專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)量用激光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自帶激光器的測(cè)量用激光裝置，特別是，涉及已考慮激光器發(fā)熱影響的測(cè)量用激光裝置。
就自帶激光器的測(cè)量用激光裝置來(lái)說(shuō)，已知的有使用于經(jīng)緯儀、建筑物內(nèi)裝修的旋轉(zhuǎn)激光器、使用于配管施工的導(dǎo)管激光器、使用于測(cè)距的激光距離計(jì)及水平裝置等，并且采用He-Ne激光、LD(半導(dǎo)體激光)作為激光源。
一般，這些測(cè)量用激光裝置的水平用光學(xué)系統(tǒng)，或者測(cè)距用光學(xué)系統(tǒng)等的光學(xué)系統(tǒng)都得設(shè)置在鏡筒內(nèi)。把該鏡筒支承在殼體中，上下及左右兩個(gè)方向都能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并且將激光光源固定在鏡筒上，而與光學(xué)系統(tǒng)一體化。
在使用He-Ne激光器作為上述激光光源時(shí)，He-Ne管的形狀很大就不可能做成小型。而且，使用He-Ne管時(shí)，必須高電壓才能進(jìn)行激光振蕩，一般要使用100V電源。因此，消耗電力多，發(fā)熱量也大。因而，不可能把電源裝到裝置里，難以使裝置小型化為小型又可攜帶的裝置。
并且，由于上述激光光源的發(fā)熱，因光學(xué)系統(tǒng)受熱，使傾角傳感器等各種檢出器的檢出精度下降，或者因鏡筒、鏡筒支撐機(jī)構(gòu)受熱，隨熱膨脹而發(fā)生變位，發(fā)生機(jī)械精度降低等問(wèn)題，因而，就需要有冷卻機(jī)構(gòu)及散熱機(jī)構(gòu)，裝置就變得復(fù)雜龐大。
因?yàn)樯鲜龅腖D(半導(dǎo)體激光器)小型消耗電力少，所以容易安裝在上述鏡筒等內(nèi)，可以制成適合于攜帶使用的小型化設(shè)備。

圖14，表示了一種使用LD的測(cè)量用激光裝置例的導(dǎo)管激光器示意圖。
在鏡筒2內(nèi)設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)1，該鏡筒2由殼體4支承，可在上下及左右兩個(gè)方向自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而將激光光源3固定在鏡筒2的底部。還有，LD發(fā)光的激光光線6縱橫方向不同呈橢圓狀，因?yàn)閿U(kuò)展角大，所以要設(shè)置準(zhǔn)直透鏡5使其變?yōu)槠叫泄馐?。通常，為將橢圓形變成近于圓形，設(shè)置校正透鏡。
發(fā)自上述LD的激光光線6與He-Ne管的激光光線相比較，平行性方面不是細(xì)微輪廓清晰均勻的激光光線，因光束有所發(fā)散，即使進(jìn)行了校正形狀的激光光線目視性也低。作為提高目視性的手段，雖有增加輸出的方法，但從保護(hù)操作者安全等觀點(diǎn)出發(fā)，有關(guān)激光光線強(qiáng)度則受法律制約。因而，在同樣輸出下為提高目視性起見(jiàn)有必要選用目視性高的波長(zhǎng)。就目視性而言，綠色光較優(yōu)，但不能大量生產(chǎn)可輸出高輸出綠色激光光線的半導(dǎo)體器件。為此，目前，對(duì)來(lái)自近紅外的LD的激光器光源設(shè)置共振部，使激光光線的頻率增大變換為綠色。
作為產(chǎn)生綠色激光光線的激光光源使用，有利用近紅外半導(dǎo)體激光器件使外部、或內(nèi)部諧振型SHG(二次諧波發(fā)生)方式的振蕩裝置組合的LD激勵(lì)固體激光器。圖15正是示出用這樣的內(nèi)部諧振型SRG方式的LD激勵(lì)固體激光器的激光光源3的示意圖。
圖15中，8為發(fā)光部，9為光諧振部。該發(fā)光部8具備LD發(fā)光器10、聚光透鏡11，進(jìn)而光諧振部9有由形成第1電介質(zhì)反射膜12的激光器晶體(NdYVO4)片13、非線性光學(xué)介質(zhì)(KTP)14、及形成第2電介質(zhì)反射膜15的輸出反射鏡16，并且在該光諧振部9抽運(yùn)激光光線，進(jìn)行諧振放大予以輸出。下面還要做詳細(xì)介紹。
激光光源3是用于產(chǎn)生激光光線的，使用作為半導(dǎo)體激光器的LD發(fā)光器10。另外，該LD發(fā)光器10具有作為產(chǎn)生基波的抽運(yùn)光發(fā)生裝置的功能。還有，激光光源3不限于半導(dǎo)體激光器，凡能產(chǎn)生激光光線的，不論哪一種光源手段也都可以采用。
激光器晶體片13是用于進(jìn)行光放大的。至于此激光器晶體片13，可采用摻入Nd3+離子的YAG(釔鋁柘榴石)等。YAG具有946nm、1064nm、1319nm等的振蕩譜線。
激光器晶體片13不限于YAG，還可以使用振蕩線為1064nm的(NdYVO4)，振蕩線為700～900nm的(Ti蘭寶石)等。
在激光器晶體片13的LD發(fā)光器10側(cè)，形成第1電介質(zhì)反射膜12。此第1電介質(zhì)反射膜12對(duì)LD發(fā)光器10是高透射(光)的，而對(duì)激光器晶片13所振蕩的波長(zhǎng)則是高反射的，同時(shí)即使對(duì)于SHG(二次諧振產(chǎn)生的波)也是高反射的。
輸出反射鏡16以與激光器晶體片13相對(duì)的方式構(gòu)成，把輸出反射鏡16的激光器晶體片13的一側(cè)加工成有適當(dāng)半徑的凹面球面鏡的形狀，再形成第2電介質(zhì)反射膜15。此第2電介質(zhì)反射膜15對(duì)于激光器晶體片13的振蕩波長(zhǎng)為高反射，對(duì)于SHG(二次諧波產(chǎn)生)也變成了高透射。
如以上那樣，把激光器晶體片13的第1電介質(zhì)反射膜12和輸出反射鏡16組合起來(lái)，通過(guò)聚光透鏡11將從LD發(fā)光器10來(lái)的光束抽運(yùn)，經(jīng)激光器晶體片13，光就會(huì)在激光器晶體片13的第1電介質(zhì)反射膜12與輸出反射鏡16之間多次往復(fù)，由于可以長(zhǎng)時(shí)間封閉光，因而會(huì)使光諧振放大。
為此在由上述激光器晶體片13的第1電介質(zhì)反射膜12與上述輸出反射鏡16構(gòu)成的光諧振器內(nèi)插入非線性光學(xué)介質(zhì)14。
在此，簡(jiǎn)要說(shuō)明非線性光學(xué)效應(yīng)。
若在物質(zhì)上施加電場(chǎng)，就會(huì)產(chǎn)生電極化。當(dāng)這個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度小時(shí)，極化與電場(chǎng)成正比例，在象激光光線這樣的高強(qiáng)度相干光的情況下，則打破了電場(chǎng)與極化之間的比例關(guān)系，而成為與電場(chǎng)的二次方、三次方成比例的非線性極化分量。
從而，在非線性光學(xué)介質(zhì)14中，因光波發(fā)生的極化，含有與光波電場(chǎng)的二次方成比例的分量，通過(guò)這種非線性極化，使不同頻率的光波間發(fā)生結(jié)合，產(chǎn)生2倍于光頻率的高次諧波。這種第2次高次諧波發(fā)生(SHG)叫做二次諧波發(fā)生。
上述的激光源3是把非線性光學(xué)介質(zhì)14插入由激光器晶體片13與輸出反射鏡16構(gòu)成的光諧振器內(nèi)，所以也叫做內(nèi)部型SHG，由于變換輸出與基波光功率的二次方成比例，所以具有能直接利用光諧振器內(nèi)很高光強(qiáng)度的效果。
非線性光學(xué)介質(zhì)14，例如使用KTP(KTiOPO4磷酸鈦鉀)、BBO(β-BaB2O4β型硼酸鋇)、LBO(LiB3O5三硼酸鋰)等，主要在于將光波1064nm變換為532nm。
也采用KNbO3(鈮酸鉀)等，主要將光波從946nm變換為473nm。
一般，為了穩(wěn)定激光光源輸出波長(zhǎng)，要監(jiān)控輸出激光并反饋到激光光源。圖16是內(nèi)部諧振型SHG方式振蕩裝置的反饋框圖。光源單元60由激光光源3、半反射鏡61、聚光透鏡17構(gòu)成。
自激光光源3輸出的激光光線用半反射鏡61分出一部分作為監(jiān)控光。透過(guò)半反射鏡61的激光光線射向上述聚光透鏡17。上述監(jiān)控光為監(jiān)控光電器件62、光電電路63所接收并變換成電信號(hào)。從光電電路63來(lái)的光電信號(hào)輸入控制部66，該控制部66把與上述光電信號(hào)對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)輸出到LD驅(qū)動(dòng)部67。該LD驅(qū)動(dòng)部67再根據(jù)上述控制信號(hào)控制LD發(fā)光器10的發(fā)光。
在用上述的內(nèi)部諧振型SHG方式的振蕩裝置組成的LD激勵(lì)固體激光器時(shí)，發(fā)光效率與單個(gè)半導(dǎo)體激光器相比較差，因?yàn)榘l(fā)熱量大。因而，如果把LD激勵(lì)固體激光器安裝在收納望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)系統(tǒng)的殼體里，就會(huì)導(dǎo)致與He-Ne管方式的激光光源一樣因熱膨脹、熱變形造成精度下降。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種使用目視性高的激光光線，并且消除了激光光源的熱影響，高精度測(cè)量用激光裝置。
并且，本發(fā)明的另一個(gè)目的是將激光光源和光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置到分離開(kāi)的位置，以消除激光光源的熱影響，在用光纖連接激光光源和光學(xué)系統(tǒng)的情況下，容易進(jìn)行激光光源與光纖的耦合調(diào)整，同時(shí)調(diào)整后不會(huì)失常，而且還可能是隨時(shí)間變化不多的光纖耦合。
因而，本發(fā)明的測(cè)量用激光裝置配備有激光光源部、沿規(guī)定方向照射自該激光光源部來(lái)的激光光線的光學(xué)系統(tǒng)、以及將上述激光光源部的激光光線導(dǎo)入上述光學(xué)系統(tǒng)的光纖；上述激光光源部至少與光學(xué)系統(tǒng)熱隔離，并且激光光源部是配備發(fā)光部和光諧振部的LD激勵(lì)固體激光器；上述光諧振部設(shè)置于光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，并與上述發(fā)光部熱隔離，而且至少激光光源部的發(fā)熱部應(yīng)固定在殼體上，通過(guò)該殼體散熱；光纖是作為保持偏振光方向照原樣傳送光的定偏振波光纖，配置在光纖輸出端附近并反射激光光線，同時(shí)具有分出一部分光作為監(jiān)控光的第1反射裝置和接收用該第1反射裝置分出的監(jiān)控光的第1光電裝置；該第1反射裝置就是偏振光反射鏡，根據(jù)上述第1光電裝置的接收光量控制上述激光光源部的激光輸出；在光纖輸入端附近還有分配激光光線的第2反射裝置和第2光電裝置，進(jìn)而本發(fā)明的測(cè)量用激光裝置，其激光光源部具有半導(dǎo)體激光光源和容納該半導(dǎo)體激光光源的殼體，該殼體與上述光纖通過(guò)具有球面的耦合調(diào)整裝置進(jìn)行連接，激光光源部還具有把半導(dǎo)體激光器作為激勵(lì)光源的光諧振部和容納該光諧振部的殼體，該殼體和上述光纖通過(guò)具有球面的耦合調(diào)整裝置進(jìn)行連接，并且光纖的激光光線入射端沿相對(duì)于光軸的垂直方向可以移動(dòng)，同時(shí)被沿傾斜以及軸心方向可以位移地支承，還有穿過(guò)上述外殼而設(shè)置的激光光線射出孔、設(shè)置于該激光光線射出孔處的筒狀?yuàn)A具以及保持該夾具的至少一部分成為球狀的球連接器，將光纖的激光光線入射端保持在該球連接器上，而且光纖的激光光線入射端被相對(duì)光軸可扭轉(zhuǎn)地支承，球連接器既保持激光光線入射端，又保持GRIN透鏡。
圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖2是該實(shí)施例所使用的光源部結(jié)構(gòu)圖。
圖3是表示本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖4是該另一個(gè)實(shí)施例所使用的光源部結(jié)構(gòu)圖。
圖5是表示本發(fā)明實(shí)施例的斷面圖。
圖6是表示本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的斷面圖。
圖7是激光光線射出部的放大斷面圖。
圖8是該激光光線射出部的要點(diǎn)圖。
圖9是該激光光線射出部的光程圖。
圖10是本發(fā)明的光源單元的控制框圖。
圖11是表示本發(fā)明的激光光源與光纖耦合結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖12是表示該耦合構(gòu)造斷面圖。
圖13是表示本發(fā)明的激光光源與光纖的另一種耦合結(jié)構(gòu)的斷面圖。
圖14是表示現(xiàn)有例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖15是該現(xiàn)有例的激光光源部的結(jié)構(gòu)圖。
圖16是現(xiàn)有例的光源單元的控制框圖。
下面，一邊參照附圖一邊說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例的示意圖。圖2則是表示該本發(fā)明的實(shí)施例所用的光源部20。在圖1中，對(duì)與圖14中所示的同樣的構(gòu)件使用相同標(biāo)號(hào)，而圖2中，則對(duì)與圖15中所示的同樣構(gòu)件，使用相同標(biāo)號(hào)。
將光學(xué)系統(tǒng)1設(shè)置在鏡筒2內(nèi)，該鏡筒2被支撐在殼體4內(nèi)，并且沿上下而且左右的2個(gè)方向都能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)引來(lái)自激光光源3的激光光線的光纖22固定于鏡筒2的底部，并在該鏡筒2的最前面設(shè)置準(zhǔn)直透鏡5。
將散熱片21固定在上述殼體4的所要求的位置，例如離開(kāi)接受上述激光光線6的鏡筒2、或離開(kāi)鏡筒2的支撐機(jī)構(gòu)的位置，例如殼體4的后部，粘附于殼體4的后壁與底面上。
上述光源部20由上述激光光源3和將來(lái)自該激光光源3的激光光線引導(dǎo)到所需位置的光纖22構(gòu)成，并將上述激光光源3固定在上述散熱片21上，以減小熱阻，而將上述光纖22的激光光線入射端22a通過(guò)聚光透鏡17固定到上述激光光源3的激光光線射出位置，再將激光光線射出端22b固定到上述激光光線6的光軸上，上述鏡筒2的底端位置處，從而將激光光線從上述激光光源3引到光學(xué)系統(tǒng)1中。
由上述光纖22的激光光線射出端22b射出的激光光線6用上述的準(zhǔn)直透鏡變成了平行光束，并且通過(guò)殼體4進(jìn)行照射。
如上所述，作為發(fā)熱部的激光光源3固定于上述散熱片21上，由于可通過(guò)上述散熱片21把激光光源3產(chǎn)生的熱散發(fā)到殼體4的外部，所以抑制了殼體內(nèi)溫度的升高，而且還因散熱片21遠(yuǎn)離鏡筒2及鏡筒2的支撐機(jī)構(gòu)，所以光源部20的熱對(duì)精度不會(huì)有影響。
圖3、圖4是表示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，上述光源部20之內(nèi)，發(fā)熱部特別著眼于LD發(fā)光器10，使發(fā)光部8與光諧振部9分開(kāi)，再用光纖22把上述發(fā)光部8與上述光諧振部9連起來(lái)。
該發(fā)光部8配備LD發(fā)光器10和聚光透鏡11，而光諧振部9配備聚光透鏡23、形成了電介質(zhì)反射膜12的激光晶體(NdYVO4)片13、非線性光學(xué)介質(zhì)(KTP)14以及形成了電介質(zhì)反射膜15的輸出反射鏡16。
將上述發(fā)光部8固定到上述散熱片21上以減小熱阻，并且將上述光諧振部9安裝在鏡筒2的底部上。在上述聚光透鏡的成象點(diǎn)配置上述光纖22的激光光線入射端22a，而上述聚光透鏡23的光軸上則配置上述激光光線射出端22b。從上述光纖22的激光光線射出端22b射出的激光光線通過(guò)上述聚光透鏡23成象在上述激光器晶體(NdYVO4)片13內(nèi)，并在上述激光器晶體片13和輸出反射鏡16間抽運(yùn)激光光線，進(jìn)行諧振、放大并輸出。從上述光諧振部9發(fā)出的激光光線6用上述準(zhǔn)直透鏡5變成平行光束，由殼體4向外照射。
由于在本實(shí)施例也把作為發(fā)熱部的發(fā)光部8固定在上述散熱片21上，通過(guò)上述散熱片21向殼體4的外部散發(fā)發(fā)光部8產(chǎn)生的熱，所以可抑制殼體4內(nèi)的溫度上升，而且由于散熱片21遠(yuǎn)離鏡筒2、鏡筒2支撐機(jī)構(gòu)，所以發(fā)光部，即光源部20的熱對(duì)精度不會(huì)有影響。
圖5表示以本發(fā)明實(shí)施于經(jīng)緯儀的情況。
圖中，對(duì)具有與圖1、圖3中所示的同樣結(jié)構(gòu)的元件，標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)。
殼體30以垂直軸為中心能旋轉(zhuǎn)，還可以上下方向傾斜擺動(dòng)地支承在托架31上。又將托架31安置在校平臺(tái)32上，用該校平臺(tái)32的校平螺釘33可把上述殼體30安置在水平面上。上述校平臺(tái)32上還設(shè)有顯示部34，具有把水平角、高度角、距離等數(shù)據(jù)顯示于該顯示部34的結(jié)構(gòu)。
上述殼體30內(nèi)沿水平方向設(shè)置望遠(yuǎn)鏡41，該望遠(yuǎn)鏡41的鏡筒2里安放具有水平方向光軸的光學(xué)系統(tǒng)1。該光學(xué)系統(tǒng)1在光軸O上由依次配置目鏡35、分度線36、成為正立象的棱鏡37、內(nèi)透鏡38、選擇地反射綠色激光光線的激光反射鏡(或者棱鏡)39以及物鏡40等構(gòu)成。
上述激光光源3固定于上述殼體30的底部，在與上述鏡筒2的上述激光反射鏡39相對(duì)立的位置固定激光光線射出部42，以及在該激光光線射出部42固定保持光纖22的激光光線射出端22b。
上述殼體30的材料由含碳、熱傳導(dǎo)率高的合成樹(shù)脂制成，或者至少固定上述激光光源3的部分由熱導(dǎo)率高的材料、含碳的熱導(dǎo)率高的合成樹(shù)脂、或銅、鋁等金屬制成。
如上所述，上述激光反射鏡39選擇地反射綠色的激光光線，即制作成可透射其他波長(zhǎng)的光線，從上述激光光線射出部42射出的激光光線被上述激光反射鏡39反射并且從上述物鏡40向未圖示的目標(biāo)物照射。用上述光學(xué)系統(tǒng)1就能確定激光光線的照射位置。
由于作為上述光源部20的發(fā)熱部的激光光源3被固定在上述殼體30上，故激光光源3的熱通過(guò)殼體30散熱，可以抑制包含在殼體30內(nèi)的熱和溫升，而且由于用光纖22傳導(dǎo)激光光源3來(lái)的激光光線，激光光源3的熱便不會(huì)傳到鏡筒2。因而，光學(xué)系統(tǒng)1，或者支持光學(xué)系統(tǒng)1的機(jī)構(gòu)不會(huì)受熱的影響，可以進(jìn)行高精度測(cè)定。
圖6表示將本發(fā)明實(shí)施于旋轉(zhuǎn)激光照射裝置的情況。
圖中，對(duì)具有與圖1、圖3及圖5中所示的同樣結(jié)構(gòu)的元件，標(biāo)以同一標(biāo)號(hào)。
在構(gòu)成校平臺(tái)32一部分的本體底座45上設(shè)置殼體46，在殼體46內(nèi)又設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)1和光源部20。在上述殼體46上部設(shè)置能自由轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝五角棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)部48。并且，上述殼體46用熱傳導(dǎo)性良好的銅、鋁、鐵等金屬制作，或用混合碳等熱導(dǎo)率高的合成樹(shù)脂制品制成。嵌接于掃描電機(jī)50輸出軸的驅(qū)動(dòng)齒輪51與設(shè)置在上述轉(zhuǎn)動(dòng)部48的從動(dòng)掃描齒輪49嚙合，通過(guò)上述掃描電機(jī)50的驅(qū)動(dòng)使五棱鏡47通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪51、從動(dòng)掃描齒輪49，以上述光學(xué)系統(tǒng)1的光軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
光源部20的激光光源3被固定于上述殼體46的側(cè)壁，激光光源3所發(fā)的熱通過(guò)上述殼體46發(fā)散到外部。從激光光源3來(lái)的激光光線用上述光纖22導(dǎo)向上述光學(xué)系統(tǒng)1。
該光學(xué)系統(tǒng)1具有有自由液面的傾斜校正裝置52和反射鏡53，配置固定保持激光光線射出端22b的激光光線射出部42，使激光光線朝向上述傾斜校正裝置的自由液面入射，設(shè)置上述反射鏡53，使被上述傾斜校正裝置52反射的激光光線朝向上述五角棱鏡47反射。
因而，由上述激光光線射出部42入射到光學(xué)系統(tǒng)1的激光光線用上述五棱鏡47改變成水平方向進(jìn)行照射，用該五棱鏡47的旋轉(zhuǎn)就能形成激光光線的水平基準(zhǔn)面。
在本實(shí)施例中，也將作為上述光源部20的發(fā)熱部的激光光源3固定在上述殼體46上，因此通過(guò)殼體46散發(fā)激光光源3的熱，抑制了包含在殼體內(nèi)的熱和溫升，并且由于用光纖22傳導(dǎo)來(lái)自激光光源3的激光光線，因此激光光源3的熱不會(huì)傳到光學(xué)系統(tǒng)1，或者也不會(huì)把熱傳到支持光學(xué)系統(tǒng)1的機(jī)構(gòu)中，而可以進(jìn)行高精度測(cè)定。
在圖7～圖8中，說(shuō)明上述激光光線射出部42的一個(gè)例子。
將上述光纖22的輸出端引導(dǎo)到激光光線射出部42，該輸出端相對(duì)于激光光線射出光軸以所需的角度嵌入夾具55。通常，將規(guī)定偏振光方向的偏振光入射進(jìn)光纖，而所射出的光不會(huì)變成了偏振光，但光纖22則是保存偏振方向照原樣傳送光的定偏振波的光纖。在上述光纖22的端面附近，順次配置偏振光反射鏡56和在該偏振光反射鏡的背面?zhèn)鹊姆瓷溏R57并與該反射鏡57相對(duì)立設(shè)置偏振板59和監(jiān)控用光電器件58。由上述光纖22的輸出端射出的激光光線之中，透射上述偏振光反射鏡56的透射光，由上述反射鏡57反射，再用上述監(jiān)控用光電器件58接收。由激光光源射出的直線偏振光的激光光線一邊用上述光纖22保存偏振光方向一邊引導(dǎo)向上述偏振光反射鏡56射出。
偏振光反射鏡56反射大部分激光光線而只透射百分之幾作為監(jiān)控光。從光纖22輸出的激光光線是一種S偏振光，但多少也含點(diǎn)P偏振光。對(duì)上述偏振光反射鏡56而言，百分之幾的S偏振光與P偏振光一起透過(guò)。上述反射鏡57朝向光電器件反射透射的偏振光。將偏振板59配置在該反射鏡57與光電器件58之間，僅僅讓S偏振光透過(guò)。實(shí)質(zhì)上由于所射出的激光光線是S偏振光，所以對(duì)S偏振光進(jìn)行監(jiān)控。所監(jiān)控的信息被反饋到激光光源3的發(fā)光驅(qū)動(dòng)部分，而獲得所射出的激光光線的目視性和輸出穩(wěn)定化，而且有射出的激光光線被檢出。
圖9是表示了偏振光反射鏡與光源(發(fā)光點(diǎn))L的關(guān)系的光程圖。若將與光程上的偏振光反射鏡56的安裝誤差的關(guān)系置換成光源L的移動(dòng)，則以光軸上作為基準(zhǔn)，光源的移動(dòng)就是聚光點(diǎn)的移動(dòng)。光源與偏振光反射鏡56的間隔越大光源的移動(dòng)也越大。為了把移動(dòng)量變小，就需把光源L與偏振光反射鏡56的間隔做小。光源L不移動(dòng)時(shí)，光源L的移動(dòng)則置換為偏振光反射鏡的傾角。因此，減小了偏振光反射鏡的安裝誤差影響，為了使激光光線聚光于光軸上，就必須將光源L與偏振光反射鏡的間隔縮小，在本裝置中，將偏振光反射鏡配置在光纖22的激光光線射出端近傍就是這個(gè)緣故。
將來(lái)自光源單元60的激光光線導(dǎo)入光纖22，由激光光線射出端22b輸出激光光線時(shí)，由于聚光透鏡17或入射光纖端部22a的位置偏移、光纖折損及其它原因決定的光纖耦合效率的改變以及光諧振部構(gòu)成零件的位置偏移等原因會(huì)減小或增大激光輸出，僅靠配置于光源單元60內(nèi)部的監(jiān)控光電器件62反饋控制，就存在不能調(diào)整的問(wèn)題。
圖10是在光源單元60和激光光線射出端22b設(shè)置了監(jiān)控光電部70的反饋系列的框圖。光源單元60由激光光源3、半反射鏡61及聚光透鏡17構(gòu)成。從光源單元60來(lái)的激光光線輸出由半反射鏡61加以分開(kāi)，分出的一部分光入射到監(jiān)控光電器件62，另一部分光用光纖22，如圖7所示，引導(dǎo)到激光光線射出端并射出。
用偏振光反射鏡56分開(kāi)的監(jiān)控光，由反射鏡57反射并透過(guò)偏振板59，射入監(jiān)控光電器件58。來(lái)自該監(jiān)控光電器件58和光電電路64的光電信號(hào)被送入比較電路65和控制部66。
將來(lái)自上述光源單元60的監(jiān)控光電器件62和光電電路63的光電信號(hào)也送到上述比較電路65。對(duì)上述兩光電電路63和光電電路64來(lái)的光電信號(hào)用比較電路65進(jìn)行比較，當(dāng)比較值落在規(guī)定范圍以外時(shí)，就把電信號(hào)送到控制部66。當(dāng)從上述光電電路63與光電電路64來(lái)的光電信號(hào)的比較值為規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，則把從光電電路64來(lái)的光電信號(hào)送到控制部66，將與輸入信號(hào)相應(yīng)的控制信號(hào)送給LD驅(qū)動(dòng)部67。LD驅(qū)動(dòng)部67根據(jù)制控信號(hào)，控制LD發(fā)光器的發(fā)光。
所謂比較值在規(guī)定的范圍以外，如上述的那樣，是由聚光透鏡或入射光纖端部的位置偏移、光纖折損及其它原因決定的光纖耦合效率的改變?cè)斐蓮墓饫w射出的激光輸出的減少或增大，這種情況下，為了安全，將從比較電路65傳來(lái)異常的電信號(hào)送給控制部66，由控制部66執(zhí)行LD驅(qū)動(dòng)部67停止和異常顯示等處理。
還有，在本發(fā)明中，可把激光光源3或發(fā)光部8設(shè)置在殼體的外部，或者也可以給殼體的激光光源3或發(fā)光部8的安裝部設(shè)置散熱片等等的改變不言而喻也都是可行的。
因此在本發(fā)明中，由于可以使用目視性高的綠色激光光線，提高了可操作性，還把激光光源部的發(fā)熱部與光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)的支持裝置與熱隔離地設(shè)置，由于利用測(cè)量用激光裝置的殼體散熱，因而可以防止由熱引起的精度降低，由于還用隨意彎曲的光纖引導(dǎo)來(lái)自發(fā)熱部的激光光線，因此對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的工作就不會(huì)有什么影響。
接著，說(shuō)明有關(guān)激光光源和光纖的耦合。
通過(guò)上述光纖22，將來(lái)自上述內(nèi)部諧振型SHG方式的振蕩裝置的激光光源3的激光光線導(dǎo)入上述光纖22的激光光線入射端22a，再導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)1時(shí)，要求激光光線輸出部與光纖22的激光光線入射端22a的位置高精度配合。耦合效率也取決于聚光透鏡的象差，但光纖的傾斜以及位置的偏差影響較大。
因此，在上述光纖22的入射端固定之際，有必要要在垂直面內(nèi)對(duì)激光光線上下左右移動(dòng)地調(diào)整光纖22的入射端、對(duì)光軸作傾斜調(diào)整以及調(diào)整光軸方向，以使激光光線能效率高地入射上述光纖22，而且調(diào)整激光光線的偏振方向時(shí)，也有必要調(diào)整以光軸為中心的旋轉(zhuǎn)方向。
在圖11，圖12中，說(shuō)明有關(guān)激光光源3與光纖22的耦合方法。
殼體74呈偏平，是上部開(kāi)了口的正方體形狀，上面開(kāi)口部用蓋75封閉。上述殼體74的底面通過(guò)電子致冷器件(TEC)71固定在光諧振部82上。在該光諧振部82上安裝著溫度監(jiān)視用的熱控管72，該熱控管72的檢測(cè)結(jié)果送給圖未示出的控制器，再通過(guò)上述電子致冷器件71控制上述光諧振部82的溫度。并且，根據(jù)需要，用光分開(kāi)裝置分出從該光諧振部82射出來(lái)的激光光線的一部分，并用光電器件(圖未示)接收激光光線的這一部分，再把從該光電器件輸出的光電信號(hào)反饋給激光輸出控制器(圖未示)，也可以控制LD發(fā)光器10的輸出以使用該激光輸出控制器發(fā)光的激光光線的強(qiáng)度成為設(shè)定的值。
該光諧振部82也如圖2所示的一樣，具有配置在LD發(fā)光器10的光軸上的LD發(fā)光器10、聚光透鏡11(圖12中未示出)及形成介質(zhì)膜15的輸出反射鏡16，進(jìn)而有配置于輸出反射鏡16的LD發(fā)光器10相反側(cè)的熱反射鏡18，并且具有使它們一體化的結(jié)構(gòu)。上述熱反射鏡18對(duì)基波1064nm有高反射特性，而對(duì)SHG波532nm則具有高透射特性。
設(shè)置一個(gè)與上述LD發(fā)光器10的光軸一致，穿過(guò)上述殼體74的激光光線射出孔76，在上述激光光線射出孔76的外側(cè)面設(shè)置與上述LD發(fā)光器10的光軸一致的圓筒狀?yuàn)A具81，并且將球窩接頭79嵌入該夾具81內(nèi)。上述夾具81沿上述殼體74的安裝面，亦即在與上述光諧振部82光軸正交的面內(nèi)可以改變位置，用保持球窩接頭79的狀態(tài)，就能夠在與上述夾具81的光軸正交的平面內(nèi)調(diào)整位置。
上述球窩接頭79的上述光諧振部82側(cè)的端部在球狀部79a，上述球窩接頭79的諧振部82的相反側(cè)變成了管狀的光纖保持部79b，上述的球狀部79a嵌裝到上述夾具81內(nèi)，上述的光纖保持部79b自上述夾具81向外伸出，并且將上述光纖22的激光光線入射端22a插入保持于該光纖保持部79b里。
作為聚光透鏡的GRIN透鏡(大指數(shù)透鏡)78被嵌裝在上述球窩接頭79的上述球狀部79a側(cè)，這樣設(shè)置該GRIN透鏡78，使從上述光諧振部82發(fā)出的激光光線聚焦于上述光纖22的端面。
上述球狀部79a合適地嵌裝保持在上述夾具81內(nèi)，將規(guī)定以上的力施加于上述的球窩接頭79上，可對(duì)光軸傾斜旋轉(zhuǎn)、以軸心為中心的扭轉(zhuǎn)，軸心方向能移動(dòng)。于是，球窩接頭79在保持光纖22的狀態(tài)下，以激光光線入射端22a的端面中心為中心，對(duì)光軸進(jìn)行傾斜方向的旋轉(zhuǎn)調(diào)整、以光軸為中心的擰轉(zhuǎn)方向的扭轉(zhuǎn)調(diào)整及光軸方向的位置調(diào)整。
如上述這樣，上述光諧振部82和上述激光光線入射端22a的耦合狀態(tài)會(huì)影響從上述光諧振部82向激光光線入射端22a的激光光線的入射效率。因此，施行上述夾具81對(duì)上述殼體74的移動(dòng)、進(jìn)而對(duì)該夾具81施行上述球窩接頭79的旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)及位置調(diào)整，上述光諧振部82與上述光纖22的光軸調(diào)整、使從該光諧振部82發(fā)出的激光光線與該光纖22的偏振光面一致及激光光線的聚焦位置都調(diào)整到與該光纖22的端面一致。于是，就會(huì)使從上述光諧振部82發(fā)出的激光光線向該光纖22的入射效率最大。
最后的調(diào)整完畢之后，用粘合劑固定上述夾具81和上述球窩接頭79。還有，要防止用于嵌裝夾具81和球窩接頭79的粘合劑進(jìn)入，以免沾污了光纖端面。
接著，在圖13，說(shuō)明另一實(shí)施例。另外，圖中，與圖12中表示的同一零件，標(biāo)以相同標(biāo)號(hào)。
穿入通孔84而設(shè)的夾具83以與激光光線射出孔76同心的方式固定于殼體74上，并且在通孔84的最前面形成圓錐形85，再用袋形螺母從外擰合到上述夾具83上。上述夾具83沿著上述殼體74的安裝面也能改變方位，在與光軸正交的2個(gè)方向都能做位置調(diào)整。在上述袋形螺母86上貫穿設(shè)置與上述通孔84同心的孔87，并且在該孔87的內(nèi)側(cè)面上形成與上述圓錐形85相對(duì)的圓錐形88。在上述夾具83與上述袋形螺母86之間挾著與上述圓錐形85和上述圓錐形88相接觸的球形的球窩接頭89。與嵌裝激光光線射入端22a的同時(shí)，其最前頭嵌裝著GRIN透鏡78的支持管90穿過(guò)上述球窩接頭89。上述支持管90對(duì)球窩接頭89，沿光軸方向可以滑動(dòng)。
然而，通過(guò)松開(kāi)上述袋形螺母86，使上述球窩接頭89變成可以旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行上述激光入射端22a的旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)及位置調(diào)整。光諧振部82與上述光纖的光軸調(diào)整、使從上述光諧振部82發(fā)出的激光光線與上述的光纖22的偏振方向一致、以及激光光線的聚焦位置都要調(diào)整到與該光纖22的端面一致。
最終的調(diào)整完了之后，固定了上述夾具83以后，擰緊上述袋形螺母86，進(jìn)一步用粘合劑固定該夾具83與上述球窩接頭89。另外，在該球窩接頭89處形成狹縫，通過(guò)擰緊上述袋形螺母86，會(huì)使上述球窩接頭89縮小，也可同時(shí)用擰緊上述袋形螺母86的方法，進(jìn)行對(duì)上述激光光線入射端22a的該球窩接頭89的固定。
因此在本發(fā)明中，在光纖和激光光源的耦合方面，由于用組裝狀態(tài)可以進(jìn)行光纖的旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)及位置調(diào)整，所以不必要求單個(gè)零件精度高，又由于調(diào)整過(guò)程也不要求巧妙精細(xì)的操作，所以顯著提高可操作性，進(jìn)而提高耦合精度而能高效率地耦合。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量用激光裝置，它具備激光光源部、使從該激光光源部來(lái)的激光光線按規(guī)定的方向照射的光學(xué)系統(tǒng)、以及將上述激光光源部的激光光線引導(dǎo)到上述光學(xué)系統(tǒng)的光纖，其特征在于上述激光光源部至少與光學(xué)系統(tǒng)熱隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，上述激光光源部是具備發(fā)光部和光諧振部的LD激勵(lì)固體激發(fā)器，上述光諧振部設(shè)置在光學(xué)系統(tǒng)中并使上述發(fā)光部熱隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，上述激光光源部的至少上述發(fā)熱部固定在殼體內(nèi)，通過(guò)該殼體進(jìn)行散熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，上述光纖是保存偏振光方向照原樣傳送光的定偏振波光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，還具有配置于光纖輸出端附近，反射激光光線，同時(shí)分出一部分作為監(jiān)控光的第1反射裝置和接收用該第1反射裝置所分出的監(jiān)控光的第1光電裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，上述第1反射裝置是偏振光反射鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，根據(jù)上述第1光電裝置的受光量控制上述激光光源部的激光輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，在光纖輸入端附近具有分開(kāi)激光光線的第2反射裝置和第2光電裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，上述激光光源部具有半導(dǎo)體激光光源和安放該半導(dǎo)體激光光源的殼體，該殼體和上述光纖通過(guò)具有球面的耦合調(diào)整裝置進(jìn)行連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，上述激光光源部具有以半導(dǎo)體激光器作為激勵(lì)用光源的光諧振部和安放該光諧振部的殼體，該殼體和上述光纖通過(guò)具有球面的耦合調(diào)整裝置進(jìn)行連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，上述光纖的激光光線入射端可沿對(duì)光軸正交的方向移動(dòng)，同時(shí)被能夠傾斜和沿軸心方向變位地支承。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，還具有穿過(guò)上述殼體而設(shè)置的激光光線射出孔、設(shè)置于該激光光線射出孔的筒狀?yuàn)A具、及保持在該夾具上的至少一部分成為球狀的球窩接頭，并在該球窩接頭內(nèi)保持光纖的激光光線入射端。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，上述光纖的激光光線入射端被可對(duì)光軸扭轉(zhuǎn)地支承。
14.根據(jù)權(quán)利要求9或10的測(cè)量用激光裝置，其特征在于，上述球窩接頭在保持激光光線入射端的同時(shí)，保持GRIN透鏡。
全文摘要
一種測(cè)量用激光裝置，它具備激光光源部和將從該激光光源部來(lái)的激光光線按規(guī)定方向照射的光學(xué)系統(tǒng)，把上述激光光源部設(shè)置成至少與光學(xué)系統(tǒng)熱隔離并用光纖將上述激光光源部的激光光線引導(dǎo)到上述光學(xué)系統(tǒng)，由于使激光光源部或至少光源部的發(fā)熱部與光學(xué)系統(tǒng)隔離，因此光學(xué)系統(tǒng)不受激光光源部熱的影響，能夠防止由熱而引起的精度降低，并可以使測(cè)量用激光裝置維持高精度。
文檔編號(hào)G01C15/00GK1156824SQ9610999
公開(kāi)日1997年8月13日 申請(qǐng)日期1996年8月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月17日
發(fā)明者大友文夫, 小泉浩, 籾內(nèi)正幸, 大石政裕, 后藤義明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社拓普康