光束分离器及其采用该分离器的激光打墨印装置的制作方法

专利名称：光束分离器及其采用该分离器的激光打墨印装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将一束激光分成多束激光的光束分离器及其采用该分离器的多束光生成光学系统，尤其是涉及在屋内外的房屋建筑施工时用于打墨印作业的激光打墨印装置。
背景技术：
在房屋建筑时，特别是在施工开始时，在各种部件的安装基准的设定或部件加工的定位等中必须要进行打出基准线的作业，即打墨印作业。因此，在建筑现场，采用水平测量仪等器具找出水平，在作为对象的结构物的壁面上打上多个墨迹，将其连接而形成打墨印线，作为施工的基准。
在打墨印线上，除了从地面到壁面、再到顶板画出垂直线的所谓“竖线”，通过两条“竖线”在顶板上画出直角线的“矩形线”，或者在壁面上画出水平线的“地线”等各种线之外，还有在地面上画出“底墨印”(点)等。
手工操作的打墨印作业最少由两个人进行，存在费时费力，效率低的问题。为了改善这一问题，最近多采用具有线光照射功能的激光打墨印装置高效率地进行打墨印作业。激光打墨印装置由于只需一个人即可容易地进行打墨印作业，所以逐渐成为建筑作业不可或缺的建筑作业工具。
为了实现采用激光打墨印装置的打墨印作业的高效化，希望由一台激光打墨印装置能够照射出多条打墨印线。最近，提出了由一台装置可照射出两条以上的装置。
以往，作为由一台激光打墨印装置照射多条线的方式，公知的有采用多个激光源的方式，以及通过对从一个激光源射出的激光束进行分割，获得多条线的方式。
在前者的情况下，存在随着装载的激光源数量的增加，装置成本也增加的问题。
另一方面，作为后者的通过对激光进行分割，获得多条线光的方式，例如日本专利公开公报9-159451号公报所公开的那样，是一种采用在激光射出方向上顺次叠层多个半透明反射镜结构的射出光学系统的方式。但是，在这种方式中，透过第一个半透明反射镜的光的强度减弱到1/2，继续透过第二个半透明反射镜的光再减弱到1/2。这样，由于每透过一次半透明反射镜光的强度逐渐减弱，所以在分割后的射束中光的强度不同，存在所获得的多条线光的光的亮度不同的问题。而且，由于为了分割射束而需要排列多个半透明反射镜，所以还存在光学系统复杂，光学元件的数量增加的问题。
因此，能够照射多条线光的现有的激光打墨印装置大多是仅具备线光数量的激光源。但是，在这种情况下，如前所述，随着光源数量的增加，装置价格上升。因此，为了在打墨印作业中进行更加高效率的作业，必须要有高价的装置。

发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的之一在于提供一种能够从一束激光形成多束射束的结构简单的光束分离器，以及采用了该光束分离器的多束光发生器。
另外，本发明的另一个目的在于提供一种装载了上述多束光发生器、可照射出多束线光的廉价的激光打墨印装置。
为了达到上述目的，本发明提供一种光束分离器，包括至少具有两个面的透光体，形成在上述至少两个面中第一面上的第一分光部，以及形成在上述至少两个面中第二面上的第二分光部，从一束入射光获得多束分离光。
另外，本发明提供一种多束光发生器，包括产生光束的光源和光束分离器，所述光束分离器由至少具有两个面、上述光束入射的透光体，形成在上述至少两个面中的第一面上的第一分光部，以及形成在上述至少两个面中的第二面上的第二分光部构成。
另外，本发明提供一种线光生成光学系统，包括产生激光的光源；将来自上述光源射出光变换成准直光的平行光管透镜；呈具有三个侧面的三棱柱的形状、在上述三棱柱的三个侧面中的两个侧面上形成有第一分光部和第二分光部的三棱镜，所述三棱镜以由上述两个侧面夹持的顶角承受上述准直光、将上述准直光分离成四束光束；配置在从上述三棱镜射出的光束的光路中的至少一个光路上、将该光束分离成线光的线光生成光学元件。
另外，本发明提供一种激光打墨印装置，包括产生光束的激光器；由至少具有两个面、上述光束入射的透光体，形成在上述至少两个面中的第一面上的第一分光部，以及形成在上述至少两个面中的第二面上的第二分光部构成的光束分离器；从由上述第一分光部和上述第二分光部中的至少一个分离的光束获得线光的线光生成光学元件；支承上述激光器、上述光束分离器、以及上述线光生成光学元件的支承部。


图1为表示本发明第1实施方式的光束分离器的立体图。
图2为图1的光束分离器的俯视图。
图3为表示光束由图1的光束分离器分离的原理的说明图。
图4为表示图1的光束分离器的制造方法的说明图，表示形成分光薄膜的工序。
图5为表示图1的光束分离器的制造方法的说明图，表示接合三个三棱柱的工序。
图6为表示入射到三棱镜中的光射出的方向的说明图。
图7为进一步详细说明入射到三棱镜中的光射出的方向的说明图。
图8为表示部分入射到三棱镜中的光射出的方向的说明图。
图9为表示本发明第1实施方式的多束光发生器的侧视图。
图10为表示图9的多束光发生器的俯视图。
图11为表示本发明第1实施方式的激光打墨印装置的侧视图。
图12为表示图11的激光打墨印装置上设置的线光生成光学系统的侧视图。
图13为图12的线光生成光学系统的俯视图。
图14为表示本发明第2实施方式的线光生成光学系统的说明图。
图15为表示入射到图14的三棱镜中的光射出的方向的说明图。
图16为表示图14的线光生成光学系统的变形例的说明图。
图17(a)表示棒式透镜和入射射束的截面朝向的关系的说明图。
图17(b)为表示棒式透镜和入射射束的截面朝向的其他关系的说明图。
图17(c)为表示棒式梯形棱镜的朝向的说明图。
图18为表示图16的线光生成光学系统的变形例的说明图。
图19为表示本发明第2实施方式的激光打墨印装置的侧视图。
图20为表示图19的激光打墨印装置上装载的光学单元的说明图。
图21为表示本发明第3实施方式的光束分离器的立体图。
图22为表示光束由图21的光束分离器分离的原理的说明图。
图23为进一步详细说明光束由图21的光束分离器分离的原理的说明图。
图24为表示第3实施方式的第1变形例的光束分离器的立体图。
图25为表示光束由图24的光束分离器分离的原理的说明图。
图26为进一步详细说明光束由图24的光束分离器分离的原理的说明图。
图27为表示本发明第3实施方式的第2变形例的光束分离器的立体图。
图28为表示光束由图27的光束分离器分离的原理的说明图。
图29为表示第3实施方式的第3变形例的光束分离器的立体图。
图30为表示光束由图29的光束分离器分离的原理的说明图。
图31为装载了本发明第3实施方式的光束分离器的激光打墨印装置的侧视图。
图32为采用了图21的光束分离器的线光生成光学系统的侧视图。
图33为采用了图28的光束分离器的线光生成光学系统的侧视图。
具体实施例方式
第1实施方式基于图1至图13对本发明第1实施方式的光束分离器、采用该分离器的多束光发生器、以及装载了该发生器的激光打墨印装置加以说明。
图1为表示光束分离器1的基本结构的立体图。图2为光束分离器1的俯视图。光束分离器1是将底面形状为直角等腰三角形的三个三棱柱(三棱柱状光学部件(棱镜))1a、1b、1c组合而构成，整体为大致的长方体形状。更详细地说，三棱柱1a在其直角等腰三角形的底面形状上具有包括夹着顶角22(直角)的两个边(互为相等的边)的两个侧面20a、20a。而且，三棱柱1b、1c在其直角等腰三角形的底面形状上具有包括与其顶角23、24对向的底边的侧面20b、20c。三棱柱1a的两个侧面20a、20a分别与三棱柱1b、1c的侧面20b、20c相接合。三棱柱1a、1b、1c由透光的玻璃或者塑料构成。本实施方式中，作为棱镜的材料采用了BK7(折射率为1.5)的玻璃材料。构成棱镜的一个三棱柱形状的元件1a、1b、1c的尺寸例如以下所述。侧面20a、20a的一边的长度为5mm，三棱柱的高度为5mm。因此，光束分离器1整体的宽度为7mm，进深为3.5mm，高度为5mm。
在两个侧面20a上分别形成有用于将入射光分离成透过光和反射光的分光薄膜2。分光薄膜2位于侧面20a和20b以及侧面20a和20c之间。形成了分光薄膜2的两个侧面20a作为将入射光分离成透过光和反射光的两个分光面发挥作用。
分光薄膜2具有规定的反射率(在本例中大致为67％)和规定的透过率(在本例中大致为33％)。作为分光薄膜2的材料，只要是将入射光分离成透过光和反射光的材料即可。分光薄膜2的材料优选地为Cr、Al等金属或TiO2、SiO2、MgF2等电介质材料。分光薄膜2是将这些材料制成单层或多层而形成的。在多层结构的情况下，分光薄膜2既可以是将金属薄膜相互叠层，也可以是将电介质材料薄膜相互叠层的多层电介质层，或者是将金属薄膜和电介质材料薄膜叠层的混合膜。在本实施方式中，分光薄膜2为单层的电介质薄膜。
具有这种结构的光束分离器1如图3所示，是将从未图示的光源射出的光束B1朝向三棱柱1a的顶角22入射而加以使用。入射到光束分离器1中的光B1通过分光薄膜2，一方面反射而成为光B2，一方面透过而成为光B3。例如，当为了简单而将入射光B1的激光功率设为100时，入射光中的功率50的部分在图中右方向的反射和透过中被消耗，余下的功率50的部分同样地在图中左方向的反射和透过中被消耗。
在本例中，分光薄膜2的反射率大致为67％，透过率大致为33％。因此，分光薄膜2的反射光的强度为50×0.67-33.5。透过光的强度为50×(1-0.67)＝16.5。左右两方向均同样地计算出。即，分成左右的反射光的强度分别为33.5，透过光的强度为16.5×2＝33，分离的三束光束具有大致均匀的强度。而且，能够使由光束分离器1分离的光束中两束反射光B2位于同一直线上，并且能够使一束透过光B3位于相对于两束反射光B2垂直的直线上。
另外，分光薄膜2的反射率或透过率并不仅限于上述的例子。分离光B2、B2、B3的强度根据这些反射率或透过率确定。两个分光薄膜2也可以具有互不相同的反射率、透过率。
而且，光束分离器1由于仅通过将三个光学部件1a、1b、1c组合即可形成三束射出射束，所以结构简单。而且，由于光束分离器1是由底面形状为直角等腰三角形的透明的三棱柱1a构成的，所以三束射出射束B2、B3能够在相互成直角的方向上产生。因此，若装载在后述的激光打墨印装置12上，则非常适合于画出竖立线或横线。
以下，对光束分离器1的制造方法加以说明。首先，如图4所示，在三棱镜1a的两个侧面20a的每一个上，通过蒸镀等形成用于以所希望的比例透过和反射的分光薄膜2(在本例中为电介质单层膜)。此时，分光薄膜2的膜厚制成光的透过和反射的比例为所希望的值。在本例中，以分光薄膜2的反射率大致为67％，透过率大致为33％的方式制成分光薄膜2的膜厚。
其次，如图5所示，通过使在三棱镜1a的两个侧面20a上形成的分光薄膜2与三棱柱1b、1c的侧面20b、20c对合地粘接，将三棱镜1a和三棱柱1b、1c接合在一起。粘接既可以采用通常的粘接剂，也可以利用在组合为平滑面的分光薄膜2和侧面20b、20c合时其贴合面上产生的分子之间的力。
以下，参照图6、7、8，对通过将光束分离器1和其他的三棱镜3组合而增加产生的光束的数量的原理加以说明。另外，三棱镜3为底面形状大致为直角等腰三角形的透明的三棱柱。
如图6所示，当使光束B5从三棱镜3的顶角30一侧入射到侧面31、32上时，光束B6、B7以特定的角度从棱镜3的侧面33射出。
以下，参照图7对入射角度和射出角度的关系加以详细说明。
首先，从图中的棱镜3的下侧棱线312入射的光的入射角为45°。该光以角度θ1在棱镜内部直行。当设棱镜材料的折射率为nP＝1.5(BK7的情况下)，以及空气的折射率为1时，根据斯涅耳折射定律，下式(1)成立。
1×sin45°＝1.5×sinθ1 (1)当从式(1)求出θ1时，θ1＝28°。因此，得到θ2＝17°。当从下式(2)求出θ3时，θ3＝26°。
1.5×sin17°＝1×sinθ3 (2)
即，从三棱镜3的顶角30一侧以45°的入射角进入的光从棱镜的底面33以26°的射出角向斜上方射出。
由于入射光束B5具有某种程度的粗度，所以入射光束B5的1/2如图7中所说明的那样，从三棱镜3的下侧棱线31入射，以26°的射出角向斜上方射出(光束B6)。余下的1/2从三棱镜3的上侧棱线32入射，以26°的射出角向斜下方射出(光束B7)。即，从直角等腰三角形的棱镜顶角30入射的光束B5分离成两束光束B6、B7，分别以26°的角度向斜上方和斜下方射出。
如图8所示配置这种直角等腰三角形的棱镜3，仅使光束B8的1/2入射到底面33上。这样一来，根据上述的原理，光束B8的1/2以26°的角度射出(光束B9)，余下的1/2的光由于不通过棱镜内部，所以在空气中直行(光束B10)。
如上所述可知，通过控制棱镜3的形状、折射率、入射角度等可改变射出角度。
图9为采用了光束分离器1以及三棱镜3的多束光发生器40的侧视图，图19为其俯视图。
多束光发生器40具备准直光源42，光束分离器1，以及三棱镜3。多束光发生器40通过将三棱镜3配置在光束分离器1的后方而产生总计四束的射束。
准直光源42例如由未图示的半导体激光器和平行光管透镜构成。当使光束B11从准直光源42入射到光束分离器1上时，获得在同一直线上行进方向相差180°的两束反射光B12(与图3中的B2相对应)和一束透过光B13(与图3中的B3相对应)。然后，从光束分离器1射出的透过光B1的一部分通过三棱镜3，由于在棱镜内部光路改变，以26°的角度射出(光束B14(与图8中的B9相对应))。同时，由于射出光B13中余下的光不通过三棱镜3的内部而原封不动地在空气中直行(光束B15(与图8中的B10相对应))。因此，从一个光源42获得总计四束的光束B12、B12、B14、B15。另外，在本例中，虽然仅将从光束分离器1射出的光中的一束光束B13分离成两束，当也可以根据需要将其他的射出光B12同样地分离成两束。
以下，参照图11至图13对将光束分离器1和三棱镜3实际安装在激光打墨印装置12上的例子加以说明。
如图11所示，激光打墨印装置12基本上由产生线光的线光生成光学系统4，用于将线光生成光学系统4保持水平的支承结构部5，以及覆盖线光生成光学系统4和支承结构部5的壳体54构成。线光生成光学系统4具备光束分离器1和三棱镜3。
支承结构部5采用公知的万向支架机构。万向支架机构具备支承架50，大环51，小环52，以及安装台53。大环51通过未图示的轴承可相对于支承架50绕X轴摆动。小环52通过未图示的轴承可相对于大环51绕Y轴(垂直于纸面的方向)摆动。在小环52上固定有装载了光学系统4的安装台53。根据这种结构，装载了光学系统4的安装台53可保持水平。
图12和图13为表示线光生成光学系统4的大致结构的侧视图和俯视图。线光生成光学系统4具备半导体激光器6，平行光管透镜7，光束分离器1，三棱镜3，四个玻璃制的棒式透镜8，9，10和11。
从半导体激光器6射出的激光束通过平行光管透镜7转换成准直光(平行光)，沿水平方向前进。然后，准直光通过本实施方式的光束分离器1，分离成三束射束。其中的透过光入射到配置在光束分离器1之后的三棱镜3上而分离成两束射束。即，可从半导体激光器6输出的一束激光束获得四束准直光。然后，四束准直光透过作为线光生成光学系统元件的一种的玻璃制棒式透镜8、9、10以及11而转换成线光。
在此，棒式透镜8、9、10、11产生的线光的朝向由棒式透镜8、9、10、11的设置朝向限定。即在要获得水平线光的情况下，将棒式透镜配置成其轴为垂直方向，在要获得垂直线光的情况下，将棒式透镜配置成其轴为水平方向。在本实施方式中，将棒式透镜8、9、10配置成其轴为水平，将棒式透镜11配置成其轴垂直于水平方向，从而获得三束垂直线光L1、L2、L3和一束水平线光L4。
采用上述实施方式的光束分离器1，可通过简单的方法将一束激光束分离成多束激光束。即，光束分离器1能够非常简单且廉价地从一束入射光中产生三束输出射束。另外，通过将光束分离器1装载在激光打墨印装置12的光学系统4上，能够容易地从一个光源获得多束激光束。也就是说，通过使光束分离器1适用于激光打墨印装置12中，能够简单地形成竖线和横线等。其结果，能够以低价格获得多束线光照射用的激光打墨印装置。
第2实施方式。
基于图14至图20对本发明第2实施方式的线光生成光学系统以及装载了该光学系统的激光打墨印装置加以说明。
图14为表示本实施方式的线光生成光学系统100的说明图(侧视图)。
线光生成光学系统100具备激光光源101，平行光管透镜102，三棱镜103，反射镜104，以及棒式透镜105和106。激光光源101具备激光射出面101a。激光光源101配置成激光射出面101a朝向水平方向。三棱镜103是底面形状为直角等腰三角形的三棱柱。三棱镜103由透光的玻璃或塑料构成。三棱镜103在其直角等腰三角形的底面形状上具有包含夹着顶角103d的两边的两个侧面103a和103b，以及包含与顶角103d对向的底边的侧面103c。三棱镜103是顶角103d经由平行光管透镜102与激光射出面101a对向。
在本实施方式中，与第1实施方式的三棱柱1a不同，三个侧面103a、103b、103c中的任一个上均未形成分光薄膜。但是，侧面103a、103b具有反射率(例如百分之几)和透过率(例如百分之百-百分之几)，作为入射光的一部分反射、而其余部分透过的分光面发挥作用。
从激光光源101的激光射出面101a射出的光透过平行光管透镜102，成为具有规定大小的平行光(准直光)，沿水平方向前进。然后，该准直光从三棱镜103的顶角103d一侧入射，透过三棱镜103分离成两束反射光R1和R2以及两束透过光T1和T2。即，入射光的一部分被侧面103a反射，作为一束反射光R1向图中的上方、即垂直上方前进。入射光的另一部分被侧面103b反射，作为另一束反射光R2向图中的下方、即垂直下方前进。入射光的另一部分透过侧面103b，作为透过光T1通过棱镜103内部，然后在折射作用下仅弯曲规定角度，从棱镜端面103c射出。入射光的其余部分通过侧面103a，作为透过光T2通过棱镜3内部，然后在折射作用下仅弯曲规定角度，从棱镜端面103c射出。另外，在本实施方式中，采用透过光T1用于垂直线照射，采用透过光T2用于水平线照射。
透过光T2由反射镜104反射，其前进方向被调节成水平方向。棒式透镜105配置成其轴为水平方向的朝向，棒式透镜106配置成其轴为垂直方向的朝向。因此，透过光T1通过棒式透镜105被转换成垂直线光。透过光T2通过棒式透镜106被转换成水平线光。
以下，参照图15对光从入射到三棱镜103上到射出的情况加以说明。
三棱镜103是其顶角103d正对着激光射出面101a。即，三棱镜103配置成从激光射出面101a延伸的光轴O将顶角103d两等分的朝向。因此，入射光的1/2入射到侧面103a上，其余的1/2入射到侧面103b上。
从三棱镜103的下侧棱线103b入射的光的入射角度为45°。该光中的一部分以角度θ1在棱镜内部直行。当使棱镜材料的折射率为nP＝1.5(BK7的情况下)以及空气的折射率为1时，根据斯涅耳折射定律，下式(3)成立。
1×sin45°＝1.5×sinθ1 (3)当从式(3)求出θ1时，θ1＝28°，因此，获得了θ2＝17°。然后，当从下式(4)求出θ3时，θ3＝26°。
1.5×sin17°＝1×sinθ3 (4)因此，可知从三棱镜103的顶角103d一侧以45°的入射角入射到侧面103b上的光的一部分从棱镜底面103c以相对水平方向朝上26°的射出角射出(透过光T1)。
另一方面，以45°的入射角入射到侧面103b上的光的其余部分以和入射角相等的反射角45°反射，形成反射光R2。因此，可知反射光R2向相对入射角的光轴O向下偏离90°的垂直下方前进。
在此，由于入射光具有某种程度的粗度，所以入射光的1/2从三棱镜103的下侧棱线103b入射，其一部分(透过光T1)以26°的射出角射出，其余的光(反射光R2)向垂直下方射出。余下的1/2从三棱镜103的上侧棱线103a入射，其一部分(透过光T2)以从水平方向朝下26°的射出角射出，其余的光(反射光R1)向垂直上方射出。即，从直角等腰三角形的棱镜顶角103d入射的光被分离成四束光，分别以垂直上方、垂直下方、从水平方向朝上26°、从水平方向朝下26°的角度射出。
根据以上说明的线光生成光学系统100，由于使准直光从三棱镜103的顶角103d一侧入射，所以能够从一束入射射束产生四束光束。即，在与准直光的入射方向大致垂直的方向上产生两束光束，在准直光的大致入射方向上产生两束光束。因此，若将线光生成光学系统100装载在激光打墨印装置上，则从一束入射光束获得了两束的上下方向的光束，一束水平线光，以及一束垂直线光。上下方向的光束用于画出底墨印，而线光用于画出竖线或横线。
另外，作为本实施方式中的光源101，最好使用例如绿激光器这种产生射束的圆形度接近于大圆形的光束的激光器。
图16为表示作为线光生成光学系统100的变形例的线光生成光学系统120的说明图(侧视图)。在本变形例中，作为光源101，采用了红色半导体激光器。通常，红色半导体激光器是射束的圆形度小，射束形状为椭圆形。因此，当采用红色半导体激光器作为光源101时，由棱镜103将红色激光束分离成四束射束，并原封不动地转换成线光，生成的垂直线和水平线上线宽是不同的。因此，在本变形例中，将梯形棱镜107配置在透过光T1或T2的光路上，使垂直线的线宽和水平线的线宽大致相同。
在线光生成光学系统120中也与图14的线光生成光学系统100同样，从红色半导体激光器101射出的光由平行光管透镜102变换成准直光。在此，由于红色半导体激光器通常是射束截面为椭圆形，所以由平行光管透镜102获得的准直光的光束截面也为椭圆形。因此，由三棱镜103获得的四束射束的截面全部为椭圆形。
现在，考虑长轴径A、短轴径B的椭圆射束入射到棒式透镜N(105、106)上的情况。如图17(a)所示，在椭圆射束以椭圆的长轴A方向和棒式透镜N的轴向垂直的朝向入射到棒式透镜N上的情况下，所获得的线光的宽度为B。另一方面，如图17(b)所示，在椭圆射束以椭圆的长轴A方向和棒式透镜N的轴向平行的朝向入射到棒式透镜N上的情况下，所获得的线光的宽度为A。因此，为了使棒式透镜105、106双方产生线宽为B的垂直线和水平线，要使透过光T1的长轴A方向和棒式透镜105的轴向如图17(a)所示那样垂直，同时使透过光T2的垂直A方向和棒式透镜106的轴向也如图17(a)所示那样垂直。
但是，棒式透镜105和棒式透镜106配置成轴向相互垂直。因此，在变形例中，将作为像旋转元件的梯形棱镜107设置在透过光T1或T2的光路的中间，改变射束形状的朝向。
另外，在本例中，使光源101产生长轴A方向朝向垂直方向的射束。在这种情况下，透过光T1的长轴A方向为相对于棒式透镜105的轴垂直的图17(a)的关系。另一方面，透过光T2的长轴A方向为相对于棒式透镜106的轴平行的图17(b)的关系。因此，将梯形透镜107设置在透过光T2的光路的中间，具体地说设置在反射镜104和棒式透镜106之间的位置。
如图17(c)所示，梯形透镜107具备平行于长度轴L的两个侧面107a、107a，底面107c，顶面107b，相对于长度轴L倾斜的入射面107d和射出面107e。侧面107a为梯形。梯形透镜107配置成其长度轴L与透过光T2的光轴O相一致的朝向。将梯形透镜107的底面107c朝向水平方向配置的状态称为基准位置。而且，将梯形透镜107c以长度轴L方向为中心从基准位置仅旋转角度θ的状态称为角度θ位置。在梯形透镜107位于角度θ位置的情况下，使透过光T2的射束截面形状仅旋转2θ。在本变形例中，梯形透镜107配置成45°角度位置的朝向，使透过光T2的射束截面形状旋转90°。因此，从梯形透镜107射出的透过光T2能够相对于棒式透镜106以图17(a)所示的朝向入射。
根据这种结构，由于椭圆射束T1、T2的双方相对于棒式透镜105和106以射束截面的长轴A方向与透镜的轴向垂直的图17(a)的关系入射，所以获得的垂直线光和水平线光均具有相同的线宽B(椭圆的短轴径)。
另外，在上例中，光源101产生了长轴A方向朝向垂直方向的射束。但是，光源101也可以产生长轴A方向朝向水平方向的射束。在这种情况下，透过光T2的长轴A方向为相对于棒式透镜106的轴垂直的图17(a)的关系。但是，透过光T1的长轴A方向为相对于棒式透镜105的轴平行的图17(b)的关系。因此，若将梯形透镜107设置在透过光T1的光路的中间，即配置在棱镜103和棒式透镜105之间的位置上，则能够使透过光T1相对于棒式透镜105以图17(a)那样的朝向入射。
另外，光源101也可以产生长轴A方向朝向任意方向的射束。在这种情况下，可以准备两个梯形透镜107，将其分别配置在透过光T1和T2的光路的中间，使透过光T1、T2的射束截面形状仅旋转必要的角度，入射到对应的棒式透镜105、106。
图18为表示作为线光生成光学系统120的变形例的的线光生成光学系统140的说明图(侧视图)。在线光生成光学系统140中，不配置梯形透镜107，而代之以将变形透镜108配置在平行光管透镜102的后级。
变形透镜108变换椭圆的准直光的长宽比，将其射束形状变换成圆形。长宽比表示椭圆的圆形度。变形透镜108将椭圆形的准直光变换成圆形的准直光，形成长径轴和短径轴均为B的光、即射束形状为圆形的光。这种圆形射束由棱镜103分离，形成的透过光T1、T2也成为长轴径和短轴径为B的圆形射束。因此，通过棒式透镜105、106，可获得线宽为B的垂直线和线宽为B的水平线。
另外，也可以取代变形透镜，而采用能够将椭圆形的准直光变换成圆形的准直光的其他任意的光学部件。
图19为表示装载了上述线光生成光学系统100的激光打墨印装置111的示意说明图。激光打墨印装置111基本上由发生线光的光学单元109，将光学系统保持水平的支承结构部110，以及覆盖光学单元109和支承结构部110的壳体112构成。由于支承结构部110与第1实施方式所说明的支承结构部5为相同的结构，所以省略其说明。
本实施方式的激光打墨印装置111中，示出了采用绿激光器作为光源101的情况。由于绿激光的射束圆形度大，所以即使不使用梯形透镜107或者变形透镜108也能够获得圆形的射束形状。因此，在本实施方式中，虽然光学单元109具备线光生成光学系统100(图14)，但也可以根据所使用的激光采用其他的线光生成光学系统120(图16)或者140(图18)。
图20为表示光学单元109的结构的说明图(侧视图)。从激光源101射出的光通过平行光管透镜102，成为具有规定的大小、沿水平前进的准直光。然后，该准直光从三棱镜103的顶角103d一侧入射，由侧面103a、103b反射而得到的反射光R1和R2成为分别沿垂直的上下方向前进的点光。透过侧面103a、103b的透过光T1和T2通过三棱镜103的内部，在折射作用下弯曲规定的角度，从棱镜端面103c射出。在本实施方式中，由于将透过光T2作为水平线照射加以使用，所以采用反射镜104，调节成光的行进方向为水平方向。然后，透过光T1和T2分别由棒式透镜105和106变换成线光。即，透过光T1变换成垂直线光，透过光T2变换成水平线光。
根据这样构成的激光打墨印装置111，能够从一个光源获得两束线光和两束点光。
如上所述，采用本实施方式的线光生成光学系统100、120、或者140，能够以简单的方法将一束激光束分离成四束激光束。而且，由于通过将线光生成光学系统100、120、或者140装载在激光打墨印装置111上，能够容易地从一个光源101获得四束激光束，所以能够以低成本产生打墨印用的激光线光。其结果，能够低价格地提供两束线光、两束点光的激光打墨印装置。
第3实施方式基于图21至图33对本发明第3实施方式的光束分离器以及装载了该分离器的激光打墨印装置加以说明。
本实施方式的光束分离器201示于图21。光束分离器21由能够透光的玻璃或塑料构成。在本实施方式中，采用BK7(折射率为1.5)的玻璃材料。光束分离器201具有长方体形状。光束分离器201作为相互对向的两个侧面具有光学平面202和204。光学平面202和204相互平行。在本例中，光束分离器210为长20mm、高10mm、进深(光学平面202和204之间的距离)10mm。
光学平面202的一部分上形成有用于将入射光分离成透过光和反射光的第一分光薄膜(第一分光面)203。光学平面204的一部分上形成有第二分光薄膜(第二分光面)205。第一分光薄膜203和第二分光薄膜205双方均与第1实施方式的分光薄膜2同样，为金属薄膜或电介质薄膜的单层或多层的薄膜。在本例中，第一分光薄膜203具有33％的反射率，67％的透过率。第二分光薄膜205具有50％的反射率，50％的透过率。
另外，第一分光薄膜203或第二分光薄膜205与第1实施方式的分光薄膜2同样，能够通过蒸镀等形成。只要形成获得所希望的反射率或透过率的膜厚即可。
图22表示光束分离器201的俯视图。使入射光B21相对于第一分光薄膜203斜向(具体地说为45°入射角)入射。入射光B21的一部分(在本例中为33％)反射而成为反射光R21。其余的光(在本例中为67％)成为透过光T21，并通过光束分离器201的内部。透过光T21到达第二分光薄膜205上时，透过光T21的一部分(在本例中为50％)反射，成为反射光R22。通过了光束分离器201内部的光R22从光学平面202射出，成为光线R23。透过光T21中其余的光(在本例中为50％)通过第二分光薄膜205，成为光线T22。因此，从光束分离器201获得了三束分离光R21、R23、T22。分离光R21、R23、T22具有大致相同的强度(33％＝67％×50％)。
另外，第一分光薄膜203或第二分光薄膜205的反射率或透过率并不仅限于上述的例子。分离光R21、R23、T22的强度根据这些反射率或透过率确定。
以下，参照图23对入射光B21被分割成三束的光R21、R23、T22的原理加以说明。
如图23所示，使被准直的激光B21以相对于光学平面202的法线为45°的角度入射(入射点O)。入射光B21的一部分由第一分光面203以相对于法线为45°的角度反射，成为反射光R21。其余的光T21以相对于法线为θ的角度入射到光束分离器201的内部。
此时，当设空气的折射率为1，光束分离器201的折射率为n时，根据斯涅耳折射定律，成为下式(5)。
1sin45°＝nsinθ (5)光线T21的一部分由第二分光面205以相对于法线为θ的角度反射，成为反射光R22，并在通过了光束分离器201的内部之后，从光学平面202射出(光线R23)。
此时，根据斯涅耳折射定律，光线R23与作为射出面的光学平面202的法线呈45°的角度。光线T21中其余的光通过第二分光面205，成为光线T22。由于根据斯涅耳折射定律，光线T22成为与第二分光面205的法线的角度为45°，所以光线T22与入射光B21平行。
当设第一分光面203上的入射光B21的入射点O为原点，入射点处的法线为y轴，与y轴垂直的轴为x轴时，光线T21的直线式为下式(6)。
y＝cotθ·x(6)在此，第一分光面203和第二分光面205的y轴方向的距离为d时，包含第二分光面205的直线式为下式(7)。
y＝-d (7)
光线T21与第二分光面205的交点A的坐标根据式(6)和(7)为A(-dtanθ、 -d)。
线段OA的长度b为下式(8)所示。
b＝((-dtanθ)2+(-d)2)1/2＝d(1+tan2θ)1/2(8)因此，入射光线B21和光线T22的偏离量δ由下式(9)表示。
δ＝bsin(45°-θ)＝d(1+tan2θ)1/2·sin(45°-θ) (9)然后，当设光学平面202处的光线R23的射出点为c，线段oc的长度为L时，则成为下式(10)。
L＝bsinθ·2＝2d(1+tan2θ)1/2·sinθ＝2dtanθ(10)因此，光线R21和R23的间隔w为下式(11)。
w＝Lcos45°＝2d(1+tan2θ)1/2·sinθcos45°＝2dtanθ·cos45° (11)例如，当设光束分离器201的材料的折射率为1.5时，根据式(5)获得1sin45°＝1.5sinθ，因此获得θ＝28°。而且，当设光学平面202、204之间的距离为10mm时，将θ＝28°代入式(9)中，获得光线B21和光线T22的偏离量δ为，δ＝10(1+tan228°)1/2·sin(45°-28°)＝3.3mm。
在此，第一分光薄膜203上的入射位置O和第二分光薄膜205上的入射位置A的x轴方向的距离为L/2，根据式(10)，L/2＝dtanθ。因此，可知第一分光薄膜203处的光的入射点和第二分光薄膜205处的光入射点的x轴方向的距离大致为dtanθ。因此可知，当入射光B21入射到第一分光薄膜203上时，为了透过光T21必须到达第二分光薄膜205，将第一分光薄膜203和第二分光薄膜205形成在光学平面202、204上沿与这些光学平面202、3204平行的方向仅偏离距离dtanθ的位置上即可。具体地说，在图22中，形成为第一分光薄膜203的左右方向的大致中心部和第二分光薄膜205的左右方向的大致中心部在左右方向上仅偏离距离dtanθ。
同样，光线R21和R23之间的间隔w为，w＝2·10(1+tan228°)1/2·sin28°cos45°＝7.5mm。
因此，根据光束分离器201，可简单地形成在与入射光B21平行的光路中前进的光线T22，以及在与入射光B21垂直的光路中前进的光线R21和R23三束光线。
以下，基于图24和图25对本实施方式的变形例的光束分离器301加以说明。光束分离器301的特征在于可生成与入射光线B21的偏离量δ为零的射出光线T24。
如图24所示，光束分离器301是将两个长方体组合成L字形的结构。即，光束分离器301与图21的光束分离器201一样，作为相互对向的两个侧面具有光学平面202和204。光学平面202和204相互平行。光束分离器301作为相互对向的两个侧面还具有光学平面206和207。光学平面206和207相互平行，并与光学平面202和204垂直。光学平面202、204的间隔与光学平面206、207的间隔相等。在本例中，光束分离器301的L字形的尺寸为30mm(光学平面202、204的长度)×25mm(光学平面206、207的长度+光学平面202和204的距离)。而且，光束分离器301的高度为10mm，光学平面202和204的间隔为10mm，光学平面206和207的间隔为10mm。
光束分离器301由能够透光的玻璃或塑料构成。在本例中，光束分离器301由BK7(折射率为1.5)的玻璃材料构成。
与图21的光束分离器201同样，在光学平面202的一部分上形成有第一分光薄膜(第一分光面)203，在光学平面204的一部分上形成有第二分光薄膜(第二分光面)205。第一分光薄膜203和第二分光薄膜205的位置关系、反射率、透过率与光束分离器201上形成的第一分光薄膜203、第二分光薄膜205相同。
如图25所示，光线B21相对于光束分离器301也斜向入射。与参照图22说明的光束分离器201的情况同样地产生反射光R21、R22、R23和透过光T21、T22。光线T22入射到光学平面206上，作为光线T23再次通过光束分离器301内部，作为光线T24从光学平面207射出。入射光线B21和光线T24的偏离量δ’为零。
以下，采用图26对偏离量δ’为零的理由加以说明。
另外，将第一分光面203上的入射点(原点)O和光学平面206的x轴方向的距离(沿着平面202、204的距离)作为c。
由于光线T22和第二分光面250的法线呈45°的角度，并且通过点A(-dtanθ、-d)，所以光线T22的直线式为下式(12)。
y＝x+d(tanθ-1) (12)然后，当设包含光学平面206的直线式为下式(13)时。
x＝-c(13)
光学平面206和光学平面207的间隔与光学平面202和光学平面204的间隔同样地为d，所以包含光学平面207的直线式为下式(14)。
x＝-(c+d) (14)因此，光线T22和光学平面206的交点E的座标根据式(12)和式(13)为E(-c、d(tanθ-1)-c)。而且，由于光线T23与光学平面206的法线呈角度θ，所以包含光线T23的直线式的斜率为tanθ。同时，由于该直线通过点E(-c、d(tanθ-1)-c)，所以直线式为下式(15)。
y＝tanθ·x+(c+d)(tanθ-1)(15)包含光线T23的直线和光学平面207的交点F的座标根据式(14)和式(15)为F(-(c+d)、-(c+d))。
在此，包含入射光B21的直线式为下式(16)。
y＝x (16)当从式(14)和式(16)求出入射光B21和光学平面207的交点F’的座标时，F’为(-(c+d)、-(c+d))。即，F和F’相一致。而且，由于F点也是光线T24的射出点，所以可知入射光B21和射出光T24位于同一直线上。
如上所述，当为了使入射光B21和射出光T24位于同一直线上而使光学平面206和207的间隔与光学平面202和204的间隔相一致时，不仅要将光学平面206和207与光学平面202和204配置成相互垂直，还要将从入射点O(y轴)到光学平面206的x轴方向的距离取为大于从入射点O(y轴)到射出点(A)的x轴方向的距离。这是由于透过光T22从光学平面204射出后还需要再次入射到光学平面206上的缘故。
即，要满足下式(17)。
dtanθ＜c (17)如上所述，第一分光薄膜203处的光入射点和光学平面206在与光学平面202、204平行的方向上的距离要大于dtanθ。因此，将光束分离器301制成光学平面206和第一分光薄膜203在与光学平面202、204平行的方向上的距离大于dtanθ即可。例如，在图25中，制成光学平面206和第一分光薄膜203的左右方向的大致中心位置的距离在左右方向上大于dtanθ即可。优选地制成光学平面206和第一分光薄膜203中左侧端部(光学平面206一侧的端部)的距离大于dtanθ。
这样一来，若能够在与入射光相同的直线上形成射出光线，则用激光打墨印装置画出水平线或垂直线非常方便。
以下，基于图27和图28对本实施方式的第2变形例的光束分离器401加以说明。在光束分离器401中，其特征在于，光线R21的反射光的一部分在与R21相同的光路上返回，再次入射到光束分离器401。
如图27所示，光束分离器401也是将两个长方体组合成L字形构成的。即，光束分离器401与图21的光束分离器201一样，作为相互对向的两个侧面，具有光学平面202和204。光学平面202和204相互平行。光束分离器401还具有光学平面208和209作为相互对向的另外两个侧面。光学平面208和209相互平行，并且与光学平面202和204垂直。光学平面202和204的间隔与光学平面208和209的间隔相等。在本例中，光束分离器401的L字形的尺寸为30mm(光学平面202、204的长度)×25mm(光学平面208、209的长度+光学平面202和204的间隔)。而且，光束分离器401的高度为10mm，光学平面202和204的间隔为10mm，光学平面208和209的间隔为10mm。
光束分离器401由能够透光的玻璃或塑料构成。在本例中，光束分离器401由BK7(折射率为1.5)的玻璃材料构成。
与图21的光束分离器201同样，在光学平面202的一部分上形成有第一分光薄膜(第一分光面)203，在光学平面204的一部分上形成有第二分光薄膜(第二分光面)205。第一分光薄膜203和第二分光薄膜205的位置关系、反射率、透过率与光束分离器201上形成的第一分光薄膜203、第二分光薄膜205相同。
如图28所示，光线B21相对于光束分离器401也斜向入射。与参照图22说明的光束分离器201的情况同样地产生反射光R21、R22、R23和透过光T21、T22。光线R21入射到设置在光线R21的延长线上的未图示的棒式透镜中。垂直入射到棒式透镜上的光中的百分之几被反射，作为光线R24在与光线R21相同的光路上返回。光线R24入射到第一分光面203上，与光线呈角度θ＝28°，通过光束分离器401内部(光线T25)，以45°的角度从光学平面204上作为光线T26射出。之后，入射到光学平面208上，再次通过光束分离器401内部(光线T27)，然后以45°的角度从光学平面209上作为光线T28射出。在此，与参照图26说明的光束分离器301一样，光学平面208和209的间隔与光学平面202和204的间隔相一致，光学平面208和209与光学平面202和204相互垂直，另外，若光学平面208和第一分光薄膜203在与光学平面202、204平行的方向上的距离大于dtanθ，则光线T28位于和反射光R24相同的直线上。这是由于透过光T28从光学平面204射出后可入射到光学平面208上的缘故。
在该变形例中，由于能够形成在与光线B21成直角的方向的光路中前进的两束光线R21、T28，所以在例如用于激光打墨印装置中的情况下，在画出垂直线或水平线上非常方便。
以下，基于图29和图30对本实施方式的第3变形例的光束分离器501加以说明。光束分离器501具有将图24的光束分离器301和图27的光束分离器401组合的结构，使射出光T24位于和入射光B21相同的直线上，进而使射出光T28位于和反射光R24相同的直线上。
如图29所示，光束分离器301为将三个长方体组合成コ字形的结构。即，光束分离器501除了具有光学平面202、204之外，还与光束分离器301同样地具有光学平面206、207，另外，与光束分离器401同样地具有光学平面208、209。而且，光束分离器501由能够透光的玻璃或塑料构成。在本变形例中也采用了BK7(折射率为1.5)的玻璃材料。
而且，与光束分离器301、401一样，在光学平面202的一部分上形成有第一分光薄膜(第一分光面)203，在光学平面204的一部分上形成有第二分光薄膜(第二分光面)205。光学平面202、204、206、207、208、209、以及第一、第二分光薄膜203、205的位置关系、第一、第二分光薄膜203、205的反射率、透过率与光束分离器301、401相同。光学平面202、204之间的距离，光学平面206、207之间的距离，以及光学平面208、209之间的距离相同(例如为10mm)。
如图30所示，透过第二分光薄膜205的光线T22入射到光学平面206上，再次通过光束分离器501内部(光线T23)，从光学平面207上作为光线T24射出。而且，作为光线R21的反射光的R24入射到第一分光面203上，与法线成角度θ＝28°，再次通过光束分离器501内部(光线T25)，以45°的角度从光学平面204上射出，成为光线T26。光线T26入射到光学平面208上，作为光线T27再次通过光束分离器501内部，以45°的角度从光学平面209上射出，成为光线T28。这样一来，光线T24和入射光B21位于同一直线上，反射光R24和光线T28位于同一直线上。
以下，参照图31、图32对本实施方式的将光束分离器201(图21)安装在激光打墨印装置上的方式加以说明。
如图31所示，激光打墨印装置210基本上由产生线光的光学系统214，将光学系统214保持水平的支承结构部215，以及覆盖光学系统214和支承结构部215的壳体226构成。由于支承结构部215和第1实施方式中说明的支承结构部5结构相同，所以省略其说明。
图32中示出线光生成光学系统214的侧视图。
线光生成光学系统214具备半导体激光器216，平行光管透镜217，光束分离器201，以及三个棒式透镜221、222、223。
半导体激光器216配置成光轴为水平方向。从半导体激光器216射出的激光束由平行光管透镜217变换成射束截面形状为圆形的准直光(平行光)B21。在本例中，设定成准直光B21的射束直径为2mm。而且，光束分离器201配置成其光学平面202的法线和半导体激光器216的光轴成45°的角度。光学平面202和204的间隔为10mm，光束分离器的长度为20mm，高为10mm。
由第一分光薄膜203将入射光中的33％反射，67％透过。因此，入射光B21由第一分光面203反射33％，成为光线R21。其余的67％的光成为透过光T21，通过光束分离器201内部。由第二分光薄膜205将入射光中的50％反射，50％透过。因此，由第二分光薄膜205反射透过光T21的50％，成为反射光R22，通过光束分离器201内部后，从光学平面202上射出(光线R23)。T21中其余的50％的光透过第二分光薄膜205，成为光线T22。光线R21和光线R23以相对于光学平面202的法线为45°的角度射出。因此，光线R21、R23的射出方向为垂直方向。
光线R21和R23的间隔w根据式(11)为，w＝2·10(1+tan228°)1/2·sin28°cos45°＝7.5mm。
将θ＝28°代入式(9)，获得光线B21和光线B23的偏离量δ为，δ＝10(1+tan228°)1/2·sin(45°-28°)＝3.3mm。
棒式透镜221、222配置在向垂直方向射出的两束光线R21和R23的光路上，将光线R21和R23变换成线光。配置在光线R21的光路上的棒式透镜221配置成其轴向为水平、并且是与半导体激光器216的射出方向平行的朝向。而且，配置在光线R23的光路上的棒式透镜222配置成其轴向为水平，并且是与棒式透镜221垂直的方向。因此，从棒式透镜221、222射出的两束垂直线光相互交叉。
而且，棒式透镜223配置在光线T22的光路上。棒式透镜223配置成轴向朝向垂直方向。因此，从棒式透镜223产生的线光为水平线光。在此，由于光线B21和光线T22的偏离量δ为3.3mm，所以光线T22从比半导体激光器216的射出位置低3.3mm的位置射出。另外，若装载第1变形例所示的光束分离器301(图25)以取代光束分离器201，则能够使光线B21和光线T22的偏离量δ为零。因此，能够使半导体激光器216的射束射出高度和水平线光的射出高度相一致。
而且，光线R21中相对于棒式透镜221的入射面垂直入射的光的一部分成为反射光R24，在与光线R1相同的光路上返回。图33中示出装载了第2变形例的光束分离器401(图28)以取代光束分离器201的线光生成光学系统224的侧视图。在线光生成光学系统224中，光线R24和光线T28通过光束分离器401而位于同一直线上。即，由棒式透镜221和222形成的交叉线光的交点和光线T28配置在同轴上。因此，若取代线光生成光学系统214(图32)而将线光生成光学系统224配置在图31的激光打墨印装置210上，则能够获得光线T28原封不动地向激光打墨印装置210的垂直下方射出的所谓底墨印点光。
同样，在图32的线光生成光学系统214中，若取代光束分离器201而装载第3变形例所示的光束分离器501(图30)，则能够容易地使半导体激光器216的射束射出高度和线光射出高度相一致，并且获得能够射出地墨点光的激光打墨印装置。而且，也可以通过采用反射镜等光学元件改变光线R21或R23的射出方向。
如上所述，采用本实施方式的光束分离器201、301、401、或501，能够以简单的方法将一束激光束分离成多束激光束。而且，由于通过将光束分离器201、301、401、或501装载在激光打墨印装置210的光学系统中，能够容易地从一个光源获得多束激光束，所以能够以低成本产生多束打墨印用的激光线光。其结果，能够以低价格提供多束线光照射用的激光打墨印装置。
本发明的光束分离器、线光生成光学系统、多束光发生器、激光打墨印装置并不仅限于上述的实施方式，可在权利要求书记载的范围内进行各种变形或改进。
例如，在上述第1和第3实施方式中，作为分光薄膜采用了电介质薄膜，但也可以采用Cr、Al等金属薄膜。
与第1实施方式相同，也可以在第2实施方式的三棱镜103的侧面103a和103b上形成分光薄膜2，将反射光R1和透过光T2的比例以及反射光R2和透射光T1的比例调整成任意值。
光束分离器的尺寸并不仅限于实施方式中说明的数值，可根据用途设定成任意值。
在图14中，仅在透过光T2的光路上配置了反射镜104，但也可以在光T2、R1、R2等光路上设置同样的反射镜，从而改变这些光路。
权利要求
1.一种光束分离器，包括至少具有两个面的透光体，形成在上述至少两个面中第一面上的第一分光部，以及形成在上述至少两个面中第二面上的第二分光部，从一束入射光获得多束分离光。
2.根据权利要求1所述的光束分离器，其特征是，上述第一分光部将上述一束入射光的一部分分离成反射光和透射光，上述第二分光部将上述一束入射光的其余部分分离成反射光和透过光，输出两束反射光和一束透过光。
3.根据权利要求2所述的光束分离器，其特征是，上述透光体为具有三个侧面的三棱柱形状的透明光学部件，在上述三棱柱的三个侧面中的两个侧面上形成有上述第一分光部和上述第二分光部。
4.根据权利要求3所述的光束分离器，其特征是，上述光学部件是其底面形状大致为直角等腰三角形的三棱柱。
5.根据权利要求1所述的光束分离器，其特征是，上述透光体具备分别具有大致直角等腰三角形的底面形状的作为透明三棱柱的第一光学部件、第二光学部件、和第二光学部件，上述第一光学部件的侧面、即在上述三棱柱的底面形状上包含夹着顶角的两边的三棱柱的两个侧面接合在上述第二光学部件和上述第三光学部件的侧面、即在上述三棱柱的底面形状上包含与顶角对向的边的三棱柱的侧面上，在上述接合的两个侧面上形成有上述第一分光部和上述第二分光部。
6.根据权利要求2所述的光束分离器，其特征是，上述第一分光部和上述第二分光部具有约67％的反射率。
7.根据权利要求1所述的光束分离器，其特征是，上述第一面和上述第二面相互平行，上述第一分光部将上述一束入射光分离成反射光和透过光，上述第二分光部将上述透过光进一步分离成反射光和透过光。
8.根据权利要求7所述的光束分离器，其特征是，在将上述一束入射光以大致45°的入射角相对于上述第一分光部入射情况下的上述第一分光部的入射时的折射角设为θ，将上述第一面和上述第二面的间隔设为d时，以上述第一分光部和上述第二分光部的距离、即与上述第一面和上述第二面平行方向上的距离大致为d tanθ的方式形成上述第一分光部和上述第二分光部。
9.根据权利要求7所述的光束分离器，其特征是，上述透光体还具备使上述第二分光部处的透过光顺序地透过的第三面和第四面，上述第三面和上述第四面相互平行，并且与上述第一面和上述第二面垂直。
10.根据权利要求9所述的光束分离器，其特征是，在将上述一束入射光以大致45°的入射角相对于上述第一分光部入射情况下的上述第一分光部的入射时的折射角设为θ，将上述第一面和上述第二面的间隔设为d时，上述第一分光面和上述第三面的距离、即与上述第一面和上述第二面平行方向上的距离大于d tanθ。
11.根据权利要求9所述的光束分离器，其特征是，上述第三面和上述第四面的间隔与上述第一面和上述第二面的间隔实质上相等，并且使透过了上述第四面的光的光路与入射光的光路的延长线相一致。
12.根据权利要求9所述的光束分离器，其特征是，上述透光体还具备使由规定的反射体将上述第一分光部处的反射光反射来的光顺序地透过的第五面和第六面，上述第五面和上述第六面相互平行，并且与上述第一面和上述第二面垂直。
13.根据权利要求12所述的光束分离器，其特征是，上述第五面和上述第六面的间隔与上述第一面和上述第二面的间隔实质上相等，并且使透过了上述第六面的光的光路与由上述规定的反射体反射来的光的光路的延长线相一致。
14.根据权利要求1所述的光束分离器，其特征是，上述第一分光部和上述第二分光部分别由分光薄膜构成。
15.一种多束光发生器，包括产生光束的光源和光束分离器，所述光束分离器由至少具有两个面、上述光束入射的透光体，形成在上述至少两个面中的第一面上的第一分光部，以及形成在上述至少两个面中的第二面上的第二分光部构成。
16.根据权利要求15所述的多束光发生器，其特征是，还具备从由上述第一分光部和上述第二分光部中的至少一个分离的光束获得线光的线光生成光学元件。
17.根据权利要求16所述的多束光发生器，其特征是，上述光束分离器将从上述光源产生的一束入射光分离成由上述第一分光部反射的一束光，由上述第二分光部反射的一束反射光，以及由透过了上述第一分光部的光和透过了上述第二分光部的光构成的一束透过光，上述线光生成光学元件承受由上述第一分光部反射的反射光，由上述第二分光部反射的反射光，以及由透过了上述第一分光部的光和透过了上述第二分光部的光构成的一束透过光中的至少一束，并将其变换成线光。
18.根据权利要求17所述的多束光发生器，其特征是，上述透光体为具有三个侧面的三棱柱形状的透明光学部件，在上述三棱柱的三个侧面中的两个侧面上形成有上述第一分光部和上述第二分光部。
19.根据权利要求18所述的多束光发生器，其特征是，上述光学部件是其底面形状大致为直角等腰三角形的三棱柱。
20.根据权利要求17所述的多束光发生器，其特征是，上述透光体具备分别具有大致直角等腰三角形的底面形状的作为透明三棱柱的第一光学部件、第二光学部件、和第二光学部件，上述第一光学部件的侧面、即在上述三棱柱的底面形状上包含夹着顶角的两边的三棱柱的两个侧面接合在上述第二光学部件和上述第三光学部件的侧面、即在上述三棱柱的底面形状上包含与顶角对向的边的三棱柱的侧面上，在上述接合的两个侧面上形成有上述第一分光部和上述第二分光部。
21.根据权利要求17所述的多束光发生器，其特征是，上述第一分光部和上述第二分光部具有约67％的反射率。
22.根据权利要求15所述的多束光发生器，其特征是，上述第一分光部和上述第二分光部分别由分光薄膜构成。
23.根据权利要求15所述的多束光发生器，其特征是，上述第一面和上述第二面相互平行，上述第一分光部将上述一束入射光分离成反射光和透过光，上述第二分光部将上述透过光进一步分离成反射光和透过光。
24.根据权利要求23所述的多束光发生器，其特征是，上述透光体还具备使上述第二分光部处的透过光顺序地透过的第三面和第四面，上述第三面和上述第四面相互平行，并且与上述第一面和上述第二面垂直，上述第三面和上述第四面的间隔与上述第一面和上述第二面的间隔实质上相等，并且使透过了上述第四面的光的光路与入射光的光路的延长线相一致，上述透光体还具备使由规定的反射体将上述第一分光部处的反射光反射来的光顺序地透过的第五面和第六面，上述第五面和上述第六面相互平行，并且与上述第一面和上述第二面垂直，上述第五面和上述第六面的间隔与上述第一面和上述第二面的间隔实质上相等，并且使透过了上述第六面的光的光路与由上述规定的反射体反射来的光的光路的延长线相一致。
25.一种线光生成光学系统，包括产生激光的光源，将来自上述光源射出光变换成准直光的平行光管透镜，呈具有三个侧面的三棱柱的形状、在上述三棱柱的三个侧面中的两个侧面上形成有第一分光部和第二分光部的三棱镜，所述三棱镜以由上述两个侧面夹持的顶角承受上述准直光、将上述准直光分离成四束光束，配置在从上述三棱镜射出的光束的光路中的至少一个光路上、将该光束分离成线光的线光生成光学元件。
26.根据权利要求25所述的线光生成光学系统，其特征是，通过在上述三棱镜和上述线光生成光学元件之间还设置反射从上述三棱镜射出的光束的反射镜，改变该光束的光路。
27.根据权利要求25所述的线光生成光学系统，其特征是，上述光源还具有射出激光的激光射出面，上述三棱镜的顶角与该激光射出面对向。
28.根据权利要求25所述的线光生成光学系统，其特征是，还具备使来自上述平行光管透镜的准直光的射束形状为大致圆形得光学元件。
29.根据权利要求28所述的线光生成光学系统，其特征是，上述光学元件由改变上述准直光的圆形度的变形透镜构成。
30.根据权利要求25所述的线光生成光学系统，其特征是，在上述三棱镜和上述线光生成光学元件之间还配置有梯形透镜，使光束的射束形状旋转。
31.根据权利要求25所述的线光生成光学系统，其特征是，上述第一分光部和上述第二分光部分别由分光薄膜构成。
32.一种激光打墨印装置，包括产生光束的激光器，由至少具有两个面、上述光束入射的透光体，形成在上述至少两个面中的第一面上的第一分光部，以及形成在上述至少两个面中的第二面上的第二分光部构成的光束分离器，从由上述第一分光部和上述第二分光部中的至少一个分离的光束获得线光的线光生成光学元件，支承上述激光器、上述光束分离器、以及上述线光生成光学元件的支承部。
33.根据权利要求32所述的激光打墨印装置，其特征是，上述光束分离器将从上述激光器产生的一束入射光分离成由上述第一分光部反射的一束光，由上述第二分光部反射的一束反射光，以及由透过了上述第一分光部和上述第二分光部中的任一个的光构成的一束透过光，上述线光生成光学元件承受由上述第一分光部反射的反射光，由上述第二分光部反射的反射光，以及由透过了上述第一分光部的光和透过了上述第二分光部的光构成的一束透过光中的至少一种，并将其变换成线光。
34.根据权利要求32所述的激光打墨印装置，其特征是，在上述第一分光部的反射光、上述第二分光部的反射光、上述第一分光部和第二分光部的透过光中的至少一种的通过路径上设置其他的分光元件，产生四束以上的光束，上述线光生成光学元件承受上述四束以上的光束中的至少一束，并将其变换成线光。
35.根据权利要求33所述的激光打墨印装置，其特征是，上述透光体为具有三个侧面的三棱柱形状的透明光学部件，在上述三棱柱的三个侧面中的两个侧面上形成有上述第一分光部和上述第二分光部。
36.根据权利要求35所述的激光打墨印装置，其特征是，上述光学部件是其底面形状大致为直角等腰三角形的三棱柱。
37.根据权利要求33所述的激光打墨印装置，其特征是，上述透光体具备分别具有大致直角等腰三角形的底面形状的作为透明三棱柱的第一光学部件、第二光学部件、和第二光学部件，上述第一光学部件的侧面、即在上述三棱柱的底面形状上包含夹着顶角的两边的三棱柱的两个侧面接合在上述第二光学部件和上述第三光学部件的侧面、即在上述三棱柱的底面形状上包含与顶角对向的边的三棱柱的侧面上，在上述接合的两个侧面上形成有上述第一分光部和上述第二分光部。
38.根据权利要求33所述的激光打墨印装置，其特征是，上述第一分光部和上述第二分光部具有约67％的反射率。
39.根据权利要求33所述的激光打墨印装置，其特征是，在上述激光器和上述光束分离器之间还设置有将来自该激光器的射出光变换成准直光的平行光管透镜，上述透光体由具有三个侧面的三棱柱形状的三棱镜构成，上述棱镜在三棱柱的三个侧面中的两个侧面上形成有上述第一分光部和上述第二分光部，以由上述两个侧面夹持的顶角承受上述准直光，上述第一分光部和上述第二分光部协同动作，将上述准直光分离成四束光束。
40.根据权利要求39所述的激光打墨印装置，其特征是，上述三棱镜从与上述顶角对向的一个侧面射出第一光束和第二光束，从形成了上述第一分光部和上述第二分光部的上述两个侧面射出第三光束和第四光束，具备配置在上述第一光束的光路上、将上述第一光束变换成线光的第一线光生成光学元件，以及配置在上述第二光束的光路上、将上述第二光束变换成线光的第二线光生成光学元件。
41.根据权利要求40所述的激光打墨印装置，其特征是，上述第一分光部和上述第二分光部沿着相对于上述准直光的入射方向大致垂直的方向射出上述第三光束和上述第四光束。
42.根据权利要求40所述的激光打墨印装置，其特征是，在上述第一光束和上述第二光束的光路的至少一个上配置有将光路变更成光的行进方向为水平方向的光路变更光学元件。
43.根据权利要求42所述的激光打墨印装置，其特征是，上述光路变更光学元件配置在上述第一光束的光路上，上述第一线光生成光学元件设置在上述光路变更光学元件的后级，从行进方向为水平方向的上述第一光束产生水平线光，上述第二线光生成光学元件从上述第二光束产生垂直线光。
44.根据权利要求40所述的激光打墨印装置，其特征是，在上述三棱镜和上述线光生成光学元件之间的上述第一光束和上述第二光束中的上述一个的光路上配置梯形透镜，使上述第一光束和上述第二光束中的至少一束的射束形状旋转。
45.根据权利要求40所述的激光打墨印装置，其特征是，在上述平行光管透镜和上述三棱镜之间的光路上配置使光束为大致圆形的光学元件。
46.根据权利要求39所述的激光打墨印装置，其特征是，通过在从上述三棱镜射出的光束中的至少一束的光路上设置反射镜，改变上述光束的光路。
47.根据权利要求39所述的激光打墨印装置，其特征是，上述激光器具有射出激光的激光射出面，上述三棱镜的顶角和该激光射出面对向。
48.根据权利要求39所述的激光打墨印装置，其特征是，还具备使来自上述平行光管透镜的准直光的射束形状为圆形的光学元件。
49.根据权利要求48所述的激光打墨印装置，其特征是，上述光学元件由改变上述准直光的圆形度的变形透镜构成。
50.根据权利要求39所述的激光打墨印装置，其特征是，在从上述三棱镜射出的四束光束中的至少一束的光路上配置梯形透镜，使至少一束光束的射束形状旋转。
51.根据权利要求32所述的激光打墨印装置，其特征是，上述第一面和上述第二面相互平行，上述第一分光部将上述一束入射光分离成反射光和透过光，上述第二分光部将上述透过光进一步分离成反射光和透过光。
52.根据权利要求51所述的激光打墨印装置，其特征是，在将上述一束入射光以大致45°的入射角相对于上述第一分光部入射情况下的上述第一分光部的入射时的折射角设为θ，将上述第一面和上述第二面的间隔设为d时，以上述第一分光部和上述第二分光部的距离、即与上述第一面和上述第二面平行方向上的距离大致为d tanθ的方式配置上述第一分光部和上述第二分光部。
53.根据权利要求51所述的激光打墨印装置，其特征是，上述透光体还具备使上述第二分光部处的透过光顺序地透过的第三面和第四面，上述第三面和上述第四面相互平行，并且与上述第一面和上述第二面垂直。
54.根据权利要求53所述的激光打墨印装置，其特征是，在将上述一束入射光以大致45°的入射角相对于上述第一分光部入射情况下的上述第一分光部的入射时的折射角设为θ，将上述第一面和上述第二面的间隔设为d时，上述第一分光面和上述第三面的距离、即与上述第一面和上述第二面平行方向上的距离大于d tanθ。
55.根据权利要求53所述的激光打墨印装置，其特征是，上述第三面和上述第四面的间隔与上述第一面和上述第二面的间隔实质上相等，并且使透过了上述第四面的光的光路与入射光的光路的延长线相一致。
56.根据权利要求53述的激光打墨印装置，其特征是，上述透光体还具备使由规定的反射体将上述第一分光部处的反射光反射来的光顺序地透过的第五面和第六面，上述第五面和上述第六面相互平行，并且与上述第一面和上述第二面垂直。
57.根据权利要求56所述的激光打墨印装置，其特征是，上述第五面和上述第六面的间隔与上述第一面和上述第二面的间隔实质上相等，并且使透过了上述第六面的光的光路与由上述规定的反射体反射来的光的光路的延长线相一致。
58.根据权利要求32所述的激光打墨印装置，其特征是，上述第一分光部和上述第二分光部分别由分光薄膜构成。
全文摘要
通过将三个底面形状为直角等腰三角形的三棱柱组合而构成光束分离器，在包含各直角等腰三角形的棱线的平面上形成用于分离入射光的薄膜。通过这种结构，朝向三角形的顶角入射的光由分光面反射出两束，透过一束，入射到光束分离器上的光被分离成三个方向。因此，可提供能够从一束激光产生大致相同强度的多束射束的简单的光学系统，以及装载了这种光学系统、能够照射出多束线光的激光打墨印装置。
文档编号G02B5/08GK1493850SQ0315498
公开日2004年5月5日 申请日期2003年8月26日 优先权日2002年8月26日
发明者西村孝司 申请人:日立工机株式会社