專利名稱：用于激光射束成形的光學(xué)系統(tǒng)及包括此系統(tǒng)的激光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的用于對激光射束進行射束成形的光學(xué)系統(tǒng)以及一種包括這種光學(xué)系統(tǒng)的激光系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
入射的激光射束在界面上基本上被分光為三個部分第一部分在界面上被反射 (被反射的激光射束)，第二部分穿過界面進入第二光學(xué)介質(zhì)(被透射的激光射束)以及第三部分在界面處被吸收(被吸收的激光射束)。被設(shè)置在具有不同折射率的兩種介質(zhì)之間的面被定義為界面。在其上激光射束大部分從第一光學(xué)介質(zhì)轉(zhuǎn)入第二光學(xué)介質(zhì)的界面被稱為透射面。在其上激光射束大部分在一光學(xué)介質(zhì)內(nèi)部被轉(zhuǎn)向的界面被稱為反射面。被反射、 被透射和被吸收的激光射束的量例如能夠通過入射激光射束的波長和/或入射角和/或界面的涂層而發(fā)生變化。DE 102010028794公開了一種用于對激光射束進行射束成形的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括這樣一種光學(xué)元件，此光學(xué)元件至少部分地構(gòu)造為帶有底面、平行于所述底面的頂面和與所述底面及頂面鄰接的側(cè)面(側(cè)周面)的基體。在此，該基體的側(cè)面至少部分地構(gòu)造為激光射束的透射面?；w包括一個第一凹口，該凹口具有一個被設(shè)置在基體的頂面中的底面和一個側(cè)面，該側(cè)面至少部分地構(gòu)造為激光射束的反射面。入射的激光射束在構(gòu)成第一反射面的第一凹口的側(cè)面上被轉(zhuǎn)向以及被轉(zhuǎn)變成環(huán)狀的激光射束。為了在目標面上產(chǎn)生水平線狀的激光標記，需要使入射的激光射束轉(zhuǎn)向 90°。所述已知的用于對激光射束進行射束成形的光學(xué)系統(tǒng)提供了以低調(diào)節(jié)費用在目標面上產(chǎn)生線狀的激光標記的可能性。不足之處在于，該光學(xué)系統(tǒng)對第一反射面相對入射的激光射束的偏傾來說是很敏感的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，開發(fā)一種用于對激光射束進行射束成形的光學(xué)系統(tǒng)以及具有這樣的光學(xué)系統(tǒng)的激光系統(tǒng)，該系統(tǒng)繼續(xù)降低調(diào)節(jié)費用，并且此外，該系統(tǒng)對反射面相對入射的激光射束的偏傾來說不敏感。對于開頭所述的用于對激光射束進行射束成形的光學(xué)系統(tǒng)，這個目的按照本發(fā)明通過獨立權(quán)利要求1所述的特征得以實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中給出了有益的發(fā)展設(shè)計。本發(fā)明具有如下設(shè)計，S卩，基體包括一個第二凹口，該第二凹口具有設(shè)置在所述基體的底面中的底面、一個至少部分地構(gòu)造為激光射束的透射面的頂面和一個與所述底面及頂面鄰接的側(cè)面(側(cè)周面)，該側(cè)面至少部分地構(gòu)造為至少部分呈環(huán)狀的激光射束的第二反射面。其中，第一凹口的第一反射面與底面之間的夾角和第二凹口的第二反射面與底面之間的夾角相互間如此進行協(xié)調(diào)，使得入射的激光射束被轉(zhuǎn)向90°。本發(fā)明的光學(xué)元件設(shè)置有激光射束的第一和第二反射面，其中，設(shè)置在頂面中的第一凹口的側(cè)面構(gòu)成所述第一反射面，并且，設(shè)置在底面中的第二凹口的側(cè)面構(gòu)成所述第二反射面。通過激光射束的二次(雙重)反射，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)對第一反射面相對入射的激光射束的偏傾不敏感。所述第一和第二反射面被整合在光學(xué)元件的基體中，從而，在對光學(xué)元件基體內(nèi)第一和第二凹口的制造加工當中實現(xiàn)所述反射面的調(diào)節(jié)，并且只需要一個光學(xué)載體。為了在目標面上產(chǎn)生一個360°封閉的線狀激光標記，其邊界線的方向?qū)?shù)為連續(xù)的所有邊界面(begrenzte Flaechen)都適合作為基體的底面。如果一處的方向?qū)?shù)是不連續(xù)的話，那么會導(dǎo)致環(huán)狀激光射束的斷開，這樣在目標面上的線狀激光標記就不是完全封閉的。對于不需要封閉的激光標記的應(yīng)用情況，也可以采用其邊界線的方向?qū)?shù)在一處或者多處非連續(xù)的底面，例如在一個多角的底面中，在該底面中，側(cè)部范圍內(nèi)的邊界線的方向?qū)?shù)是連續(xù)的，而在角點范圍內(nèi)是非連續(xù)的。在一個優(yōu)選的實施方式中，設(shè)置有一個另外的光學(xué)元件，該光學(xué)元件被整合在基體的側(cè)面中、第一凹口的側(cè)面中、第二凹口的頂面中和/或第二凹口的側(cè)面中。其中概念 “整合”意味著，在基體與另外的光學(xué)元件之間不存在界面。本發(fā)明的光學(xué)元件在第一光學(xué)介質(zhì)即基體與第二光學(xué)介質(zhì)即環(huán)境之間具有4個界面。這些界面被用于將另外的光學(xué)元件整合到基體中。這個實施方式具有在光學(xué)系統(tǒng)的加工中進行光學(xué)元件的調(diào)節(jié)和只需要一個光學(xué)載體的優(yōu)點。特別優(yōu)選地，所述另外的光學(xué)元件被構(gòu)造為衍射光學(xué)元件。衍射光學(xué)元件與角度相關(guān)地將入射的激光射束分光到不同的衍射級，并且具有使激光射束能夠形成幾乎所有任意的射線分布的優(yōu)點。一個衍射光學(xué)元件可以事后借助構(gòu)造圖案形成法 (Strukturierungsverfahren)諸如金剛石車削、激光射束刻寫或者電子射束刻寫在基體中制成。這個實施方式具有在光學(xué)系統(tǒng)的加工中進行光學(xué)元件的調(diào)節(jié)和只需要一個光學(xué)載體的優(yōu)點。在另外一個優(yōu)選的實施方式中，設(shè)置有一個另外的光學(xué)元件，該元件直接與基體的側(cè)面，第一凹口的側(cè)面，第二凹口的頂面和/或第二凹口的側(cè)面鄰接。其中，所說概念“直接鄰接”意味著，基體和另外的光學(xué)元件具有共同界面，并且在兩個光學(xué)元件的光學(xué)面之間不設(shè)置具有不同折射率的其他的光學(xué)元件或者介質(zhì)，例如空氣。這個實施方式具有使兩種不同的材料能夠組合使用和由此光學(xué)系統(tǒng)的特性能夠更加靈活和更好地適應(yīng)相關(guān)要求的優(yōu)點。盡管是不同的光學(xué)材料卻只需要一個光學(xué)載體，并且已經(jīng)在光學(xué)系統(tǒng)制造加工時就實現(xiàn)了兩個光學(xué)元件的調(diào)節(jié)。在一個優(yōu)選的實施方式中，至少一個另外的光學(xué)元件被構(gòu)造為使射束成形的光學(xué)元件，該光學(xué)元件使激光射束在一個垂直于激光射束的傳播方向的平面內(nèi)成形。例如能夠借助一個準直光學(xué)系統(tǒng)或者一個調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)使激光射束成形。在另一個優(yōu)選的實施方式中，至少一個另外的光學(xué)元件被構(gòu)造為使射束成形的光學(xué)元件，該光學(xué)元件使至少部分呈環(huán)狀的激光射束在一個垂直于傳播平面的平面內(nèi)成形。 這個實施方式具有能夠在目標面上生成狹窄的線狀激光標記的優(yōu)點。例如，可以借助一個準直光學(xué)系統(tǒng)或者一個調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)使環(huán)狀激光射束成形。在另一個優(yōu)選的實施方式中，至少一個另外的光學(xué)元件被構(gòu)造為使射束成形的光學(xué)元件，該光學(xué)元件使至少部分呈環(huán)狀的激光射束在一個平行于該環(huán)狀激光射束的傳播平面的平面內(nèi)成形。這個實施方式具有除了線狀激光標記以外還能夠在目標面上生成點狀激光標記的優(yōu)點。衍射光學(xué)元件使激光射束如此成形，即激光射束的零衍射級在目標面上生成一個線狀激光標記，以及，較高的衍射級、主要是第一衍射級生成點狀激光標記。點狀激光標記可以包括一個確定的角和例如被用于將角從一個目標面轉(zhuǎn)移到另一個目標面上。這種應(yīng)用擴大了本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。在一個優(yōu)選的實施方式中，基體的第一凹口具有平行于底面的頂面，該頂面至少部分地構(gòu)造為激光射束的透射面。這個實施方式具有除了線狀射束以外還生成點狀垂直射束的優(yōu)點。通過一個被整合在頂面中的或者直接與其鄰接的光學(xué)元件可以調(diào)節(jié)垂直射束的射束形狀。借助準直光學(xué)系統(tǒng)或者調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)能夠生成準直的或者聚焦的垂直射束。此外，還推薦一種具有一個用于生成激光射束的射束源和本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的激光系統(tǒng)。優(yōu)選設(shè)置有一個調(diào)節(jié)裝置，通過該調(diào)節(jié)裝置可以相對光學(xué)系統(tǒng)調(diào)節(jié)射束源的位置和/或在激光射束的傳播方向上和/或在垂直于激光射束的傳播方向的平面內(nèi)可以相對射束源調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)的位置。射束源與光學(xué)系統(tǒng)之間的這種可調(diào)節(jié)性具有如下的優(yōu)點，即可以調(diào)節(jié)環(huán)狀激光射束的視場角使其適合測量任務(wù)，并且可以最佳化地使用射束源的可利用的強度。在所述激光系統(tǒng)的一個優(yōu)選的實施方式中設(shè)置有一個第一光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)生成第一至少部分呈環(huán)狀的激光射束，和至少一個另外的光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)生成另外的至少部分呈環(huán)狀的激光射束。特別優(yōu)選設(shè)置有一個第三光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)生成第三至少部分呈環(huán)狀的激光射束。其中所述環(huán)狀激光射束相互垂直或者成一定的角度排列。在所述激光系統(tǒng)的另外一個優(yōu)選的實施方式中，至少一個光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造如下，即，除了至少部分呈環(huán)狀的激光射束之外還生成點狀垂直射束。


下文借助附圖來說明本發(fā)明的一些實施例。該附圖并非必須按比例繪示各實施例，具體而言，附圖為了有助于闡釋，是以示意性的和/或略微變樣的形式進行說明的。對于由附圖能夠直接看出的教導(dǎo)的補充，可參閱相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)。同時應(yīng)該考慮到，針對某一實施形式的方式和細節(jié)可以進行各種各樣的變型和改變，而并不脫離發(fā)明的總的思想。在說明書、附圖以及權(quán)利要求書中所公開的發(fā)明特征，無論是它們本身單獨存在還是任意組合，對于本發(fā)明的進一步發(fā)展設(shè)計都可能是重要的。此外，說明書、附圖和/或權(quán)利要求書中所公開的特征的至少兩個的全部組合均落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。本發(fā)明的總的思想并不局限于以下圖示的和描述的優(yōu)選實施形式的確切方式或細節(jié)，或者并不局限于一種與權(quán)利要求書中主張的方案主題相比是受到限制的方案主題。對于所給出的尺寸/數(shù)值范圍， 應(yīng)該認為也公開了處在所說極限內(nèi)的值作為極值，并且可以任意使用以及可以提出權(quán)利要求。為了簡單起見，以下對于相同的或類似的部件或者具有相同或類似功能的部件均采用同樣的附圖標記。附圖中圖1為具有本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的第一實施方式的激光系統(tǒng)，該系統(tǒng)被構(gòu)造為具有設(shè)置在頂面中的第一錐形的凹口和設(shè)置在圓柱體的底面中的第二截錐形的凹口的圓柱體；圖2為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的第二實施方式，該光學(xué)系統(tǒng)包括一個截錐形基體，該截錐形基體在頂面中設(shè)置有第一錐形凹口，并且在所述基體的底面中設(shè)置有第二截錐形凹口，其中在所述第二凹口的側(cè)面中整合有用于對激光射束進行射束成形的衍射光學(xué)元件；
圖3A、B為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的第三實施方式，該光學(xué)系統(tǒng)包括圓柱形基體，該圓柱形基體設(shè)置有第一和第二截錐形凹口，其中兩個用于對傳播平面內(nèi)的環(huán)狀激光射束進行射束成形的衍射光學(xué)元件被整合在所述基體的側(cè)面中，一個為平行于基體的圓柱體軸線的剖視圖(圖3A)、一個為垂直于基體的圓柱體軸線的剖視圖(圖;3B)；和
圖4為具有第一、第二和第三光學(xué)系統(tǒng)的激光系統(tǒng)，這3個光學(xué)系統(tǒng)生成3個相互垂直設(shè)置的、環(huán)狀的激光射束和一個點狀垂直射束。
具體實施方式
圖1示出的是具有本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)2的第一實施方式的激光系統(tǒng)1。所述激光系統(tǒng)1包括殼體3和被設(shè)置在該殼體3內(nèi)的射束裝置4，該射束裝置包括一個射束源5和本發(fā)明的射束成形光學(xué)系統(tǒng)2。
所述射束源5被構(gòu)造為半導(dǎo)體激光器，該半導(dǎo)體激光器生成可見光譜的初級激光射束6，例如波長為635nm的紅色激光射束或者波長為532nm的綠色激光射束。在所述初級激光射束6從所述射束源5中射出后，由于發(fā)散性而產(chǎn)生所述激光射束6的擴大現(xiàn)象，就是說所述初級激光射束6的射束直徑隨著所述激光射束6離開所述射束源5的距離的增加而增大。
本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)2被設(shè)置在所述射束源5后的光路中。所述光學(xué)系統(tǒng)2被構(gòu)造為具有直圓柱體(即正圓柱體)7形狀的基體，其具有第一錐形凹口 8和第二截錐形凹口 9。 圓柱體是指具有圓形底面的柱體。柱體由兩個被稱為底面和頂面的平行的、平坦的面和一個側(cè)面(側(cè)周面)界定。柱體通過在一平面中的邊界面沿一條不在該平面內(nèi)的、定義所述柱體軸線的直線移動而形成。在直圓柱體(即正圓柱體)中，柱體軸線是垂直于底面，而在斜圓柱體中，柱體軸線與底面的夾角興90°。底面和頂面所處的兩個平面之間的間距確定了柱體的高度。
圓柱體7包括一個圓形底面10、一個與所述底面10平行的圓形頂面11和一個連接所述底面和所述頂面10、11的側(cè)面12。底面和頂面10、11垂直于圓柱體軸線13設(shè)置，而側(cè)面12平行于圓柱體軸線13設(shè)置。圓柱體7的側(cè)面12在光學(xué)系統(tǒng)2與周圍環(huán)境之間構(gòu)成一個界面，該界面被構(gòu)造為激光射束6的透射面。所述透射面12也被稱為激光射束的射出面。
設(shè)置在基體7中的第一凹口 8被構(gòu)造為直圓錐體的形狀，以及第二凹口 9被構(gòu)造為直截錐體(即正截錐體)的形狀。圓錐體是指具有圓形底面的錐體。錐體是指一個幾何體，該幾何體由處于一個平面內(nèi)的邊界面的所有的點與所述平面之外的一個點直線連接而成。所述面被稱為底面，所述底面的邊界線被稱為準線(Leitkurve)，而所述點被稱為錐頂。從底面到錐頂?shù)拈g距定義了錐體的高度。錐頂與準線的連接線被稱為母線以及所述母線的集合被稱為錐體的側(cè)面(側(cè)周面)。在一個具有圓形底面的直錐體(即正錐體)中，錐頂是在椎體軸線上，該椎體軸線穿過所述底面的中心點垂直于所述底面延伸，而在一個斜圓錐體中，椎體軸線在底面的中心點以外延伸。截錐體通過從一個直錐體上平行于所述底面切去一個較小的錐體而產(chǎn)生。兩個平行面中較大的面被稱為底面，而較小的面被稱為頂面。底面與頂面的間距定義了截錐體的高度。截錐體的邊界面中的第三面被稱為側(cè)面(側(cè)周面)，該第三面連接底面和頂面。
錐形的第一凹口 8的表面包括被設(shè)置在基體7的頂面11中的圓形底面14和與所述底面14鄰接的側(cè)面15，該側(cè)面與所述底面14成一個角α設(shè)置。第一凹口 8的側(cè)面15 在基體7與環(huán)境之間構(gòu)成一個界面，該界面被構(gòu)造為激光射束的反射面。側(cè)面15也被稱為激光射束的第一反射面。
截錐形的第二凹口 9的表面包括一個被設(shè)置在基體7的底面10中的圓形底面17、 一個與所述底面17平行的圓形頂面18和一個連接所述底面和頂面17、18的側(cè)面19，該側(cè)面與所述底面17成一個角β設(shè)置。頂面18和側(cè)面19在基體7與環(huán)境之間構(gòu)成另外的界面，其中，所述頂面18被構(gòu)造為激光射束的透射面，并且所述側(cè)面19被構(gòu)造為激光射束的反射面。所述透射面18也被稱為激光射束的入射面，而所述側(cè)面19也被稱為激光射束的第二反射面。
發(fā)散的初級激光射束6沿傳播方向20傳播和照射到入射面18上，被透射的部分作為透射激光射束穿過該入射面。透射激光射束21穿過基體7并照射到第一反射面15上， 該反射面將反射的部分轉(zhuǎn)向并將其轉(zhuǎn)換為至少部分呈環(huán)狀的激光射束22。環(huán)狀激光射束 22沿傳播平面23傳播并照射到第二反射面19上，該反射面使被反射的部分作為二次反射激光射束M轉(zhuǎn)向射出面12的方向。激光射束M沿傳播平面25傳播和照射到射出面12 上，被透射的部分作為透射激光射束26穿過該射出面并且繼續(xù)沿傳播平面25傳播。在射出面12上，激光射束不發(fā)生折射。
第一反射面15的角α和第二反射面19的角β被如此選擇，即初級激光射束6 通過光學(xué)系統(tǒng)2被轉(zhuǎn)向90°，并且環(huán)形激光射束沈的傳播平面25垂直于所述初級激光射束6的傳播方向20延伸。激光射束6通過輸出耦合窗(Auskoppelfenster) 27從殼體3輸出耦合，并作為輸出耦合的(ausgekoppelt)激光射束觀照射在墻壁、天花板或者其他的目標物體上，并且能夠作為激光標記使用。
激光射束在目標物體上的可見度此外還取決于所述激光射束的強度。因此為了充分利用可利用的強度，調(diào)節(jié)激光標記的視場角使其適合測量任務(wù)是有意義的?？梢酝ㄟ^第一反射面15上透射的激光射束21照射的范圍調(diào)節(jié)輸出耦合的激光射束觀的視場角。如果例如需要一個為180°的線狀激光標記的話，透射的激光射束21只照射第一反射面15的一半。通過移動初級激光射束6的光軸和/或移動圓柱體7的圓柱體軸線13可以調(diào)節(jié)輸出耦合的激光射束的視場角。為此設(shè)置有一個調(diào)節(jié)裝置四，通過該調(diào)節(jié)裝置可以在初級激光射束6的傳播方向20上和/或在垂直于所述初級激光射束6的傳播方向20的平面內(nèi)調(diào)節(jié)射束源5的位置。作為可選或者補充，設(shè)置有另外一個調(diào)節(jié)裝置30，通過該調(diào)節(jié)裝置可以在初級激光射束6的傳播方向20上和/或在垂直于所述傳播方向20的平面內(nèi)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)2。
圖2示出的是本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)32的第二實施方式，該光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造為具有直截錐體形狀的基體33，其具有第一錐形凹口 34和第二截錐形凹口 35。
截錐體33包括一個圓形底面36、一個與所述底面36平行的圓形頂面37和一個側(cè)面38，該側(cè)面與所述底面36成一個角γ設(shè)置并且被構(gòu)造為具有射出面形式的激光射束的透射面。第一錐形凹口 ；34的表面包括一個被設(shè)置在基體33的頂面37中的圓形底面39和一個與所述底面39鄰接的側(cè)面40，該側(cè)面被構(gòu)造為激光射束的第一反射面。第二截錐形凹口 35的表面包括一個被設(shè)置在基體33的底面36中的圓形底面41 ；一個與所述底面41平行的圓形頂面42，該頂面被構(gòu)造為具有入射面形式的、激光射束的透射面；和一個側(cè)面43， 該側(cè)面被構(gòu)造為激光射束的第二反射面。
光學(xué)系統(tǒng)32包括一個另外的光學(xué)元件44，該元件以被微觀結(jié)構(gòu)化的表面的形式被整合在第二截錐形凹口 35的側(cè)面43中。其中，所說概念“整合”意味著在基體33與光學(xué)元件44之間不存在界面。微觀結(jié)構(gòu)化的表面也以“衍射光學(xué)元件(diffraktive optische Elemente) ”的名稱為眾所周知，縮寫為DOE。它們的作用原則上如同光柵那樣而將入射的激光射束與角度有關(guān)地分光到不同的衍射級。衍射光學(xué)元件具有使激光射束能夠形成幾乎所有任意的射線分布的優(yōu)點。它們通過照相平板印刷制造方法以及借助構(gòu)造圖案形成法 (Strukturierungsverfahren)諸如金剛石車削、激光射束刻寫或者電子射束刻寫而制成。
作為選擇或者對第二截錐形凹口 35的側(cè)面43的補充，光學(xué)元件44可以被整合在第二凹口 35的、構(gòu)造為透射面的頂面42中，被整合在第一凹口 34的、構(gòu)造為第一反射面的側(cè)面40中和/或被整合在基體33的、構(gòu)造為透射面的側(cè)面38中。
初級激光射束6照射到入射面42上，透射部分作為透射激光射束45穿過該入射面。所述透射激光射束45穿過基體33并照射到第一反射面40上，在該反射面上被反射的部分被轉(zhuǎn)向，并被轉(zhuǎn)換為環(huán)狀的激光射束46。所述環(huán)狀激光射束46沿傳播平面47傳播和照射到第二反射面43上，該反射面使被反射的部分作為二次反射激光射束48轉(zhuǎn)向射出面 38的方向。所述激光射束48沿傳播平面49傳播，并通過整合在第二反射面43內(nèi)的衍射光學(xué)元件44在一個垂直于傳播平面49的平面內(nèi)被成形。圖2示出一個實施方式，在該實施方式中激光射束48被垂直于傳播平面49聚焦，這樣形成一個清晰的線狀的激光標記。
激光射束48照射到射出面38上，透射的部分作為透射激光射束50穿過該射出面并在該射出面38上根據(jù)入射角被折射。第一反射面40的角α，第二反射面43的角β和射出面38的角γ相互間如此進行協(xié)調(diào)，使得初級激光射束6通過光學(xué)系統(tǒng)32被轉(zhuǎn)向90°， 且激光射束50的傳播平面51垂直于所述初級激光射束6的傳播方向20延伸。
圖3Α、B示出的是本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)52的第三實施方式，該光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造為具有柱體形狀的基體53，其設(shè)置有第一截錐形凹口 M和第二截錐形凹口 55。其中，圖3Α的剖視圖示出的是光學(xué)系統(tǒng)52平行于基體53的圓柱體軸線的剖視圖，圖:3Β示出的是垂直于圓柱體軸線的剖視圖。
基體53包括一個方形的底面56、一個平行于所述底面56的方形的頂面57和一個側(cè)面58，該側(cè)面被構(gòu)造為具有射出面形式的、激光射束的透射面。第一凹口 M的表面包括一個被設(shè)置在基體53的頂面57中的圓形底面59、一個平行于所述底面59的頂面60和一個與所述底面及頂面59、60鄰接的側(cè)面61，該側(cè)面被構(gòu)造為激光射束的第一反射面。第二凹口 55的表面包括一個被設(shè)置在基體53的底面56中的圓形底面62 ；—個平行于所述底面62的圓形頂面63，該頂面被構(gòu)造為激光射束的透射面；和一個側(cè)面64，該側(cè)面被構(gòu)造為激光射束的第二反射面。
光學(xué)系統(tǒng)52具有被構(gòu)造為準直光學(xué)系統(tǒng)的、另外的光學(xué)元件65，該光學(xué)元件與第二截錐形凹口陽的頂面63直接鄰接。其中，所說概念“直接鄰接”意味著，基體53和準直光學(xué)系統(tǒng)65具有一個共同界面，并且兩個光學(xué)元件53、65的光學(xué)面之間未設(shè)置具有不同折射率的其他的光學(xué)元件或者介質(zhì)，例如空氣。所述準直光學(xué)系統(tǒng)65被構(gòu)造為非球面彎曲透鏡，并且所述準直光學(xué)系統(tǒng)65的背向頂面63的表面構(gòu)成具有彎曲的入射面66形式的、激光射束6的透射面。作為選擇，所述準直光學(xué)系統(tǒng)65可以被整合在基體53中，并且由一種材料制成單塊整體。例如，玻璃和塑料適合作為原材料。非球面的彎曲在玻璃材質(zhì)的情況下例如通過金剛石車削、仿形復(fù)制Oteplika)，研磨和拋光或者由玻璃擠壓坯通過高溫擠壓而成，以及在塑料材質(zhì)的情況下通過注射成型或者精壓(Spritzpraegen)而成。
初級激光射束6照射到入射面66上，透射的部分穿過該入射面并借助準直光學(xué)系統(tǒng)65成形為準直激光射束67。所述準直激光射束67穿過基體53，并且一部分照射到頂面 60上，該頂面被構(gòu)造為透射面并容許所述透射部分作為點狀垂直射束穿過，以及，另一部分照射到第一反射面61上，該反射面使被反射的部分轉(zhuǎn)向并轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀激光射束69。所述激光射束69沿傳播平面70傳播和照射到第二反射面64上，所述反射面64使被反射的部分作為二次反射激光射束71轉(zhuǎn)向基體53的側(cè)面58的方向。所述激光射束71沿傳播平面 72傳播和照射到射出面58上，透射的部分作為透射激光射束73穿過該射出面。在所述射出面58上所述激光射束73不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，該激光射束繼續(xù)沿傳播平面72傳播。
光學(xué)系統(tǒng)52包括兩個另外的光學(xué)元件，該光學(xué)元件被構(gòu)造成第一和第二衍射光學(xué)元件74a、74b的形式并且被整合在基體53的側(cè)面58中。所述衍射光學(xué)元件74a、74b使環(huán)狀激光射束71在一個平行于傳播平面72的平面內(nèi)成形。射出面58包括基體53的四個側(cè)面75a-75d。在正方形底面中，側(cè)部范圍內(nèi)的邊界線的方向?qū)?shù)是連續(xù)的，而在角點范圍內(nèi)是不連續(xù)的。側(cè)面75a-75d在目標面上各生成一個線狀的激光標記76a-76d。衍射光學(xué)元件74a、74b設(shè)計如下，即激光射束71的零衍射級在目標面上生成線狀激光標記76a、 76c的一部分，以及，較高的衍射級、主要是第一衍射級生成點狀激光標記77a、77b。
圖4示出的是本發(fā)明的激光系統(tǒng)80，該激光系統(tǒng)產(chǎn)生3個被稱為環(huán)狀射束的環(huán)狀激光射束和一個被稱為點狀射束的點狀激光射束。
所述激光系統(tǒng)80包括第一射束裝置81，其具有第一射束源82和第一本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)83 ；第二射束裝置84，其具有第二射束源85和第二本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)86 ；以及第三射束裝置87，其具有第三射束源88和第三本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)89。本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)83、86、89 與光學(xué)系統(tǒng)2、32、52之一相同。
第一射束裝置81產(chǎn)生第一環(huán)狀射束90，該環(huán)狀射束被設(shè)置在第一垂直面91內(nèi)，并被稱為第一垂直環(huán)狀射束。第一垂直面91被垂直于水平面92設(shè)置。通過由重力確定的垂直方向93確定水平面92的定位。
第二射束裝置84產(chǎn)生第二環(huán)狀射束94，該環(huán)狀射束被設(shè)置在第二垂直面95內(nèi)，并被稱為第二垂直環(huán)狀射束。第二垂直面95垂直于水平面92和垂直于第一垂直面91定位。
第三射束裝置87產(chǎn)生第三環(huán)狀射束96，該環(huán)狀射束被設(shè)置在水平面92內(nèi)，并被稱為水平環(huán)狀射束。該水平環(huán)狀射束96垂直于所述第一和第二垂直環(huán)狀射束90、94設(shè)置。 第三射束裝置87除了水平環(huán)狀射束96以外還產(chǎn)生一個點狀射束97，該點狀射束定位于與垂直方向93相反的方向，并處于兩個垂直環(huán)狀射束90、94的相交線上。作為可選方案，點狀射束97也可以由一個附加的射束源產(chǎn)生。
作為包括三個射束源82、85、88的激光系統(tǒng)80的可選方案，激光系統(tǒng)也可以設(shè)置一個唯一的射束源。在這種情況下，激光射束通過分光器被分為數(shù)個分光束。如果此射束源能夠提供使環(huán)狀射束在背景處可視見的足夠的功率的話，這種配有唯一一個射束源的激光系統(tǒng)構(gòu)造形式是有利的。配有唯一一個射束源的激光系統(tǒng)可以構(gòu)造得比設(shè)置有三個射束源的激光系統(tǒng)更加緊湊。
權(quán)利要求
1.用于對激光射束(6)進行射束成形的光學(xué)系統(tǒng)O；32 ；52)，其包括光學(xué)元件，該光學(xué)元件至少部分地構(gòu)造為具有一底面(10 ；36 ；56)、一頂面(11 ；37 ；57)和一與所述底面及頂面(10,11 ；36, 37 ；56, 57)鄰接的側(cè)面(12 ；38 ；58)的基體(7 ;33 ;53)，其中，所述側(cè)面(12 ；38 ；58)至少部分地構(gòu)造為所述激光射束(6)的透射面，并且，所述基體(7 ；33 ；53) 包括第一凹口(8 ;34力4)，該第一凹口具有一設(shè)置在所述基體(7;33;53)的頂面(11 ;37 ； 57)中的底面(14 ；39 ；59)和一至少部分地構(gòu)造為激光射束的第一反射面并且產(chǎn)生一種至少部分呈環(huán)狀的激光射束(22 ；46 ；69)的側(cè)面(15 ；40 ；61)；，其特征在于所述基體(7;33;5；3)包括第二凹口(9;35;55)，該第二凹口具有一設(shè)置在所述基體 (7 ；33 ；53)的底面(10 ；36，56)中的底面(17 ；41 ；62)、一至少部分地構(gòu)造為激光射束的透射面的頂面(18 ；42 ；63)和一與所述該底面及頂面(17，18 ；41，42 ；62，63)鄰接的側(cè)面(19 ； 43 ；64)，該側(cè)面至少部分地構(gòu)造為所述至少部分呈環(huán)狀的激光射束02 ；46 ；69)的第二反射面。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有至少一個另外的光學(xué)元件G4； 65 ；74a，74b)，該另外的光學(xué)元件被整合在所述基體(7 ；33，53)的側(cè)面(12 ；38 ；58)、所述第一凹口 (8 ；34 ；54)的側(cè)面(15 ；40 ；61)、所述第二凹口 (9 ；35 ；55)的頂面(18 ；42 ；63)和 /或所述第二凹口 (9 ；35 ；55)的側(cè)面(19 ；43 ；64)中。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述另外的光學(xué)元件被構(gòu)造為衍射光學(xué)元件(44 ；74a, 74b)。
4.如權(quán)利要求1至3之任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有至少一個另外的光學(xué)元件(65)，該另外的光學(xué)元件直接與所述基體(7 ；33 ；53)的側(cè)面(12 ；38 ；58)、所述第一凹口 (8 ；34 ；54)的側(cè)面(15 ；40 ；61)、所述第二凹口 (9 ；35 ；55)的頂面(18 ；42 ；63)和 / 或所述第二凹口 (9 ；35 ；55)的側(cè)面(19 ；43 ；64)鄰接。
5.如權(quán)利要求2至4之任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個另外的光學(xué)元件構(gòu)造為使射束成形的光學(xué)元件(65)，該光學(xué)元件使所述激光射束(6)在垂直于該激光射束(6)的傳播方向00)的平面內(nèi)成形。
6.如權(quán)利要求2至5之任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個另外的光學(xué)元件構(gòu)造為使射束成形的光學(xué)元件(44)，該光學(xué)元件使所述至少部分呈環(huán)狀的激光射束 (46，48)在垂直于該激光射束06，48)的傳播平面07，49)的平面內(nèi)成形。
7.如權(quán)利要求2至6之任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個另外的光學(xué)元件被構(gòu)造為使射束成形的光學(xué)元件(7 ，74b)，該光學(xué)元件使所述至少部分呈環(huán)狀的激光射束(69，71)在平行于該激光射束(69，71)的傳播平面(70，72)的平面內(nèi)成形。
8.如權(quán)利要求1至7之任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述基體(53)的所述第一凹口(54)具有平行于所述底面(59)的頂面(60)，該頂面至少部分地構(gòu)造為所述激光射束的透射面。
9.激光系統(tǒng)(1；80)，該激光系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生激光射束(6)的射束源(5 ；82,85,88) 和如權(quán)利要求1至8之任一項所述的光學(xué)系統(tǒng)O ；83，86，89)。
10.如權(quán)利要求9所述的激光系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有一調(diào)節(jié)裝置09，30)，通過該調(diào)節(jié)裝置能夠調(diào)節(jié)所述射束源( 相對所述光學(xué)系統(tǒng)( 的位置和/或能夠在所述激光射束(6)的傳播方向00)上和/或在垂直于所述激光射束(6)的傳播方向00)的平面內(nèi)調(diào)節(jié)所述光學(xué)系統(tǒng)( 相對所述射束源(5)的位置。
11.如權(quán)利要求9至10之任一項所述的激光系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有第一光學(xué)系統(tǒng) (83)，該第一光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生第一個至少部分呈環(huán)狀的激光射束(90)，并設(shè)置有至少一個另外的光學(xué)系統(tǒng)(86，89)，該另外的光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生另外的至少部分呈環(huán)狀的激光射束(94， 96)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于激光射束成形的光學(xué)系統(tǒng)及包括此系統(tǒng)的激光系統(tǒng)。對激光射束(6)成形的光學(xué)系統(tǒng)(2)包括光學(xué)元件，它至少部分構(gòu)造為具有底面(10)、頂面(11)和與底面及頂面鄰接的側(cè)面(12)的基體(7)，側(cè)面至少部分構(gòu)造為激光射束的透射面，基體包括第一凹口(8)，該第一凹口具有設(shè)置在基體的頂面中的底面(14)和至少部分構(gòu)造為激光射束的第一反射面并產(chǎn)生至少部分呈環(huán)狀的激光射束(22)的側(cè)面(15)?；w包括第二凹口(9)，該第二凹口具有設(shè)置在基體的底面中的底面(17)、至少部分地構(gòu)造為激光射束的透射面的頂面(18)和與底面及頂面鄰接的側(cè)面(19)，該側(cè)面至少部分構(gòu)造為至少部分呈環(huán)狀的激光射束(22)的第二反射面。
文檔編號G02B27/09GK102540471SQ20111042653
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者L-K·丹格, S·巴爾特 申請人:喜利得股份公司