专利名称：光束分离单元、光束发射角度补偿光学单元和激光标记装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将单一激光束分离成多个激光束的光束分离单元，一种用于校正光束发射角的光束发射角度补偿光学单元，及一种在房屋施工工程中用于室内及室外标记操作的激光标记装置。
背景技术：
在房屋建筑，特别是在施工的初期，为了产生水准线，标记操作是必不可少的，所述水准线用于设定可靠的基线以便在加工部件以及架设建筑部件时定位各种建筑部件。在建筑工地使用水准仪及其它工具，以达到水平测量。在目标结构的墙上制造大量的标记，连接这些标记形成标记线，以产生施工的基线。
这些标记线包括不同的直线束，例如从地面经过墙到达天花板绘制的紧直线，绘制在天花板上的由两条垂直线组成的正交(直角)线，绘制在墙上的水平线，在地板上形成的地面标记点等等。
人工进行标记操作至少需要两个工人，通常的标记操作需要大量的时间和工作，并且效率低。但是，为了克服这个问题，近来使用具有线光束发射功能的激光标记装置进行更有效率的标记操作。因为通过使用激光标记装置一个工人就可以轻松地进行标记操作，因此这种装置成为施工工程中一个必要的工具。
为了提高使用激光标记装置的标记操作效率，希望能够使用一个单独的激光标记装置发射多条标记线。因此提出了一种能够用单个装置发射两条或更多条线的设备。
从单个激光标记装置发射多条射线的已知系统包括使用多个激光光源的系统和将从单个激光光源发射的激光束分成多条线的系统。
前一系统的问题是由于增加了多个激光光源，装置的成本也增加了。
另一方面，后一种系统使用了一个在激光发射方向上依次排列的多个半反射镜(half mirror)构成的光发射光学系统。这种系统的一个例子公布在日本专利申请公开出版物No.HEI-9-159451中。然而，在这个系统中，经过第一块半反射镜后，光强减半，经过第二块半反射镜后又减半。由于每经过一块半反射镜后光强都会以这种方式逐渐地减少，所以产生的分光束的光强度彼此不同。从而，这样的多个线光束的每一束的亮度不同。此外，由于必须布置多个半反射镜来分开光束，这样就增加了光学系统的复杂性，并增加了光学元件的数量。
因此，最常见的能够发射数条线光束的激光标记装置都为每束线光束的产生配置一个激光源。然而，如上所述，光源数量越多，装置的成本越高。结果，高效率完成标记操作需要的装置价格不菲。
当激光标记装置发射的线光束接近理想的水平和竖直线时，激光标记装置的线性定向精度将变得较高。常见的激光标记装置使用了多个激光光源，而为了得到较高的定向基准线的精度，安装于每个激光源中的光学系统都需要实施光学调节。然而，需要许多时间和工作来装配和调节这些光学系统，从而增加了整个装置的成本。
在日本专利申请公开出版物No.HEI9-159451中公布的在激光发射方向上连续布置多个半反射镜而构成的光发射光学系统中，为了调节光发射时的光发射角度，需要精细地调节半反射镜布置的角度。这样就增加了机构的复杂性和其中所需组件的数量。在此公开文件中所公开的系统中，难以增加发射光的定向精度，因为该系统中没有用于调节半反射镜角度的专门装置。
发明内容
综上所述，本发明的一个目的是提供一种能够从单个激光束形成多个激光束且结构简单的光束分离单元。本发明的另一目的是提供一种低成本的装配有如上所述的光束分离单元且能够发射多个线光束的激光标记装置。本发明还有一个目的是提供一种简单的用于校正光束发射角度的光束发射角度补偿光学单元及一种装备有该校正单元的激光标记装置。
为了达到上述及其它目的，本发明提供了一种用于从单束光束获得多束分离光束的光束分离单元，包括多个光分离部分，每个光分离部分可将入射光分离成透射光和反射光；及保持部分，用于将多个光分离部分之间的位置关系保持为预定位置关系，从而使该多个光分离部分协同作用以从单束光束产生多束分离光束，其中所述单束光束是最初入射到该多个光分离部分其中之一的单束光束。
按照另一方面，本发明提供一种激光标记装置，包括产生光束的激光器；接收该激光器产生的光束并产生多束分离光束的光束分离单元，所述光束分离单元包括多个光分离部分，每个光分离部分将入射光分离成透射光和反射光；以及保持部分，用于将多个光分离部分之间的位置关系保持为预定位置关系，从而使该多个光分离部分协同作用以便从单束光束产生多束分离光束，其中所述单束光束是最初入射到该多个光分离部分其中之一的单个束光；多个线光束产生光学元件，每个线光束产生光学元件从由光束分离单元产生的多条光束中的相应的一束光束产生线光束；以及支撑激光器、光束分离单元和所述多个线光束产生光学元件的支撑单元。
根据另一方面，本发明提供一种用于校正光束发射角的光束发射角度补偿光学单元，包括由折射率为n的光传输部件构成的光学元件，该光学元件包括沿着相对于参考轴线限定的光束入射方向接收入射光束的光入射表面，以及沿着相对于参考轴线限定的光输出方向发射输出光束的光发射表面，光入射表面和光发射表面之间形成α角，且限定与光入射表面和光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸的假想的法平面，所述光束输出方向从所述光束入射方向偏移角度δ，该δ角的值由折射率n、角α和所述假想法平面相对于参考轴线的转动位置所决定。
根据另一方面，本发明提供了一种用于校正光束发射角的光束发射角度补偿光学单元，包括由折射率为n的光传输部件形成的光学元件，该光学元件包括沿着相对于参考轴线限定的光束入射方向接收入射光束的光入射表面，及沿着相对于参考轴线限定的光束输出方向发射输出光束的光发射表面，光入射表面和光发射表面之间形成α角，角α的值由折射率n决定。
根据另一方面，本发明提供了一种用于校正光束发射角的光束发射角度补偿光学单元，包括由光传输部件形成的楔形棱镜，该楔形棱镜包括接收入射光束的第一表面及发射输出光束的第二表面；该第一表面与第二表面成顶角α；及保持单元，该保持单元以围绕参考轴线从参考转动位置转动一个角度的转角来保持该楔形棱镜。
根据另一方面，本发明提供一种激光标记装置，包括产生光束的激光器；将该光束准直为准直光束的准直光学元件；接收作为入射光的准直光束并通过输出输出光束来校正光束发射角的光束发射角度补偿光学单元，该光束发射角度补偿光学单元具有由折射率为n的光传输部件构成的光学元件，该光学元件包括沿着相对于参考轴线限定的光束入射方向接收入射光的光入射表面，及沿着相对于参考轴线限定的光束发射方向发射输出光束的光发射表面，光入射表面和光发射表面之间形成角α，并限定与光入射表面和光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸的假想法平面，光束输出方向从光束入射方向偏移角δ，角δ的值由折射率n、角α和假想法平面相对于参考轴线的转动位置决定；线光束产生光学元件，其可从由光束发射角度补偿光学单元输出的光束产生线光束；及支撑激光器、准直光学元件、光束发射角度补偿光学单元及线光束产生光学元件的支撑单元。
根据另一方面，本发明提供一种用于从单束光束获得多束分离光束的光束分离器，包括具有三个光传输部件的光传输部件单元，这三个光传输部件在两个接合表面上互相接合，该两个接合表面包括第一和第二接合表面；在光传输部件单元中的第一接合表面上形成的第一分光层，第一分光层将入射光分成反射光和透射光，第一分光层限定第一光分离表面；在光传输部件单元中的第二接合表面上形成的第二分光层，第二分光层将来自第一分光层的透射光和反射光的任一个分离成透射光和反射光，第二分光层限定与第一光分离表面平行的第二光分离表面，从而可从单束光束获得三个分离束光。
根据另一方面，本发明提供一种从单束光束获得多束分离光束的光束分离器，包括具有多个光传输部件的第一光传输部件单元，所述多个光传输部件在多个接合表面上互相接合，所述多个接合表面包括第一、第二和第三接合表面；与第一光传输部件单元相接触设置的第二光传输部件单元，第二光传输部件单元具有两个光传输部件，这两个光传输部件在第四接合表面上互相接合；与第一光传输部件单元相接触设置的第三光传输部件单元，第三光传输部件单元具有两个光传输部件，这两个光传输部件在第五接合表面上彼此连接；在第一光传输部件单元中的第一接合表面上形成的第一分光层，第一分光层将入射光分离成反射光和透射光，第一分光层限定第一光分离表面；在第一光传输部件单元中的第二接合表面上形成的第二分光层，第二分光层将来自第一分光层的透射光分离成反射光和透射光，第二分光层限定与第一光分离表面平行的第二光分离表面；在第一光传输部件单元中的第三接合表面上形成的光反射层，该光反射层反射来自第二光分离层的透射光，并且，该光反射层限定与第一光分离表面平行的光反射表面；在第二光传输部件单元中的第四接合表面上形成的第三光分离层，该第三光分离层将来自第一光分离层的反射光分离成透射光和反射光，该第三光分离层限定与第一光分离表面垂直的第三光分离表面；以及在第三光传输部件单元中的第五接合表面上形成的第四光分离层，该第四光分离层将来自光反射层的反射光分离成透射光和反射光，该第四光分离层限定与第一光分离表面平行的第四光分离表面，从而从单束光束获得五个分离的光束。
根据另一方面，本发明提供一种从单束光束获得多束分离光束的光束分离器，包括具有多个光传输部件的第一光传输部件单元，所述多个光传输部件在多个接合表面上互相接合，所述多个接合表面包括第一和第二接合表面；第二光传输部件单元与第一光传输部件单元接触设置，该第二光传输部件单元具有两个光传输部件，这两个光传输部件在第三接合表面上互相接合；第三光传输部件单元，第三光传输部件单元与第一光传输部件单元接触设置，该第三光传输部件单元具有两个光传输部件，该两个光传输部件在第四接合表面上互相接合；在第一光传输部件单元中的第一接合表面上形成的第一光分离层，该第一光分离层将入射光分离成反射光和透射光，该第一光分离层限定第一光分离表面；在第一光传输部件单元中的第二接合表面上形成的光反射层，该光反射层反射来自第一光分离层的透射光，该光反射层限定与第一光分离表面平行的光反射表面；在第二光传输部件单元中的第三接合表面上形成的第二光分离层，该第二光分离层将来自第一光分离层的反射光分离成透射光和反射光，该第二光分离层限定与第一光分离表面垂直的第二光分离表面；及在第三光传输部件单元中的第四接合表面上形成的第三光分离层，该第三光分离层将来自光反射层的反射光分离成透射光和反射光，该第三光分离层限定与第一光分离表面平行的第三光分离表面，从而由单束光束获得四个分离光束。
根据另一方面，本发明提供一种光束分离装置以便由单束光束获得多束分离光束，包括由第一光分离层构成的第一光束分离器；由第二光分离层构成的第二光束分离器；安装有第一光束分离器的保持器主体；以及安装有第二光束分离器的可移动保持器，该可移动保持器可移动地安装在保持器主体中以便将第一和第二光分离层之间的位置关系保持为预定位置关系，从而允许第一和第二光分离层由单束光束产生三束分离光束。
通过参照附图阅读下列优选实施例，本发明的上述及其它目的、特征及优点将更加明显，其中图1是表示根据本发明第一实施例的光束分离器结构的侧视图；图2是表示根据第一实施例的第一修改例的光束分离器结构的侧视图；图3是表示根据第一实施例的第二修改例的光束分离器结构的侧视图；图4是表示根据第一实施例的第三修改例的光束分离器结构的侧视图；图5是表示根据第一实施例的第四修改例的光束分离器结构的侧视图；图6是显示根据本发明的激光标记装置的说明图(侧视图)；图7表示设置在图6中的激光标记装置中的线光束产生光学系统的说明图(侧视图)；图8表示图6中的激光标记装置中的线光束产生光学系统的修改说明图(侧视图)；图9表示图6中的激光标记装置中的线光束产生光学系统另一修改说明图(侧视图)；图10表示根据本发明第二实施例的光束分离单元的透视图；图11表示根据本发明第二实施例的光束分离单元的示意放大透视图；图12表示图11所示的光束分离单元的俯视图；图13表示图11所示的光束分离单元基本部分的放大截面图；图14是根据第二实施例的第一修改例的光束分离单元的示意透视图；图15是根据第一修改例的光束分离单元的截面图，表示了发射位置E，支撑位置S，调节位置A之间的位置关系；
图16表示根据第二实施例的第二修改例的光束分离单元基本部分的说明图；图17表示根据第二实施例的第三修改例的光束分离单元的说明图(侧视图)；图18表示根据第二实施例的第四修改例的光束分离单元的说明图(侧视图)；图19表示根据第二实施例的激光标记装置中的线光束产生光学系统的说明图(侧视图)；图20表示根据第四修改例装配于光束分离单元中的另一线光束产生光学系统的说明图(侧视图)；图21表示图19的线光束产生光学系统的修改说明图(侧视图)；图22是表示根据本发明第三实施例的光束发射角度补偿元件的透视图；图23是图22所示的光束发射角度补偿元件侧视图；图24是根据第三实施例光束发射角度补偿元件的角度校正原理的透视图；图25是使用第三实施例光束发射角度补偿元件的例子的说明图；图26是在第三实施例的激光标记装置中的线光束产生光学系统的说明图(侧视图)；图27(a)是表示从一光学系统中发射的光束的说明图(透视图)；图27(b)是表示从图27(a)中的光学系统中发射的光束在xy平面上的垂直投影分量的说明图；图27(c)是表示从图27(a)中的光学系统中发射的光束在xz平面上垂直投影分量的说明图；图27(d)是表示从图27(a)中的光学系统中发射的光束在yz平面上垂直投影分量的说明图；图28是第三实施例的第一修改例的光束发射角度补偿元件的说明图(透视图)；图29表示使用图28所示的一个光束发射角度补偿元件的光束发射角校正原理的说明图(xy平面)；
图30表示使用图28所示的另一个光束发射角度补偿元件的光束发射角校正原理的说明图(xz平面)；图31是根据第三实施例的第二修改例光束发射角度补偿元件的说明图(透视图)；图32是表示使用图31所示的光束发射角度补偿元件的光束发射角校正原理的说明图(yz平面)；图33是本发明第四实施例的光束发射角度补偿光学单元的透视图；图34是图33中的光束发射角度补偿光学单元的说明图；图35是根据第四实施例的光束发射角度补偿光学单元的角度校正原理的说明图；图36是第四实施例的光束发射角度补偿光学单元中棱镜布置的例子的说明图(透视图)；图37是表示组合棱镜的光束偏转效果的说明图；图38(a)是表示从一光学系统发射的光束的说明图(透视图)；图38(b)是表示图38(a)所示的光学系统发射的光束在xz平面上的垂直投影分量的说明图；图38(c)是表示从图38(a)所示的光学系统中发射的光束在yz平面上的垂直投影分量的说明图；图38(d)是表示从图38(a)所示的光学系统中发射的光束在xy平面上的垂直投影分量的说明图；图39是表示根据第四实施例设在转角处的楔形棱镜的说明图(透视图)；图40表示第四实施例的激光标记装置中线光束产生光学系统的说明图(侧视图)；图41表示第四实施例的第一修改例中的光束发射角度补偿光学单元的说明图；图42表示根据该第一修改例设在转角处的楔形棱镜的说明图(透视图)；图43表示第四实施例的第二修改例中光束发射角度补偿光学单元的说明图；
图44表示根据该第二修改例设在转角处的楔形棱镜的说明图(透视图)；图45(a)是表示根据另一修改例的具有不同形状的楔形棱镜的透视图；和图45(b)表示获得图45(a)中的楔形棱镜的圆柱的透视图。
具体实施例方式
下面，根据本发明的优选实施例参考相应附图描述光束分离单元、光束发射角度补偿光学单元及激光标记装置，其中，相同部分和部件用相同的附图标记表示以避免重复描述。
第一实施例图1表示本发明第一实施例的光束分离器1。该光束分离器1由能透射光线的玻璃或塑料形成。在本实施例中，该光束分离器由折射率为1.5的BK7玻璃材料制成。该光束分离器1由光传输部件2、3及4组成，当作为一个整体时，它们接合或粘贴在一起以形成长方体。更具体地说，该光传输部件2、3及4通过扩散连接方法或黏合剂接合或粘贴在一起。
第一和第二光分离层5和6分别在光传输部件2和3之间的分分界面及3和4之间的分分界面处形成。该第一和第二光分离层5和6限定第一和第二光分离表面5S和6S。在本实施例中，第一和第二光分离表面5S和6S互相平行且它们两个相隔40mm。光束分离器1具有50mm长、10mm宽和7mm厚。第一光分离表面5S的法线S5与入射光B1的光轴x形成45°角。类似地，第二光分离表面6S的法线S6和入射光R1的光轴y形成45°角。
一部分入射光B1从第一光分离表面5S反射并变成反射光R1。剩下的光通过光束分离器1成为透射光T1。一部分反射光R1从第二光分离表面6S反射并变成反射光R2。反射光R1中剩下的光通过第二光束分离层6并成为透射光T2。
因此，光束分离器1能够容易地形成三束光，包括平行于入射光B1的透射光T1和反射光R2及垂直于入射光B1的透射光T2。
更具体地说，光束分离器1包括第一光分离部分5和第二光分离部分6。第一光分离部分5接收入射到其上的单束光束B1并将该单束光束B1分离为透射光T1及反射光R1。第二光分离部分6接收来自第一光分离部分5的反射光R1并将接收到的光分离成另一透射光T2和另一反射光R2。光束分离器1还包括主光传输部件3，它将第一光分离部分5和第二光分离部分6之间的位置关系保持为预定位置关系，以允许来自第一光分离部分5的反射光R1可到达第二光分离部分6。因此，光束分离单元1能使第一光分离部分5和第二光分离部分6由单束光束B1获得分离的三束光束T1、T2、R2。
主光传输部件3具有互相平行的第一表面3a和第二表面3b。第一光分离部分5形成第一光分离层5。第二光分离部分6形成第二光分离层6。光束分离单元1进一步包括第一附加光传输部件2和第二附加光传输部件4。第一附加光传输部件2与第一光分离层5接触设置。第一光分离层5位于主光传输部件3和第一附加光传输部件2之间。第二附加光传输部件4与第二光分离层6接触设置。第二光分离层6位于主光传输部件3和第二附加光传输部件4之间。主光传输部件3、第一附加光传输部件2、第二附加光传输部件4作为一个整体形成长方体形状。
第一光分离层5限定第一光分离表面5S，第二光分离层6限定第二光分离表面6S。第一光分离表面5S和第一表面3a成45°角。第二光分离表面6S和第一表面3a成45°角。第一和第二光分离表面5S和6S因此互相平行。在三束分离光束T1、T2、R2中每两束分离光束互相平行或垂直。
主光传输部件3的第一表面3a接收入射在其上的单束光束B1。该单束光束B1的光轴x是第一表面3a的法线。主光传输部件3将单束光束B1引导至第一光分离部分5。第一附加光传输部件2有一端面2a和一端面2b。端面2a与第一表面3a及第二表面3b垂直。端面2b与第一表面3a和第二表面3b平行。更具体地说，端面2b和第二表面3b在同一个平面上。端面2b将从第一光分离部分5来的透射光束T1透发射去。
主光传输部件3将反射光R1从第一光分离部分5引导到第二光分离部分6。第二光分离部分6接收来自第一光分离部分5的反射光R1并分离该接收的光R1成为透射光T2及反射光R2。第二附加光传输部件4有一端面4a和一端面4b。端面4a与第一表面3a和第二表面3b垂直并从第二光分离层6输出透射光T2。端面4b与第一表面3a和第二表面3b平行。更具体地，该端面4b和第一表面3a在同一个平面上。第二表面3b输出来自第二光分离层6的反射光R2。
第一修改例图2表示根据本实施例的第一修改例的光束分离器11。
根据本修改例，第一光分离表面5S的法线S5和入射光B1的光轴x成45°角，同时第二光分离表面6S的法线S6与反射光R1的光轴y成45°+α(其中0°＜α＜45°)角。和第一实施例中一样，光束分离器11由光传输部件2、3及4构成，这些部件接合或粘贴在一起，当被看作一个整体时形成长方体。第一和第二光分离层5和6分别形成在光传输部件2和3、3和4之间的分分界面上。当第一光分离表面5S的法线S5和入射光B1的光轴x形成45°角时，第二光分离表面6S的法线S6与反射光R1的光轴y成45°+α角。换句话说，第二光分离表面6S和表面3a成45°-α角。从而，反射光R2和法线S6形成角度45°+α。即，反射光R2和反射光R1成2(45°+α)的角度。从而，反射光R2和水平线h1形成2(45°+α)-90°＝2α的角度。反射光R2透过表面3b时被折射并成为反射光R2′。根据斯涅耳定律，该反射光R2′和水平线h1形成sin-1(1.5sin2α)的角度。利用这样的结构，光束分离器1不但能容易地形成平行和垂直于入射光的光束，而且可形成具有任意角度的光束。
第二修改例图3表示根据本实施例的第二修改例的光束分离器13。该光束分离器13和图1中光束分离器1具有相同的结构。然而，入射光入射到光束分离器13的端面2a上。该入射光的光轴x是端面2a的法线。第一光分离表面5S的法线S5和入射光B1的光轴x成45°角。同样地，第二光分离表面6S的法线S6和入射光B1的光轴x成45°角。
入射光B1沿着长方体的纵向行进。当从第一光分离表面5S反射后，一部分入射光B1变成反射光R1。剩下的光作为透射光T1通过光束分离器1。当从第二光分离表面6S反射后，一部分透射光T1变为反射光R2。透射光T1中剩下的光通过第二光分离表面6S并成为透射光T2。
光束分离器13能容易地形成三束光束，包括平行于入射光B1的透射光T2和垂直于入射光B1的反射光R1和R2。而且，由于光束分离器13从一侧到另一侧较长，所以在垂直方向有较小空间的布局中，该光束分离器便于使用。
如上所述，根据该修改例，第一附加光传输部件2具有垂直于第一表面3a和第二表面3b并且接收入射在其上的单束光束B1的端面2a。第一附加光传输部件2将所述单束光束引导到第一光分离层5。第一附加光传输部件2有另一平行于第一表面3a和第二表面3b及输出来自第一光分离层5的反射光R1的端面2b。第二光分离层6接收从第一光分离部分5透射的光束T1并将该接收的光束T1分离成透射光T2和反射光R2。主光传输部件3将从第一光分离部分5透射的光束T1引导到第二光分离部分6。第二附加光传输部件4具有端面4a。端面4a与第一表面3a和第二表面3b垂直并输出从第二光分离层6透射的光束T2。主光传输部件3的第二表面3b输出从第二光分离层6反射的光束R2。
第三修改例图4表示根据本实施例的第三修改例的光束分离器14。该光束分离器14具有由单束入射光B1获得五束光束的结构。
光束分离器14由折射率为1.5的BK7玻璃材料制成。该光束分离器14由光传输部件20、21、22、30、31、40、41和42构成。第一光分离层5(第一光分离表面5S)形成在光传输部件20和30之间的分分界面处，而第二光分离层6(第二光分离表面6S)形成在光传输部件30和31之间的分分界面处。另一，光反射层7(光反射表面7S)形成在光传输部件31和40之间的分分界面上；第三光分离层8(第三光分离表面8S)形成在光传输部件21和22之间的分界面上；及第四光分离层9(第四光分离表面9S)形成在光传输部件41和42之间的分界面上。入射光B1被第一光分离层8分离成透射光和反射光。该反射光进一步被光分离层8分离成透射光T1和反射光R1。通过第一光分离层5的光被第二光分离层6分离成一透射光和反射光R2。该透过第二光分离层6的透射光被光反射层7重新定向以便入射到光分离层9上。入射在光分离层9上的光被分离成反射光R3和透射光T2。结果，由单束入射光B1获得五束光束。
这里，第一光分离表面5S、第二光分离表面6S、光反射表面7S的法线都和入射光B1的光轴x形成45°角。而且，光分离表面8的法线和光轴y形成45°角，同时光分离表面9S的法线和光轴y也形成45°角。
因此，光束分离器14可容易地形成五束光束，包括与入射光B1平行的反射光R1和反射光R3和与入射光B1垂直的透射光T1、透射光T2和反射光R2。光束分离器14可在离光轴x相同距离处形成反射光束R1和反射光束R3。
更具体地，光束分离单元14包括主光传输部件30。该主光传输部件30具有第一表面30a和第二表面30b，它们是互相平行的。光束分离单元14进一步包括第一附加光传输部件20、另一主光传输部件31、光反射层7、第二附加光传输部件21、第三光分离层8、第三附加光传输部件22、第四附加光传输部件41、第四光分离层9、第五附加光传输部件42及第六附加光传输部件40。
第一附加光传输部件20与第一光分离层5接触设置。第一光分离层5位于主光传输部件30和第一附加光传输部件20之间。第一附加光传输部件20具有与第一表面30a和第二表面30b垂直并接收入射于其上的单束光束B1的端面20a。光束B1的光轴x是端面20a的法线。第一附加光传输部件20将单束光束B1引导到第一光分离层5。另一主光传输部件31与第二光传输层6接触设置。另一主光传输部件31具有与第一表面30a位于同一平面上的第一表面31a，以及与第二表面30b位于同一平面上的第二表面31b。第二光分离层6位于主光传输部件30和另一主光传输部件31之间。光反射层7和另一主光传输部件31接触设置。光反射层7限定光反射表面7S。第六附加光传输部件40与光反射层7接触设置。光反射层7位于另一主光传输部件31和第六附加光传输部件40之间。
第二附加光传输部件21和第一附加光传输部件31接触设置。第三光分离层8和第二附加光传输部件21接触设置。第三光分离层8限定第三光分离表面8S。第三附加光传输部件22和第三光分离层8接触设置。第三光分离层8位于第二附加光传输部件21和第三附加光传输部件22之间。
第四附加光传输部件41和另一主光传输部件31接触设置。第四光分离层9和第四附加光传输部件41接触设置。第四光分离层9限定第四光分离表面9S。第五附加光传输部件42和第四光分离层9接触设置。第四光分离层9位于第四附加光传输部件41和第五附加光传输部件42之间。
第二附加光传输部件21具有平行于端面20a并透射从第三光分离层8反射的光的端面21a。第三附加光传输部件22具有与端面20a垂直并透射来自第三光分离层8的透射光的端面22a。第四附加光传输部件41具有与端面20a平行并透射来自第四光分离层9的反射光的端面41a。第五附加光传输部件42具有与端面20a垂直并透射来自第四光分离层9的透射光的端面42a。第一、第二和第四光分离表面5S、6S、9S和光反射表面7S互相平行，并与端面20a形成45°角。第三光分离表面8S垂直于第一、第二和第四光分离表面5S、6S、9S。
第四修改例当五束光束从图4中的单束入射光束产生时，也可能省略第二光分离层6并形成两束水平光束R1和R3及两束垂直光束T1和T2，如图5所示。
下面将描述第一实施例中的激光标记装置85。
如图6所示，激光标记装置85基本上包括后面将被描述的线光束产生光学系统86；支撑机构87，用于保持该线光束产生光学系统86处于水平；和盒体84，其包容线光束产生光学系统86及支撑机构87。线光束产生光学系统86包括第一实施例的光束分离器1，这在后面将被描述。
支撑机构87使用现有技术中熟知的万向节机构。该万向节机构包括支撑框架80、大环81、小环82及安装平台83。大环81能通过轴承(未示出)相对于支撑框架80绕着水平轴线H1旋转。小环82能通过轴承(未示出)相对于大环81绕另一水平轴线H2(垂直图面)旋转。安装平台83固定在小环82上并支撑线光束产生光学系统86。在这种结构中，在安装平台83上，线光束产生光学系统86能保持水平。
如图7所示，线光束产生光学系统86包括半导体激光器56，其相对于激光标记装置85水平放置。准直透镜57将半导体激光器56发出的激光束转换成准直光(平行射线)或具有圆形光截面的入射光B1。在本实施例中，该准直光B1的直径设为2mm。
根据第一光分离层5的特性，67％的入射光被反射而33％的入射光被透射。因此，67％的准直光B1被第一光分离层5反射并变成反射光R1。剩下33％的光通过光分离器1并变成透射光T1。根据第二光分离层6的特性，50％的入射光被反射而50％的入射光被透射。因此，33.5％的原始光B1被第二光分离层6反射并变成反射光R2。剩下33.5％的原始光通过第二光分离层6成为透射光T2。通过沿着每束光的光路设置柱状透镜(rod len)，可获得线光束。柱状透镜51设置在透射光T1的光路上以使该透镜的轴线方向竖直并与半导体激光器56的光发射方向垂直。因此，柱状透镜51产生沿着通过图中纸面法线的假想水平面传播的水平线光束。这样，柱状透镜51在装置的前后产生水平线光束。另外，柱状透镜52设置在反射光R2的光路上并与柱状透镜51垂直设置。因此，柱状透镜52产生垂直的线光束，所述线光束沿着与图中纸面位于相同平面上的假想垂直平面传播。这样，柱状透镜52在装置的前后产生垂直的线光束。
进一步，柱状透镜53设置在透射光T2的光路上，以使柱状透镜53的轴线方向平行于半导体激光器56的光发射方向。因此，柱状透镜53产生垂直的线光束，所述垂直的线光束沿着通过图中纸面法线的假想垂直平面传播。这样，柱状透镜53在该装置的左右产生垂直线光束。
如上所述，激光标记装置85包括该产生光束的激光器56、光束分离单元1、多个线光束产生光学元件51、52、53，及支撑单元87。每个线光束产生光学元件51、52、53产生线光束，所述线光束从由光束分离单元1产生的多个光束中的相应的一个光束产生。支撑单元87支撑激光器56、光束分离单元1以及多个线光束产生光学元件51、52、53。
修改例图8表示能从单一入射光产生五束线光束，且能安装于图6中激光标记装置85中的线光束产生光学系统的修改例。
该修改例的线光束产生光学系统87使用了第三修改例(图4)的光束分离器14。半导体激光器56水平地设置并发射激光束。准直透镜57将半导体激光器56发射的光束转换成具有圆形光束截面的准直光(平行射线)B1。入射光被光分离层5、6、8、9及反射层7分离成总共五束光束，包括透射光T1和T2及反射光R1、R2及R3。每束分离的光束通过柱状透镜51A、51B、52A、52B及53以形成线光束。柱状透镜51A、51B产生水平线光束，该水平线光束沿着通过图中纸面法线的假想的水平面传播。柱状透镜51A、51B因此在装置的前后产生水平线光束。柱状透镜52A和52B产生沿着与图中纸面相同平面的假想垂直面传播的垂直线光束。柱状透镜52A和52B因此在装置的前后产生垂直线光束。而且，柱状透镜53产生垂直线光束，其沿着通过图中纸面法线的假想垂直面传播。柱状透镜53因此在装置的左右产生垂直线光束。
另一修改例图9表示能安装于图6的激光标记装置85中的线光束产生光学系统的另一修改例。
该修改例的线光束产生光学系统88具有与上述线光束产生光学系统87(图8)相同的结构。
当反射光R2照射到柱状透镜53上，一部分反射光R2被柱状透镜53反射。结果，产生另一反射光R2′。反射光R2′沿着与反射光R2相反的方向传播，通过光分离层6，并变成与反射光R2传播方向相反的光束R2″，即，垂直向下。该光束能作为地面标记(ground marking)。因此，当这种结构与图8中的线光束产生光学系统87相同时，光束分离器14可由单一入射光产生六束分离光束。
第二实施例图10表示根据本发明第二实施例的光束分离单元101A。光束分离单元101A使用立方体形的光束分离器121和122，它们边长为5mm并由折射率为1.5的BK7玻璃材料制成。光束分离单元101A具有沿着其中的垂直线设置的第一光束分离器121和第二光束分离器122。第一光束分离器121在光束分离单元101A的端部固定到保持器103上，其中，入射光A入射到光束分离单元101A上，而第二光束分离器122布置在可移动保持器104上。如图11、12所示，可移动保持器104支撑在保持器103的四个位置。每个支撑点都有球压体，该球压体包括钢球105和弹簧106，能使可移动保持器104的位置相对于保持器103灵活地改变。校正可移动保持器104的位置，以便使从第二光束分离器122发射的光照射到预定的照射点。调节可移动保持器104的位置(包括绕俯仰轴线方向P和转动轴线方向R的调节)并用位于支撑点附近的螺钉107固定。当需要时，可进行可移动保持器104的转动调节(绕盘旋轴线方向L的调节)。在本实施例中，保持器103呈中空圆柱体形状，外径18mm，内径15mm，高30mm。可移动保持器104也呈中空圆柱体形状，外径12mm，内径9mm，高9mm。钢球105直径为1.5mm。第一光束分离器121和第二光束分离器122隔开28mm的距离。光束分离单元101A具有这种结构，能容易地形成三束光束，包括平行于入射光A的光束B、C及垂直于入射光A的光束D。虽然没有在图中画出，在保持器103的周边上设置一对窗口以通过它们透射光束A和B，及在可移动保持器104的周边上设有另一窗口以透射光束C。
尽管球压体由钢球105构成，但该球压体并不局限于钢球，例如，还可以由陶瓷球构成。
图13表示可移动保持器104怎样被保持器主体103支撑的放大截面图。中空圆柱体103具有限定外径的外表面103A，及限定内径的内表面103B。中空圆柱体104具有外表面，该外表面限定的外径比保持器主体103的内径小。
保持器主体103沿着中心轴线L在靠近保持器主体103上端103c的位置处形成有四个容纳孔103h。容纳孔103h布置在保持器主体103的圆周上并互相以大约90度间隔开。每个容纳孔103h与中心轴线L垂直地延伸。容纳孔103h在内表面103B和外表面103A之间延伸。容纳孔103h的内侧端暴露在内表面103B上，但外侧端不暴露在外表面103A上。在容纳孔103h的内侧端附近的部位103k处，容纳孔103h的内径向内侧端减小。弹簧106安装在每个容纳孔103h中。弹簧106具有一对相对的自由端106A(外侧端106A)和106B(内侧端106B)。球105连接到弹簧106的内侧端106B上。球105的一部分从容纳孔103h突出，并被容纳于在可移动保持器104的外表面上形成的凹陷或凹槽104a中。凹陷104a沿着可移动保持器104的圆周延伸一定长度。凹陷104a具有基本上呈半圆形的截面。弹簧106处于压缩状态，并通过球105将可移动保持器104压向保持器主体103的中心轴线L。
如图10-13所示，第一光束分离器121由第一光分离层121L形成。第二光束分离器122由第二光分离层122L形成。保持器主体103安装有第一光束分离器121。可移动保持器104安装有第二光束分离器122。可移动保持器104可活动地安装在保持器主体103中以便将第一和第二光分离层121L和122L之间的位置关系保持为预定的位置关系，从而使第一和第二光分离层121L和122L由单束光束产生三束分离光束。
如图11-13所示，可移动保持器104由支撑单元105、106以该可移动保持器104可相对于保持器主体103绕着三个轴线方向(盘旋轴线L、转动轴线R、俯仰轴线P)转动的方式安装，所述三个轴线互相垂直。保持器主体103具有中空的圆柱体形状，其中心轴线L作为盘旋轴线方向L。第一光束分离器121位于中空圆柱体103的轴线L上的一个位置处。可移动保持器104具有中空圆柱体形状，该圆柱体有中心轴线L′。第二光束分离器122位于中空圆柱体104的轴线L′上的一个位置处。可移动保持器104相对于保持器主体103定位，可移动保持器104的轴线位于保持器主体103的轴线L上。
如图13所示，支撑单元105、106一起支撑中空圆柱体104，并且至少中空的圆柱形104的一部分被插入中空圆柱体103中。四对支撑单元105、106定位在支撑位置S处，该支撑位置S沿着保持器主体103的轴线L限定。弹簧106具有第一端和第二端并产生推动力。第一端通过推动力与保持器主体103接触并施压。球体105与弹簧的第二端接触并被弹簧的第二端施压。该球体105也与中空圆柱体104的外表面接触并通过弹簧的推动力压住该中空圆柱体104。
螺钉107用于调节该可移动保持器104相对于保持器主体103绕着转动轴线和俯仰轴线R和P的转动位置。螺钉107位于沿着轴线L限定的调节位置A处。在调节位置A处，每个位移供给单元107在保持器主体103的内表面和可移动保持器104的外表面之间的间隙中提供位移，从而相对于保持器主体103绕转动轴线和俯仰轴线R、P调节可移动保持器104的转动位置。
第一光束分离器121安装在保持器主体中以便第一光分离表面121L相对于保持器主体103的轴线L形成45度角。可移动保持器104由支撑单元105、106和螺钉107定向，以便保持第二光束分离器122的第二光分离表面122L平行于第一光分离表面121L，并相对于保持器主体103的轴线L形成45度角，从而使第一和第二光分离层121L和122L产生三束分离光束。在这种情况下，该三束分离光束中的每两束分离光束都互相平行或垂直。
第一修改例有时，用设在支撑点附近的螺钉107对本实施例的光束分离单元101A进行精细的位置调节是很困难的。按照第一修改例，光束分离单元101B更适合进行这样精细的位置调节。如图14和15所示，保持器103具有中空圆柱体形状，其外径为18mm，内径为15mm，高度为42mm。可移动保持器104也具有中空圆柱体形状，并具有外径12mm，内径9mm，高38mm。螺钉107设置在与支撑点S的距离为30mm的位置处(调节位置A)。由于从支撑点S到第二光束分离器122的上发射表面122E(发射位置E)的距离为6mm，及从支撑点S到螺钉107(调节位置A)的距离是30mm，当可移动保持器104通过转动螺钉107被移动时，仅有1/5的位移量提供到第二光束分离器122的上发射表面122E。换句话说，由于位移量减少而易于进行光束分离单元101B的调节。
这样，第二光束分离器122具有发射表面122E以发射从第二光分离层122L中透射的透射光。沿着保持器主体103的轴线L在支撑点S和调节点A之间的距离，是沿着轴线L在发射表面122E和支撑点S之间的距离的五倍长。
然而，沿着轴线L在支撑点S和调节点A之间的距离，比沿着轴线L在发射表面122E和支撑点S之间的距离大就足够了。优选地，沿着轴线L在支撑点S和调节点A之间的距离大于或等于沿着轴线L在发射表面122E和支撑点S之间的距离的两倍。
第二修改例图16表示根据第二修改例的光束分离单元101C。该光束分离单元101C除了光束分离器122之外和光束分离单元101B有相同的结构。图16从而仅表示在光束分离单元101C中的光束分离器121和122。在第一光束分离器121中，光分离表面的法线S21和入射光A的光轴形成45度角，和在光束分离单元101A和101B中光束分离器121的方式相同。按照本实施例，在第二光束分离器122中的光分离表面的法线S22和反射光E的光轴形成45°+α角。
第一光分离表面121L的法线S21和入射光A的光轴x成45°角，而第二光分离表面122L的法线S22和反射光E的光轴y成45°+α角(其中0°＜α＜45°)。换句话说，第二光分离表面122L和反射光E的光轴y成45°-α角。从而反射光C和法线S22形成45°+α角。即，反射光C和反射光E成2(45°+α)角。从而，反射光C和水平线h1成2(45°+α)-90°＝2α角。当反射光C透过表面122a时被折射，并成为反射光C′。由斯涅耳定律可知，反射光C′和水平线h1形成sin- 1(1.5sin2α)角。以这样的结构，光束分离单元101C不但容易形成与入射光平行和垂直的光束，而且可形成任意角度的光束。
如上所述，第一光束分离器121被安装在保持器主体103中，从而第一光分离表面121L相对于保持器主体103的轴线L形成45°角。可移动保持器104将第二光分离表面122L和保持器主体103的轴线L之间的角度保持在45°-α，其中α是在0°＜α＜45°范围中。
第三修改例图17表示根据第三修改例的光束分离单元101D。光束分离单元101D沿水平方向延长。除了入射光A′通过保持器103的底部被导向第一光束分离器121之外，光束分离单元101D具有和光束分离单元101B基本相同的结构。虽然在图中未示出，但在保持器103底部形成的窗口起透射入射光A′的作用。入射光A′入射到光束分离单元101D的一端上，入射光A′沿着光束分离单元101D的纵向传播。入射光A′的一部分被第一光束分离器121的光分离表面121L反射并成为反射光B′。剩下的光成为透射光E′。透射光E′的一部分被第二光束分离器122的光分离表面122L反射并成为反射光C′。透射光E′的剩余部分通过第二光束分离器122的光分离表面122L并成为透射光D′。
光束分离单元101D可容易地形成三束光束，包括平行于入射光A′的透射光D′、垂直于入射光A′的反射光B′和C′。而且，由于光束分离单元101D从一侧到另一侧较长，光束分离器101D便于在垂直方向具有较小空间的布局中使用。
第四修改例图18表示根据第四修改例的光束分离单元101E。光束分离单元101E具有从单一入射光束产生四束分离光束的结构。
本修改例中，第一光束分离器121和第二光束分离器122由折射率为1.5的BK7玻璃材料制成。入射光A″被第一光束分离器121分离成透射光F″和反射光B″。透射光F″被第二光束分离器122分离成透射光G″和反射光C″。该通过第二光束分离器122的透射光G″被第三光束分离器123分离成透射光E″和反射光D″。因此，由单束入射光分离出四束光束。在光束分离器121、122和123中的每个光分离表面的法线与入射光A″的光轴形成45°角。从而光束分离单元101E可容易形成一束平行于入射光的光束及三束垂直于入射光的光束。在光束分离单元101E中，第一光束分离器121和第三光束分离器123分别被可移动保持器104′和104支撑，而第二光束分离器122被保持器103支撑。
如上所述，两个可移动保持器104和104′活动地安装在保持器主体103中，以将光束分离器121、122及123之间的位置关系保持在预定的位置关系，从而，第一、第二及第三光分离层121L、122L及123L可由单束光束产生四束分离光束。
激光标记装置按照第二实施例的激光标记装置185具有和第一实施例中激光标记装置85基本相同的结构，如图6所示。激光标记装置185具有线光束发生光学系统186，代替了线光束发生光学系统86。除此以外，激光标记装置185结构和激光标记装置85的结构相同。
如图19所示，线光束发生光学系统186包括相对于激光标记装置185水平设置的半导体激光器156。准直透镜157将从半导体激光器156发出的激光光束转换成准直光(平行射线)或具有圆形光束截面的入射光A。在本实施例中，准直光A的直径被设定为2mm。线光束发生光学系统186进一步包括光束分离单元101A。
按照第一光束分离器121的特性，67％的入射光A被反射，而33％的入射光A被透射。从而，67％的入射光A被第一光束分离器121反射，而剩余33％的光透射过光束分离单元101A并变成透射光B。按照第二光束分离器122的特性，50％的入射光被反射，50％的入射光被透射。通过在每束光的光路上放置柱状透镜151、152及153，有可能产生线光束。柱状透镜151布置在光束B的光路上，以使柱状透镜151的纵向与半导体激光器156的发射方向垂直并正交地延伸。因此，柱状透镜151产生水平线光束。进一步，柱状透镜152设置在反射光C的光路上并与柱状透镜151垂直。因此，柱状透镜152产生垂直线光束。
另外，柱状透镜153设置在透射光D的光路上以便柱状透镜53的轴线方向平行于半导体激光器156的光发射方向。因此，柱状透镜153产生沿着通过图中纸面法线的假想垂直平面传播的垂直线光束。这样，柱状透镜153在装置的左右产生垂直线光束。
如上所述，激光器156和准直透镜157共同产生准直光束。光束分离单元101接收该准直光束并产生多束分离光束。支撑单元87支撑激光器156、准直透镜157、光束分离单元101及多个线光束产生光学元件151、152、153。
修改例图20表示线光束产生光学系统187，其被安装在激光标记装置185中并装配有光束分离单元101E，所述光束分离单元101E能从单一入射光束获得四束分离的光束。
半导体激光器156水平地设置在激光标记装置110上以便发射激光束。准直透镜157将从半导体激光器156发射的激光束转换成具有圆形光束截面的准直光(平行射线)A″。准直光A″的直径被设定为2mm。入射光被光束分离器121、122、123分离成总共四束透射光和反射光。每束分离的光束通过柱状透镜151-154产生线光束。在本修改例中，柱状透镜151在激光标记装置185的激光标记装置前后产生水平线光束，而柱状透镜152在激光标记装置185的前后产生垂直线光束。进一步，柱状透镜153在激光标记装置185的左右两侧产生垂直线，而柱状透镜154在激光标记装置110的后面产生垂直线。
图21表示另一线光束产生光学系统188。和线光束产生光学系统186具有等同的结构，当光束D入射在柱状透镜153上时可产生反射光D′。反射光D′沿着和透射光D相反的方向传播，通过第二光束分离器122和第一光束分离器121的光分离表面并沿着与光束D相反的方向继续向下。因此，反射光D′可用于地面标记。因此，通过使用该同样的结构，有可能从单一入射光束获得四束分离光束。
如上所述，透镜153接收并反射来自第二光束分离层122L的一部分透射光。第二光束分离层122L透射来自透镜153的反射光，从而由单束光束获得四束分离的光束。
第三实施例图22和23表示根据本发明第三实施例的光束反射角度补偿光学元件201。在本实施例中，角度补偿元件201由折射率为1.5的BK7玻璃材料制成，但也可使用其他光传输材料例如玻璃或塑料等。角度补偿元件201具有带有梯形表面220的棱镜形状，如图22和23所示。该角度补偿元件201同时具有入射表面202和发射表面203，入射表面202和发射表面203形成一预定角α。应注意的是角度补偿元件201的形状并不限于具有梯形表面220的棱镜，只要入射表面202和发射表面203形成一预定角α，其它的形状都是可以的。
接下来，将参照附图24描述角度补偿元件201执行成角度补偿或角度校正的原理。这里，考虑从单独的光学系统(未示出)发射的光束B1与理想光束线(x轴线)偏离角度δ的情况。角度补偿元件201的入射表面202倾斜并与x轴线成π/2-ξ角。另外，光束B1与入射表面202的法线成θ1角入射。另外，通过角度补偿元件201的光束B2以与同一法线成角γ传输。假定角度补偿元件201的折射率为n，按照斯涅耳定律，下式将成立。
sinθ1＝n·sinγ (1)由于在角度补偿元件201的外部环绕着空气，角度补偿元件201的外侧的折射率为1。
通过角度补偿元件201的光束B2也与发射表面203的法线形成α-γ角。如果我们将从角度补偿元件201发射的光束B3与发射表面203的法线形成的角度称为θ2，则按照斯涅耳定律，n·sin(α-γ)＝sinθ2(2)则由(1)得出，sinγ＝(1/n)·sinθ1(3)公式(3)可变形为，cosγ＝(1/n)·(n2-sin2θ1)1/2(4)然后，从等式(2)，我们有sinθ2＝n·sin(α-γ)＝n·(sinα·cosγ-cosα·sinγ)＝n·(sinα·(1/n)·(n2-sin2θ1)1/2-cosα·(1/n)·sinθ1)＝sinα·(n2-sin2θ1)1/2-cosα·sinθ1(5)由光束B1和x轴线形成的角度δ，由下式决定δ＝ξ-θ1(6)进一步，由输出光束B3和x轴线形成的角度满足下式＝α-ξ-θ2(7)当α、θ1、θ2及δ足够小时，可得到下式sinθ1＝θ1，sinθ2＝θ2，sinα＝α，cosα＝1，及θ12＝0。
从而，从等式(5)有，θ2＝α·(n2-θ12)1/2-θ1＝n·α-θ1(8)把(8)式代入(7)式，由输出光束B3和轴线x形成的角度满足下式，＝α-ξ-(n·α-θ1)＝α-n·α-(ξ-θ1)＝α-n·α-δ(9)为了使此处的为0，我们在等式(9)中可以设＝0，α-n·α-δ＝0通过重新整理变形，我们得到α＝-δ/(n-1)(10)换句话说，通过使光束透过具有α角的角度补偿元件201，从角度补偿元件201发射的光可以被校正为与x轴线形成0°角，所述α角是由光束B1和x轴线形成的夹角δ的1/(n-1)倍。例如当n等于1.5时，等式(10)可被重写成α＝-δ/(1.5-1)＝-2δ。
另外，从(10)式可清楚地看出，角度校正不依赖于角度补偿元件201相对于轴线x的布置或安装角度。
当从预定光学系统发射的光束与x轴线形成0.01°时，例如，为了调节光束与x轴线的方向，使用具有由等式(10)得到的角度α＝-0.01/(n-1)的角度补偿元件201可进行角度校正。当角度补偿元件201由折射率为1.5的BK7材料形成时，α＝-0.01/(1.5-1)＝-0.02°如上所述，角度补偿元件201的设计非常简单，因为用于角度校正的角度补偿元件201的角度α可简单地由入射光束的入射角和角度补偿元件的折射率决定。
图25表示的是本实施例中使用光束发射角度补偿元件201的例子。尽管角度校正的效果不依赖于角度补偿元件201和x轴线形成的安装角度ξ，如上所述，但角度补偿元件201的安装方向是重要的。角度补偿元件201的安装方向依赖于角度α＝-δ/(n-1)的符号。如图25所示，本例子中，当光束B1相对于x轴线倾斜δ＝+0.01°时，光束B1向上倾斜。角度α＝-δ/(n-1)的值为-0.02°并从而为负号。因此，角度补偿元件201布置为形成0.02°(＝|α|＝|-δ/(n-1)|)角的部分方向向下。换句话说，角度补偿元件201布置为使得角度补偿元件201的较窄部分位于x轴线的下方而较宽部分位于x轴线的上方。相反，如果光束B1相对于x轴线倾斜成δ＝-0.01°，那么光束B1则相对于x轴线向下倾斜。角度α＝-δ/(n-1)具有值+0.02°并从而为正号。因此，角度补偿元件201被定向为它的形成0.02°(＝|α|＝|-δ/(n-1)|)的部分向上。总之，具有|α|＝|-δ/(n-1)|角的角度补偿元件201定向为形成角度|α|的部分位于所述轴线x上方或下方，这取决于于α＝-δ/(n-1)的值的符号。
注意，无论如何，由于元件201的厚度和外部尺寸和角度校正效果没有关系，角度补偿元件201可以任意方式设计以适合需要角度校正的光学系统的尺寸。
以这种结构，光束发射角可容易地精确校正。由于角度校正的效果不依赖于角度补偿元件201的布置精度，所以当在光学系统中加入角度校正光学元件201时不要求精度。
如上所述，本实施例的光束发射角度校正光学单元201由折射率为n的光传输部件形成的单一光学元件构成。根据光束发射角度校正光学单元201，光入射表面202沿着光束入射方向接收入射光束，其中光束入射方向相对于参考轴线x限定。光发射表面203沿着光束输出方向发射输出光束，其中光束输出方向相对于参考轴线x限定。光入射表面202和光发射表面203之间形成角度α，角度α的值决定于折射率n。
如图22、24和25，光入射表面202和光发射表面203限定假想法平面201N，其与光入射表面202和光发射表面203正交或垂直，并且沿着参考轴线x延伸。在图24、25中，假想法平面201N位于图中纸面的同一平面上。光束B1、B2和B3沿着该单一的假想法平面201N传播。更具体地说，沿着假想的法平面201N，光束B1入射到光入射表面202上并在光入射表面202上被反射。沿着该假想法平面201N，光束B2在角度补偿元件201中传播并在光发射表面203被折射。光束B3从光发射表面203沿着假想法平面201N向外发射。当入射光束方向最初从参考轴线x移动角度δ时，通过设定基本满足等式α＝-δ/(n-1)的α值，输出光束变成和参考轴线x平行。
(激光标记装置)按照第三实施例的激光标记装置285和图6所示激光标记装置85具有基本相同的结构。激光标记装置285设有线光束产生光学系统286以代替线光束产生光学系统86。除此之外，激光标记装置285和激光标记装置85的结构相同。
如图26所示，线光束产生光学系统286包括一个相对于激光标记装置285水平设置的半导体激光器216。准直透镜217将半导体激光器发射的激光束转换成准直光(平行射线)或具有圆形光束截面的入射光B1。在本实施例中，准直光B1被设定为2mm。
线光束产生光学系统286使用了第一实施例描述的光束分离器1，以将入射光B1分离成三束等强度光束。
从第一光分离层5反射的光通过光束分离器1传播并进一步被第二光分离层6分离成反射光和透射光，因此获得三束分离光束。因此，通过沿着每束光束的光路布置柱状透镜51、52和53而获得三束线光束。
如果光束分离器1在加工中包含制造变形或误差，那么所分离的光束发射的角度也将出现误差。然而，从激光标记装置发射的线光束的方向需要非常高的精度。例如，线光束必须在10m距离时具有1mm内的精度。为了保持10m距离时具有1mm之内误差的精度，从光束分离器1发射的光束必须与理想水平线(x轴线)形成小于或等于0.005°的角。因此，如果每一分离的线光束与理想线之间的夹角超过0.005°，那么就需要校正。在本实施例中，角度补偿元件201a，201b和201c被布置在从光束分离器1发射的光束的各自的光路中。角度补偿元件201a，201b和201c与本实施例中的角度补偿元件201结构一样。例如，当分离光束和理想线之间形成0.03°角时，为了使从补偿元件发出的光与理想线成0°，具有角度α＝-0.03/(1.5-1)＝0.06°的角度补偿元件201用于进行角度校正。通过在角度补偿元件201a、201b、201c的下游侧布置柱状透镜51、52、53，由柱状透镜51、52、53产生的线光束以0定向精度与理想线对直。
根据本实施例的激光标记装置285，激光器216产生光束。准直光学元件217将该光束准直成准直光束。光束分离单元1从准直光学元件217接收准直光束并将该光束分离成多个入射光束。多个光束发射角度校正光学单元201a，201b，201c中的每一个接收来自光束分离单元1的多个入射光束中的相应的一个入射光束，并校正该接收的光束的光束发射角度。多个线光束产生光学元件51、52、53中的每一个从相应的光束发射角度校正光学单元201a，201b，201c发出的输出光束产生线光束。
支撑单元87支撑激光器216、准直光学元件217、光束分离单元1、光束发射角度校正光学单元201a，201b，201c及线光束产生光学元件51、52、53。
注意，光束分离单元1可被省略。在这种情况下，安装单束光束发射角度校正光学单元201以接收来自准直透镜217的作为入射光束的准直光束，并校正其光束发射角。
按照本实施例，当角度α满足等式α＝-2δ及参考轴线x垂直于光入射表面202延伸时，为了使角度补偿元件201能产生适当的校正效果，优选折射率n在范围1.45≤n≤1.55之中。
让我们现考虑角度补偿元件201的入射表面202与x轴线垂直的情况，如图25所示。下面是由(7)式得出的在图24中当ξ＝0时的情况，＝α-ξ-θ2＝α-θ2(11)这里，由于由式(8)，θ2＝nα-θ1，代入(11)式整理得＝(1-n)α+θ1(12)这里，角度补偿元件201的顶角是α＝-2δ，如上所述，且由(6)式，δ＝ξ-θ1。然而，由于ξ＝0，δ＝-θ1。因此，α＝2θ1。代入到(12)式整理得，＝(1-n)2θ1+θ1＝(3-2n)θ1(13)整理式(13)得，n＝(3-/θ1)/2 (14)通常的光学元件，例如激光标记装置使用的光束分离器，具有大约3分弧度(arc-minutes)的角度精度。因此，这样的光学元件能产生线光束，所述线光束具有大约±0.05°的最大定向精度。由于在本实施例中线光束定向精度允许为0.005°，在等式(14)中代入θ1＝±0.05及＝0.005可计算n。
n＝1.45，n＝1.55从而，假定角度补偿元件201的折射率n在范围1.45≤n≤1.55之中，发现激光标记装置的线光束定向精度可保持在规定范围之中。
由于普通玻璃或塑料材料的折射率落在范围1.45≤n≤1.90之中，将这些n值代入式(10)，得到α＝-1.1δ及α＝-2.2δ。由于当ξ＝0时，δ＝-θ1，因此，α＝1.1θ1及α＝2.2θ1。从而可知，当参考轴线x垂直于光入射表面202延伸，优选角度α满足不等式1.1θ1≤α≤2.2θ1。
如上所述，根据本实施例，当用通常的玻璃或塑料时，用做角度校正的角度补偿元件201的顶角α容易设计。当入射光的方向从参考轴线x移动角度θ时，通过设定基本满足等式α＝θ/(n-1)的角度α的值，可以保证输出光束的方向变得和参考轴线x平行。优选角度α满足不等式1.1θ≤α≤2.2θ。优选地，当角度α满足等式α＝2θ时，射率n在范围1.45≤n≤1.55之中。
也存在这样的情况，其中光学元件能产生具有大约±0.08°的最大线光束定向精度的线光束。在此时，在(14)式中代入θ1＝±0.08及＝0.005，可计算出nn＝1.4688，n＝1.5313在这种情况下，假定角度补偿元件201的折射率n在范围1.4688≤n≤1.5313之中，发现激光标记装置的线光束定向精度可保持在规定范围之内。因此可知，当角度α满足等式α＝2θ时，角度补偿元件201的折射率大约需要在1.47≤n≤1.53的范围内。
第一修改例接下来，根据第三实施例的第一修改例的角度校正将参照附图27(a)到30描述。当从光束产生光学系统260中发出的光束B1相对于x轴线三维倾斜时，进行角度校正。光束产生光学系统260包括激光器216、准直透镜217及光束分离单元1(图26)。建立xyz坐标系统，如图27(a)。在本例中，光束B1从x轴线移动角度δ。图27(b)-27(d)分别表示光束B1相对于xy、xz、yz平面的垂直投影分量B1xy，B1xz，B1yz。更具体地说，光束B1的方向从x轴线移动角度δ，从而x轴线与光束B1在xy平面的垂直投影分量B1xy之间形成角度δxy，如图27(b)所示，同样，x轴线与光束B1在xz平面的垂直投影分量B1xz之间形成角度δxz，如图27(c)所示，并使y轴线与光束B1在yz平面的垂直投影分量B1yz之间形成角度δyz，如图27(d)所示。
如图28所示，角度补偿元件201xy和角度补偿元件201xz布置在x轴线的预定位置上。角度补偿元件201xy在xy平面上的垂直投影在图29中示出，角度补偿元件201xz在xz平面上的垂直投影在图30中示出。当入射光束B1相对于x轴线三维地倾斜时，通过设置互相垂直的角度补偿元件201xy和角度补偿元件201xz，可以将入射光束B1校正为平行于x轴线的输出光束B3，如图28所示。即，角度补偿元件201xy沿着xy平面定向，而角度补偿元件201xz沿着xz平面定向。
因为我们称x轴线与垂直投影分量B1xy形成的角度为δxy，如图27(b)和29所示，则由式(10)可知，角度补偿元件201xy的顶角的大小必须被设定为-δxy/(n-1)。当角度补偿元件201xy由折射率为1.5的BK7制成时，α＝-2δxy。角度补偿元件201xy进行角度校正以将光束B1转换成平行于xz平面的输出光束B2，如图28所示。输出光束B2在xy平面上的垂直投影分量B2xy如图29所示，而输出光束B2的在xz平面的垂直投影分量B2xz如图30所示。垂直投影分量B2xy和x轴线的角度为零(0)。垂直投影分量B2xz和x轴线的角度等于x轴线与原始光束B1在xz平面的垂直投影分量B1xz形成的角度δxz。
因为我们称x轴线与垂直投影分量B1xz形成的为角度δxz，如图27(c)和30所示，则由式(10)可知，角度补偿元件201xz的顶角值必须被设为-δxz/(n-1)。当角度补偿元件201xz由折射率为1.5的BK7制成时，如图30所示，角度补偿元件201xz具有顶角α＝-2δxz。角度补偿元件201xz进行角度校正以将由角度补偿元件201xy发射并在xz平面具有垂直投影分量B2xz的光束B2转换成平行于x轴线的输出光束B3。输出光束B3的在xz平面上的垂直投影分量B3xz如图30所示。x轴线和垂直投影分量B3xz的角度为零(0)。垂直投影分量B3xy和x轴线的角度等于x轴线与中间光束B2在xy平面的垂直投影分量B2xy之间的角度(0)(图29)。
更具体地，根据本修改例，限定参考轴线在xyz空间。xyz空间由互相垂直的x、y、z轴线限定。x、y轴线限定xy平面，x、z轴线限定xz平面，y、z轴线限定yz平面。参考轴线沿着x轴线延伸。入射光束从x轴线移动δ角度以便在x轴线和入射光束B1在xy平面上的垂直投影分量B1xy之间形成角度δxy，且在x轴线和入射光B1在xz平面上的垂直投影分量B1xz之间形成角度δxz。第一光学元件201xy和第二光学元件201xz沿着参考轴线x布置。第一光学元件201xy接收入射光B1并输出中间光束B2。第二光学元件201xz接收该中间光束B2并输出输出光束B3。
第一光学元件201xy由折射率为n(在该例中为1.5)的光传输部件形成。第一光学元件201xy具有第一光入射表面202xy和第一光发射表面203xy。第一光入射表面202xy沿着光束入射方向接收入射光B1，及第一光发射表面203xy沿着相对于参考轴线x限定的中间光束方向发射中间光束B2。第一光入射表面202xy和第一光发射表面203xy之间形成角度α1。角度α1具有基本上等于δxy/(n-1)(该例中，＝2δxy)的值。第一光入射表面202xy和第一光发射表面203xy限定第一假想法平面201Nxy，其与第一光入射表面202xy和第一光发射表面203xy都垂直并沿着参考轴线x延伸。设置第一光学元件201xy，以使第一假想法平面201Nxy沿xy平面方向延伸。换句话说，第一假想法平面201Nxy定向为相对于xy平面限定的转角Φ的值等于0°。在图29中，第一假想法平面201Nxy位于图中纸面的相同平面中。因此，第一光学元件201xy沿着平行于xz平面延伸的中间光束方向输出中间光束B2。
第二光学元件201xz由折射率为n(该例中为1.5)的另一光传输部件形成。如图30所示，第二光学元件201xz具有第二光入射表面202xz和第二光发射表面203xz。第二光入射表面202xz沿着中间光束方向从第一光学元件201xy接收中间光束B2。第二光发射表面203xz沿着相对于参考轴线x限定的光束输出方向发射输出光束B3。第二光入射表面202xz和第二光发射表面203xz之间形成角度α2。角度α2具有基本上等于δxz/(n-1)(该例中，＝2δxz)的值。第二光入射表面202xz和第二光发射表面203xz限定第二假想法平面201Nxz，其与第二光入射表面202xz和第二光发射表面203xz垂直并沿着参考轴线x延伸。第二光学元件201xz布置为第二假想法平面201Nxz沿着xz平面延伸。换句话说，第二假想法平面201Nxz定向为相对于xy平面限定的转角Φ的值等于90°。在图30中，第二假想法平面201Nxy位于图中纸面所在的平面中。因此，第二光学元件201xz沿着平行于xy平面延伸的光束输出方向输出输出光束B3。结果，光束输出方向与参考轴线x平行延伸。
第二修改例接下来，将描述第三实施例的第二修改例的角度误差校正。在该修改例中，如图31所示，具有顶角-δ/(n-1)的单个角度补偿元件201被用于获取平行于x轴线的光束。
入射光B1和轴线x形成的角度为δ，如图31所示。通过设置平行于y轴线或z轴线并且具有顶角-δ/(n-1)的角度补偿元件201，不能获得充分的或适当的校正。角度补偿元件201必须被设置为与y轴线成一预定角度。角度补偿元件201与y轴线的角度由下面决定光束B1到yz平面的垂直投影B1yz显示在图27(d)和32中。因为该垂直投影B1yz和y轴线形成的角度被称为δyz，所以δyz是角度补偿元件201应该布置的角度。当角度补偿元件201由折射率为1.5的BK7形成时，则通过将具有顶角α＝-2δ的光束发射角度补偿元件201布置为与y轴线成角度δyz，如图31和32所示，则可获得平行于x轴线的输出光束。出于实践的目的，角度补偿元件201可绕x轴线适当地转动并在输出光束B3和x轴线形成0°角时的适当位置固定。以这种结构，使用单个角度补偿元件就可能实现三维角度误差的校正。
这样，根据本修改例，当入射光束方向从参考轴线x移动δ角时，从而在y轴线和入射光B1在yz平面上的垂直投影分量B1yz之间形成角度δyz时，光入射表面202和光发射表面203之间的角度α必须设定为基本上满足等式α＝δ/(n-1)的值。光学元件201布置为它的假想法平面201N(图31)绕x轴线从xy平面转动转角δyz，如图32所示，并且，该假想法平面201N位于和入射光B1在yz平面上的投影分量B1yz相同的平面上。换句话说，该假想法平面201N以相对于xy平面限定的旋转角Φ取向，该旋转角Φ的值等于δyz。因此，光发射表面203沿着平行于x轴线的光束输出方向输出输出光束。
这样，光束输出方向和光束入射方向之间的角度δ依赖于折射率n，角度α和光束发射角度校正光学单元201的假想法平面201N相对于参考轴线x的转动位置。因此，通过适当设定折射率n、角度α和光束发射角度校正光学单元201的假想法平面201N相对于参考轴线x的转动位置，有可能以δ角度校正所接收光的光束发射角度。
如上所述，通过使用本实施例中的光束发射角度补偿元件201，根据简单方法就可校正光束发射角度。进一步，可通过在激光标记装置的光学系统中安装光束发射角度补偿元件201，获得具有极高定向精度的线光束。因此，有可能以低成本产生用于精确标记的多个激光线光束。结果，可以低成本获得发射多个具有极高定向精度的线光束的激光标记装置。
第四实施例图33和34表示按照本发明第四实施例的光束发射角度补偿光学单元301。
如图33所示，光学单元301包括第一楔形棱镜302A、第二楔形棱镜302B、棱镜保持器303A、棱镜保持器303B、保持器支撑件330A、保持器支撑件330B。
第一楔形棱镜302A和第二楔形棱镜302B由折射率为1.5的BK7玻璃材料形成。其他光传输材料如玻璃或塑料等也可使用。第一楔形棱镜302A具有三角棱镜形状，并具有第一光入射表面302Ain和第一光发射表面302out，在它们之间形成预定的角度。第二楔形棱镜302B也具有三角棱镜形状，且具有第二光入射表面302Bin和第二光发射表面302Bout，在它们之间也形成另一预定角度。
棱镜保持器303A基本上是一个具有外表面303Ao和内表面303Ai的中空圆柱体。内表面303Ai限定中空部分303Ah以容纳第一楔形棱镜302A。在外表面303Ao上有螺纹(未示出)。第一楔形棱镜302A容纳在棱镜保持器303A的中空部分303Ah中，并被固定在棱镜保持器303A上。
保持器支撑件330A的形状为另一中空圆柱体或环形，具有外表面330Ao和内表面330Ai。在保持器支撑件330A的内表面330Ai上有螺纹(未示出)，以与外表面303Ao上的螺纹啮合。保持器支撑件330A固定在后面将被描述的激光标记装置的一部分上。
棱镜保持器303A被保持器支撑件330A可转动地支撑。更具体地说，棱镜保持器303A可绕假想的A-A′轴线转动，其螺纹和保持器支撑件330A的螺纹啮合。A-A′轴线位于第一楔形棱镜302A的高度h的大约一半处，如图34所示。
类似地，棱镜保持器303B被保持器支撑件330B可转动地支撑。更具体地说，棱镜保持器303B可绕假想的A-A′轴线转动，其螺纹和保持器支撑件330B的螺纹啮合。棱镜保持器303B能独立于棱镜保持器303A转动。
在该实施例中，第一光发射表面302Aout和第二光入射表面302Bin互相接触。然而，只要表面302Aout和302Bin互相平行，则它们不一定要相互接触。在图33和34中，表面302Aout和302Bin不接触，换句话说，为便于解释，它们互相间隔开。
假想法平面302AN垂直于表面302Ain和302Bout延伸。另一假想法平面302BN垂直于表面302Bin和302Bout延伸。平面302AN和平面302BN都在图34的纸面所在的平面中。
以这种结构，激光束入射在第一楔形棱镜302A的第一光入射表面302Ain上，通过第一楔形棱镜302A和第二楔形棱镜32B前进，并接着从第二楔形棱镜302B的第二光发射表面302Bout发射。
接下来，将描述光束发射角度补偿光学单元301的原理。图35表示图33和34中的互相接近或互相固定的第一楔形棱镜302A和第二楔形棱镜302B，形成具有预定顶角α的棱镜302。首先，参考图35描述通过棱镜302的光束的角偏移。
从激光光源(未示出)发出的光束B1以与其入射表面302in的法线形成角度I1的角度入射到棱镜302的入射表面上。该入射光接着通过棱镜302并折射为光束B2，接着以光束B3发射，光束B3的方向和输出表面302out的法线形成角度I2。我们将把光束B2与棱镜302的入射表面302in的法线形成的角度称为I1，把光束B2与输出表面302out的法线形成的角度称为I2。假想法平面302N限定为与表面302in、302out都垂直。假想法平面302N位于图35中纸面所在的平面上。
如果棱镜302的折射率为n且空气的折射率为1，则由斯涅耳定律将获得下列等式sinI1＝n·sinI1′(101)n·sinI2＝sinI2′(102)如果α足够�。蛳铝性嫉仁娇捎�(101)式和(102)式获得，I1＝n·I1′(103)n·I2＝I2′(104)接下来，如果我们将入射光束B1和输出光束B3之间的角度定义为“偏移角δ”，则下式将成立。
δ＝(I1-I1′)+(I2′-I2)＝(I1+I2′)-(I1′+I2)＝(n·I1′+n·I2)-α＝n(I1′+I2)-α＝n·α-α＝(n-1)α(105)换句话说，偏移角δ可由下式表达。
偏移角δ的角度＝(棱镜折射率-1)×(棱镜顶角) (106)接下来，将考虑一种情况，其中，棱镜302具有垂直表面302V(302in)和倾斜表面302S(302out)，并被设置为垂直表面302V平行于xy平面，如图36所示。棱镜302能够以任意角度φ绕旋转轴线A-A′转动。这种情况下，旋转轴线A-A′与z轴线对齐。在初始状态，棱镜302的转角φ为0°。转角φ相对于yz平面限定。即，当棱镜302定向为其假想法平面302N如图36所示位于与yz平面相同的平面中时，转角φ等于零(0°)。
棱镜302的倾斜表面302S的法线302SN在xz平面和yz平面上的垂直投影将被考虑。法线302SN沿着假想法平面302N延伸。
如果棱镜转角为φ且棱镜顶角为α，则法线302SN在yz平面上的垂直投影由下式给出y＝tanα·cosφ·z因此，顶角的垂直投影由下式给出tan-1(tanα·cosφ)α·cosφ因此，由等式(106)，在yz平面上的偏移角δφyz的角度满足下式δφyz(n-1)α·cosφ(107)类似地，法线302SN在xz平面上的垂直投影满足等式x＝tanα·sindφ·z因此，顶角的垂直投影由下式给出tan-1(tanα·sinφ)α·sinφ因此，从式(106)，在xz平面上的偏移角δφxz的角度满足下式δφxz＝(n-1)α·sinφ(108)如图37，分别具有顶角α1和α2的两棱镜302A和302B组合以形成单一棱镜。假想法平面302AN和302BN位于图37中纸面所在的平面中。如图中所示，当光束B1在入射表面302Ain(302in)上以入射角度I1入射到组合棱镜上时，则从发射表面302Bout(302out)发射的输出光束B3和参考轴线(z轴线)之间形成的角度β为β＝δ-I1+α1。如果入射光束B1和参考轴线z之间的角度为γ，则由于γ＝I1-α1，β＝δ-(γ+α1)+α1＝δ-γ
因此，β可由下式表达。
β＝(组合棱镜的偏移角)-(参考轴线和入射光束的夹角)(109)另一方面，如果δ1是由具有顶角α1的第一楔形棱镜302A获得的偏移角，δ2是由具有顶角α2的第二楔形棱镜302B获得的偏移角，则由组合棱镜获得的偏移角δ满足下式。
δ＝δ1+δ2(110)下面将描述组合均具有顶角α的两棱镜的情况。当棱镜302A在入射光束一侧转动φ1及棱镜302B在发射光束一侧转动φ2时所获得的偏移角的yz平面分量(在yz平面上的垂直投影的分量)，可由式(107)得到δφ1yz＝(n-1)α·cosφ1(111)δφ2yz＝(n-1)α·cosφ2(112)因此，组合棱镜的偏移角δφyz的角度可由式(110)得到δφyz＝(n-1)α·cosφ1+(n-1)α·cosφ2(113)类似地，偏移角的xz平面分量(在xz平面上的垂直投影分量)，可由式(108)得到δφ1xz＝(n-1)α·sinφ1(114)δφ2xz＝(n-1)α·sinφ2(115)因此，组合棱镜的偏移角δφxz的角度可由式(110)得到如下δφxz＝(n-1)α·sinφ1+(n-1)α·sinφ2(116)因此，输出光束B3和参考轴线(z轴线)形成的角β的yz平面分量βyz由式(113)和(109)可得到下式。
βyz＝(n-1)α·cosφ1+(n-1)α·cosφ2-γ1yz＝(n-1)α(cosφ1+cosφ2)-γ1yz(117)类似地，输出光束B3和参考轴线(z轴线)形成的角β的xz平面分量βxz由式(116)和(109)可得到下式。
βxz＝(n-1)α·sinφ1+(n-1)α·sinφ2-γ1xz＝(n-1)α·(sinφ1+sinφ2)-γ1xz(118)βyz和βxz在等式(117)和(118)中应设定为0，以进行角度校正或补偿，从而当入射光束B1和参考轴线z形成一特定角度γ时，输出光束B3和参考轴线z之间的角度为0°。
这样，同样可得到下式。
cosφ1+cosφ2＝γ1yz/((n-1)α) (119)sinφ1+sinφ2＝γ1xz/((n-1)α) (120)由于φ1和φ2在范围0°≤φ1≤360°，0°≤φ2≤360°，-2≤cosφ1+cosφ2≤2中，因此，-2≤γ1yz/((n-1)α)≤2-2≤γ1xz/((n-1)α)≤2得到，-2(n-1)α≤γ1yz≤2(n-1)α (121)-2(n-1)α≤γ1xz≤2(n-1)α (122)通常玻璃或塑料材料的折射率落在范围1.45≤n≤1.90内，但实际上实践中一般的材料具有大约1.5的折射率。因此，将n＝1.5代入式(121)和(122)，我们得到下式-α≤γ1yz≤α(123)及-α≤γ1xz≤α(124)。
因此，可清楚地看出，假定γ1yx和γ1xz都比棱镜的顶角α�。平强赏耆徊钩セ蛐Ｕ�0°。此刻的棱镜转角可由等式(119)和(120)得出。
在本实施例中棱镜由BK7形成，其是折射率为n＝1.5的普通光学玻璃。这里，详细描述当使用两个具有顶角α为1°的棱镜时校正输出光束的情况。
垂直投影现假设从光束产生光学系统360(后面将描述)发射的光束B1相对于参考轴线(z轴线)三维地倾斜。光束产生光学系统360包括激光器316、准直透镜317及光束分离单元1，在后面将参考图40作出说明。建立x、y、z坐标系统，如图38(a)所示。在该例中，光束B1从z轴线移动角度γ。图38(b)-38(d)分别表示光束B1相对于xz平面、yz平面及xy平面的垂直投影分量B1xz，B1yz，及B1xy。更具体地说，光束B1的方向从z轴线移动角度γ，从而，z轴线和光束B1在xz平面上的垂直投影分量B1xz之间形成角度γ1xz，如图38(b)，z轴线和光束B1在yz平面上的垂直投影分量B1yz之间形成角度γ1yz，如图38(c)，及x轴线和光束B1在xy平面上的垂直投影分量B1xy之间形成角度γ1xy，如图38(d)。
当相对于z轴线这样三维倾斜的光束B1入射到棱镜302A的入射表面302Ain(组合棱镜302的入射表面302in)上时，如图39所示，中间光束B2从棱镜302A的发射表面302发射并入射在棱镜302B的入射表面302Bin上。换句话说，中间光束B2通过棱镜302A和棱镜302B传输，如图37所示。然后，输出光束B3从棱镜302B的发射表面302Bout发射(组合棱镜302的发射表面302out)。当光束B3从组合棱镜302发射时，光束B3从z轴线移动一角度β。注意，光束B3相对于xz平面、yz平面及xy平面具有垂直投影分量B3xz，B3yz及B3xy，和图38(a)-38(d)中光束B1类似。更具体地说，如果光束B3的方向如图38(a)所示从z轴线移动一角度β，则如图38(b)所示，在z轴线和光束B3在xz平面上的垂直投影分量B3xz之间形成角度βxz，及如图38(c)所示，在z轴线和光束B3在yz平面上的垂直投影分量B3yz之间形成角度βyz，且如图38(d)所示，在x轴线和光束B3在xy平面上的垂直投影分量B3xy之间形成角度βxy。当βyz和βxz都等于0度时，光束B3的方向与z轴线平行。当βyz等于0度时，光束B3的方向与xz平面平行。当βxz等于0度时，光束B3的方向与yz平面平行。
如果入射光束B1和参考轴线z形成的角度γ被设定为γ1yz＝0.05°及γ1xz＝0.5°，则通过将这些值代入到方程(119)和(120)中可得到φ1和φ2。
cosφ1+cosφ2＝0.05/((1.5-1)·1)sinφ1+sinφ2＝0.5/((1.5-1)·1)φ1＝24.46°φ2＝144.12°从而，如果入射光束和参考轴线z形成一角度，使γ1yz＝0.05°及γ1xz＝0.5°，则通过在入射侧在从yz平面转动φ1＝24.46°的位置处设置棱镜302A的假想法平面302AN，及在输出侧在从yz平面转动φ2＝144.12°的位置处设置棱镜302B的假想法平面302BN，可将输出光束B3和参考轴线z形成的角度校正为0°。图39表示第一楔形棱镜302A设置为其平面302AN位于从yz平面转动φ1＝24.46°的位置处，及第二楔形棱镜302B设置为其平面302BN位于从yz平面转动φ2＝144.12°的位置处。
激光标记装置按照第四实施例的激光标记装置385的基本结构和第一实施例的激光标记装置85相同，如图6所示。该激光标记装置385设置有线光束产生光学系统386，代替了线光束产生光学系统86。除此之外，激光标记装置385的结构和激光标记装置85相同。
如图40所示，线光束产生光学系统386包括相对于激光标记装置385水平布置的半导体激光器316。准直透镜317将从半导体激光器316发射的激光束转换成具有圆形光束截面的准直光(平行射线)或入射光B1。在本实施例中，准直光B1的直径被设定为2mm。
线光束产生光学系统386使用了在第一实施例中描述过的光束分离器1，用于将入射光B1分离成三束等强度的光束B1。如第三实施例说明的那样，从激光标记装置发射的光束的方向需要非常高的精度。在本实施例中，光束发射角度补偿光学单元301a，301b及301c分别设在从光束分离器1发射的光束的光路上。光束发射角度补偿光学单元301a，301b及301c和本实施例中的光束发射角度补偿光学单元301具有相同的结构。通过在光束发射角度补偿光学单元301a，301b及301c的下游侧布置柱状透镜51、柱状透镜52和柱状透镜53，由柱状透镜51、柱状透镜52和柱状透镜53产生的线光束可以以0度的定向精度对齐理想线。
现在，将示出从光束分离器1发射的光束的其中一束光束的例子。如果入射在光学单元301a上的光束相对于参考轴线具有γ1yz＝0.05°及γ1yz＝0.5°的角度误差，则φ1和φ2可由上述值代入等式(119)和(120)得到。
cosφ1+cosφ2＝0.05/((1.5-1)·1)sinφ1+sinφ2＝0.5/((1.5-1)·1)φ1＝24.46°φ2＝144.12°因此，通过在光束发射角度补偿光学单元301a的入射侧在转动24.46°的位置布置棱镜302A及在输出侧在转动144.12°的位置布置棱镜302B，如图39所示，输出光束和参考轴线形成的角度可被校正为0°。同样，利用光束发射角度补偿光学单元301b和301c可实现剩下的分光束的角度校正或补偿。结果，通过柱状透镜51、52、53产生的线光束的角度误差有可能校正为0°并形成理想的线光束。
根据本实施例的光束发射角度补偿光学单元301，参考轴线被限定在xyz空间中，该xyz空间由互相垂直的x轴线、y轴线和z轴线限定，x轴线、y轴线限定xy平面，x轴线、z轴线限定xz平面及y轴线、z轴线限定yz平面，参考轴线沿着z轴线延伸。
如图39所示，第一楔形棱镜302A和第二楔形棱镜302B沿着参考轴线z布置。第一楔形棱镜302A接收入射光B1并输出中间光束B2。楔形棱镜302B接收中间光束B2并输出输出光束B3。第一保持单元303A保持第一楔形棱镜302A。第二保持单元303B保持第二楔形棱镜302B。
第一保持单元303A保持第一楔形棱镜302A以便第一楔形棱镜302A可绕参考轴线z转动。第二保持单元303B保持第二楔形棱镜302B以便第二楔形棱镜302B可独立于第一楔形棱镜302A绕参考轴线z转动。
如图38(b)和38(c)所示，入射光束方向由角度γ1yz和另一角度γ1xz限定，所述角度γ1yz是在z轴线和入射光束在yz平面上的垂直投影分量B1yz之间形成的角度，所述角度γ1xz是z轴线和入射光束在xz平面上的垂直投影分量B1xz之间形成的角度。
如图39所示，第一光学元件302A由折射率为n并包括第一光入射表面302Ain和第一光发射表面302Aout的光传输部件构成。第一光入射表面302Ain以角度γ1yz，γ1xz沿着光束入射方向接收入射光束。第一光发射表面302Aout沿着相对于参考轴线z限定的中间光束方向发射中间光束B2。第一光入射表面302Ain和第一光发射表面302Aout之间形成角度α，并限定第一假想法平面302AN，第一假想法平面302AN与第一光入射表面302Ain和第一光发射表面302Aout都垂直并沿着参考轴线z延伸。
第二光学元件302B由另一折射率为n且包括第二光入射表面302Bin和第二光发射表面302Bout的光传输部件形成。第二光入射表面302Bin沿着中间光束方向接收中间光束B2。第二光发射表面302Bout沿着角度为βyz，βxz的光束输出方向发射输出光束B3，所述光束输出方向相对于参考轴线z限定。第二光入射表面302Bin和第二光发射表面302Bout之间形成角度α，并限定第二假想法平面302BN，第二假想法平面302BN与第二光入射表面302Bin和第二光发射表面302Bout垂直并沿着参考轴线z延伸。
该角度α满足不等式-2≤γ1yz/((n-1)α)≤2及-2≤γ1xz/((n-1)α)≤2第一保持单元303A确定第一光学元件302A的方向，以便第一假想法平面302AN绕z轴线与平面yz形成转角φ1，第二保持单元303B确定第二光学元件302B的方向，以便第二假想法平面302BN绕z轴线与平面yz形成转角φ2。
第二光学元件302B的第二光发射表面302Bout以角度βyz和βxz发射输出光束B3，所述βyz限定在z轴线和输出光束B3在yz平面上的垂直投影分量B3yz之间(图38(c))，所述βxz限定在z轴线和输出光束B3在xz平面上的垂直投影分量B3xz之间。角度βyz及βxz满足等式βyz＝(n-1)α·(cosφ1+cosφ2)-γ1yz及βxz＝(n-1)α·(sinφ1+sinφ2)-γ1xz因此，当转角φ1和φ2满足下式时，光束输出方向平行于z轴线延伸βyz＝0＝(n-1)α·(cosφ1+cosφ2)-γ1yz及βxz＝0＝(n-1)α·(sinφ1+sinφ2)-γ1xz按照本实施例(图40)的激光标记装置386，激光器316产生光束。准直光学元件317将光束准直成准直光束。光束分离单元1从准直光学元件317接收准直光束并将该光束分束成多个入射光束。多个光束发射角度补偿光学单元301a，301b，301c中的每一个接收来自光束分离单元1的多个入射光束中的相应一个光束，并校正所接收到的光束的光束发射角度。多个线光束产生光学元件51、52、53的每一个从相应的光束发射角度补偿光学单元301a，301b，301c发射的输出光束中产生线光束。
支撑单元87支撑激光器316、准直光学元件317、光束分离单元1、光束发射角度补偿光学单元301a，301b，301c及线光束产生光学元件51、52、53。
值得注意的是，光束分离单元1可以省略。在这种情况下，安装单束光束发射角度补偿光学单元301以接收来自准直透镜317的作为入射光束的准直光束，并校正它的光束发射角度。
第一修改例图41表示第四实施例第一修改例的光学单元301′。如图33、34所示，光学单元301′包括第一楔形棱镜302A和第二楔形棱镜302B，它们互相接触或邻近。然而，保持第一楔形棱镜302A的棱镜保持器303A是固定的，只有保持第二楔形棱镜302B的棱镜保持器303B可以沿着图中所示箭头方向绕轴线A-A′转动。
在该修改例中，输出光束的角度仅通过在输出侧转动第二楔形棱镜302B进行校正，对应于等式(117)和(118)中φ1＝0°的情况。即，
βyz＝(n-1)α·(1+cosφ2)-γ1yz(125)及βxz＝(n-1)α·sinφ2-γ1xz(126)这里，当βyz及βxz变成0°时，上式中βyz＝0及βxz＝0。从而，1+cosφ2＝γ1yz/((n-1)α)sinφ2＝γ1xz/((n-1)α)由于φ2在范围0°≤φ2≤360°中，0≤γ1yz/((n-1)α)≤2-1≤γ1xz/((n-1)α)≤1从而，0≤γ1yz≤2(n-1)α(127)-(n-1)α≤γ1xz≤(n-1)α(128)将n＝1.5代入等式(127)和(128)，0≤γ1yz≤α(129)-0.5α≤γ1xz≤0.5α(130)从而，当在输出侧仅仅转动第二楔形棱镜302B来校正输出光束角度时，相对于参考轴线z，输出光束B3的角度无论在yz平面上的分量βyz还是在xz平面上的分量βxz都可被校正为0°。此时，入射光束B1和参考轴线z形成的角度γ和棱镜顶角α之间的关系必须满足等式(129)和(130)。
接下来，详细描述本修改例中的输出光束(yz平面分量βyz)的角度校正。在这种情况下，具有折射率n＝1.5的BK7被用于棱镜材料且使用了两个具有顶角α＝1°的棱镜302A和302B，但仅有棱镜302B是可转动的。如果入射光束B1和参考轴线z形成的角度γ具有这样的值γ1yz＝0.05°，则该值代入到(125)式中可得下式。
0＝(1.5-1)·1·(1+cosφ2)-0.05φ2＝154.16°从而，当入射光束B1和参考轴线z形成的角度γ为γ1yz＝0.05°，通过布置第二楔形棱镜302B使其假想法平面302BN位于从yz平面转动φ1＝154.16°的位置处，βyz可被校正为0°。图42表示第一楔形棱镜302A固定布置在参考位置。即，第一楔形棱镜302A的假想法平面302AN定向为与yz平面形成φ1＝0°。即，假想法平面302AN位于yz平面。第二楔形棱镜302B的假想法平面302BN位于从yz平面旋转φ2＝154.16°的位置处。
根据本修改例，第一保持单元303A保持固定在预定转动位置φ1＝0°处的第一楔形棱镜302A，而第二保持单元303B保持第二楔形棱镜302B以便第二楔形棱镜302B可独立于第一楔形棱镜302A绕参考轴线z转动。
光束入射方向由z轴线和入射光束在yz平面上的垂直投影分量B1yz之间的角度γ1yz以及z轴线和入射光束在xz平面上的垂直投影分量B1xz之间的另一角度γ1xz限定。
在该修改例中，该角度α满足不等式0≤γ1yz/((n-1)α)≤2-1≤γ1xz/((n-1)α)≤1，如图42所示，第一保持单元303A定向第一光学元件302A以便第一假想法平面302AN绕z轴线与yz平面形成的转角φ1为零度(0°)。第二保持单元303B定向第二光学元件302B以便第二假想法平面302BN绕z轴线与yz平面形成转角φ2。
第二光学元件302B的第二光发射表面302Bout以角度βyz及βxz发射输出光束B3，其中，角度βyz限定在z轴线和输出光束B3在yz平面上的垂直投影分量B3yz之间，而角度βxz限定在z轴线和输出光束B3在xz平面的垂直投影分量B3xz之间。该βyz和βxz满足等式βyz＝(n-1)α·(1+cosφ2)-γ1yz及βxz＝(n-1)α·sinφ2-γ1xz因此，当转角φ2满足等式βyz＝0＝(n-1)α·(1+cosφ2)-γ1yz时，光束输出方向平行于xz平面延伸。
因此，当转角φ2满足等式βxz＝0＝(n-1)α·sinφ2-γ1xz时，光束输出方向平行于yz平面延伸。
注意，第二保持单元303B可保持相对于参考轴线z固定的第二光学元件302B，而第一保持单元303A可保持绕参考轴线z独立于第二光学元件302B转动的第一光学元件302A。
第二修改例图43表示第四实施例第二修改例的光学单元301″，其中单个楔形棱镜302被棱镜保持器303A和棱镜保持器303B保持。该楔形棱镜302可绕A-A′轴线转动。
使用单个楔形棱镜302以校正输出光束角度的情况和式(117)中去掉(n-1)α·cosφ1项及式(118)中去掉(n-1)α·sinφ1项的情况等价。因此，βyz＝(n-1)α·cosφ2-γ1yz，(131)βxz＝(n-1)α·sinφ2-γ1xz，(132)这里，当βyz及βxz变成0°时，βyz＝0及βxz＝0。因此，cosφ2＝γ1yz/((n-1)α)sinφ2＝γ1xz/((n-1)α)由于φ2在范围0°≤φ2≤360°中，-1≤γ1yz/((n-1)α)≤1-1≤γ1xz/((n-1)α)≤1因此，-(n-1)α≤γ1yz≤(n-1)α(133)-(n-1)α≤γ1xz≤(n-1)α(134)代入n＝1.5到等式(133)和(134)中，-0.5α≤γ1yz≤0.5α(135)-0.5α≤γ1xz≤0.5α(136)因此，当用单个棱镜校正输出光束角度时，输出光束B3相对于z轴线的角度在yz平面上的分量βyz或者在xz平面上的分量βxz均可被校正为0°。此刻，入射光束B1和参考轴线z形成的角度γ与棱镜顶角α之间的关系必须满足等式(135)和(136)。
接下来，将详细描述本修改例的输出光束(yz平面分量βyz)角度校正的情况。在这种情况下，具有折射率n＝1.5的BK7用于棱镜材料及转动具有顶角α＝1°的单个棱镜。入射光束和参考轴线z形成的角度γ满足γ1yz＝0.05°，代入(131)中则可得出下式。
0＝(1.5-1)·1·cosφ2-0.05φ2＝84.26°换句话说，当入射光束和参考轴线z形成的角度γ满足γ1yz＝0.05°，则可通过将棱镜302布置为其假想法平面302N位于从yz平面转动φ＝84.26°的位置处来将βyz校正为0°。图44表示楔形棱镜302布置为其假想法平面302N定向为从yz平面转动φ＝84.26°的位置处。
楔形棱镜302由光传输部件构成，并包括第一表面302in和第二表面302out。第一表面302in接收入射光束B1。第二表面302out发射输出光束B3。第一表面302in和第二表面302out之间成顶角α。保持单元303A、303B保持楔形棱镜302，以便楔形棱镜302可绕参考轴线z转动。保持单元303A、303B在从参考转动位置(yz平面)绕参考轴线z的转动角度为φ的位置处保持楔形棱镜302。
光学元件302由具有折射率n的光传输部件构成并包括光入射表面302in和光发射表面302out。光入射表面302in沿着相对于参考轴线z限定的光束入射方向接收入射光束B1。光发射表面302out沿着相对于参考轴线z限定的光束输出方向发射输出光束B3。第一表面302in和第二表面302out之间成一顶角α并限定一假想法平面302N，该假想法平面与光入射表面302in和光发射表面302out都垂直并沿着参考轴线z延伸。光束输出方向从光束入射方向移动角度δ，该角度δ的值依赖于折射率n、角α及假想法平面302N相对于参考轴线z从yz平面转动的位置。
更具体地说，入射光束方向由z轴线和入射光束在yz平面上的垂直投影分量B1yz形成的角度γ1yz及z轴线和入射光束在xz平面上的垂直投影分量B1xz形成的另一个角度γ1xz限定。该角度α满足不等式-1≤γ1yz/((n-1)α)≤1及-1≤γ1xz/((n-1)α)≤1，如图44所示，保持单元303A、303B定向光学元件302的假想法平面302N以便其绕z轴线与yz平面形成转度φ。
光发射表面302out以角度βyz和βxz发射输出光束B3，所述角度βyz是z轴线和输出光束B3在yz平面上的垂直投影分量B3yz间限定的角度，所述角度βxz是在z轴线和输出光束B3在xz平面上的垂直投影分量B3xz之间限定的角度。角度βyz和βxz满足下式βyz＝(n-1)α·cosφ-γ1yz和βxz＝(n-1)α·sinφ-γ1xz因此，当转角φ满足等式βyz＝0＝(n-1)α·cosφ-γ1yz时，光束输出方向与平面xz平行地延伸。
当转角φ满足等式βxz＝0＝(n-1)α·sindφ-γ1xz时，光束输出方向与平面yz平行地延伸。
其它修改例在本实施例和其它的修改例中，使用具有三角形棱镜形状的楔形棱镜302A和302B。然而，棱镜的形状不限于三角形棱镜。例如，在图45(a)中的楔形棱镜302A′和302B也可用作光束发射角度补偿光学单元。可通过切割图45(b)中圆柱体390的表面S而获得302A′和302B′。在这种情况下，第一光入射表面302Ain′和第一光发射表面302Bout′之间形成一预定角度。类似地，第二光入射表面302Bin′和第二光发射表面302Bout′之间形成一预定角度。楔形棱镜302A′和302B′被轻松插入并布置在棱镜保持器303A和303B(图33)的中空部分中，因为楔形棱镜302A′和302B′具有圆形形状。因此，楔形棱镜302A′和302B′便于生产。
在本实施例和它的修改例中，当楔形棱镜302A和302B具有相同的顶角α时确定转角。然而，楔形棱镜302A和302B的顶角可具有不同值。
在本实施例中，在线光束产生光学系统386中，使用了光束分离器1以便将一束入射光束分离成三束。然而，其它光束分离装置例如半反射镜也可被使用。
尽管该发明已参考它的具体实施例作出了详细的描述，对于本领域技术人员来说，显然可以作出不脱离本发明的精神的各种改变及修正。
例如，在上述第二实施例中，可移动保持器104通过支撑单元105、106和螺钉107安装在保持器主体103中，以便于对可移动保持器104在俯仰、转动及盘旋方向进行位置控制。然而，可移动保持器104可以通过其它方式安装在保持器主体103中，以便于控制可移动保持器104的位置。
权利要求
1.一种光束分离单元，用于从单束光束获得多束分离光束，包括多个光分离部分，每个光分离部分将入射光分离成透射光和反射光；及保持部分，该保持部分将多个光分离部分之间的位置关系保持为预定的位置关系，从而允许多个光分离部分协同作用，以便从最初入射到多个光分离部分之一的单束光束产生多束分离光束。
2.如权利要求1所述的光束分离单元，其特征在于其中多个光分离部分包括第一光分离部分和第二光分离部分，第一光分离部分接收入射到其上的单束光束并将该单束光束分离成透射光和反射光，第二光分离部分接收来自第一光分离部分的透射光和反射光中的任何一个并将所接收的光分离成另一透射光和另一反射光，其中保持部分包括主光传输部件，用于将第一光分离部分和第二光分离部分之间的位置关系保持为允许来自第一光分离部分的透射光和反射光中的任何一个到达第二光分离部分的预定位置关系，从而允许第一光分离部分和第二光分离部分从单束光束获得三束分离光束。
3.如权利要求2所述的光束分离单元，其特征在于其中主光传输部件具有互相平行的第一表面和第二表面，其中第一光分离部分包括第一光分离层，其中第二光分离部分包括第二光分离层，进一步包括第一附加光传输部件，其与第一光分离层接触设置，第一光分离层位于主光传输部件和第一附加光传输部件之间，第二附加光传输部件，其与第二光分离层接触设置，第二光分离层位于主光传输部件和第二附加光传输部件之间，及其中主光传输部件、第一附加光传输部件和第二附加光传输部件作为整体形成长方体形状。
4.如权利要求3所述的光束分离单元，其特征在于其中第一光分离层限定第一光分离表面及第二光分离层限定第二光分离表面；其中第一光分离表面和第一表面形成第一预定角度；及其中第二光分离表面和第一表面形成第二预定角度。
5.如权利要求4所述光束分离单元，其特征在于其中第一和第二光分离表面互相平行，且第一和第二预定角度的值为45°，从而获得三束分离光束，在这三束分离光束中的每两束分离光束互相平行或者垂直。
6.如权利要求4所述的光束分离单元，其特征在于其中第一预定角度具有45°的值，及第二预定角度具有45°-α的值，其中α在0°＜α＜45°的范围内。
7.如权利要求3所述光束分离单元，其特征在于其中主光传输部件的第一表面接收入射到其上的单束光束，主光传输部件将该单束光束引导到第一光分离层；其中第一附加光传输部件具有与第一表面和第二表面平行并透射来自第一光分离部分的透射光的端面；其中第二光分离部分从第一光分离部分接收反射光并将所接收的光分离成另一透射光和另一反射光，其中主光传输部件将来自第一光分离部分的反射光引导到第二光分离部分，及其中第二附加光传输部件具有与第一表面和第二表面垂直并输出来自第二光分离层的另一透射光的端面，主光传输部件的第二表面输出来自第二光分离层的另一反射光。
8.如权利要求3所述的光束分离单元，其特征在于其中第一附加光传输部件具有与第一表面和第二表面垂直并接收入射到其上的单束光束的端面，第一附加光传输部件将所述单束光束引导到第一光分离层；其中第一附加光传输部件具有与第一表面和第二表面平行且输出来自第一光分离层的反射光的另一端面；其中第二光分离部分接收来自第一光分离部分的透射光并将所接收的光分离成另一透射光和另一反射光，其中主光传输部件将来自第一光分离部分的透射光引导到第二光分离部分，及其中第二附加光传输部件具有与第一表面和第二表面垂直且输出来自第二光分离层的另一透射光的端面，主光传输部件的第二表面输出来自第二光分离层的另一反射光。
9.如权利要求2所述的光束分离单元，其特征在于其中第二光分离部分接收来自第一光分离部分的透射光并将所接收的光分离成另一透射光和另一反射光，其中主光传输部件将来自第一光分离部分的透射光引导到第二光分离部分，其中主光传输部件具有相互平行的第一表面和第二表面，其中第一光分离部分包括第一光分离层，其中第二光分离部分包括第二光分离层，进一步包括第一附加光传输部件，其与第一光分离层接触设置，第一光分离层位于主光传输部件和第一附加光传输部件之间，第一附加光传输部件具有与第一表面和第二表面垂直并接收入射到其上的单束光束的第一端面，第一附加光传输部件将所述单束光束引导到第一光分离层；另一主光传输部件，其与第二光分离层接触设置，第二光分离层位于主光传输部件和另一主光传输部件之间；光反射层，其与另一主光传输部件接触设置，光反射层限定光反射表面；第二附加光传输部件，其与第一附加光传输部件接触设置；第三光分离层，其与第二附加光传输部件接触设置，第三光分离层限定第三光分离表面；第三附加光传输部件，其与第三光分离层接触设置，第三光分离层位于第二附加光传输部件和第三附加光传输部件之间；第四附加光传输部件，其与另一主光传输部件接触设置；第四光分离层，其与第四附加光传输部件接触设置，第四光分离层限定第四光分离表面；及第五附加光传输部件，其与第四光分离层接触设置，第四光分离层位于第四附加光传输部件和第五附加光传输部件之间。
10.如权利要求9所述光束分离单元，其特征在于其中第二附加光传输部件具有平行于第一端面及透射从第三光分离层反射的光的第二端面；其中第三附加光传输部件具有与第一端面垂直并透射通过第三光分离层透射的光的第三端面；其中第四附加光传输部件具有平行于第一端面并透射从第四光分离层反射的光的第四端面；其中第五附加光传输部件具有与第一端面垂直并透射通过第四光分离层透射的光的第五端面；其中第一、第二和第四光分离表面以及光反射表面互相平行，并与第一端面形成45°角；及其中第三光分离表面与第一、第二和第四光分离表面垂直。
11.如权利要求1所述的光束分离单元，其特征在于其中保持部分包括具有三个光传输部件的光传输部件单元，三个光传输部件在两个接合表面上互相接合，两个接合表面包括第一和第二接合表面；其中多个光分离部分包括第一光分离层，其在光传输部件单元中的第一接合表面上形成，第一光分离层将入射光分离成反射光和透射光，第一光分离层限定第一光分离表面；第二光分离层，其在光传输部件单元中的第二接合表面上形成，第二光分离层将来自第一光分离层的透射光和反射光中的任一个分离成反射光和透射光，第二光分离层限定平行于第一光分离表面的第二光分离表面；从而由单束光束获得三束分离光束。
12.如权利要求1所述的光束分离单元，其特征在于其中保持部分包括具有多个光传输部件的第一光传输部件单元，多个光传输部件在多个接合表面上互相接合，多个接合表面包括第一、第二和第三接合表面；与第一光传输部件单元接触设置的第二光传输部件单元，第二光传输部件单元具有两个光传输部件，两个光传输部件在第四接合表面上互相接合；及与第一光传输部件单元接触设置的第三光传输部件单元，第三光传输部件单元具有两个光传输部件，两个光传输部件在第五接合表面上互相接合，及其中多个光分离部分包括在第一光传输部件单元中的第一接合表面上形成的第一光分离层，第一光分离层将入射光分离成反射光和透射光，第一光分离层限定第一光分离表面；在第一光传输部件单元中的第二接合表面上形成的第二光分离层，第二光分离层将来自第一光分离层的透射光分离成反射光和透射光，第二光分离层限定与第一光分离表面平行的第二光分离表面；在第一光传输部件单元中的第三接合表面上形成的光反射层，光反射层反射来自第二光分离层的透射光，光反射层限定平行于第一光分离表面的光反射表面；在第二光传输部件单元中的第四接合表面上形成的第三光分离层，第三光分离层将来自第一光分离层的反射光分离成透射光和反射光，第三光分离层限定与第一光分离表面垂直的第三光分离表面；及在第三光传输部件单元中的第五接合表面上形成的第四光分离层，第四光分离层将来自光反射层的反射光分离成透射光和反射光，第四光分离层限定与第一光分离表面平行的第四光分离表面，从而从单束光束获得五束分离光束。
13.如权利要求1所述光束分离单元，其特征在于其中保持部分包括具有多个光传输部件的第一光传输部件单元，多个光传输部件在多个接合表面上互相接合，多个接合表面包括第一和第二接合表面；与第一光传输部件单元接触设置的第二光传输部件单元，第二光传输部件单元具有两个光传输部件，两个光传输部件在第三接合表面上互相接合；及和第一光传输部件单元接触设置的第三光传输部件单元，第三光传输部件单元具有两个光传输部件，两个光传输部件在第四接合表面上互相接合，及其中多个光分离部分包括在第一光传输部件单元中的第一接合表面上形成的第一光分离层，第一光分离层将入射光分离成反射光和透射光，第一光分离层限定第一光分离表面；在第一光传输部件单元中的第二接合表面上形成的光反射层，光反射层反射来自第一光分离层的透射光，光反射层限定与第一光分离表面平行的光反射表面；在第二光传输部件单元中的第三接合表面上形成的第二光分离层，第二光分离层将来自第一光分离层的反射光分离成透射光和反射光，第二光分离层限定与第一光分离表面垂直的第二光分离表面；及在第三光传输部件单元中的第四接合表面上形成的第三光分离层，第三光分离层将来自光反射层的反射光分离成透射光和反射光，第三光分离层限定与第一光分离表面平行的第三光分离表面，从而由单束光束获得四束分离光束。
14.如权利要求1所述的光束分离单元，其特征在于其中多个光分离部分包括形成有第一光分离层的第一光束分离器；及形成有第二光分离层的第二光束分离器；及其中保持部分包括安装有第一光束分离器的保持器主体；及安装有第二光束分离器的可移动保持器，可移动保持器可移动地安装在保持器主体中，以便将第一和第二光分离层之间的位置关系保持为预定位置关系，该预定位置关系允许第一和第二光分离层由单束光束产生三束分离光束。
15.如权利要求14所述光束分离单元，进一步包括支撑单元，所述支撑单元以相对于预定的三个互相垂直的轴线方向相对于保持器主体可旋转的方式支撑可移动保持器，预定的三个轴线方向包括主轴线方向和其它两个轴线方向。
16.如权利要求15所述光束分离单元，其特征在于其中保持器主体为具有沿着主轴线方向延伸的第一轴线的中空圆柱体形状，所述中空圆柱体具有限定外径的外表面和限定内径的内表面，第一光束分离器位于沿着所述中空圆柱体的第一轴线的位置处；其中可移动保持器为具有第二轴线的中空圆柱体形状，该中空圆柱体具有限定外径的外表面，所述外径小于保持器主体的内径，第二光束分离器位于沿着所述中空圆柱体的第二轴线的位置处，可移动保持器相对于保持器主体设置，其第二轴线位于第一轴线上并沿着第一轴线延伸；其中支撑单元支撑可移动保持器的中空圆柱体，可移动保持器的中空圆柱体的至少一部分被插入到保持器主体的中空圆柱体中，支撑单元包括至少四个支撑单元，它们位于沿着第一轴线限定的支撑位置上，至少四个支撑单元中的每一个包括具有第一端和第二端的弹簧，弹簧产生推动力，第一端通过推动力与保持器主体接触并施压；及球形体，其与弹簧的第二端接触并被弹簧的第二端施压，球形体也与可移动保持器的中空圆柱体的外表面接触并通过弹簧的推动力对可移动保持器施压。
17.如权利要求16所述光束分离单元，其特征在于进一步包括调节单元，其调节可移动保持器相对于保持器主体相对于其它两个轴线方向的转动位置，其中调节单元包括位移供给单元，位移供给单元位于沿着第一轴线限定的调节位置处，位移供给单元在调节位置处在保持器主体的内表面和可移动保持器的外表面之间的间隙中提供位移，从而调节可移动保持器相对于保持器主体绕其它两个轴线方向的转动位置。
18.如权利要求17所述光束分离单元，其特征在于其中第二光束分离器具有发射透射光的发射表面，所述透射光通过第二光分离层透射；及其中沿第一轴线在支撑位置和调节位置之间的距离大于或等于沿着第一轴线在发射表面和支撑位置之间的距离的两倍。
19.如权利要求16所述的光束分离单元，其特征在于其中第一和第二光束分离器呈立方体形状；其中第一光分离层限定第一光分离表面，第二光分离层限定第二光分离表面；及其中第一光束分离器安装在保持器主体中，并且第一轴线和第一光分离表面形成45°的角度；其中保持部分使第二光分离表面与第一光分离表面平行并相对于第一轴线形成45°角，从而允许第一和第二光分离层产生三束分离光束，在三束分离光束中的每两束分离光束互相平行或者垂直。
20.如权利要求16所述的光束分离单元，其特征在于其中第一和第二光束分离器呈立方体形状；其中第一光分离层限定第一光分离表面，第二光分离层限定第二光分离表面；及其中第一光束分离器安装在保持器主体中，并且第一光分离表面相对于第一轴线形成45°角；及其中保持部分将第二光分离表面和中空圆柱体的轴线形成的角度保持为45°-α，其中α在0°＜α＜45°的范围内。
21.如权利要求14所述光束分离单元，其特征在于其中多个光分离部分进一步包括形成有第三光分离层的第三光束分离器，及其中保持部分进一步包括安装有第三光束分离器的另一可移动保持器，可移动保持器和另一可移动保持器可移动地安装在保持器主体中，以便将第一、第二、第三光分离层的位置关系保持为预定位置关系，所述预定位置关系允许第一、第二、第三光分离层由单束光束产生四束分离光束。
22.一种激光标记装置，包括产生光束的激光器；光束分离单元，其接收激光器产生的光束并产生多束分离光束，所述光束分离单元包括多个光分离部分，每个光分离部分将入射光分离成透射光和反射光；及保持部分，所述保持部分将多个光分离部分的位置关系保持为预定位置关系，该预定位置关系允许多个光分离部分协同作用以便从最初入射到所述多个光分离部分之一上的单束光束产生多束分离光束；多个线光束产生光学元件，每一线光束产生光学元件从由光束分离单元产生的多个光束中的相应一束光束产生线光束；及支撑单元，其支撑激光器、光束分离单元及多个线光束产生光学元件。
23.如权利要求22所述的激光标记装置，其特征在于其中多个光分离部分包括第一光分离部分和第二光分离部分，第一光分离部分接收入射到其上的单束光束并将单束光束分离成透射光和反射光，第二光分离部分接收来自第一光分离部分的透射光和反射光中的任何一个并将所接收的光分离成另一透射光和另一反射光，其中保持部分包括主光传输部件，用于将第一光分离部分和第二光分离部分之间的位置关系保持为预定位置关系，该预定位置允许来自第一光分离部分的反射光和透射光中的任何一个到达第二光分离部分，从而允许第一光分离部分和第二光分离部分由单束光束获得三束分离光束。
24.如权利要求22所述的激光标记装置，其中保持部分包括具有多个光传输部件的第一光传输部件单元，多个光传输部件在多个接合表面上互相接合，多个接合表面包括第一、第二和第三接合表面；与第一光传输单元接触设置的第二光传输部件单元，第二光传输部件单元具有两个光传输部件，两个光传输部件在第四接合表面上互相接合；及和第一光传输部件单元接触设置的第三光传输部件单元，第三光传输部件单元具有两个光传输部件，两个光传输部件在第五接合表面上互相接合，及其中多个光分离部分包括在第一光传输部件单元中的第一接合表面上形成的第一光分离层，第一光分离层将入射光分离成反射光和透射光，第一光分离层限定第一光分离表面；在第一光传输部件单元中的第二接合表面上形成的第二光分离层，第二光分离层将来自第一光分离层的透射光分离成反射光和透射光，第二光分离层限定平行于第一光分离表面的第二光分离表面；在第一光传输部件单元中的第三接合表面上形成的光反射层，光反射层反射来自第二光分离层的透射光，光反射层限定平行于第一光分离表面的光反射表面；在第二光传输部件单元中的第四接合表面上形成的第三光分离层，第三光分离层将来自第一光分离层的反射光分离成透射光和反射光，第三光分离层限定与第一光分离表面垂直的第三光分离表面；及在第三光传输部件单元中的第五接合表面上形成的第四光分离层，第四光分离层将来自光反射层的反射光分离成透射光和反射光，第四光分离层限定平行于第一光分离表面的第四光分离表面，进一步包括预定透镜，其接收并反射来自第二光分离层的一部分反射光，第二光分离层透射来自预定透镜的反射光，因此由单束光束获得六束分离光束。
25.如权利要求22所述激光标记装置，其特征在于其中多个光分离部分包括形成有第一光分离层的第一光束分离器；及形成有第二光分离层的第二光束分离器；及其中保持部分包括保持器主体，其安装有第一光束分离器；及可移动保持器，其安装有第二光束分离器，可移动保持器可移动地安装在保持器主体中，以便保持第一和第二光分离层的位置关系为允许第一和第二光分离层从单束光束产生三束分离光束的预定位置关系。
26.如权利要求25所述激光标记装置，进一步包括支撑单元，其以相对于预定的三个互相垂直的轴线方向相对于保持器主体可旋转的方式支撑可移动保持器，预定的三个轴线方向包括主轴线方向和其它两个轴线方向，其中保持器主体为具有沿着主轴线方向延伸的第一轴线的中空圆柱体形状，所述中空圆柱体具有限定外径的外表面及限定内径的内表面，第一光束分离器位于沿着中空圆柱体的第一轴线的位置处；其中可移动保持器为具有第二轴线的中空圆柱体形状，所述中空圆柱体具有限定外径的外表面，所述外径小于保持器主体的内径，第二光束分离器位于沿着所述中空圆柱体的第二轴线的位置处，可移动保持器相对于保持器主体设置，且第二轴线位于第一轴线上并沿着第一轴线延伸；其中支撑单元支撑可移动保持器的中空圆柱体，可移动保持器的中空圆柱体的至少一部分被插入到保持器主体的中空圆柱体中，支撑单元包括至少四个支撑单元，它们位于沿着第一轴线限定的支撑位置上，至少四个支撑单元的每一个包括具有第一端和第二端的弹簧，弹簧产生推动力，第一端通过推动力接触保持器主体并对保持器主体施压；及球形体，其与弹簧的第二端接触并被弹簧的第二端施压，球形体也与可移动保持器的中空圆柱体的外表面接触，并通过弹簧的推动力对可移动保持器施压；及其中激光器沿着第一轴线发射光束，从而允许从激光器中发射的光束和通过第一和第二光束分离器透射的光束呈线状排列。
27.一种用于校正光束发射角度的光束发射角度补偿光学单元，包括由折射率为n的光传输部件形成的光学元件，包括光入射表面，其沿着相对于参考轴线限定的光束入射方向接收入射光束；及光发射表面，其沿着相对于参考轴线限定的光束输出方向发射输出光束，光入射表面和光发射表面之间形成角度α，并限定假想法平面，假想法平面与光入射表面和光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸，光束输出方向从光束入射方向转动角度δ，角度δ的值依赖于折射率n、角度α及假想法平面相对于参考轴线的转动位置。
28.如权利要求27所述光束发射角度补偿光学单元，其中角度α具有基本上满足等式α＝δ/(n-1)的值。
29.如权利要求28所述光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中参考轴线限定在xyz空间中，xyz空间由互相垂直的x轴线、y-轴线及z轴线限定，x轴线、y轴线限定xy平面，x轴线、z轴线限定xz平面，y轴线、z轴线限定yz平面，参考轴线沿着x轴线延伸，光束入射方向从x轴线移动角度δ，其限定y轴线和入射光束在yz平面上的垂直投影分量之间的角度δyz；及其中所述光学元件设置为其假想法平面位于从xy平面绕x轴线形成转角φ的位置上，转角φ等于角度δyz以允许光发射表面沿着平行于x轴线的光束输出方向输出输出光束。
30.如权利要求27所述光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中参考轴线限定在xyz空间中，xyz空间由互相垂直的x轴线、y轴线及z轴线限定，x轴线、y轴线限定xy平面，x轴线、z轴线限定xz平面，y轴线、z轴线限定yz平面，参考轴线沿着x轴线延伸，光束入射方向由x轴线和入射光束在xy平面上的垂直投影分量之间形成的角度δxy及由x轴线和入射光在xz平面上的垂直投影分量之间形成的另一角度δxz限定，其中所述光学元件包括第一光学元件和第二光学元件，它们沿着参考轴线布置，第一光学元件接收入射光束并输出中间光束，第二光学元件接收中间光并输出输出光束，其中第一光学元件由折射率为n的光传输部件形成，所述光传输部件包括沿着光束入射方向接收入射光束的第一光入射表面；及沿着相对于参考轴线限定的中间光束方向发射中间光束的第一光发射表面，第一光入射表面和第一光发射表面之间形成角度α1，角度α1具有大约等于δxy/(n-1)的值，并限定第一假想法平面，第一假想法平面与第一光入射表面和第一光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸，第一光学元件被设置为其第一假想法平面定向为沿着xy平面延伸，从而沿着平行于xz平面延伸的中间光束方向发射中间光束；其中第二光学元件由另一折射率为n的光传输部件形成，所述光传输部件包括第二光入射表面，其沿着中间光束方向接收中间光束；及第二光发射表面，其沿着相对于参考轴线限定的光束输出方向发射输出光束，第二光入射表面和第二光发射表面之间形成角度α2，角度α2具有大约等于δxz/(n-1)的值，并限定第二假想法平面，第二假想法平面与第二光入射表面和第二光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸，第二光学元件设置为其第二假想法平面定向为沿着xz平面延伸，从而沿着平行于xy平面延伸的光束输出方向输出输出光束，因此，光束输出方向平行于x轴线延伸。
31.如权利要求27所述光束发射角度补偿光学单元，进一步包括保持单元，其围绕参考轴线可转动地保持光学元件。
32.如权利要求31所述光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中参考轴线限定在xyz空间中，xyz空间由互相垂直的x轴线、y轴线及z轴线限定，x轴线、y轴线限定xy平面，x轴线、z轴线限定xz平面，y轴线、z轴线限定yz平面，参考轴线沿着z轴线延伸，光束入射方向由z轴线和入射光束在yz平面上的垂直投影分量之间形成的角度γ1yz及z轴线和入射光束在xz平面上的垂直投影分量之间形成的另一角度γ1xz限定；其中角度α满足不等式-1≤γ1yz/((n-1)α)≤1及-1≤γ1xz/((n-1)α)≤1，其中支撑单元定向光学元件的假想法平面，以便绕z轴线相对于yz平面形成转角φ，其中光发射表面以z轴线和输出光束在yz平面上的垂直投影分量之间限定的角度βyz及z轴线和输出光束在xz平面上的另一垂直投影分量之间限定的角度βxz发射输出光束，角度βyz及βxz满足等式βyz＝(n-1)α·cosφ-γ1yz及βxz＝(n-1)α·sinφ-γ1xz。
33.如权利要求32所述光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中光束输出方向平行于xz平面延伸，其中转角φ满足等式βyz＝0＝(n-1)α·cosφ-γ1yz。
34.如权利要求32所述光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中光束输出方向平行于yz平面延伸，其中转角φ满足等式βxz＝0＝(n-1)α·sinφ-γ1xz。
35.如权利要求31所述光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中参考轴线限定在xyz空间中，xyz空间由互相垂直的x轴线、y轴线及z轴线限定，x轴线、y轴线限定xy平面，x轴线、z轴线限定xz平面，y轴线、z轴线限定yz平面，参考轴线沿着z轴线延伸，光束入射方向由z轴线和入射光束在yz平面上的垂直投影分量之间形成的角度γ1yz及z轴线和入射光束在xz平面上的垂直投影分量之间形成的另一角度γ1xz限定；其中光学元件包括沿着参考轴线布置的第一光学元件和第二光学元件，第一光学元件接收入射光束并输出中间光束，第二光学元件接收中间光束并输出输出光束，其中保持单元包括第一保持单元，其保持可绕参考轴线转动的第一光学元件；及第二保持单元，其保持可独立于第一光学元件绕参考轴线转动的第二光学元件，其中第一光学元件由折射率为n的光传输部件形成，所述光传输部件包括第一光入射表面，其沿着光束入射方向接收入射光束；及第一光发射表面，其沿着相对于参考轴线限定的中间光束方向发射中间光束，第一光入射表面和第一光发射表面之间形成角度α并限定与第一光入射表面及第一光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸的第一假想法平面，其中第二光学元件由另一折射率为n的光传输部件形成，所述光传输部件包括第二光入射表面，其沿着中间光束方向接收中间光束；及第二光发射表面，其沿着相对于参考轴线限定的光束输出方向发射输出光束，第二光入射表面和第二光发射表面之间形成角度α并限定与第二光入射表面及第二光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸的第二假想法平面，其中角度α满足不等式-2≤γ1yz/((n-1)α)≤2及-2≤γ1xz/((n-1)α)≤2其中第一保持单元定向第一假想法平面，以便从yz平面绕z轴线形成转角φ1，其中第二保持单元定向第二假想法平面，以便从yz平面绕z轴线形成转角φ2，其中第二光学元件的第二光发射表面以由z轴线和输出光束在yz平面上的垂直投影分量限定的角度βyz及由z轴线和输出光束在xz平面上的垂直投影分量限定的另一角度βxz发射输出光束，角度βyz及βxz满足等式βyz＝(n-1)α·(cosφ1+cosφ2)-γ1yz及βxz＝(n-1)α·(sinφ1+sinφ2)-γ1xz。
36.如权利要求35所述光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中光束输出方向平行于z轴线延伸，转角φ1和φ2满足等式βyz＝0＝(n-1)α·(cosφ1+cosφ2)-γ1yz及βxz＝0＝(n-1)α·(sinφ1+sinφ2)-γ1xz。
37.如权利要求31所述光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中参考轴线限定在xyz空间中，xyz空间由互相垂直的x轴线、y轴线及z轴线限定，x轴线、y轴线限定xy平面，x轴线、z轴线限定xz平面，y轴线、z轴线限定yz平面，参考轴线沿着z轴线延伸，光束入射方向由z轴线和入射光束在yz平面上的垂直投影分量之间形成的角度γ1yz及z轴线和入射光束在xz平面上的垂直投影分量之间形成的另一角度γ1xz限定；其中光学元件包括沿着参考轴线布置的第一光学元件和第二光学元件，第一光学元件接收入射光束和输出中间光束，第二光学元件接收中间光束和输出输出光束，其中保持单元包括第一保持单元，其保持相对于参考轴线固定的第一光学元件；及第二保持单元，其保持可独立于第一光学元件绕参考轴线转动的第二光学元件，其中第一光学元件由折射率为n的光传输部件形成，所述光传输部件包括第一光入射表面，其沿着光束入射方向接收入射光束；及第一光发射表面，其沿着相对于参考轴线限定的中间光束方向发射中间光束，第一光入射表面和第一光发射表面之间形成角度α并限定与第一光入射表面及第一光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸的第一假想法平面，其中第二光学元件由另一具有折射率n的光传输部件形成，所述光传输部件包括第二光入射表面，其沿着中间光束方向接收中间光束；及第二光发射表面，其沿着相对于参考轴线限定的光束输出方向发射输出光束，第二光入射表面和第二光发射表面之间形成角度α并限定与第二光入射表面及第二光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸的第二假想法平面，其中角度α满足不等式0≤γ1yz/((n-1)α)≤2及-1≤γ1xz/((n-1)α)≤1，其中第一保持单元定向第一假想法平面以便从yz平面绕z轴线形成的转角φ1为零度(0°)，其中第二保持单元定向第二假想法平面以便从yz平面绕z轴线形成转角φ2，其中第二光学元件的第二光发射表面以由z轴线和输出光束在yz平面上的垂直投影分量限定的角度βyz及由z轴线和输出光束在xz平面上的另一垂直投影分量限定的角度βxz发射输出光束，角度βyz及βxz满足等式βyz＝(n-1)α·(1+cosφ2)-γ1yz及βxz＝(n-1)α·sinφ2-γ1xz。
38.如权利要求37所述的光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中光束输出方向平行于xz平面延伸，转角φ2满足等式βyz＝0＝(n-1)α·(1+cosφ2)-γ1yz。
39.如权利要求37所述的光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中光束输出方向平行于yz平面延伸，转角φ2满足等式βxz＝0＝(n-1)α·(sinφ2)-γ1xz。
40.一种校正光束发射角度的光束发射角度补偿光学单元，包括由具有折射率n的光传输部件形成的光学元件，包括光入射表面，其沿着相对于参考轴线限定的光束入射方向接收入射光束；及光发射表面，其沿着相对于参考轴线限定的光束输出方向发射输出光束，光入射表面和光发射表面之间形成角度α，角度α具有由折射率n决定的值。
41.如权利要求40所述的光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中光入射表面和光发射表面限定假想法平面，该假想法平面与光入射表面和光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸，光入射方向从参考轴线偏移角度θ，角度α具有基本上满足等式α＝θ/(n-1)的值并允许光束输出方向平行于参考轴线。
42.如权利要求41所述的光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中参考轴线垂直于光入射表面延伸，其中角度α满足不等式1.1θ≤α≤2.2θ。
43.如权利要求41所述的光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中参考轴线垂直于光入射表面延伸，其中折射率n在1.45≤n≤1.55的范围内，并且角度α满足等式α＝2θ。
44.一种校正光束发射角度的光束发射角度补偿光学单元，包括由光传输部件形成的楔形棱镜，包括第一表面，其接收入射光束；及第二表面，其发射输出光束，第一表面和第二表面形成顶角α；及保持单元，其保持楔形棱镜，以使楔形棱镜可绕参考轴线转动，保持单元以绕参考轴线与参考转动位置形成转角来保持楔形棱镜。
45.如权利要求44所述的光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中楔形棱镜包括沿着参考轴线布置的第一楔形棱镜和第二楔形棱镜，第一光学元件接收入射光并输出中间光束，第二光学元件接收中间光束并输出输出光束；及其中保持单元包括第一保持单元，其保持第一楔形棱镜；及第二保持单元，其保持第二楔形棱镜。
46.如权利要求45所述的光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中第一保持单元保持第一楔形棱镜，以使第一楔形棱镜可绕参考轴线转动；其中第二保持单元保持第二楔形棱镜，以使第二棱镜可独立于第一楔形棱镜绕参考轴线转动。
47.如权利要求45所述的光束发射角度补偿光学单元，其中第一保持单元保持第一楔形棱镜固定在预定的转动位置，而第二保持单元保持第二楔形棱镜，以便使第二楔形棱镜可独立于第一楔形棱镜绕参考轴线转动。
48.如权利要求45所述的光束发射角度补偿光学单元，其特征在于其中参考轴线限定在xyz空间中，xyz空间由互相垂直的x轴线、y轴线及z轴线限定；其中，参考转动位置由yz平面限定，参考轴线为z轴线，第一和第二楔形棱镜设置在绕z轴线分别从yz平面形成转角φ1和φ2的位置处；并且，其中顶角α满足不等式-2≤γ1yz/((n-1)α)≤2及-2≤γ1xz/((n-1)α)≤2，其中角度γ1yz形成于z轴线和入射光束在yz平面上的垂直投影分量之间，角度γ1xz形成于z轴线和入射光束在xz平面上的另一垂直投影分量之间，及其中转角φ1和φ2满足等式βyz＝(n-1)α·(cosφ1+cosφ2)-γ1yz及βxz＝(n-1)α·(sinφ1+sinφ2)-γ1xz，其中由z轴线和输出光束在yz平面上的垂直投影分量形成角度βyz，由z轴线和输出光束在xz平面上的垂直投影分量形成角度βxz。
49.一种激光标记装置，包括产生光束的激光器；准直光学元件，用于将光束准直为准直光束；光束发射角度补偿光学单元，用于接收作为入射光束的准直光束，并通过发射输出光束校正光束发射角度，光束发射角度补偿光学单元具有由具有折射率n的光传输部件形成的光学元件，包括光入射表面，其沿着相对于参考轴线限定的光束入射方向接收入射光，光束发射表面，其沿着相对于参考轴线限定的光束输出方向发射输出光束，光入射表面和光发射表面之间形成角度α并限定与光入射表面和光发射表面都垂直并沿着参考轴线延伸的假想法平面，光束输出方向从光束入射方向偏移角度δ，角度δ具有由折射率n、角度α及假想法平面相对于参考轴线的转动位置决定的值；线光束产生光学元件，用于从来自光束发射角度补偿光学单元的输出光束产生线光束；及支撑单元，以支撑激光器、准直光学元件光束发射角度补偿光学单元及线光束产生光学元件。
50.如权利要求49所述的激光标记装置，进一步包括保持单元，其保持光学元件，以使光学元件可绕参考轴线转动。
51.如权利要求49所述的激光标记装置，进一步包括光束分离单元，用于接收来自准直光学元件的准直光束并将所述光束分离成多个入射光束；其中光束发射角度补偿光学单元包括多个光束发射角度补偿光学单元，其中每个光束发射角度补偿光学单元接收多个入射光束中的相应一束光束并校正它的光束发射角度，其中线光束产生光学元件包括多个线光束产生光学元件，每一个线光束产生光学元件从相应的光束发射角度补偿光学单元发射的输出光束产生线光束；及其中支撑单元支撑激光器、准直光学元件、光束分离单元、光束发射角度补偿光学单元及线光束产生光学元件。
52.如权利要求51所述的激光标记装置，其中光束分离单元包括多个光分离部分，每个光分离部分将入射光分离为透射光和反射光；及保持部分，用于保持多个光分离部分的位置关系为预定的位置关系，所述预定位置关系允许多个光分离部分协同作用以便从最初入射到所述多个光分离部分之一上的单束光束产生多束分离光束。
53.一种由单束光束获得多束分离光束的光束分离器，包括光传输部件单元，其具有三个光传输部件，三个光传输部件在两个接合表面上互相接合，两个接合表面包括第一和第二接合表面；第一光分离层，其形成在光传输部件单元中的第一接合表面上，第一光分离层将入射光分离成反射光和透射光，第一光分离层限定第一光分离表面；第二光分离层，其形成在光传输部件单元中的第二接合表面上，第二光分离层将来自第一光分离层的透射光和反射光中的任何一个分离成反射光和透射光，第二光分离层限定平行于第一光分离表面的第二光分离表面，从而从单束光束获得三束分离光束。
54.一种由单束光束获得多束分离光束的光束分离器，包括第一光传输部件单元，其具有多个光传输部件，多个光传输部件在多个接合表面上互相接合，多个接合表面包括第一、第二和第三接合表面；第二光传输部件单元，其与第一光传输部件单元接触设置，第二光传输部件单元具有两个光传输部件，两个光传输部件在第四接合表面上互相接合；第三光传输部件单元，其与第一光传输部件单元接触设置，第三光传输部件单元具有两个光传输部件，两个光传输部件在第五接合表面上互相接合；第一光分离层，其形成在第一光传输部件单元中的第一接合表面上，第一光分离层将入射光分离成反射光和透射光，第一光分离层限定第一光分离表面；第二光分离层，其形成在第一光传输部件单元中的第二接合表面上，第二光分离层将来自第一光分离层的透射光分离成反射光和透射光，第二光分离层限定平行于第一光分离表面的第二光分离表面；光反射层，其形成于第一光传输部件单元中的第三接合表面上，光反射层反射来自第二光分离层的透射光，光反射层限定平行于第一光分离表面的光反射表面；第三光分离层，其形成于第二光传输部件单元中的第四接合表面上，第三光分离层将来自第一光分离层的反射光分离成反射光和透射光，第三光分离层限定与第一光分离表面垂直的第三光分离表面；及第四光分离层，其形成于第三光传输部件单元中的第五接合表面上，第四光分离层将来自光反射层的反射光分离成反射光和透射光，第四光分离层限定与第一光分离表面平行的第四光分离表面，从而从单束光束获得五束分离光束。
55.一种由单束光束获得多束分离光束的光束分离器，包括第一光传输部件单元，其具有多个光传输部件，多个光传输部件在多个接合表面上互相接合，多个接合表面包括第一和第二接合表面；第二光传输部件单元，其与第一光传输部件单元接触设置，第二光传输部件单元具有两个光传输部件，两个光传输部件在第三接合表面上互相接合；第三光传输部件单元，其与第一光传输部件单元接触设置，第三光传输部件单元具有两个光传输部件，两个光传输部件在第四接合表面上互相接合；第一光分离层，其形成于第一光传输部件单元中的第一接合表面上，第一光分离层将入射光分离成反射光和透射光，第一光分离层限定第一光分离表面；光反射层，其形成于第一光传输部件单元中的第二接合表面上，光反射层反射来自第一光分离层的透射光，光反射层限定平行于第一光分离表面的光反射表面；第二光分离层，其形成于第二光传输部件单元中的第三接合表面上，第二光分离层将来自第一光分离层的反射光分离成反射光和透射光，第二光分离层限定与第一光分离表面垂直的第二光分离表面；及第三光分离层，其形成于第三光传输部件单元中的第四接合表面上，第三光分离层将来自光反射层的反射光分离成反射光和透射光，第三光分离层限定与第一光分离表面平行的第三光分离表面，从而从单束光束获得四束分离光束。
56.一种由单束光束获得多束分离光束的光束分离单元，包括形成有第一光分离层的第一光束分离器；形成有第二光分离层的第二光束分离器；安装有第一光束分离器的保持器主体；及安装有第二光束分离器的可移动保持器，可移动保持器可移动地安装在保持器主体中，以便保持第一和第二光分离层之间的位置关系为预定位置关系，该预定位置关系允许第一和第二光分离层由单束光束产生三束分离光束。
全文摘要
一种光束分离器，由三个光传输部件构成，所述光传输部件由玻璃或塑料制成，它们被接合在一起作为一个整体形成长方体。第一和第二光分离表面分别形成在第一和第二光传输部件的接合表面处以及第二和第三光传输部件的接合表面处。因此，可容易地由单束入射光获得三束光束。
文档编号G01C15/00GK1497239SQ20031012090
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月10日 优先权日2003年10月10日
发明者西村孝司 申请人:日立工机株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
