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Stand der Technik
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Projektionsvorrichtungen
mit integrierter Laserquelle sind beispielsweise aus der
WO 2008/024335 A2 bekannt.
Bei derartigen Geräten, wird das von einer oder mehreren
Laserquellen emittierte Licht zunächst kollimiert und dann
mittels Strahlformungselementen wie beispielsweise einer Zylinderlinse
so beeinflusst, dass bei Auftreffen des geformten Strahls auf einer
Oberfläche das gewünschte Projektionsmuster entsteht.
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Unter
Verwendung einer Zylinderlinse ist das Projektionsmuster beispielsweise
eine Linie. Durch die Verwendung von zwei Laserquellen mit gegeneinander
um 90° gedreht angeordneten Zylinderlinsen lässt
sich ein Kreuz erzeugen.
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Bei
den bekannten Geräten, die zur Anzeige der Horizontalen
oder der Vertikalen dienen sollen, ist die optische Einheit zur
Erzeugung des Ausgangsstrahls üblicherweise pendelnd aufgehängt,
um innerhalb des Kompensationsbereichs des Pendels von einer Schrägstellung
des Geräts unabhängig zu sein.
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Die
bekannten Projektionsgeräte weisen eine integrierte Laserquelle
auf und benötigen daher auch eine eigene Energieversorgung.
Wenn verschiedene Projektionsmuster erforderlich sind, müssen
dementsprechend auch mehrere eigenständige Projektionsgeräte
mit jeweils eigener Laserquelle und Energieversorgung bereitgehalten
werden. Dies erhöht das Ausfallrisiko und die Anschaffungs-
und Wartungskosten.
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Aufgabe der Erfindung
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsvorrichtung
zur Erzeugung von gewünschten Projektionsmustern bereitzustellen,
die mit einer externen Laserquelle arbeiten kann, wodurch die genannten
Nachteile überwunden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine
Projektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ein Gehäuse mit einer Eingangsöffnung
und einer Ausgangsöffnung auf. Durch die Eingangsöffnung
kann der Laserstrahl einer externen Laserquelle in das Gehäuse
eintreten, durch die Ausgangsöffnung kann zumindest ein
Teil des ins Gehäuse eingetretenen Laserlichts wieder aus
dem Gehäuse austreten. Eingangs- und/oder Ausgangsöffnung
können auch mit für den Laserstrahl transparenten
Fenstern ausgestattet sein.
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Um
die in Ausbreitungsrichtung horizontale Ausrichtung des austretenden
Laserstrahls zu gewährleisten, weist eine erfindungsgemäße
Projektionsvorrichtung weiter ein lichtleitendes Element auf, das
so zwischen Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung
des Gehäuses angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des
durch die Eingangsöffnung in das Gehäuse eintretenden
Laserstrahls in das eingangsseitige Ende des lichtleitenden Elements
eingekoppelt wird und zumindest ein Teil des aus dem ausgangsseitigen
Ende des lichtleitenden Elements ausgekoppelten Laserstrahls durch
die Ausgangsöffnung aus dem Gehäuse austritt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die
Projektionsvorrichtung weiter ein strahlformendes Element zwischen
dem ausgangsseitigen Ende des lichtleitenden Elements und der Ausgangsöffnung
im Gehäuse auf. Besonders bevorzugt ist das strahlformende
Element eine Zylinderlinse zur fächerartigen Aufweitung
des Laserstrahls zur Erzeugung einer Laserlinie oder ein diffraktives
optisches Element (DOE) zur Erzeugung einer Punktelinie oder eines
Kreuzes.
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Falls
der aus dem lichtleitenden Element ausgekoppelte Strahl nicht kollimiert
ist, weist das strahlformende Element vorzugsweise eine Kollimationslinse
auf.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist die Projektionsvorrichtung weiter eine pendelnd im Gehäuse
aufgehängte Halterung auf. Dabei ist das ausgangsseitige
Ende des lichtleitenden Elements an der pendelnd aufgehängten
Halterung so befestigt, dass der durch die Ausgangsöffnung
des Gehäuses austretende Laserstrahl horizontal, d. h.
senkrecht zur Richtung der Schwerkraft verläuft. Falls
ein strahlformendes Element verwendet wird, kann auch dieses an
der Halterung befestigt sein.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist die Projektionsvorrichtung weiter eine Bremseinrichtung zum
Abbremsen der Bewegungen der pendelnd aufgehängten Halterung auf.
Die Bremseinrichtung kann beispielsweise eine Wirbelstrombremse
am unteren Ende der Halterung sein.
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Alternativ
kann die Halterung auch mit einem Neigungssensor versehen sein,
der die Neigung der Halterung erkennt und diese durch eine motorische Verstellung
in einer oder zwei Achsen ausgleicht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist die Projektionsvorrichtung weiter eine OOL (=out of level)-Warneinrichtung
zum Benachrichtigen des Benutzers, wenn die pendelnd aufgehängte
Halterung das Ende des Pendelbereichs erreicht, auf. Die Warneinrichtung
kann eine optische und/oder akustische Benachrichtigung des Benutzers
vorsehen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist die Projektionsvorrichtung weiter eine Befestigungseinrichtung
zur Befestigung der Laserquelle an der Projektionsvorrichtung auf. Besonders
bevorzugt ist die Befestigungseinrichtung einstellbar, um sie an
verschiedene Laserquellen anpassen zu können.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
sind die Eingangsöffnung und das eingangsseitige Ende des
lichtleitenden Elements relativ zum Gehäuse beweglich,
um sie an verschiedene Laserquellen anpassen zu können.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist zumindest das strahlformende Element in einem auswechselbaren
Gehäuseteil angeordnet ist.
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Vorteile der Erfindung
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Eine
erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung hat gegenüber
den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen den Vorteil,
dass sie eine externe Laserquelle benutzt, die in den relevanten Anwendungsbereichen
(wie z. B. bei Konstruktions- und Bauarbeiten) oftmals bereits vorhanden
ist. Beispielsweise kann ein opto-elektronischer Entfernungsmesser,
der einen kollimierten Laserstrahl aussendet, als Laserquelle für
eine erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung benutzt
werden. Ein solcher Entfernungsmesser ist beispielsweise aus der
WO 2007/067771 A2 bekannt.
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Durch
das lichtleitende Element sind der Eintritt des extern erzeugten
Laserstrahls in das Gehäuse der Projektionsvorrichtung
und der Austritt des Strahls aus dem Gehäuse zumindest
teilweise entkoppelt. Da die erfindungsgemäße
Vorrichtung ohne elektrische Energie auskommt und rein passiv funktioniert,
ist keine zusätzliche Energieversorgung oder anfällige
Elektronik erforderlich.
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Durch
ein strahlformendes Element, das zwischen dem ausgangsseitigen Ende
des lichtleitenden Elements und der Ausgangsöffnung im
Gehäuse angeordnet ist, kann dem aus dem lichtleitenden
Element ausgekoppelten Laserstrahl eine gewünschte Intensitätsverteilung
gegeben werden, um das gewünschte Projektionsmuster zu
erzeugen. Beispielsweise kann mittels einer Zylinderlinse eine Linie
als Projektionsmuster erzeugt werden. Durch ein diffraktives optisches
Element (DOE) lässt sich nahezu jede beliebige Intensitätsverteilung
und damit jedes beliebige Projektionsmuster erzeugen, beispielsweise auch
eine Linie oder ein Kreuz aus Punkten.
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Um
unterschiedliche Projektionsmuster zu erhalten, können
daher mit einer externen Laserquelle, die ihre eigene Energieversorgung
besitzt, verschiedene erfindungsgemäße Projektionsvorrichtungen
mit unterschiedlichen strahlformenden Elementen verwendet werden.
Die Projektionsvorrichtungen kommen dabei jeweils ohne eigene Energieversorgung
aus.
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Eine
pendelnd im Gehäuse aufgehängte Halterung, an
deren Ende das ausgangsseitige Ende des lichtleitenden Elements,
ggf. zusammen mit dem strahlformenden Element, befestigt ist, gewährleistet, dass
der durch die Ausgangsöffnung des Gehäuses austretende
Laserstrahl horizontal verläuft. Somit wird das Projektionsmuster
von einer Neigung des Gehäuses zumindest innerhalb des
Kompensationsbereichs des Pendels unabhängig. Die erfindungsgemäße
Projektionsvorrichtung muss dann nicht exakt waagerecht aufgebaut
werden.
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Die
Halterung kann in einer oder in zwei Achsen pendelnd aufgehängt
sein, um Neigungen des Gehäuses in der Längsrichtung
der Projektionsvorrichtung und/oder in der Querrichtung der Projektionsvorrichtung
auszugleichen.
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Alternativ
oder zusätzlich zur pendelnd aufgehängten Halterung
können Verstelleinrichtungen an der Projektionsvorrichtung
vorgesehen sein, um diese ungefähr waagrecht aufstellen
zu können. Dadurch kann verhindert werden, dass die Neigung
des Gehäuses zu groß wird, um noch vom Pendel
kompensiert zu werden, bzw. die Projektionsvorrichtung kann auch
eine einer Richtung, in der keine Kompensation durch ein Pendel
vorgesehen ist, waagrecht aufgestellt werden. Eine Libelle kann
die Kontrolle der waagrechten Aufstellung des Gehäuses
der Projektionsvorrichtung erlauben.
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Eine
Bremseinrichtung zum Abbremsen der Bewegungen der pendelnd aufgehängten
Halterung verringert die Zeit, die ein Benutzer nach einer Bewegung
der Projektionsvorrichtung warten muss, bis die Pendelbewegung der
Halterung abgeklungen ist und das Projektionsmuster korrekt ausgerichtet
ist.
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Durch
eine Warneinrichtung zum Benachrichtigen des Benutzers wird sicher
gestellt, dass der Benutzer darüber informiert wird, wenn
die Neigung des Gehäuses so groß wird, dass sie
nicht mehr durch die pendelnd aufgehängte Halterung kompensiert
werden kann. Somit kann verhindert werden, dass der Benutzer irrtümlicherweise
von einer genauen Ausrichtung des Projektionsmusters ausgeht, obwohl
diese nicht mehr gewährleistet ist.
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Eine
Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Laserquelle an der Projektionsvorrichtung stellt
sicher, dass bei einer Bewegung der Projektionsvorrichtung auch
immer die Laserquelle entsprechend bewegt wird. Somit muss der Benutzer
nicht beide Teile getrennt voneinander bewegen. Außerdem
bleibt eine einmal eingestellte gute Einkopplung des Laserstrahls
in das lichtleitende Element erhalten, wenn die Projektionsvorrichtung
bewegt wird.
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Wenn
die Befestigungseinrichtung einstellbar ist, kann sie an verschiedene
Laserquellen angepasst werden und ist somit flexibel einsetzbar.
Da nicht sichergestellt ist, dass alle Laserquellen die gleichen
Abmessungen haben und den Laserstrahl an der gleichen Stelle aussenden,
erlaubt eine relativ zum Gehäuse bewegliche Eingangsöffnung
und ein mit der Eingangsöffnung bewegliches eingangsseitiges
Ende des lichtleitenden Elements, die Einkopplung von Laserstrahlen
aus verschiedenen Laserquellen. Vorzugsweise ist am Einkoppelpunkt
eine Sammellinse vorgesehen.
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Wenn
das strahlformende Element in einem auswechselbaren Gehäuseteil
angeordnet ist, kann durch den Austausch dieses Gehäuseteils
gegen ein entsprechendes Gehäuseteil mit einem anderen strahlformenden
Element eine Veränderung des Projektionsmusters erreicht
werden, ohne die Aufstellung der Projektionsvorrichtung ändern
zu müssen.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend exemplarisch anhand
von Ausführungsbeispielen eingehend erläutert.
Die Beschreibung, die zugehörigen Figuren sowie die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale,
insbesondere auch die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele, auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen, weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung und
einer externen Laserquelle;
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2 eine
perspektivische Ansicht der Ausführungsform gemäß 1,
wobei die Laserquelle in die Befestigungseinrichtung der Projektionsvorrichtung
eingesetzt wurde; und
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3 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht der Ausführungsform
gemäß 2.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Projektionsvorrichtung (1) und darüber eine mit
der Projektionsvorrichtung (1) verwendbare externe Laserquelle
(2). Die Laserquelle (2) ist ein bekannter opto-elektronischer Entfernungsmesser,
der einen Laserstrahl aussenden kann, wie er bspw. als BOSCH® DLE 50 bekannt ist.
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Die
Projektionsvorrichtung (1) weist ein Gehäuse (4)
auf, das mit einer Befestigungseinrichtung bestehend aus einer Auflagefläche
(5) und einem Halter (6) verbunden ist. Der Entfernungsmesser kann
mit der Projektionsvorrichtung verbunden werden, indem er in die
Befestigungseinrichtung eingesetzt wird, wie in 2 dargestellt
ist.
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In 3 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform
mit einer in die Befestigungseinrichtung eingesetzten Laserquelle
(2) entsprechend 2 gezeigt.
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Der
von der Laserquelle (2) emittierte kollimierte Laserstrahl
(3) trifft auf eine Einkoppellinse (7), die in
der Eingangsöffnung (8) des Gehäuses
(4) angeordnet ist und diese verschließt. Die
Einkoppellinse (7) fokussiert den Laserstrahl (3)
und koppelt ihn in das eingangsseitige Ende (9) einer Glasfaser (10)
ein.
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Durch
Totalreflexion in der Glasfaser (10) wird der Laserstrahl
(3) innerhalb der Glasfaser bis zu deren ausgangsseitigem
Ende (11) geführt und trifft dort auf eine Auskoppellinse
(12), die den divergent aus der Glasfaser (10)
austretenden Laserstrahl (3) wieder kollimiert.
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Anschließend
trifft der kollimierte Laserstrahl (3) auf eine Zylinderlinse
(13), die den Laserstrahl (3) so beeinflusst,
dass er in der waagrechten Ebene divergent ist, senkrecht dazu aber
kollimiert bleibt.
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Der
derart geformte Laserstrahl (3) verlässt dann
das Gehäuse (4) der Projektionsvorrichtung (1) durch
die Ausgangsöffnung (14), die durch ein transparentes
Fenster (15) abgedeckt ist.
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Um
die waagrechte Ausrichtung des aus der Ausgangsöffnung
(14) austretenden Laserstrahls (3) zu erreichen,
sind das ausgangsseitige Ende (11) der Glasfaser (10),
und die Auskoppellinse (12) und die Zylinderlinse (13)
an einem im Inneren des Gehäuses (4) angeordneten
Pendel (16) befestigt. (Die Befestigung der Zylinderlinse
(13) am Pendel (16) ist in 3 nicht
dargestellt.) Das Pendel (16) ist über eine in
einer Achse bewegliche Aufhängung (17) mit dem Gehäuse
(4) verbunden.
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Ein
Gewicht (18) am unteren Ende des Pendels (16)
erzeugt ein ausreichendes Drehmoment gegenüber den durch
die Glasfaser (10) bedingten Rückstellmomenten.
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Gegenüber
dem Gewicht (18) ist am Gehäuse (4) ein
Permanentmagnet (19) angebracht, der bei einer Bewegung
des Pendels (16) Wirbelströme im Gewicht (18)
induziert und somit ein Abbremsen der Pendelbewegung bewirkt (Wirbelstrombremse).
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Um
eine waagrechte Aufstellung der Projektionsvorrichtung (1)
auch in der nicht durch das Pendel (16) kompensierten Richtung
zu ermöglichen, ist eine Verstellschraube (20)
am Gehäuse (4) vorgesehen. Eine am Gehäuse
(4) angebrachte Libelle (21) dient dabei der Kontrolle
der Ausrichtung der Projektionsvorrichtung (1).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/024335
A2 [0001]
- - WO 2007/067771 A2 [0017]
