体成型(One piece formed),接着再将其与散射部30通过一连接介面40(以虚线表示)连接。更明确的说，连接介面40是通过溶解该连接部20或散射部30的任一个的表面材料以为融接，如图5所绘述的，即为一例。相对应地，在另一例中，当本实用新型的散射部30与该连接部20为一体成型时，连接部20与准直部10则得通过一连接介面40连接。另外，前述的各个连接介面40除得利用溶接以为连接手段以外，其亦得以一外加的黏着剂以制作，本实用新型并不对此多加限制。综合而言，相对于现有技术的多次校正、组装步骤，本实用新型让使用者得仅利用单一次的组装、校正步骤即得以完成光引擎的组装，改善了现有技术存在已久的缺点。最后，需要说明的是本说明书目前所述者仅属本实用新型的众多实例方法的其中之一，在本实用新型的实际使用时，可使用与本说明书所述方法及装置相类似或等效的任何方法或手段为的。再者，本说明书中所提及的一数目以上或以下，包含该数目本身。且应了解的是，为了保持说明书的简洁，除非另有说明，否则本说明书中所提及的『光学元件』或『系统』一词分别地指本实用新型的『整合式激光光学元件』及『激光系统』。另外，本说明书所揭示的用于执行所揭示功能的某些方法、流程，并不限于说明书中所记载的顺序，除说明书有明确排除，否则各步骤、流程先后顺序的安排端看使用者的要求而自由调整。再者，图3A至图6中的各个元件的比例、大小、相对位置以及形状均与实际应用时相类似故应得为后续说明书内容增修时的依据。另外，考虑本说明书所提及的各个具体实施例中的各元件的性质相类似，故各图说中的元件说明、标号为相互适用。再者，需注意的是，本说明书中所提及的装置、模块、器、元件、单元或部等组成部份并不以实际上相互独立的硬件为限，其亦得予以整合后以单体的方式呈现。另外，一体成型一词分为one piece formed及integrally formed 二者。one piece formed指其由单一材料形成或加工而成，如铸造、射出成型或是快速成型等，即为其例。而integrally formed则指由多个元件接合且无法以非破坏式的手段分离者，如焊接、溶接等，即为其例。通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本实用新型的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本实用新型的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本实用新型所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本实用新型所申请的专利范 围的范畴应根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。
权利要求1.一种整合式激光光学元件，用于将一激光束散射为一二维光面，其特征在于，该整合式激光光学元件包含有: 一准直部，具有一第一介面及一第二介面； 一散射部，具有一第三介面、一第四介面及一第五介面；以及 一连接部，设置于该准直部及该散射部之间，用于连接并固定该准直部及该散射部间的一指定距离，该指定距离大于零； 其中，在应用时，该激光束以一入射方向进入该第一介面并从该第二介面输出该准直部以成为一准直光线，该准直光线以该入射方向输入该第三介面并通过该第四介面散射为该二维光面并经由该第五介面输出该散射部,该二维光面垂直于该入射方向。
2.如权利要求1所述的整合式激光光学元件，其特征在于该准直部与该连接部为一体成型。
3.如权利要求2所述的整合式激光光学元件，其特征在于该连接部与该散射部通过一连接介面连接，该连接介面为一溶接层。
4.如权利要求1所述的整合式激光光学元件，其特征在于该散射部与该连接部为一体成型。
5.如权利要求4所述的整合式激光光学元件，其特征在于该连接部与该准直部通过一连接介面连接，该连接介面为一溶接层。
6.如权利要求1所述的整合式激光光学元件，其特征在于该准直部的该第二介面、该散射部的 该第三介面及该连接部之间形成有一封闭空间。
7.如权利要求1所述的整合式激光光学元件，其特征在于该准直部包含有一透镜结构，该透镜结构具有该第一介面及该第二介面。
8.如权利要求7所述的整合式激光光学元件，其特征在于，该第四介面为一锥型反光结构，该锥型反光结构的锥点指向该透镜结构的中央处。
9.如权利要求8所述的整合式激光光学元件，其特征在于，该第四介面的该锥型反光结构是自该散射部的表面往该入射方向凹陷而成。
10.如权利要求8所述的整合式激光光学元件，其特征在于，该第四介面为透明。
11.如权利要求8所述的整合式激光光学元件，其特征在于，该第一介面、该第二介面及该第三介面的任一个为一非球面光学介面。
12.如权利要求8所述的整合式激光光学元件，其特征在于，该第一介面、该第二介面及该第三介面的任一个为一球面介面。
13.如权利要求8所述的整合式激光光学元件，其特征在于，该第一介面、该第二介面及该第三介面的任一个为一平面。
14.如权利要求1所述的整合式激光光学元件，其特征在于该连接部呈一环状。
15.如权利要求1所述的整合式激光光学元件，其特征在于该准直部、该散射部及该连接部为一体成型。
16.一种激光系统，其特征在于，其包含有: 一激光光源，产生有一激光束，该激光束沿一入射方向行进； 一如权利要求1至15的任一项中所述的整合式激光光学元件；以及 一固定架体，设置于该激光光源及该整合式激光光学元件之间，用于固定该激光光源及该整合式激光光学元件的相对位置；其中，在应用时，该光学元件 将该激光束散射为一二维光面。
专利摘要本实用新型为一种激光系统及整合式激光光学元件，更明确地说，本实用新型的激光系统包含有一种一体成形且同时具有激光准直及激光散射功能的光学元件。本实用新型具有准直部、散射部及一连接部。准直部具有一第一介面及一第二介面；一散射部具有一第三介面、一第四介面及一第五介面；一连接部设置于该准直部及该散射部之间，用于连接并固定该准直部及该散射部间的一指定距离，该指定距离大于零。
文档编号G02B27/30GK203164519SQ20132005988
公开日2013年8月28日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者黄智光 申请人:迪曜科技有限公司