-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Linienprojektionsvorrichtung zum projizieren
mindestens einer linienförmigen
Lichtmarkierung auf ein Objekt gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Linienprojektionsvorrichtung
gemäß Anspruch
14.
-
Bekannte
Linienprojektionsvorrichtungen (Linienlaser) werden in der Regel
auf Baustellen, im Handwerk oder im Haushalt eingesetzt, um linienförmige Lasermarkierungen
auf Objekte, insbesondere Wände,
zu projizieren, wobei die Lasermarkierungen als Orientierung, beispielsweise
zum Anbringen von Schränken,
Regalen, Trockenbauwänden,
etc. dienen. Damit die erzeugte Lasermarkierung vertikal oder horizontal
ausgerichtet ist, umfassen bekannte Linienprojektionsvorrichtungen
typischerweise eine Pendeleinrichtung. Die Lasermarkierung wird
mit Hilfe von kompakten Gaslasern erzeugt, deren zunächst im
Querschnitt runder Strahl durch geeignete Linsen zu einem Fächer, also
zu einem im Querschnitt linienförmigen
Laserstrahl aufgeweitet wird. Nachteilig bei den bekannten Linienlasern
ist deren Empfindlichkeit gegenüber
mechanischen Einflüssen und
die Notwendigkeit, die Strahlformungsoptik exakt zur Laserquelle
auszurichten. Die Projektion von mehr als einer Laserlinie erfordert
komplexe, kostenintensive optische Einrichtungen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Technische Aufgabe
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach aufgebaute
und kostengünstig herstellbare
Linienprojektionsvorrichtung vorzuschlagen. Ferner besteht die Aufgabe
darin, ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Linienprojektionsvorrichtung
anzugeben.
-
Technische Lösung
-
Diese
Aufgabe wird mit einer Linienprojektionsvorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Herstellungsverfahrens mit
den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen
der Erfindung fallen sämtliche
Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den
Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen
sollen vorrichtungsgemäß offenbarte
Merkmale als verfahrensgemäß offenbart gelten
und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte
Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart
gelten und beanspruchbar sein.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Aufbau einer Linienprojektionsvorrichtung
dadurch zu vereinfachen, dass die linienförmige Lichtmarkierung, d. h.
ein im Querschnitt linienförmiger Lichtstrahl,
durch Beugung des von der Kohärenzlichtquelle
ausgesendeten kohärenten
Lichtes an einer Schlitzblende erzeugt wird. Um dies zu ermöglichen,
sollte die Breite des Schlitzes (Lichtdurchgangsöffnung) der Schlitzblende in
der Größenordnung
der Wellenlänge
des kohärenten
Lichtes liegen, um beim Durchgang des Lichtes durch die Schlitzblende
einen „Lichtfächer” zu erzeugen,
der auf eine plane Fläche
projiziert dort zumindest näherungsweise
eine Linie erzeugt.
-
Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform
der Linienprojektionsvorrichtung, bei der bewusst in einem Bereich
axial zwischen der Kohärenzlichtquelle
und der Schlitzblende auf das Vorsehen von optischen Strahlformeinrichtungen
verzichtet wird. Neben der Einsparung der Strahlformungseinrichtungen
an sich wird mit Vorteil eine vereinfachte Montage erreicht und
insgesamt eine besonders robuste Vorrichtung erhalten.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Linienprojektionsvorrichtung,
bei der der Kohärenzlichtquelle
und der mindestens einen, dieser zugeordneten Schlitzblende eine
Pendellagerung zugeordnet ist, mittels der die Kohärenzlichtquelle
und die vorzugsweise ortsfest zu dieser angeordneten Schlitzblende
pendelnd, vorzugsweise relativ zu einem Gehäuse der Linienprojektionsvorrichtung
gelagert sind, um nivellierte, vorzugsweise vertikale und/oder horizontale
oder unter einem bestimmten Winkel zur Vertikalen angeordnete linienförmige Lichtmarkierungen
erzeugen zu können.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Kohärenzlichtquelle und die Schlitzblende über ein
Kardangelenk gelagert sind.
-
Zum
Erreichen einer Lichtstrahlbeugung sollte die Breite der Schlitzblende,
also die Erstreckung der Schlitzblende quer zu deren Längserstreckung maximal
der fünffachen
Wellenlänge
des von der Kohärenzlichtquelle
ausgesendeten Lichtes betragen. Zusätzlich oder alternativ ist
es bevorzugt, wenn die Schlitzlänge,
also die Erstreckung senkrecht zur Breite, mindestens der 100fachen
in die Wellenlänge des
von der Kohärenzlichtquelle
ausgesendeten Lichtes entspricht.
-
Um
eine möglichst
einfach aufgebaute und vor allem robuste Linienprojektionsvorrichtung
zu erhalten, ist in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen,
dass die Kohärenzlichtquelle
und die Schlitzblende an/in einem Hohlkörper angeordnet sind, wobei
der Hohlkörper
eine feste Ortsbeziehung zwischen der Kohärenzlichtquelle und der Schlitzblende
herstellt. Um vom Fremdlicht möglichst
unbeeinflusste Lichtmarkierungen zu erhalten und Bedienpersonen
vor kohärentem
Licht, insbesondere Laserlicht, zu schützen, ist es ganz besonders
bevorzugt, wenn der Hohlkörper
(bis auf die mindestens eine Schlitzblende) lichtundurchlässig ist – zumindest ist
jedoch bevorzugt die Umfangswand des Hohlkörpers lichtundurchlässig.
-
Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Kohärenzlichtquelle
eine Halbleiterlaserlichtquelle ist. Üblicherweise sind Halbleiterlaser
an sich bereits Linienemitter, deren im Querschnitt linienförmiger Laserstrahl
auf, die mit Abstand zur Halbleiterlaserlichtquelle angeordnete,
mindestens eine Schlitzblende gerichtet ist.
-
Um
die Herstellungskosten weiter zu minimieren ist es bevorzugt, wenn
die Schlitzblende im Wesentlichen gebildet ist von einem eine schlitzförmige Lichtdurchgangsöffnung aufweisenden,
kohärenzlichtundurchlässigem Material,
insbesondere einer Metallfolie, wobei das, insbesondere sehr dünne, kohärenzlichtundurchlässige Material
auf ein kohärenzlichtdurchlässiges Trägermaterial
aufgebracht ist, wobei es sich bei dem Trägermaterial bevorzugt um transparen ten
Kunststoff, vorzugsweise um Polycarbonat handelt. Der Vorteil von
Polycarbonat liegt in seiner hohen Bruchfestigkeit.
-
Der
Lichtblende bzw. des kohärenzlichtundurchlässigen Materials
ist in Weiterbildung der Erfindung eine transparente Schutzabdeckung
vorgesehen, die sich zumindest flächig über die schlitzförmige Lichtdurchgangsöffnung erstreckt.
Bei der transparenten Schutzabdeckung kann es sich beispielsweise
um eine durchlässige
Kunststofffolie oder gegebenenfalls um eine Linse handeln, also
um eine Linse, die im Strahlengang nach der Schlitzblende angeordnet
ist. Die Schutzabdeckung kann entweder unmittelbar auf das die Lichtdurchgangsöffnung aufweisende
kohärenzlichtundurchlässige Material
aufgebracht sein oder mit Abstand zu diesem angeordnet werden. Bevorzugt
ist die, insbesondere linsenartige, transparente Schutzabdeckung
derart gewählt, dass
die erzielte Lichtbrechung die gewünschte linienförmige Projektion
günstig
beeinflusst. Hierzu kann es besonders vorteilhaft sein als Schutzabdeckung
eine Fresnel-Linse vorzusehen. Das Vorsehen einer Schutzabdeckung
schützt
nicht nur die eigentliche Schlitzblende vor Beschädigung,
sondern kann darüber
hinaus die sogenannte Ein-Fehler-Sicherheit gemäß der Laserschutzverordnung
kostengünstig gewährleisten.
-
Um
die Projektionscharakteristik weiter positiv zu beeinflussen, ist
in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil vorgesehen, dass der
Schlitzblende mindestes ein reflektierendes Element nachgeordnet
ist, beispielsweise ein Spiegel. Anders ausgedrückt erfolgt die Auskopplung
des gebeugten Lichtes aus der Linienprojektionsvorrichtung bevorzugt über mindestens
ein reflektierendes Element.
-
Für den Fall,
dass mehr als eine linienförmige
Lichtprojektion erzeugt werden sollen, ist eine Ausführungsform
zu bevorzugen, bei der mindestens einer Kohärenzlichtquelle, vorzugsweise
ausschließlich
einer Kohärenzlichtquelle
mehrere, vorzugsweise parallel nebeneinander angeordnete Schlitzblenden
zugeordnet sind, wobei sich ganz besonders bevorzugt die Schlitzblenden
auf einer gedachten, gekrümmten,
vorzugsweise teilzylindrischen Einhüllenden befinden. Die Vielzahl
von Schlitzblenden können
beispielsweise dadurch realisiert werden, dass in einem flächigen,
lichtundurchlässigen
Material, vorzugsweise einer Metallfolie, mehrere, vorzugsweise parallel
zueinander angeordnete, schlitzförmige Lichtdurchlassöffnungen
eingebracht sind. Anstelle einer Metallfolie kann beispielsweise
auch eine, beispielsweise aufgedampfte, Metallschicht eingesetzt werden.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das kohärenzlichtundurchlässige Material
auf ein, vorzugsweise transparentes Trägermaterial aufgebracht, insbesondere
auflaminiert oder aufgedampft ist.
-
Um
voneinander unterscheidbare Lichtlinien zu erzeugen, ist es bevorzugt,
wenn der Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Lichtdurchtrittsöffnungen
in dem kohärenzlichtundurchlässigen Material,
oder allgemeiner der Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten
Schlitzblenden mindestens das 500fache der Wellenlänge des
von der Kohärenzlichtquelle
imitierten Kohärenzlichtes
beträgt.
-
Die
schlitzförmigen
Durchtrittsöffnungen können beispielsweise
durch photochemische und/oder lithographische Prozesse oder durch
Materialverdampfung, insbesondere durch den Einsatz von Laserstrahlung,
in dem kohärenzlichtundurchlässigen Material
erzeugt werden. Aus Kostensicht und im Hin blick auf eine Vereinfachung
eines Herstellungsverfahrens, ist es bevorzugt, Lichtdurchtrittsöffnungen
in der Art wie Löcher
in einer Metallfolie bei einem an sich bekannten CD-Herstellungsverfahrens (CD
= Compact Disc) zu erzeugen.
-
Darüber hinaus
führt die
Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer zuvor beschriebenen Linienprojektionsvorrichtung.
Kern des Verfahrens ist die Anordnung einer Schlitzblende im Strahlengang des
von der Kohärenzlichtquelle
ausgestrahlten kohärenten
Lichtes. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform des Verfahrens,
bei der auf die Anordnung von Linsen oder sonstigen Strahlformungseinrichtungen
in einem Strahlengang zwischen der Kohärenzlichtquelle und der mindestens
einen Schlitzblende verzichtet wird.
-
Ein
besonders effizientes, einfaches und kostengünstig realisierbares Verfahren
wird erhalten, wenn die Schlitzblende in der Art erzeugt wird, wie Löcher in
eine Metallschicht bei der CD-Herstellung eingebracht werden. Anders
ausgedrückt
wird besonders bevorzugt auf photochemische und/oder lithographische
Prozesse zum Erzeugen der Lichtdurchgangsöffnungen verzichtet und stattdessen
auf mechanische Einbringungsmethoden, wie Stanzen und/oder Schneiden
zurückgegriffen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiel sowie anhand
der Zeichnungen. Diese zeigen in:
-
1:
eine prinzipielle Darstellung des Funktionsprinzips einer Linienprojektionsvorrichtung,
-
2:
ein Ausführungsbeispiel
einer Linienprojektionsvorrichtung, bei der eine Kohärenzlichtquelle,
hier ein Halbleiterlaser und eine Schlitzblende gemeinsam pendelnd
gelagert sind,
-
3:
eine alternative Ausführungsform
einer Lichtprojektionsvorrichtung, bei der auf der Außenseite
der Schlitzblende eine Schutzabdeckung angeordnet ist,
-
4:
eine weitere alternative Ausführungsform,
bei der die Schutzabdeckung als von der Schlitzblende beabstandete
Linse ausgebildet ist,
-
5:
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Linienprojektionsvorrichtung mit einer als Plan/Konkavlinse
ausgebildeten Schutzabdeckung für
die Schlitzblende,
-
6:
ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
einer Linienprojektionsvorrichtung, bei der im Strahlengang hinter
der Schlitzblende ein reflektierendes Element in Form eines Spiegels
angeordnet ist, und
-
7:
eine Ausführungsform
der Linienprojektionsvorrichtung, bei der einer als Halbleiterlaser ausgebildeten
Kohärenzlichtquelle
insgesamt vier Schlitzblenden zugeordnet und im Strahlengang der Kohärenzlichtquelle
angeordnet sind.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
In
den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In 1 ist
schematisch eine Linienprojektionsvorrichtung 1 zum projizieren
einer linienförmigen Lichtmarkierung 2 auf
einem Objekt 3 gezeigt. Bei Bedarf kann die Linienprojektionsvorrichtung 1 mit geeigneten
Pendelmitteln ausgestattet werden, die dafür Sorge tragen, dass die erzeugte,
linienförmige Lichtmarkierung 2 an
der Vertikalen orientiert ist, vorzugsweise vertikal oder horizontal
verläuft.
-
Die
Linienprojektionsvorrichtung 1 umfasst eine Kohärenzlichtquelle 4,
hier einen Gaslaser, der kohärentes
Licht 5 emittiert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
erzeugt die Kohärenzlichtquelle 4 einen
im Querschnitt zumindest näherungsweise punktförmigen Lichtstrahl.
Anstelle eines Gaslasers kann auch beispielsweise ein Halbleiterlaser
eingesetzt werden, vorzugsweise ein Halbleiterlaser mit einer Lichtaustrittsöffnung die
nur wenige Wellenlängen
breit und einige Hundert Wellenlängen
lang ist, so dass der emittierte Lichtstrahl im Querschnitt nicht punkt-,
sondern näherungsweise
linienförmig
ist. Wesentlich ist, dass das von der Kohärenzlichtquelle 4 ausgesendete
Licht auf mindestens eine Schlitzblende 6 gerichtet ist,
wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
die Schlitzbreite etwa der dreifachen Wellenlänge des kohärenten Lichtes 5 und
dessen Länge
der 1000fachen Wellenlänge
des kohärenten Lichtes 5 entspricht.
Wesentlich ist, dass die Schlitzblende 6, die mit Abstand
zu der Kohärenzlichtquelle 4 angeordnet
ist, derart ausgebildet ist, dass das kohärente Licht 5 an der
Schlitzblende 6 gebeugt wird, derart, dass ein im Querschnitt
linienförmiger
Lichtstrahl 7 erzeugt wird, welcher wiederum auf dem Objekt 3 eine
linienförmige
Lichtmarkierung 2 erzeugt.
-
Wie
aus 1 zu erkennen ist, ist in einem Bereich 8 im
Strahlengang des kohärenten
Lichtes 5 zwischen der Kohärenzlichtquelle 4 und
der Schlitzblende 6 keine optische Linse oder ein sonstiges
optisches Strahlformmittel angeordnet.
-
2 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
einer Linienprojektionseinrichtung 1 mit einem nur angedeuteten
Gehäuse 9 sowie
einer in einem zylindrischen Hohlkörper 10 angeordneten
Kohärenzlichtquelle 4,
sowie einer ebenfalls innerhalb des Hohlkörpers 10 angeordneten
Schlitzblende 6, die alternativ auch außen am Hohlkörper 10,
vorzugsweise den Hohlkörper 10 verschließend, angeordnet
sein kann. Der Hohlkörper 10 ist
bis auf die Schlitzblende 6 lichtundurchlässig und
stellt eine feste Ortsbeziehung zwischen der Kohärenzlichtquelle 4 und
der Schlitzblende 6 sicher.
-
Wie
sich aus 2 ergibt, ist der Hohlkörper 10 mit
Hilfe einer, vorzugsweise kardanischen Pendeleinrichtung 11 gegenüber dem
Gehäuse 9 pendelnd
gelagert, so dass der aus der Linienprojektionseinrichtung 1 austretende,
im Querschnitt linienförmige
Lichtstrahl eine feste Winkelbeziehung zur Vertikalen aufweist,
vorzugsweise ebenfalls vertikal orientiert ist.
-
Die
Schlitzblende 6 ist gebildet von einem kohärenzlichtundurchlässigen Material 12,
hier einer Metallfolie oder einer Metallschicht, die auf einem transparenten
Trägermaterial 13,
hier Polycarbonat, aufgebracht und mit diesem fest verbunden ist.
In dem Material 12 befindet sich eine, schlitzförmige, vorzugsweise
vertikal orientierte Lichtdurchgangsöffnung, deren Abmessungen so
gewählt
sind, dass eine Beugung des von der Kohärenzlichtquelle 4 ausgesendeten
kohärenten
Lichtes 5 erfolgt.
-
In 3 ist
eine alternative Ausführungsform einer
Linienprojektionsvorrichtung 1 gezeigt. Der Aufbau der
Ausführungsform
gemäß 3 entspricht der
Ausführungsform
gemäß 2 mit
dem einzigen Unterschied, dass unmittelbar auf der Schlitzblende 6,
genauer auf dem kohärenzlichtdurchlässigen Material 12,
und zwar auf der von dem Trägermaterial 13 abgewandten
Seite eine Schutzabdeckung 14 (hier Schutzschicht) aufgebracht
ist, die zum einen eine Beschädigung
des sehr dünnen,
kohärenzlichtdurchlässigen,
eine schlitzförmige
Lichtdurchgangsöffnung aufweisenden
Materials 12 gewährleistet
und zum anderen die Ein-Fehler-Sicherheit
nach der Laserschutzverordnung sicherstellt.
-
4 zeigt
eine weitere alternative Ausführungsform
einer Linienprojektionsvorrichtung 1, bei der im Gegensatz
zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3 die
Schutzabdeckung 14 nicht als Schutzschicht unmittelbar
auf der Schlitzblende 6 aufgebracht ist, sondern im Strahlengang
hinter der Schlitzblende 6 mit Abstand zu dieser angeordnet
ist und wie gezeigt den Hohlkörper 10 stirnseitig
verschließt.
Die Schutzabdeckung 14 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 4 weist
eine wesentlich größere Dickenerstreckung
auf, wodurch ein noch robusterer Aufbau erhalten wird.
-
Um
die gewünschte
Lichtlinienprojektion durch Lichtbrechung günstig zu beeinflussen, ist
bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 der
Schlitzblende 6 im Strahlengang des kohä renten, gebeugten Lichtes eine
plankonkave Linse 15 nachgeordnet, die hier den Hohlkörper 10 verschließt und gleichzeitig
eine Schutzabdeckung 14 bildet.
-
6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem der Schlitzblende 6 ein optisches, reflektierendes
Element 16 in Form eines Spiegels nachgeordnet ist, der
den gebeugten, im Querschnitt linienförmigen Lichtstrahl hier um
90° ablenkt.
-
Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 7 sind
einer als Halbleiterlaser ausgebildeten Kohärenzlichtquelle 4,
die bereits einen fächerförmigen,
d. h. im Querschnitt elliptischen Lichtstrahl (kohärentes Licht 5)
aussendet vier Schlitzblenden 6 nachgeordnet, wobei sich
die Schlitzblenden 6 auf einer Teilzylinderebene befinden.
Die Schlitzblenden 6 ausgebildet als Lichtdurchgangsöffnungen
in einem kohärenzlichtundurchlässigen Material 12,
hier einem Folienmaterial, das auf stabiles, transparentes Trägermaterial 13 aufgebracht
ist. Die gezeigte Linienprojektionsvorrichtung 1 erzeugt
insgesamt vier parallel zueinander verlaufende Lichtlinien auf einem
nicht dargestellten Objekt.
-
Wie
sich aus 7 ergibt, erreicht das von der
Kohärenzlichtquelle 4 ausgesendete
kohärente Licht 5 sämtliche
Schlitzblenden 6, wobei die Flächenerstreckung des kohärenten Lichtes 5 senkrecht
auf den Längserstreckungen
der Schlitzblenden 6 steht.