DE102010042430A1

DE102010042430A1 - Optimierung eines Kegellinsen-/Kappensystems zum Erzeugen einer Standardlichtebene

Info

Publication number: DE102010042430A1
Application number: DE102010042430A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Bittner; Thomas Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: CN103250027A; CN103250027B; DE102010042430B4; WO2012048994A1; US20130301271A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Markierungslichtvorrichtung für die Ausstrahlung einer Norm- bzw. Standardlichtebene in beispielsweise einer horizontalen Richtung oder einer vertikalen Richtung. Insbesondere soll durch die erfindungsgemäße Markierungslichtvorrichtung eine durchgehende Standardlichtebene erzeugt werden können, wobei diese Standardlichtebene eine höhere Genauigkeit als herkömmlich erzeugte Standardlichtebenen aufweist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Markierungslichtvorrichtung für die Ausstrahlung einer Norm- bzw. Standardlichtebene in beispielsweise einer horizontalen Richtung oder einer vertikalen Richtung. Derartige Markierungslichtvorrichtungen kommen hauptsächlich zum Einsatz, wenn horizontale Genauigkeit oder vertikale Genauigkeit einer Struktur oder eines Gebäudes eingestellt oder bestätigt werden soll, zum Beispiel in einem Baugebiet, oder wenn die Horizontalität einer Decke, eines Bodens, eines Entwurfs oder eines Teils eines Raums eingestellt werden soll.
Aus dem Stand der Technik sind Markierungslichtvorrichtungen zum Erzeugen einer Standardlichtebene, die wiederum eine Linie auf einer Oberfläche erzeugen kann, bekannt. Insbesondere sind derartige Markierungslichtvorrichtungen bekannt, die eine optische Einheit mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines kollimierten Lichtstrahls und mit einem optisch umlenkenden Element aufweisen. Ein optisch umlenkendes Element kann aus einem kollimierten Lichtstrahl eine Lichtebene, das heißt ein aus einem Punkt – dem Ursprung der Lichtebene – in einer Ebene gleichmäßig radial abstrahlendes Lichtmuster, erzeugen. Dies geschieht, gemäß einer ersten Alternative, durch ein Aufweiten des kollimierten Lichtstrahls in eine kontinuierliche Lichtebene durch das optisch umlenkende Element, beispielsweise einer Kegellinse, oder, gemäß einer zweiten Alternative, durch Rotation eines Lichtstrahls um eine Rotationsachse durch ein rotierendes optisch umlenkendes Element, wobei die Rotationsachse orthogonal zu der Ausbreitungsrichtung des besagten kollimierten Lichtstrahls verläuft.
Ausführungsformen gemäß der ersten Alternative, also eine Kegellinse aufweisende Markierungslichtvorrichtungen, sind unter anderem in der DE 602 02 114 T2 oder der JP-A-2000-18946 beschrieben worden. Bei Kegellinsen wird zwischen Konvexkegellinsen (auch als konvexe Kegellinse oder Konuslinse bekannt) und Konkavkegellinsen (auch als konkave Kegellinse bekannt) unterschieden: Die Konvexkegellinse ist im Wesentlichen ein zylindersymmetrischer Kegel, dessen Mantelfläche und Grundfläche einen 45° Winkel einschließen, wobei die Mantelfläche geeignet ist einen Lichtstrahl umzulenken. Die Konkavkegellinse weist eine zentrische kegelförmige Vertiefung in einer Deckfläche eines im Wesentlichen zylinderförmigen Körpers aus lichtdurchlässigem Material auf, wobei die Mantelfläche der kegelförmigen Vertiefung geeignet ist, einen Lichtstrahl umzulenken.
Ausführungsformen gemäß der zweiten Alternative, also Markierungslichtvorrichtungen zum Erzeugen einer Standardlichtebene durch einen rotierenden Lichtstrahl sind beispielsweise in der DE10116018 A1 und der DE10054627 A1 beschrieben worden.
In derartigen Markierungslichtvorrichtungen wird die optische Einheit durch eine Kappe vor äußeren, insbesondere mechanischen, Einflüssen geschützt. Diese Kappe kann Fenster aufweisen, die aus lichtdurchlässigem Material bestehen und so angeordnet sind, dass ein Großteil des Lichts der erzeugten Standardlichtebene durch die Fenster der Kappe aus der Vorrichtung gelangt.
Weiterhin weisen derartige Markierungslichtvorrichtungen eine kardanische Aufhängung auf, und zwar zum Ausrichten der Standardlichtebene in Bezug auf das Lot. Die optische Einheit kann mit der kardanischen Aufhängung fest verbunden und um zwei orthogonal kreuzende Rotationsachsen kippbar sein. Die kardanische Aufhängung kann weiterhin Motoren, einen Neigungssensor („Libelle”) und einen Mikroprozessor aufweisen. Der Neigungssensor kann die Neigung der Standardlichtebene in Bezug auf das Lot ermitteln und diese an den Mikroprozessor übermitteln, der die Motoren der kardanischen Aufhängung so ansteuern kann, dass die Standardlichtebene orthogonal zum Lot ausgerichtet ist. Es ist zu bemerken, dass sich durch die Ausrichtung der Lichtposition die relative Position und Ausrichtung der optischen Einheit in Bezug auf die Kappe, die fest mit dem Gehäuse der Vorrichtung verbunden ist, verändert.
Der vor dieser Anmeldung veröffentlichte Stand der Technik hat unter Anderem die folgenden Probleme:
Ein erstes Problem ist, dass eine Kappe mit einer Mehrzahl von Fenstern Stege zwischen den Fenstern aufweist. Die Fenster sind plan und schließen, durch die Stege verbunden, die optische Einheit ein. Diese Stege sind jedoch lichtundurchlässig und erzeugen einen Schatten, das heißt sie unterbrechen die Standardlichtebene. Beispielsweise weist eine derartige Vorrichtung mit einer im Wesentlichen drehsymmetrischen Kappe mit vier Fenstern vier Stege auf. Eine derartige Kappe kann im Wesentlichen die Form eines Pyramidenstumpfs aufweisen. Die Standardlichtebene wird also viermal unterbrochen und die durch die Standardlichtebene auf einer Oberfläche erzeugte Lichtlinie ist folglich nicht durchgehend. Ist gerade eine Stelle für eine Vermessung Wesentlich, an der aufgrund der Stege eine Unterbrechung der Lichtlinie vorliegt, muss die Vorrichtung leicht gedreht werden. Dies kann wiederum zu einer Dejustage der Vorrichtung, d. h. einer Verkippung oder Änderung der Höhe, führen.
Ein zweites Problem ist, dass Strahlenbündel der Standardlichtebene mit verschiedenen, ortsabhängigen Einfallswinkeln auf die Kappenfenster trifft. Dies wird unter anderem dadurch bedingt, dass das Gehäuse, und damit die Kappe, verkippt in Bezug auf das Lot stehen kann. Dann verändert sich, wie oben mit Hinblick auf die kardanische Aufhängung beschrieben, die Lage der Lichtebene in Bezug auf die Kappe und die Lichtebene trifft an verschiedenen Stellen mit verschiedenen Einfallswinkeln auf die Kappenfenster auf. Die Kappenfenster sind planparallele Schichte höheren Brechungsindexes (für Quarzglass etwa n_Glass = 1,46) als Luft (n_Luft = 1,00). Gemäß dem Snelliusschen Brechungsgesetz wird ein Lichtstrahl bzw. eine Lichtebene, die durch ein solches Kappenfenster – also einer planparallelen Schicht – durchläuft, abhängig vom Einfallswinkel parallel versetzt. Das heißt, aufgrund der Abhängigkeit vom Einfallswinkel und aufgrund besagten ortsabhängigen Einfallswinkel, ist die Standardlichtebene nach dem Durchlauf durch die Kappenfenster nicht mehr exakt plan – ein offensichtlich unerwünschter Effekt für hochpräzise Vermessungsaufgaben.
Die 1A und 1B zeigen beispielhaft eine Stand der Technik Markierungslichtvorrichtung anhand der die Probleme derselben kurz aufgezeigt werden. Diese Stand der Technik Markierungslichtvorrichtung weist eine optische Einheit mit einer Lichtquelle 1100 und mit einem reflektierenden Element, einer Konvexkegellinse 1200, auf. Weiterhin weist die Stand der Technik Markierungslichtvorrichtung eine Kappe 1300 mit vier Fenstern 1303 auf. Die Fenster 1303 haben jeweils zwei plane Oberflächen: eine der optischen Einheit zugewandte Oberfläche, der Kappeneintrittsfläche 1302, sowie eine der optischen Einheit abgewandte Oberfläche, der Kappenaustrittsfläche 1304. Im Wesentlichen bilden die Fenster die Mantelflächen eines drehsymmetrischen Pyramidenstumpfs mit einer quadratischen Grundfläche. An den Mantelkanten des drehsymmetrischen Pyramidenstumpfs sind die Fenster 1303 durch Stege 1350 verbunden. In einer Ausgangsposition befindet sich die zentrale Achse der optischen Einheit auf einer Drehsymmetrieachse der Kappe 1300. Dabei kann die Lichtquelle 1100 mit einer Laserdiode 1110 einen divergierenden Lichtstahl 1400 erzeugen, aus dem wiederum eine Kollimierlinse 1120 der Lichtquelle einen ersten Lichtstrahl 1401 erzeugen kann, der in der Ausgangsposition entlang der Drehsymmetrieachse der Kappe 1300 ausgerichtet ist. Der erste Lichtstrahl 1401 trifft auf die Konvexkegellinse 1200, wobei eine Rotationssymmetrieachse der Konvexkegellinse 1200 und eine Ausbreitungsrichtung des ersten Lichtstrahls übereinstimmen. Die Kegellinse 1200 reflektiert und weitet den ersten Lichtstrahl 1401 in eine zweite Lichtebene 1406, die in einer zu dem ersten Lichtstrahl 1401 orthogonalen Planfläche liegt. Aus der zweiten Lichtebene 1406 wird – durch den Übergang durch die Kappeneintrittsflächen 1302 in die Fenster 1303 und durch den Übergang durch die Kappenaustrittsflächen 1304 – die Standardlichtebene 1410. In der Stand der Technik Vorrichtung ist die optische Einheit an einer kardanischen Aufhängung mit Drehpunkt 1500 aufgehängt, wobei sich der Drehpunkt 1500 bei der Laserdiode 1110 befindet. Dadurch kann die erzeugte Standardlichtebene 1410 in Bezug auf das Lot ausgerichtet werden, zum Beispiel, wenn ein Gehäuse, inklusive der Kappe, der Stand der Technik Markierungslichtvorrichtung nicht optimal gegenüber das Lot ausgerichtet ist.
Aus der schematischen Schnittansicht gemäß 1A ist ersichtlich, dass die optische Einheit – mittels der kardanischen Aufhängung – um eine erst Drehachse gekippt ist, die zum Einen orthogonal zu einer Drehsymmetrieachse der Kappe 1300 und orthogonal zu einer Achse, die in die Bildebene hineinzeigt, verläuft und zum Anderen durch den Drehpunkt 1500 verläuft. Aufgrund dieser Verkippung trifft die zweite Laserebene an verschiedenen Stellen der Fenster 1303 mit verschiedenen Einfallswinkeln auf. Gemäß dem Snelliusschen Brechungsgesetz werden Lichtbündel durch planparallele Schichten, wie beispielsweise die Fenster 1303, abhängig vom Einfallswinkel parallel versetzt, das heißt orthogonal zur Ausbreitungsrichtung des Lichtbündels und in der Ebene, die durch das Lichtbündel und einer Orthogonalen der planparallelen Schicht aufgespannt wird. Der Versatz ist umso größer, je größer der Einfallswinkel ist. Schon allein aus diesem Grund liegt die Standardlichtebene bei einer Verkippung der optischen Einheit aus der Ausgangsposition nicht in einer Planfläche.
Aus der schematische Draufsicht gemäß 1B ist ersichtlich, dass die Standardlichtebene 1410 durch die Stege 1450 unterbrochen wird. Es entsteht also keine durchgängige bzw. 360° Standardlichtebene 1410.
Aufgabe der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung soll eine verbesserte Markierungslichtvorrichtung, die ein optisch umlenkendes Element und eine nach Gesichtspunkten eines optimalen Strahlengangs konzipierte Kappe, bereitgestellt werden, das die oben beschriebenen Probleme löst.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Markierungslichtvorrichtung zum Erzeugen einer Standardlichtebene. Die Markierungslichtvorrichtung kann aufweisen: eine optische Einheit mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines ersten Lichtstrahls sowie mit einem optisch umlenkenden Element zum Erzeugen einer ersten Lichtebene aus dem ersten Lichtstrahl; und eine Kappe zum Erzeugen der Standardlichtebene aus der ersten Lichtebene. Das optisch umlenkende Element kann um eine erste Drehachse und eine zweite Drehachse kippbar sein. Durch ein Kippen des optisch umlenkenden Elements wird auch die Standardlichtebene im Raum gekippt, wodurch, zum Beispiel, die Standardlichtebene nach dem Aufbau der erfindungsgemäßen Markierungslichtvorrichtung zum Lot ausgerichtet werden kann.
Die Kappe der Markierungslichtvorrichtung kann ein durchgehendes Fenster aufweisen. Ein durchgehendes Fenster gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fenster mit einer Fläche und zwei Kanten, wobei die Dicke der Fläche örtlich variieren kann. Insbesondere kann das durchgehende Fenster rotationssymmetrisch sein, das heißt die Fläche des Fensters kann eine Mantelfläche sein, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass die Dicke der Fläche örtlich variieren kann. Das Fenster kann aus lichtdurchlässigem Material bestehen, zum Beispiel aus Kunststoff, Pressglas oder geschliffenem Glas. Außerdem kann das Fenster unter anderem ein integraler Bestandteil der Kappe oder ein separates Teil der Kappe sein, das entweder fest mit der Kappe verbunden oder abnehmbar ist. Diese Ausführungsform ist mit dem Vorteil verbunden, dass die Kappe eine Art 360° Panorama-Fenster ohne Stege aufweist. Dadurch kann eine Standardlichtebene ohne Lücken erzeugt werden, die wiederum eine durchgehende Linie auf Oberflächen eines zu vermessenden Objekts erzeugen kann.
Die Standardlichtebene kann sich in einer Planfläche befinden. Insbesondere kann sich die gesamte Standardlichtebene bei jeder möglichen Kippposition des reflektierenden Elements bzw. der gesamten optischen Einheit in einer Planfläche, das heißt ohne raumrichtungsabhängige Parallelverschiebung der Lichtbündel der Standardlichtebene, befinden. Die Standardlichtebene kann sich in der gleichen Planfläche wie die zweite Lichtebene befinden. Die Standardlichtebene kann sich in einer Planfläche befinden, die parallel zu der Planfläche der zweiten Lichtebene verläuft. Die Standardlichtebene kann sich aber auch in einer Planfläche befinden, die verkippt zu der Planfläche der zweiten Lichtebene verläuft. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch die Genauigkeit ihrer erzeugten Standardlichtebene aus. Im Gegensatz zu Markierungslichtvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik befindet sich die Standardlichtebene wirklich in einer Planfläche – unabhängig von der relativen Position des reflektierenden Elements in Bezug auf die Kappe.
In weiteren Ausführungsformen können die erste Drehachse, die zweite Drehachse und eine Symmetrieachse der Kappe jeweils orthogonal zueinander verlaufen und sich in einem Drehpunkt schneiden. Die Symmetrieachse kann beispielsweise eine Zylindersymmetrieachse sein, falls die Kappe zylindersymmetrisch ist. Die Symmetrieachse kann aber auch eine Drehsymmetrieachse sein, falls die Kappe eine Drehsymmetrieachse aufweist. Typischerweise verläuft diese Symmetrieachse auch durch den Schwerpunkt der Kappe. Der Drehpunkt kann im Wesentlichen auf einem Schnittpunkt zwischen dem ersten Lichtstrahl und der ersten Lichtebene liegen. Gleichzeitig oder alternativ kann dieser Drehpunkt auch im Wesentlichen auf einem Ursprung der ersten Lichtebene liegen. Dabei ist mit dem Schnittpunkt zwischen dem ersten Lichtstrahl und der Standardlichtebene nicht der Schnittpunkt realer Lichtstrahlen gemeint. Sondern damit ist der Schnittpunkt zwischen einer Achse, die entlang der Ausbreitungsrichtung des ersten Lichtstrahls verläuft, und einer Planfläche, in der die erste Lichtebene liegt, gemeint. Weiterhin ist mit dem Ursprung der ersten Lichtebene, der Punkt gemeint, in dem sich alle Achsen der die erste Lichtebene erzeugenden Strahlenbündel kreuzen. Diese Ausführungsform bringt den Vorteil mit sich, dass durch vorteilhaftes Positionieren des Drehpunkts, der Ursprung der ersten Lichtebene sich in Bezug auf die Kappe nicht verändert, und zwar für jede mögliche Drehposition des reflektierenden Elements bzw. der gesamten optischen Einheit. Dadurch wird der Entwurf einer Kappe, die aus der ersten Lichtebene eine Standardlichtebene erzeugt, die sich in einer Planfläche befindet, erleichtert. Beispielsweise kann eine derartige Kappe gemäß dieser Ausführungsform ein durchgehendes Fenster aufweisen, das zylindersymmetrisch ist, dessen dem Drehpunkt zugewandte Oberfläche an jeder Position eine gleiche Entfernung zwischen Ursprung der Standardlichtebene bzw. Drehpunkt aufweist, und das an jeder Position die gleiche Dicke aufweist.
In weiteren Ausführungsformen können kann der Drehpunkt innerhalb des optisch umlenkenden Elements liegen. Dadurch liegt der Drehpunkt nahe oder auf dem Ursprung der Standardlichtebene. Diese Ausführungsformen bringen den Vorteil mit sich, dass sich, durch vorteilhaftes Positionieren des Drehpunkts, der Ursprung der Standardlichtebene in Bezug auf die Kappe nicht oder kaum verändert, und zwar für jede mögliche Drehposition des reflektierenden Elements bzw. der gesamten optischen Einheit. Auch gemäß diesen Ausführungsformen wird der Entwurf einer Kappe, die aus der ersten Lichtebene eine Standardlichtebene erzeugt, die sich in einer Planfläche befindet, erleichtert. Eine derartige Kappe kann gemäß dieser Ausführungsform ein durchgehendes Fenster aufweisen, das zylindersymmetrisch ist, und das an jeder Position die im Wesentlichen gleiche Dicke aufweist. Dabei kann die Kappe eine derartige Form aufweisen, dass die dem Drehpunkt zugewandte Oberfläche des durchgehenden Fensters der Kappe und die erste Lichtebene für jede Kippposition und an jeder Stelle den gleichen Winkel einschließen. Beispielsweise kann die dem Drehpunkt zugewandte Oberfläche an jeder Position eine im Wesentlichen gleiche Entfernung zwischen Ursprung der ersten Lichtebene bzw. Drehpunkt aufweisen. Als weiterer Vorteil kann hinzukommen, dass der Drehpunkt nicht direkt auf, sondern nahe bei dem Ursprung der Standardlichtebene liegen kann. Dadurch kann eine konventionelle kardanische Aufhängung zum Verkippen der optisch umlenkenden Einheit verwendet werden, die den Strahlengang der ersten Lichtebene nicht einmal teilweise blockiert.
In weiteren Ausführungsformen können die Lichtquelle und das reflektierende optische Element fest zueinander angeordnet sein, so dass die gesamte optische Einheit um die erste Drehachse und die zweite Drehachse kippbar ist. Diese Ausführungsformen sind von Vorteil, weil sich die Anordnung der Lichtquelle gegenüber dem reflektierenden Element nicht verändert, wodurch ein höheres Maß an Genauigkeit bei der Strahlausrichtung erreicht wird.
In weiteren Ausführungsformen kann das durchgehende Fenster der Kappe zylindersymmetrisch sein. Diese Ausführungsformen sind von Vorteil, weil sie eine einfache Formgebung der Kappe erlauben, die den gewünschten Effekt erzielt: ein Erzeugen einer durchgehenden Standardlichtebene, die sich in einer Planfläche befindet.
In weiteren Ausführungsformen kann die erste Lichtebene eine Kappeneintrittsfläche des durchgehenden Fensters schneiden, wobei an jedem Schnittpunkt zwischen der Lichtebene und der Kappeneintrittsfläche unabhängig von einer Kippposition des optisch umlenkenden Elements im Wesentlichen ein konstanter Winkel zwischen der Lichtebene und der Kappeneintrittsfläche eingeschlossen wird. Diese Ausführungsform ist von Vorteil, weil dadurch eine Kappe mit einem durchgehenden Kappenfenster verwendet werden kann, das an jedem Ort die gleiche Dicke aufweist. Jedes Strahlenbündel der ersten Lichtebene wird im Wesentlichen um die gleiche Länge versetzt und es entsteht eine Standardlichtebene, die in einer Planfläche liegt.
In weiteren Ausführungsformen kann die Standardlichtebene bezüglich einer ersten Achse, die orthogonal zu der ersten Standardlichtebene verläuft, im Wesentlichen kollimiert sein. Diese Ausführungsformen sind von Vorteil, weil die Standardlichtebene in der für die Vermessung wichtigen Raumrichtung so gering wie möglich aufweitet, womit wiederum eine höhere Genauigkeit der Vermessung mittels der Standardlichtebene verbunden ist.
In weiteren Ausführungsformen kann das durchgehende Fenster der Kappe eine örtlich variable Dicke aufweisen und/oder einen örtliche variablen Brechungsindex aufweisen. Über die örtlich variable Dicke und den örtlich variablen Brechungsindex kann beispielsweise die Standardlichtebene so aus der ersten Lichtebene erzeugt werden, dass sie in einer Planfläche liegt und dass sie bezüglich einer ersten Achse, die orthogonal zu der ersten Standardlichtebene verläuft, im Wesentlichen kollimiert ist.
In weiteren Ausführungsformen kann das optisch umlenkende Element als eine Konkavkegellinse ausgebildet sein. Die Konkavkegellinse kann eine kegelförmige Vertiefung in einer Deckfläche eines im Wesentlichen zylinderförmigen Linsenkörpers aus lichtdurchlässigem Material aufweisen, wobei die Mantelfläche der kegelförmigen Vertiefung, die Konkavkegellinsenkegelfläche, geeignet ist, einen Lichtstrahl zu reflektieren. Dabei kann die Konkavkegellinse Folgendes aufweisen: eine Konkavkegellinseneintrittsfläche, die Grundfläche des zylinderförmigen Linsenkörpers, zum Erzeugen eines zweiten Lichtstrahl aus dem ersten Lichtstrahl; die Konkavkegellinsenkegelfläche zum Erzeugen einer zweiten Lichtebene aus dem zweiten Lichtstrahl; und eine Konkavkegellinsenaustrittsfläche, die Mantelfläche des Linsenkörpers, zum Erzeugen einer ersten Lichtebene aus der zweiten Lichtebene. Weiterhin kann das durchgehende Fenster der Kappe Folgendes aufweisen: eine Kappeneintrittsfläche, die der Konkavkegellinse zugewandte Fläche, zum Erzeugen einer Kappenlichtebene aus der ersten Lichtebene; und eine Kappenaustrittsfläche, die der Konkavkegellinse abgewandte Fläche, zum Erzeugen der Standardlichtebene aus der Kappenlichtebene. Vorteilhafterweise können zum Einen die Konkavkegellinseneintrittsfläche, die Konkavkegellinsenkegelfläche, die Konkavkegellinsenaustrittsfläche, die Kappeneintrittsfläche und die Kappenaustrittsfläche derartige Formen (zum Beispiel plan, konvex, konkav oder jegliche andere strahlformende Form) aufweisen und zum Anderen können die Konkavkegellinse und das durchgehende Fenster der Kappe derartige Brechungsindizes aufweisen, so dass die Standardlichtebene bezüglich einer ersten Achse, die orthogonal zu der ersten Standardlichtebene verläuft, im Wesentlichen kollimiert ist, und so dass sich die Standardlichtebene im Wesentlichen in einer Planfläche befindet.
In weiteren Ausführungsformen kann das optisch umlenkende Element als eine Konvexkegellinse ausgebildet sein. Die Konvexkegellinse kann im Wesentlichen ein zylindersymmetrischer Kegel sein, dessen Mantelfläche, eine Konvexkegellinsenmantelfläche, und dessen Grundfläche einen 45° Winkel einschließen, wobei die Mantelfläche geeignet ist, einen Lichtstrahl zu reflektieren. Typischerweise ist die Konvexkegellinse bezüglich der restlichen Komponenten der optischen Einheit fest angeordnet. Um eine Standardlichtebene zu erzeugen, die durchgehend, das heißt über 360° ununterbrochen ist, kann die Konvexkegellinse, im Gegensatz zur Konkavkegellinse, über ein durchsichtiges Element mit dem Rest der optischen Einheit verbunden werden. Dieses durchsichtige Element ist gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Teil des optisch umlenkenden Elements anzusehen und kann als ein Hohlzylinder ohne Grund- und Deckfläche ausgestaltet sein. Dabei kann die Konvexkegellinse Folgendes aufweisen: eine Konvexkegellinsenkegelfläche zum Erzeugen einer dritten Lichtebene aus dem ersten Lichtstrahl; eine Konvexkegellinseneintrittsfläche, die innere Oberfläche des Hohlzylinders, zum Erzeugen einer zweiten Lichtebene aus der dritten Lichtebene; und eine Konvexkegellinsenaustrittsfläche, die äußere Oberfläche des Hohlzylinders, zum Erzeugen einer ersten Lichtebene aus der zweiten Lichtebene. Dabei kann das durchgehende Fenster der Kappe Folgendes aufweisen: eine Kappeneintrittsfläche, die der Konvexkegellinse zugewandte Fläche, zum Erzeugen einer Kappenlichtebene aus der ersten Lichtebene; und eine Kappenaustrittsfläche, die der Konvexkegellinse abgewandte Fläche, zum Erzeugen der Standardlichtebene aus der Kappenlichtebene. Vorteilhafterweise können zum Einen die Konvexkegellinsenkegelfläche, die Konvexkegellinseneintrittsfläche, die Konvexkegellinsenaustrittsfläche, die Kappeneintrittsfläche und die Kappenaustrittsfläche derartige Formen (zum Beispiel plan, konvex, konkav oder jegliche andere strahlformende Form) aufweisen und zum Anderen können die Konvexkegellinse und das durchgehende Fenster der Kappe einen derartigen Brechungsindex aufweisen, so dass die Standardlichtebene bezüglich einer ersten Achse, die parallel zu einer Zylindersymmetrieachse der Kegellinse verläuft, im Wesentlichen kollimiert ist, und so dass sich die Standardlichtebene im Wesentlichen in einer Planfläche befindet.
In weiteren Ausführungsformen kann das reflektierende Element als ein Pentaprisma ausgebildet sein. Dabei kann das Pentaprisma für das Erzeugen einer ersten Lichtebene aus dem ersten Lichtstrahl um eine Rotationsachse rotierbar sein, wobei die Rotationsachse koaxial zum ersten Lichtstrahl verläuft. Dabei kann das durchgehende Fenster der Kappe Folgendes aufweisen: eine Kappeneintrittsfläche zum Erzeugen einer Kappenlichtebene aus der ersten Lichtebene; und eine Kappenaustrittsfläche zum Erzeugen der Standardlichtebene aus der Kappenlichtebene. Vorteilhafterweise können zum Einen das Pentaprisma, die Kappeneintrittsfläche und die Kappenaustrittsfläche derartige Formen (zum Beispiel plan, konvex, konkav oder jegliche andere strahlformende Form) aufweisen und zum Anderen können das Pentaprisma und das durchgehende Fenster der Kappe einen derartigen Brechungsindex aufweisen, so dass die Standardlichtebene bezüglich einer ersten Achse, die parallel zu dem ersten Lichtstrahl verläuft, im Wesentlichen kollimiert ist, und so dass sich die Standardlichtebene im Wesentlichen in einer Ebene befindet.
In weiteren Ausführungsformen kann das optisch umlenkende Element eine erste Lichtebene erzeugen, die bezüglich einer ersten Achse, die orthogonal zur ersten Standardlichtebene verläuft, divergiert. Die Kappe kann dann aus der ersten Lichtebene die Standardlichtebene erzeugen, die bezüglich der ersten Achse im Wesentlichen kollimiert ist. Diese Ausführungsformen bringen den Vorteil mit sich, dass mit Hilfe des reflektierenden Elements und der Kappe eine Standardlichtebene mit optimaler Strahlform erzeugt werden kann. Insbesondere kann durch eine optimale Strahlform die Divergenz der Standardlichtebene bezüglich der ersten Achse minimiert werden.
In weiteren Ausführungsformen kann die Lichtquelle eine Lichtdiode zum Erzeugen eines divergierenden Lichtstrahls und eine Linse zum Kollimieren des divergierenden Lichtstrahls in einen ersten Lichtstrahl aufweisen. Besagter erster Lichtstrahl kann divergierend oder konvergierend oder kollimiert sein.
In weiteren Ausführungsformen kann die optische Einheit mittels einer kardanischen Aufhängung um den Drehpunkt kippbar gelagert sein.
In weiteren Ausführungsformen kann die kardanische Aufhängung einen Neigungssensor zum Bestimmen der Neigung der optischen Einheit in Bezug auf das Lot und Motoren zum Einstellen der Neigung der optischen Einheit in Bezug auf das Lot aufweisen. Diese Ausführungsformen bringen den Vorteil mit sich, dass die optische Einheit bzw. die zweite Lichtebene und die Standardlichtebene immer in Bezug auf das Lot ausgerichtet werden kann.
Zeichnung
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. Es zeigen:
1A einen schematischen Schnittansicht einer Stand der Technik Markierungslichtvorrichtung;
1B eine schematische Draufsicht einer Stand der Technik Markierungslichtvorrichtung;
2 eine isometrische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine isometrische Ansicht eines bevorzugten reflektierenden Elements, insbesondere einer Konkavkegellinse, gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine isometrische Ansicht einer bevorzugten Kappe gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform der Markierungslichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
8 ein Blockdiagramm des Steuersystems einer Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Markierungslichtvorrichtung zum Erzeugen einer Standardlichtebene 410 mit einer optischen Einheit, aufweisend ein optisch umlendes Element 200 und eine Lichtquelle 100, und mit einer Kappe 300 bereitgestellt, die die in 1A und 1B dargestellten Probleme löst.
2 zeigt eine isometrische Ansicht eines mittigen Schnitts durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese bevorzugte Ausführungsform ist geeignet, eine Standardlichtebene 410 zu erzeugen und weist eine zylindersymmetrische Kappe 300 und eine optische Einheit mit einer Lichtquelle 100 sowie mit einem optisch umlenkenden Element 200 auf, wobei das optisch umlenkende Element 200 als Konkavkegellinse 200a ausgestaltet ist. Die Lichtquelle 100 wiederum umfasst eine Laserdiode 110 zum Erzeugen eines divergierenden Lichtstrahls 400 und eine Kollimatorlinse 120 zum Kollimieren des divergierenden Lichtstrahls 400 in einen kollimierten ersten Lichtstrahl 401. Die Lichtquelle 100 ist so eingerichtet, dass der erste Lichtstrahl 401 orthogonal auf eine Grundfläche 202a der Konkavkegellinse 200a trifft. Die Konkavkegellinse erzeugt aus dem ersten Lichtstrahl 401 eine erste Lichtebene 406, die wiederum auf die Kappe 300 trifft. Die Kappe 300 erzeugt aus der ersten Lichtebene 406 die Standardlichtebene 410. Die optische Einheit, das heißt die Lichtquelle 100 und das optisch umlenkende Element 200, ist mittels einer kardanischen Aufhängung um einen Drehpunkt 500 kippbar gelagert, das heißt die optische Einheit ist um zwei Achsen kippbar: eine erst Drehachse und eine zweite Drehachse, die sich im Drehpunkt 500 orthogonal kreuzen. Beide Drehachsen sind weiterhin orthogonal zu einer Zylindersymmetrieachse der Kappe 300. Der Drehpunkt befindet sich direkt unter einem Ursprung der ersten Lichtebene 406, sodass sich bei einer Verkippung der optischen Einheit um den besagten Drehpunkt 500 der Ursprung der ersten Lichtebene 406 in Bezug auf die Kappe 300 im Wesentlichen nicht oder nur sehr wenig bewegt. Der Drehpunkt 500 befindet sich innerhalb des optisch umlenkenden Elements 200, das heißt innerhalb der Konkavkegellinse 200a und unterhalb der ersten Lichtebene 406.
3 zeigt eine isometrische Ansicht eines mittigen Schnitts durch das optisch umlenkende Element der bevorzugten Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung. Hierbei handelt es sich um die Konkavkegellinse 200a. Die Konkavkegellinse 202a ist mit Hilfe einer Spritzgusseinrichtung aus einem thermoplastischen Kunstharzmaterial, das lichtdurchlässig ist und einen konstanten Brechungsindex aufweist, hergestellt. Die Konkavkegellinse 200a ist im Wesentlichen zylindersymmetrisch und weist einen Zylindergrundkörper 208a mit einer Grundfläche 202a, einer Deckfläche 212a und einer Mantelfläche 206a auf. Dabei weist der Zylindergrundkörper an der Kante zwischen Grundfläche 202a, die Konkavkegellinseneintrittsfläche 202a, und Mantellfläche 206a, die Konkavkegellinsenaustrittsfläche 206a, einen Flansch 214a auf. Der Flansch 214a ist wie ein Ring ausgestaltet, der sich sowohl über die Mantelfläche 206a und über die Grundfläche 202a erstreckt. Begrenzt wird der Flansch 214a durch Seitenflächen 218a und 219a, die parallel zu der Grundfläche 202a und der Deckfläche 212a verlaufen. Weiterhin wird der Flansch 214a durch eine Außenfläche 216a begrenzt, die wiederum parallel zu der Mantelfläche 206a verläuft. Schließlich weist der Flansch 214a noch eine schräge, sich verjüngende Oberfläche 220a auf, die die Seitenfläche 219a mit der Grundfläche 202a verbindet. Der Flansch 214a dient der Befestigung der Konkavkegellinse 200a mit der optischen Einheit. Die Deckfläche 212a weist eine zylindersymmetrische Vertiefung, im Wesentlich in der Form eines Kegels auf. Die Oberfläche der zylindersymmetrischen Vertiefung, die Konkavkegellinsenkegelfläche 204a, weist die Form eines Kegelmantels auf. Dabei ist ein reflektierender Film auf der Konkavkegellinsenkegelfläche 204a ausgebildet ist, so dass die Konkavkegellinsenkegelfläche 204a eine reflektierende Oberfläche bildet. Die Konkavkegellinsenkegelfläche 204a hat einen Öffnungswinkel, der im Wesentlichen 90° beträgt, so dass ein erster Lichtstrahl, der zentrisch und parallel zu der Zylindersymmetrieachse des Konkavkegels 200a auf die Konkavkegellinseneintrittsfläche 202a trifft durch die Konkavkegellinseneintrittsfläche 202a, die Konkavkegellinsenfläche 204a und die Konkavkegellinsenaustrittsfläche 206a in eine erste Lichtebene umgelenkt wird, die orthogonal zu dem ersten Lichtstrahl steht.
4 zeigt eine isometrische Ansicht eines mittigen Schnitts durch die Kappe 300 der bevorzugten Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung. Die Kappe 300 ist mit Hilfe einer Spritzgusseinrichtung aus einem thermoplastischen Kunstharzmaterial, das lichtdurchlässig ist und einen konstanten Brechungsindex hat, hergestellt. Die Kappe 300 ist im Wesentlichen zylindersymmetrisch und weist eine sich verjüngende Seitenwand 303, das durchgehende Fenster 303, auf, wobei diese auf einer weiten Seite offen und auf einer verjüngten Seite durch eine Deckfläche 305 geschlossen ist. Das durchgehende Fenster 303 ist integraler Bestandteil der Kappe 300 und weist eine innere Fläche 302, die Kappeneintrittsfläche 302, und eine äußere Fläche 304, die Kappenaustrittsfläche 304, auf. Die Deckfläche 305 weist eine innere Fläche 306 und eine äußere Fläche 308 auf. Die Kante zwischen den äußeren Flächen 304 und 308 ist durch eine schräge äußere Fläche 310 abgeschrägt. Die Deckfläche 305 weist weiterhin einen Aufbau 312 auf, der im Wesentlichen die Form eines flachen Zylinders mit Deckfläche 314 und Mantelfläche 316 hat. Die Seitenwand 303 weist am offenen Ende einen Flansch 318 auf, der im Wesentlichen die Form eines Rings hat. Der Flansch 318 schließt bündig mit dem offenen Ende der Seitenwand 303 ab, erstreckt sich aber über die äußere Fläche 304. Dabei weist der Flansch 318 die Seitenflächen 320 und 324 sowie die Außenfläche 322 auf. Der Flansch 318 dient der Befestigung der Kappe 300 an das Gehäuse der Markierungslichtvorrichtung.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht der bevorzugten Ausführungsform der Markierungslichtvorrichtung. Die Laserdiode 110 der Lichtquelle 100 erzeugt einen divergierenden Lichtstrahl 400 und die Kollimierlinse der Lichtquelle 100 erzeugt aus dem divergierenden Lichtstrahl 400 einen ersten Lichtstrahl 401, der kollimiert ist. Der kollimierte Lichtstrahl trifft auf die Konkavkegellinseneintrittsfäche 202a einer Konkavkegellinse 200a. Dadurch wird ein zweiter Lichtstrahl 402 innerhalb der Konkavkegellinse 202a erzeugt, der jedoch die gleiche Ausbreitungsrichtung wie der erste Lichtstrahl 401 hat, weil der erste Lichtstrahl 401 orthogonal und zentrisch auf die Konkavkegellinseneintrittsfäche 202a trifft. Die Konkavkegellinsenkegelfläche 204a lenkt den zweiten Lichtstrahl 402 in eine zweite Lichtebene 404 um. Die zweite Lichtebene 404 liegt in einer Ebene, die orthogonal zu dem ersten Lichtstrahl 401 und dem zweiten Lichtstrahl 402 sowie einer Symmetrieachse der Konkavkegellinse 200a steht. Die zweite Lichtebene 404 tritt aus der Konkavkegellinse 200a durch die Konkavkegellinsenaustrittsfläche 206a aus, insbesondere orthogonal, und erzeugt somit eine erste Lichtebene 406, die die gleiche Ausbreitungsrichtung wie die zweite Lichtebene 404 hat. Diese erste Lichtebene 404 wiederum trifft auf die Kappeneintrittsfläche 302 der Kappe 300 wodurch innerhalb der Kappe 300 eine Kappenlichtebene 408 erzeugt wird, die wiederum durch die Kappenaustrittsfläche 304 austritt und die Standardlichtebene 410 erzeugt. Die Kappeneintrittsfläche 302 und die Kappenaustrittsfläche 304 weisen derartige Formen auf, so dass die Standardlichtebene 410 bezüglich einer ersten Achse, die orthogonal zu der ersten Standardlichtebene 410 verläuft, im Wesentlichen kollimiert ist, und so dass sich die Standardlichtebene im Wesentlichen in einer Planfläche befindet, die parallel zu der ersten Lichtebene 406 verläuft. Insbesondere trifft die erste Lichtebene 406 in jeder Kippposition der optischen Einheit im Wesentlichen im gleichen Winkel auf die Kappeneintrittsfläche 302 und die Kappenlichtebene 408 trifft in jeder Kippposition der optischen Einheit im Wesentlichen im gleichen Winkel auf die Kappenaustrittsfläche 304. Dadurch ist der Versatz der Standardlichtebene 410 in Bezug auf die erste Lichtebene 406 für jede Kippposition und jede Raumrichtung im Wesentlichen konstant und die Standardlichtebene 410 liegt im Wesentlichen in einer Planfläche.
In der bevorzugten Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Lichtquelle 100 und das reflektierende optische Element 200 fest zueinander angeordnet, so dass die gesamte optische Einheit um die erste Drehachse und die zweite Drehachse kippbar ist. Dazu ist die optische Einheit über eine kardanische Aufhängung aufgehängt, die eine Verkippung der optischen Einheit in Bezug auf die Kappe 300 um die erste und zweite Drehachse von jeweils bis zu +–15° erlaubt.
6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese unterscheidet sich von der bevorzugten Ausführungsform dadurch, dass das optisch umlenkende Element 200 eine zylindersymmetrische Konvexkegellinse 200b ist. Die Konvexkegellinse 200b weist einen Hohlzylinder 208b auf. Der Hohlzylinder 208b ist auf der einen Seite offen und auf der anderen Seite über eine Deckfläche 212b geschlossen. Die Deckfläche 212b ist nach außen plan, weist aber nach innen einen konvexen Kegel auf. Dieser konvexe Kegel ist durch die Konvexkegellinsenkegelfläche 204b begrenzt. Dabei ist ein reflektierender Film auf der Konvexkegellinsenkegelfläche 204b ausgebildet ist, so dass die Konvexkegellinsenkegelfläche 204b eine reflektierende Oberfläche bildet. Die Konvexkegellinsenkegelfläche 204b hat einen Öffnungswinkel, der im Wesentlichen 90° beträgt, so dass ein erster Lichtstrahl, der zentrisch und parallel zu der Zylindersymmetrieachse des Konvexkegellinse 200b auf die Konvexkegellinsenkegelfläche 204b trifft durch die Konvexkegellinsenkegelfläche 204b in eine dritte Lichtebene 403 umgelenkt wird, die orthogonal zu dem ersten Lichtstrahl 401 steht. Die dritte Lichtebene 403 tritt durch eine Konvexkegellinseneintrittsfläche 205b orthogonal in den Hohlzylinder 208b ein und erzeugt eine zweite Lichtebene 404, die wiederum orthogonal durch eine Konvexkegellinsenaustrittsfläche 206b den Hohlzylinder 208b verlässt und eine erste Lichtebene 406 erzeugt. Der Drehpunkt befindet sich direkt unter einem Ursprung der ersten Lichtebene 406, sodass sich bei einer Verkippung der optischen Einheit um den besagten Drehpunkt 500 der Ursprung der ersten Lichtebene 406 in Bezug auf die Kappe 300 im Wesentlichen nicht oder nur sehr wenig bewegt. Der Drehpunkt 500 befindet sich innerhalb des Hohlzylinders 208b, das heißt innerhalb der Konvexkegellinse 200b, und direkt unterhalb der ersten Lichtebene 406. Der Hohlzylinder 208b kann eine integraler oder ein separater Bestandteil der Konvexkegellinse 200b sein. Der Hohlzylinder 208b und die gesamte Konvexkegellinse kann aus einem durchsichtigen Material, zum Beispiel Kunststoff, Pressglas oder geschliffenem Glas, bestehen. Alternativ kann der Konvexkegel, der durch die Konvexkegellinsenkegelfläche 204b begrenzt wird, aus reflektierendem Material, wie beispielsweise Aluminium, bestehen, während der Hohlzylinder 208b aus besagtem durchsichtigem Material besteht.
7 zeigt eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese unterscheidet sich von der bevorzugten Ausführungsform dadurch, dass das optisch umlenkende Element 200 ein rotierendes Pentaprisma 200c ist. Das Pentaprisma 200c weist auf: eine Pentaprismaeintrittsfläche 202c zum Erzeugen eines zweiten Lichtstrahls 402 aus dem ersten Lichtstrahl 401; eine erste reflektierende Fläche 203c zum Erzeugen eines dritten Lichtstrahls 403 aus dem zweiten Lichstrahl 402; eine zweite reflektierende Fläche 204c zum Erzeugen eines vierten Lichtstrahls 404 aus dem dritten Lichtstrahl 403; und eine erste Pentaprismaaustrittsfläche 206c zum Erzeugen eines fünften Lichtstrahls 406 aus dem vierten Lichtstrahl 404. Durch Rotation des Pentaprismas 200c um eine Rotationsachse, die entlang der Ausbreitungsrichtung des ersten Lichtstrahls 401 verläuft, wird eine erste Lichtebene 406 erzeugt. Diese alternative Ausführungsform unterscheidet sich weiterhin dadurch, dass das optisch umlenkende Element 200, das Pentaprisma 200c, aus der dem ersten Lichtstrahl 401 nicht nur eine erste Lichtebene 406, sondern auch einen Lichtstrahl 414 erzeugt, der entlang der Ausbreitungsrichtung des ersten Lichtstrahls 401 das Pentaprisma verlässt und auf die innere Fläche der Kappendecke 305 trifft.
Dadurch wird ein Lichtstrahl 416 erzeugt, der durch die Deckfläche 314 des Kappenaufbaus 312 die Kappe 300 verlässt. Dadurch kann die Markierungslichtvorrichtung einen Standardlichtstrahl 418 erzeugen, der orthogonal zu der Standardlichtebene und durch den Ursprung der Standardlichtebene verläuft. Für diesen Zweck ist auf der ersten reflektierenden Fläche 203c ein reflektierender Film ausgebildet, so dass die erste reflektierende Oberfläche eine Lichtstrahlen zu 70% reflektierende Oberfläche und eine Lichtstrahlen zu 30% hindurchlassende Oberfläche bildet. Weiterhin ist für diesen Zweck an dem Pentaprisma 200c ein Dreicks-Prisma mit einem Dreieck als Grundfläche angebracht, welches den gleichen Brechungsindex wie das Pentaprisma 200c aufweist. Ein Teil des zweiten Lichtstrahls 402 wird also an der ersten reflektierenden Oberfläche 203c hindurchgelassen und erzeugt einen Lichtstrahl 412 in dem Dreiecksprisma. Dieser Lichtstrahl 412 wiederum trifft orthogonal auf die Fläche 208c des Dreiecks-Prisma und erzeugt Lichtstrahl 414. Diese alternative Ausführungsform kann auch ein weiteres optisches Element an dem optisch umlenkenden Element aufweisen, um anstelle des Standardlichtstrahls 418 Standardlichtmuster zu erzeugen. Ein Beispiel für ein derartiges weiteres optisches Element ist ein diffraktives optische Element (DOE). Andere optische Elemente, wie beispielsweise refraktive optische Elemente, können ebenfalls verwendet werden. Das Pentaprisma kann aus Kunststoff, Pressglas oder geschliffenem Glas bestehen.
8 zeigt ein Blockdiagramm des Steuersystems der bevorzugten Ausführungsform einer Markierungslichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die optische Einheit ist mittels einer kardanischen Aufhängung um den Drehpunkt 500 kippbar gelagert, wobei die kardanische Aufhängung einen Neigungssensor 600 zum Bestimmen der Neigung der optischen Einheit in Bezug auf das Lot und Motoren 700 zum Einstellen der Neigung der optischen Einheit in Bezug auf das Lot aufweist. Der Neigungssensor kann die die Neigung der optischen Einheit in Bezug auf das Lot an einen Mikroprozessor 800 übermitteln. Der Mikroprozessor ist so konfiguriert, dass aus der übermittelten Neigung einen Steuerbefehl an die Motoren übermitteln kann, der die Motoren veranlasst die optische Einheit um den Drehpunkt 500 so zu kippen, dass die optische Einheit in Bezug auf das Lot ausgerichtet ist. Beispielsweise kann in dieser Ausführungsform die optische Einheit immer so in Bezug auf das Lot automatisch ausgerichtet werden, dass die Standardlichtebene 410 immer orthogonal zum Lot steht. Beispiele für erfindungsgemäße Neigungssensoren 600 sind Mikroelektromechanische Systeme (MEMS). Der Mikroprozessor 800 lässt sich über eine Benutzerschnittstelle 900 konfigurieren.
In einer alternativen Ausführungsform kann die optische Einheit an einer kardanischen Aufhängung auch nicht über Motoren und einen elektronischen Neigungssensor zum Lot ausgerichtet werden. Stattdessen kann sich die optische Einheit frei pendelnd über eine vorteilhafte Gewichtsverteilung zum Lot ausrichten. Dieser Prozess kann dadurch beschleunigt werden, dass die kardanische Aufhängung eine Wirbelstrombremse aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 60202114 T2 [0003]
JP 2000-18946 A [0003]
DE 10116018 A1 [0004]
DE 10054627 A1 [0004]

Claims

Eine Markierungslichtvorrichtung zum Erzeugen einer Standardlichtebene (410), aufweisend: eine optische Einheit (100, 200) mit einer Lichtquelle (100) zum Erzeugen eines ersten Lichtstrahls (401) sowie mit einem optisch umlenkenden Element (200) zum Erzeugen einer ersten Lichtebene (406) aus dem ersten Lichtstrahl (401); und eine Kappe (300) zum Erzeugen der Standardlichtebene (410) aus der ersten Lichtebene (406); wobei das optisch umlenkende Element (200) um eine erste Drehachse und eine zweite Drehachse kippbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (300) ein durchgehendes Fenster (303) aufweist, und dass die Standardlichtebene (410) sich in einer Planfläche befindet.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Drehachse, die zweite Drehachse und eine Symmetrieachse der Kappe (300) jeweils orthogonal zueinander verlaufen und sich im Wesentlichen in einem Drehpunkt (500) schneiden, und wobei der Drehpunkt (500) innerhalb des optisch umlenkenden Elements (200) liegt.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lichtquelle (100) und das optisch umlenkende Element (200) fest zueinander angeordnet sind, so dass die gesamte optische Einheit (100, 200) um die erste Drehachse und die zweite Drehachse kippbar ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das durchgehende Fenster der Kappe (300) zylindersymmetrisch ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste Lichtebene (406) eine Kappeneintrittsfläche (302) des durchgehenden Fensters (303) schneidet, und wobei an jedem Schnittpunkt zwischen der Lichtebene (406) und der Kappeneintrittsfläche (302) unabhängig von einer Kippposition des optisch umlenkenden Elements (200) im Wesentlichen ein konstanter Winkel zwischen der Lichtebene (406) und der Kappeneintrittsfläche (302) eingeschlossen wird.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das durchgehende Fenster (303) der Kappe (300) eine örtlich variable Dicke aufweist und/oder einen örtliche variablen Brechungsindex aufweist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Standardlichtebene (410) bezüglich einer ersten Achse, die orthogonal zu der ersten Standardlichtebene (410) verläuft, im Wesentlichen kollimiert ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das optisch umlenkende Element (200) als eine Konkavkegellinse (200a) oder als eine Konvexkegellinse (200b) oder als ein Pentaprisma (200c) ausgebildet ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei das optisch umlenkende Element (200) eine erste Lichtebene (406) erzeugt, die bezüglich einer ersten Achse, die orthogonal zur ersten Standardlichtebene (410) verläuft, divergiert, und wobei die Kappe (300) aus der zweiten Lichtebene (406) die Standardlichtebene (410) erzeugt, die bezüglich der ersten Achse im Wesentlichen kollimiert ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lichtquelle (100) eine Lichtdiode (110) zum Erzeugen eines divergierenden Lichtstrahls (400) und eine Linse (120) zum Kollimieren des divergierenden Lichtstrahls (400) in einen ersten Lichtstrahl (401) aufweist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Lichtstrahl (401) divergierend oder konvergierend oder kollimiert ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die optische Einheit (100, 200) mittels einer kardanischen Aufhängung um den Drehpunkt (500) kippbar gelagert ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die kardanische Aufhängung einen Neigungssensor (600) zum Bestimmen der Neigung der optischen Einheit (100, 200) in Bezug auf das Lot und Motoren (700) zum Einstellen der Neigung der optischen Einheit (100, 200) in Bezug auf das Lot aufweist.