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Die Erfindung betrifft einen Nivellierlaser zur Erzeugung einer Laser-Projektionslinie auf einer Oberfläche umfassend eine optische Projektionslinse sowie eine entsprechende optische Projektionslinse.
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Stand der Technik
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Aus
DE 10 2007 039 343 A1 ist der allgemeine Aufbau eines Nivellierlasers, hier insbesondere eines selbstausrichtenden Nivellierlasers (sog. Pendellaser), bekannt.
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Optische Linsen basierend auf Freiformflächen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus dem technischen Gebiet der Laserentfernungsmessgeräte. Beispielsweise offenbart
EP 2379983 B1 eine Freiformlinse zur Kompensation optischer Leistungsverluste, die bei der Messung geringer Abstände vom Laserentfernungsmessgerät zum Ziel auftreten. Bei derartigen Nahfeldmessungen besteht das Problem, dass sich ein Parallaxenversatz zwischen einem ausgesendeten Laserstrahl und einem empfangenen, d.h. reflektierten, Laserstrahl vergleichsweise stark auf das Messergebnis auswirkt. Insbesondere resultieren Leistungsverluste daher, dass der auf dem Detektor des Laserentfernungsmessgeräts abgebildete Laserstrahl auf Grund des Parallaxenversatzes von Sende- und Empfangspfad nicht mehr vollständig die aktive Fläche des Detektors trifft.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt einen Nivellierlaser (auch: Nivelliervorrichtung) zur Erzeugung einer Laser-Projektionslinie auf einer Oberfläche. Der Nivellierlaser dient dabei der Erzeugung einer optischen Markierung in Form einer Laser-Projektionslinie im Rahmen von Nivellier-, Ausricht-, Vermessungs- und/oder Markierungsaufgaben, wie sie insbesondere im handwerklichen Bereich auftreten, beispielsweise bei einem Innenausbau von Gebäuden, bei Bauarbeiten, bei der Anbringung von Markierungen an Wänden oder dergleichen. Die genaue Ausgestaltung der mittels des Nivellierlasers erzeugten Laser-Projektionslinie kann, unter anderem je nach Einsatzbereich und Aufgabe, unterschiedlich sein. So kann die Laser-Projektionslinie auch mehrere Markierungspunkte und/oder mehrere Markierungslinien, auch unterbrochene Markierungslinien, umfassen. Ferner kann der Nivellierlaser dazu vorgesehen sein, die Laser-Projektionslinie zeitlich veränderlich, insbesondere beispielsweise blinkend, auszuführen. Prinzipiell erlauben Nivellierlaser Lasermarkierungen zu erzeugen, insbesondere auf Objekte zu projizieren, die eine von einer Ausrichtung von Böden, Decken, Wänden oder anderen Gegenständen, beispielsweise der vertikalen Wand eines Schranks, unabhängige Referenz darstellen.
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Der Nivellierlaser weist typischerweise ein Gehäuse mit mindestens einer Öffnung, insbesondere einem Fenster, auf, wobei durch die Öffnung die Laser-Projektionslinie auf die Oberfläche, auf der die Laser-Projektionslinie erzeugt werden soll, ausgesendet wird. Der Nivellierlaser ist derart bemessen, dass er ohne Zuhilfenahme einer Transportmaschine lediglich mit den Händen, insbesondere mit einer Hand, transportiert werden kann. Die Masse des Nivellierlasers beträgt weniger als 5 kg, insbesondere weniger als 2 kg und ganz insbesondere weniger als 1 kg. Die Abmessungen des Nivellierlaser in einer ersten Richtung (insbesondere der Richtung der Achse x, siehe unten) betragen weniger als 15 cm, insbesondere weniger als 10 cm, ganz insbesondere weniger als 5 cm. Die Abmessungen des Nivellierlaser in einer zweiten Richtung (insbesondere der Richtung der Achse z und/oder y, siehe unten) betragen weniger als 25 cm, insbesondere weniger als 15 cm, ganz insbesondere weniger als 10 cm.
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Der Nivellierlaser ist eingerichtet, die ausgesendete Laser-Projektionslinie zu nivellieren, beispielsweise horizontal, vertikal oder gemäß eines anderen Nivellierwinkels. Insbesondere kann der Nivellierwinkel durch einen Anwender gewählt werden. Die Nivellierung kann beispielsweise unter Verwendung einer in dem Gehäuse des Nivellierlasers vorgesehenen Pendelanordnung erfolgen, mittels der die Laser-Projektionslinie unabhängig von einer Ausrichtung des Gehäuses am Lot frei selbst-ausrichtbar, insbesondere allseitig pendelbar oder schwingend, aussendbar ist. Die Pendelanordnung trägt und nivelliert dabei die gesamten optischen Komponenten des Nivellierlasers, d.h. zumindest eine Lasereinheit zur Erzeugung von Laserstrahlung und eine Projektionslinse. Alternativ kann das Gehäuse eine manuelle Ausrichtung der Laser-Projektionslinie ermöglichen. In diesem Fall sind die optischen Komponenten, d.h. zumindest die Lasereinheit zur Erzeugung von Laserstrahlung und die Projektionslinse, fest in dem Gehäuse des Nivellierlasers angeordnet. Ferner ist denkbar, einen Nivelliersensor, insbesondere einen Inertialsensor, einen Magnetfeldsensor, einen Beschleunigungssensor, einen Gravitationssensor oder dergleichen, und/oder eine Wasserwaage in dem Gehäuse vorzusehen, unter dessen/deren Verwendung die Laser-Projektionslinie manuell (durch einen Anwender) und/oder automatisiert (beispielsweise motorgetrieben) in einen gewünschten nivellierten Zustand gebracht werden kann. Insbesondere kann der Nivellierlaser eine, insbesondere optische, akustische oder haptische, Ausgabevorrichtung umfassen, mittels der ein Zustand der Nivellierung an einen Anwender ausgegeben werden kann. Somit kann der Anwender an der Wasserwaage und/oder an einem ausgegebenen Signal erkennen, wenn oder unter welchen Bedingungen (,noch drehen um 5°') ein nivellierter Zustand der Laser-Projektionslinie vorliegt.
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Der Nivellierlaser umfasst als optische Komponenten zumindest eine Lasereinheit und eine optische Projektionslinse mit einer dreidimensionalen Linsenoberfläche, wobei die Projektionslinse in einem dreidimensionalen, drei rechtwinklig zueinander angeordnete Achsen x, y, z aufweisenden Koordinatensystem beschreibbar ist, und wobei die Achse z mit der optischen Achse der Projektionslinse zusammenfällt. In einer Ausführungsform des Nivellierlasers sind die Lasereinheit und die Projektionslinse die einzigen optischen Komponenten im Sendepfad (auch als Projektionspfad bezeichnet) des Nivellierlasers. Die Lasereinheit weist zumindest eine Laserlichtquelle auf, beispielsweise einen Halbleiterlaser oder eine Laserdiode. In einer Ausführungsform ist die Laserstrahlung in einem für das menschliche Auge sichtbaren spektralen Wellenlängenbereich, d.h. insbesondere zwischen 380 nm bis 780 nm, vorgesehen, beispielsweise als rotes Laserlicht von 635 nm. Ferner kann die Lasereinheit strahlformende und/oder strahllenkende und/oder die Eigenschaften der Laserstrahlung beeinflussende optische Element, insbesondere beispielsweise Linsen wie Kollimator, Kollimatorlinsen, Filter, diffraktive Elemente, Spiegel, Reflektoren, optisch transparente Scheiben oder dergleichen, umfassen.
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Die Projektionslinse ist im Sendepfad des Nivellierlasers angeordnet. Die Projektionslinse dient der Brechung und Auffächerung des Laserstrahls in einen Laserfächer (Laserebene), der sich in der aus den Achsen x, z aufgespannten Ebene erstreckt. Der Schnitt dieser Laserebene mit der Oberfläche erzeugt die Laser-Projektionslinie, die für das menschliche Auge sichtbar ist. In einer Ausführungsform des Nivellierlasers weist die Projektionslinse in Richtung der Achse y eine spiegelsymmetrische, insbesondere zylindrische, Form auf. Auf diese Weise kann realisiert werden, dass die Projektionslinse in Richtung der Achse y keine Brechkraft entfaltet und somit eine besonders effiziente Auffächerung der gesamten Strahlungsleistung des Laserstrahls in den Laserfächer erfolgt. Die Laser-Projektionslinie ist somit in Richtung der Achse y als besonders schmal (lateral beschränkt) realisierbar. In einer Ausführungsform des Nivellierlasers ist die Projektionslinse mittels eines kollimierten Laserstrahls in Richtung der optischen Achse beleuchtbar bzw. wird in einem Anwendungszustand oder Betriebszustand der Lasereinheit entsprechend beleuchtet. Der kollimierte Laserstrahl kann insbesondere unter Verwendung eines Kollimators oder einer Kollimatorlinse erzeugt werden, der/die sich im optischen Sendepfad hinter der Lasereinheit und insbesondere vor der Projektionslinse befindet. In einer Ausführungsform kann die Projektionslinse und die Kollimatorlinse zu einem einzelnen Linsen-Bauteil integriert sein. Dabei kann insbesondere in einer Ausführungsform des Nivellierlasers vorgesehen sein, dass die Lasereinheit und das Linsen-Bauteil die einzigen optischen Komponenten im Sendepfad des Nivellierlasers sind. Alternativ kann die Kollimatorlinse und die Lasereinheit zu einem einzelnen Lasereinheit-Bauteil integriert sein. Dabei kann insbesondere in einer Ausführungsform des Nivellierlasers vorgesehen sein, dass das Lasereinheit-Bauteil und die Projektionslinse die einzigen optischen Komponenten im Sendepfad des Nivellierlasers sind. Insbesondere können auf diese Weise kompakte und in ihrer Funktion besonders integrierte Bauteile bereitgestellt werden und der Nivellierlaser besonders kleinbauend ausgeführt werden. Ferner wird eine Montage und Justage der optischen Komponenten in einem Fertigungsverfahren des Nivellierlasers deutlich vereinfacht. In einer Ausführungsform des Nivellierlasers ist die Projektionslinse aus Kunststoff gefertigt. Der Kunststoff ist dabei zumindest für die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts optisch transparent. Vorteilhaft kann eine Projektionslinse aus Kunststoff besonders kostengünstig und gleichzeitig präzise gefertigt werden, beispielsweise durch ein Kunststoffspritzgießverfah ren.
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In einer Ausführungsform des Nivellierlasers ist der Nivellierlaser dazu eingerichtet, unmittelbar auf einer Oberfläche angeordnet zu werden. Die Anordnung auf der Oberfläche kann dabei mittels einem Fachmann bekannter Haltemittel wie beispielsweise Klebestreifen, Schrauben oder dergleichen erfolgen. Insbesondere kann das Gehäuse des Nivellierlasers entsprechende Vorrichtungen umfassen, beispielsweise ein gehäuserückseitig angeordnetes, wiederverwendbares Klebepad, wie es beispielsweise aus
US 9,909,035 B bekannt ist. In einer Ausführungsform ist der Nivellierlaser dazu eingerichtet, die Laser-Projektionslinie auf diejenige Oberfläche zu projizieren bzw. auf derjenigen Oberfläche zu erzeugen, auf der der Nivellierlaser in einem Anwendungszustand angeordnet ist. In einer Ausführungsform des Nivellierlasers ist die Laser-Projektionslinie auf eine Oberfläche projizierbar, wobei die Laser-Projektionslinie eine Ausrichtung parallel zur optischen Achse der Projektionslinse, insbesondere auch parallel zur optischen Achse der auf die Projektionslinse einfallenden Laserstrahlung, aufweist und zu dieser optischen Achse um einen Versatz
in Richtung der Achse x beabstandet ist. Die Oberfläche liegt in der Ebene, die durch die Achsen y, z aufgespannt wird, wobei die Oberfläche um einen Versatz
in Richtung der Achse x von der optischen Achse der Projektionslinse beabstandet ist. Auf diese Weise kann ein besonders einfach und intuitiv bedienbarer Nivellierlaser bereitgestellt werden. Insbesondere ist ein benötigter Raumbedarf gering, da der Nivellierlaser keinen Abstand zur Oberfläche benötigt, wie dies beispielsweise bei aus dem Stand der Technik bekannten Pendellasern der Fall ist.
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Zur Erzeugung einer möglichst homogen ausgeleuchteten Laser-Projektionslinie auf der Oberfläche, insbesondere derjenigen Oberfläche, auf der der Nivellierlaser in einem Anwendungszustand angeordnet ist, wird vorgeschlagen, dass die Linsenoberfläche zumindest in einem zur Erzeugung der Laser-Projektionslinie verwendbaren Abschnitt der Projektionslinse eine Form mit entlang der Achse x monoton steigendem Oberflächenneigungswinkel aufweist. Die Linsenoberfläche ist insbesondere als eine Freiformfläche realisiert. Die Linsenoberfläche kann in Richtung der Achse z durch eine Funktion z = f(x) beschrieben werden, wobei die Ableitung z'(x) eine monoton steigende Funktion ist. Erfindungsgemäß kann derart realisiert werden, dass ausgehend von einem, insbesondere kollimierten, Laserstrahl eine möglichst homogen ausgeleuchtete Laser-Projektionslinie auf der Oberfläche erzeugbar, insbesondere projizierbar, ist, wobei der Nivellierlaser gleichzeitig auf der Oberfläche angeordnet ist. Die Projektionslinse erlaubt die Bereitstellung eines bezüglich der optischen Achse der Projektionslinse asymmetrischen Intensitätsprofil.
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Der Oberflächenneigungswinkel stellt den Winkel der Linsenoberfläche relativ zur Achse x dar.
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Unter dem „zur Erzeugung der Laser-Projektionslinie verwendbaren Abschnitt der Projektionslinse“ ist insbesondere zu verstehen, dass derjenige Abschnitt der Projektionslinse, der zur Erzeugung der Laser-Projektionslinie verwendet und mit einfallender Laserstrahlung beleuchtet wird, besagte Form aufweist. Abweichungen von erfindungsgemäßer Form sind in diesem Abschnitt der Projektionslinse im Rahmen von Fertigungstoleranzen denkbar. Ferner sind erhebliche Abweichungen von erfindungsgemäßer Form in solchen Abschnitten der Projektionslinse denkbar, die entweder nicht mit Laserstrahlung beleuchtet werden oder deren Beitrag zur Erzeugung der Laser-Projektionslinie unerheblich sind (beispielsweise, weil diese Anteile des Laserfächers durch das Gehäuse blockiert werden).
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In einer Ausführungsform des Nivellierlasers ist ein maximaler Oberflächenneigungswinkel auf einer - in Richtung der Achse x gesehen - der Oberfläche zugewandten Seite der Projektionslinse vorgesehen. Dabei kann der maximale Oberflächenneigungswinkel von einem geringsten Abstand der Laser-Projektionslinie zur Projektionslinse abhängen. Der geringste Abstand kennzeichnet insbesondere den Beginn der Laser-Projektionslinie von dem Nivellierlaser aus in Richtung der Achse z gesehen. Der maximale Oberflächenneigungswinkel ist insbesondere derart gewählt, dass der geringste Abstand weniger als 100 mm, insbesondere weniger als 50 mm, ganz insbesondere weniger als 25 mm beträgt. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der geringste Abstand 10 mm. Ferner ist folglich ein minimaler Oberflächenneigungswinkel auf einer - in Richtung der Achse x gesehen - der Oberfläche abgewandten Seite der Projektionslinse vorgesehen. Dabei kann der minimale Oberflächenneigungswinkel von einem größten Abstand der Laser-Projektionslinie zur Projektionslinse abhängen. Der größte Abstand kennzeichnet dabei das Ende der Laser-Projektionslinie von dem Nivellierlaser aus in Richtung der Achse z gesehen. Der minimale Oberflächenneigungswinkel ist insbesondere derart gewählt, dass der größte Abstand beträgt mehr als 750 mm, insbesondere mehr als 1500 mm, ganz insbesondere mehr als 2000 mm beträgt.
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Erfindungsgemäß kann somit eine Laser-Projektionslinie auf einer Oberfläche erzeugt werden, die gleichzeitig Standfläche oder Anordnungsfläche (oder Grundlage) des angeordneten Nivellierlasers darstellt. Gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, bei denen mittels streifendem Einfall des von einer Lasereinheit emittierten Laserstrahls eine Laser-Projektionslinie auf einer Oberfläche erzeugt wird, erlaubt vorliegender Nivellierlaser eine deutlich einfachere Konstruktion (ohne Spiegel oder dergleichen) bei gleichzeitig sehr homogener Ausleuchtung der Laser-Projektionslinie über deren gesamter Länge.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine optische Projektionslinse eines oben ausgeführten Nivellierlasers mit einer dreidimensionalen Linsenoberfläche vorgeschlagen, wobei die Projektionslinse in einem dreidimensionalen, drei rechtwinklig zueinander angeordnete Achsen x, y, z aufweisenden Koordinatensystem beschreibbar ist, und wobei die z-Achse mit der optischen Achse der Projektionslinse zusammenfällt. Erfindungsgemäß weist die Linsenoberfläche der optischen Projektionslinse zumindest abschnittsweise eine Form mit entlang der Achse x monoton steigendem Oberflächenneigungswinkel auf.
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Unter „vorgesehen“ und „eingerichtet“ soll insbesondere speziell „programmiert“, „ausgelegt“ und/oder „ausgestattet“ verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion „vorgesehen“ ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt oder dazu ausgelegt ist, die Funktion zu erfüllen.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nivellierlasers,
- 2a eine schematische Seitenansicht der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nivellierlasers aus 1,
- 2b eine schematische Seitenansicht der optischen Komponenten einschließlich erfindungsgemäßer Projektionslinse,
- 3 eine Vergrößerung der optischen Komponenten der schematischen Seitenansicht aus 2b.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die Darstellung der 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nivellierlasers 10 in einer perspektivischen Seitenansicht. Der Nivellierlaser 10 dient der Erzeugung einer Laser-Projektionslinie 20 auf einer Oberfläche 22. Der Nivellierlaser 10 weist ein flaches, im Wesentlichen Donut-förmiges Gehäuse 12 auf mit einem Durchmesser von ca. 10 cm und einer maximalen Höhe von ca. 5 cm. Der Nivellierlaser 10 weist eine Masse von ca. 300 Gramm auf. Das Gehäuse 12 besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus einem polymeren Werkstoff oder einem, beispielsweise faserverstärkten, Verbundwerkstoff (z.B. faserverstärkter Duroplast oder Thermoplast). Das Gehäuse 12 umgibt die mechanischen, optischen sowie elektronischen Bestandteile des Nivellierlasers 10 und schützt diese vor mechanischer Beschädigung und vermindert die Gefahr von Verunreinigungen. Zur Reduzierung der schädlichen Einwirkungen von Stößen gegen den Nivellierlaser 10 sowie zur komfortableren Handhabung durch den Nutzer ist das Gehäuse 12 teilweise mit einer Soft-Grip-Komponente 14 belegt. Auf der Frontseite (hier nicht näher dargestellt) ist eine Öffnung in dem Gehäuse 12, insbesondere eine Austrittsöffnung, vorgesehen. Durch die Austrittsöffnung kann ein optisches Signal, insbesondere eine von einer im Gehäuse 12 angeordneten Lasereinheit 16 (vgl. insbesondere 3) ausgesendete Laserstrahlung 18 zur Erzeugung zumindest einer Laser-Projektionslinie 20 auf einer Oberfläche 22 eines Objekts, aus dem Gehäuse 12 austreten. Die Austrittsöffnung ist mit einem für die Laserstrahlung 18 transparenten, zumindest jedoch transluzenten Fensterelement (nicht näher dargestellten) versehen, sodass das Innere des Nivellierlasers 10 vor Beschädigungen und Umwelteinflüssen, beispielsweise vor dem Eindringen von Feuchtigkeit und Staub, geschützt wird.
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Das Gehäuse 12 weist eine obere Gehäuseschale 26 und eine untere Gehäuseschale 28 (vgl. 2) auf, wobei die obere Gehäuseschale 26 relativ zur unteren Gehäuseschale 28 verdrehbar gelagert ist. Derart ist es für einen Anwender des Nivellierlasers 10 möglich, die Richtung der ausgesendeten Laserstrahlung 18 relativ zum Nivellierlaser 10 - insbesondere relativ zum Zentrum des Nivellierlasers 10 - zu drehen.
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Auf der oberen Gehäuseschale 26 des Gehäuses 12 befindet sich ein Schalter 24, dessen Betätigung die im Gehäuse 12 angeordnete Elektronik, insbesondere eine Energieversorgung der Lasereinheit 16 und der Sensorik, aktiviert/deaktiviert.
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Der Nivellierlaser 10 wird mit seiner Unterseite (d.h. mit der unteren Gehäuseschale 28 voran) unmittelbar auf bzw. an der Oberfläche 22 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Nivellierlaser 10 unter Verwendung eines gehäuserückseitig aufgebrachten, wiederverwendbaren Klebepads reversibel an der Oberfläche 22 angeordnet. Der Nivellierlaser 10 ist dazu eingerichtet, die Laser-Projektionslinie 20 unmittelbar auf die Oberfläche 22 zu projizieren, auf bzw. an der er angeordnet ist. Für die folgende Beschreibung wird ein dreidimensionales Koordinatensystem 32 definiert, umfassend drei rechtwinklig zueinander angeordnete Achsen x, y, z. Die Achse z fällt mit der optischen Achse der Projektionslinse 34 zusammen (vgl. insbesondere 2a, 2b), während die Oberfläche 22 im Wesentlichen parallel um den Abstand 36 (Δx) beabstandet zu einer durch die Achsen y, z aufgespannten Ebene liegt (vgl. auch 2a, 2b).
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In 1 nicht näher darstellt ist ein seitlich am Gehäuse 12 angeordnetes Batteriefach zur Aufnahme von Batterien zur Energieversorgung des Nivellierlasers 10 sowie weitere elektronische Komponenten, die der Nivellierung des Nivellierlasers 10 dienen. Die weiteren Komponenten umfassen zumindest einen Neigungssensor, mittels dem eine Neigung des Nivellierlasers 10, insbesondere der ausgesendeten Laserstrahlung 18 - beispielsweise relativ zum Lot und/oder relativ zur Horizontalen oder dergleichen - ermittelt werden kann. Der Neigungssensor ist zumindest mit einer Ausgabevorrichtung 30 - hier realisiert als ein beleuchtbarer LED-Streifen - signaltechnisch verbunden, wobei in einem nivellierten Zustand des Nivellierlasers 10 die Ausgabe eines grünen Leuchtsignals einem Anwender den nivellierten Zustand anzeigt, während in einem nicht nivellierten Zustand die Ausgabe eines roten Leuchtsignals dem Anwender den unnivellierten Zustand anzeigt. Um von einem unnivellierten Zustand in einen nivellierten Zustand zu gelangen, braucht der Anwender die obere Gehäuseschale 26 lediglich relativ zur mit der Oberfläche 22 verbundenen unteren Gehäuseschale 28 zu drehen, bis die ausgesendete Laserstrahlung 18 nivelliert ist und die Ausgabevorrichtung 30 ein grünes Leuchtsignal ausgibt. Es sei angemerkt, dass der Nivellierlaser 10 insbesondere zur Verwendung an einer vertikalen Wand geeignet ist, sodass durch Drehen der oberen Gehäuseschale 26 eine horizontal nivellierte Laser-Projektionslinie 20 und/oder einer vertikal nivellierte Laser-Projektionslinie 20 einstellbar ist. Ferner ist denkbar, einen Nivellierwinkel vorzugeben (z.B. „45°“), beispielsweise über ein mit dem Nivellierlaser 10 signaltechnisch verbindbares externes Gerät wie ein Smartphone oder dergleichen.
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2a zeigt den zuvor beschriebenen Nivellierlaser 10 in einer schematischen Seitendarstellung. 2b zeigt die optischen Komponenten des Nivellierlasers 10 in einer schematischen Seitendarstellung. Der Nivellierlaser 10 umfasst als optische Komponenten zumindest eine Lasereinheit 16 und eine optische Projektionslinse 34. Die Lasereinheit 16 ist hier durch eine Laserdiode realisiert. Die Projektionslinse 34 weist eine dreidimensionale Linsenoberfläche auf, wobei die Achse z des Koordinatensystems 32 mit der optischen Achse der Projektionslinse 34 zusammenfällt. Ferner umfassen die optischen Komponenten (das Austrittsfenster wird nicht als wesentliche optische Komponente angesehen, da es die Eigenschaften der Laserstrahlung 18 nahezu nicht beeinflusst) eine Kollimatorlinse 38. Die optischen Komponenten bilden gemeinsam den Sendepfad des Nivellierlasers 10. Die Projektionslinse 34 dient der Brechung und Auffächerung des Laserstrahls in einen Laserfächer 18a (Laserebene), der sich in der aus den Achsen x, z aufgespannten Ebene erstreckt. Der Schnitt dieses Laserfächers 18a mit der Oberfläche 22 erzeugt die Laser-Projektionslinie 20, die für das menschliche Auge sichtbar ist. Die optischen Komponenten sind erfindungsgemäß derart ausgelegt, dass eine möglichst homogen ausgeleuchtete Laser-Projektionslinie 20 auf der Oberfläche 22 erreicht wird. Die Laser-Projektionslinie 20 erstreckt sich dabei zwischen einem Anfangspunkt 50 und einem Endpunkt 54 (2a), zwischen denen die Ausleuchtung der Laser-Projektionslinie 20 besonders homogen ist.
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Wie in 2b und in 3 vergrößert dargestellt, wird Laserstrahlung 18 von der Lasereinheit 16 ausgesendet und mittels der Kollimatorlinse 38 zu kollimierter Laserstrahlung 18b kollimiert. Die Projektionslinse 34 wird mittels dieser kollimierten Laserstrahlung 18b beleuchtet. Da lediglich der Teil des Laserfächers 18a benötigt wird, der in Richtung der Oberfläche 22 verläuft, ist die Projektionslinse 34 teilweise geschwärzt (intransparent gemacht), sodass sie sich in einen zur Erzeugung der Laser-Projektionslinie 20 verwendbaren Abschnitt 40 und einen zur Erzeugung der Laser-Projektionslinie 20 nicht verwendbaren Abschnitt 42 gliedert. Natürlich kann diese Untergliederung auch anderweitig, beispielsweise unter Verwendung einer Blende, hervorgerufen werden. Die Projektionslinse 34 ist aus Kunststoff gefertigt. Die Projektionslinse 34 weist in Richtung der Achse y eine spiegelsymmetrische Form auf, sodass in Richtung der Achse y keine Brechkraft entfaltet wird und die Auffächerung der kollimierten Laserstrahlung 18b im Wesentlichen in der Ebene des Laserfächers 18a erfolgt. Die Laser-Projektionslinie 20 ist daher besonders schmal darstellbar. Ferner ist denkbar, dass die Projektionslinse 34 in Richtung der Achse y derart ausgestaltet ist, dass eine in Richtung der Achse y wirkende Brechkraft entfaltet. Derart kann eine besonders feine Laser-Projektionslinie 20 erzeugt werden.
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Die Linsenoberfläche der Projektionslinse 34 weist - zumindest in dem zur Erzeugung der Laser-Projektionslinie 20 verwendbaren Abschnitt 40 der Projektionslinse 34 - eine Form mit entlang der Achse x monoton steigendem Oberflächenneigungswinkel 44 auf, vgl. insbesondere 3. Der Oberflächenneigungswinkel 44 stellt den Winkel der (der Lasereinheit 16 zugewandten) Linsenoberfläche 46 relativ zur Achse x dar. Die Linsenoberfläche 46 ist insbesondere als eine Freiformfläche realisiert und kann in Richtung der Achse z durch eine Funktion z = f(x) beschrieben werden, wobei die Ableitung z'(x) eine monoton steigende Funktion ist. Der maximale Oberflächenneigungswinkel 44 ist - wie in 2b und 3 ersichtlich - auf der der Oberfläche 22 zugewandten Seite der Projektionslinse 34 vorgesehen und ist derart gewählt, dass der geringste Abstand 48 (vgl. 2a) zwischen Anfangspunkt 50 der Laser-Projektionslinie 20 und Nivellierlaser 10 weniger als 25 mm beträgt. Ferner ist der minimale Oberflächenneigungswinkel 44, der sich auf der der Oberfläche 22 abgewandten Seite der Projektionslinse 34 befindet, derart gewählt, dass der größte Abstand 52 (vgl. 2a) - unter dem die Ausleuchtung der Laser-Projektionslinie 20 noch im Wesentlichen homogen ist -, d.h. bis zum Endpunkt 54 der Laser-Projektionslinie 20, mehr als 1500 mm beträgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007039343 A1 [0002]
- EP 2379983 B1 [0003]
- US 9909035 [0009]
