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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein optisches System, das einen Nutzen bei einer Bauplanung haben kann, und insbesondere auf ein System, das eine einfache Optik aufweist, die aus einem ankommenden kollimierten Laserstrahl mindestens drei orthogonale Strahlen erzeugt.
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In der Bau- und Eigenheimmodernisierungsindustrie ist es für Arbeiter durchaus üblich, während des Vorgangs eines Planens eines Raums eine Horizontale und eine Normale entlang einer Wand oder einem potenziellen Wandstandort zu bestimmen sowie eine Lotrechte von einem Boden zu einer Decke zu finden. Es ist vorteilhaft, diese Messungen mit einer Vorrichtung zu einer Zeit und an einem zusammenfallenden Punkt vorzunehmen. Wenn die Messungen gleichzeitig mit einer einzigen Vorrichtung von einem zusammenfallenden Punkt aus gemacht werden, erhöht sich die Genauigkeit der gemachten Messungen. Dadurch, dass während des Vorgangs eine Messungsvorrichtung nicht von Punkt zu Punkt bewegt wird, werden Ungenauigkeiten, die sonst auftreten könnten, beseitigt. Zusätzlich ist eine allein arbeitende Person fähig, eine Horizontale, Normale und Lotrechte gleichzeitig von einem zusammenfallenden Punkt aus zu bestimmen. Es ist besonders vorteilhaft, die Horizontale, Normale und Lotrechte mit Lichtstrahlen zu bestimmen. Dies beseitigt den Bedarf nach einem Senkblei und erfordert nicht, dass die Wände ausgedehnt markiert werden. Eine einzige Vorrichtung, die normale, horizontale und lotrechte Lichtstrahlen erzeugt, erlaubt eine Bedienung durch einen einzigen Arbeiter.
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Aktuell sind mehrere Vorrichtungen kommerziell verfügbar, die dabei helfen, Messungen einer Horizontalen, Normalen und Lotrechten unter Verwendung sichtbarer Lichtstrahlen vorzunehmen. Diese Vorrichtungen sind jedoch hinsichtlich eines Aufbaus etwas kompliziert und daher aufwendig anzufertigen. Die aktuell verfügbaren kommerziellen Vorrichtungen haben typischerweise eine oder mehrere Laserdioden und komplexe mehrteilige Optikbaugruppen. Wegen dieser Komplexität können solche Vorrichtungen eine sorgfältige Kalibrierung und Korrektur erfordern.
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Aus der
DE 1772275 C3 ist ein Prismensatz mit zumindest einer Blende bekannt. Bei dem Prismensatz mit zumindest einer Blende zwischen zwei miteinander verkitteten Prismen ist die Blende als Farbschicht im Siebdruck auf die Prismenfläche aufgebracht.
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Die
US 6,154,319 A diskutiert eine mehrachsige Laserstrahlerzeugung. Dieses System, das vorzugsweise bei Laserausrichtungsinstrumenten verwendet wird, erzeugt fünf orthogonale Strahlen von einem einzigen Laserdiodenstrahl.
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Die
US 6,694,630 B2 beschreibt einen multiaxialen Laseremitter mit einem optischen Strahlteiler. Der multiaxiale Laseremitter umfasst einen optischen Strahlteiler mit wenigstens zwei beschichteten reflektierenden Spiegeloberflächen, die senkrecht zueinander orientiert sind, die jeweils um einem Winkel von 45° orientiert sind, um einen Hauptstrahl einer Laserlichtquelle zu kollimieren, und die bei einem Winkel von 90° zueinander orentiert sind.
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Die
EP 1 067 422 A2 offenbart einen Strahlteiler zur Aufspaltung eines Lichtstrahlbündels in Teilstrahlenbündel. Ein Strahlteiler zur Aufspaltung eines Lichtstrahlbündels in Teilstrahlbündel besitzt eine Anzahl von reflektierenden Flächen, die im Strahlengang eines von einer Lichtquelle erzeugten, kollimierten, primären Lichtstrahlbündels angeordnet sind.
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Aus der
US 2005/0225870 A1 ist ein optisches System bekannt, das vier Strahlen aus einer einzigen Quelle bereitstellt. Das System zum Erzeugen von orthogonalen Strahlen enthält eine Laserdiode, welche in Verbindung mit einer kollimierten Linse, einer Blende und einer einfachen kompakten Optik betrieben wird.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einem Laseroptiksystem, das horizontale, normale und lotrechte Lichtstrahlen von einem zusammenfallenden Punkt aus erzeugt. Ein solches System sollte hinsichtlich seines Entwurfs einfach sein, jedoch auch wirtschaftlich, genau, effizient, leicht herzustellen und leicht zusammenzubauen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein optisches System zum Erzeugen orthogonaler Strahlen offenbart. Eine Lichtquelle erzeugt einen Laserlichtstrahl, der dann durch eine Kollimierlinse und eine Blendenanordnung fokussiert wird, um mindestens drei kollimierte parallele Laserlichtstrahlen zu erzeugen. Diese drei kollimierten parallelen Laserlichtstrahlen werden auf eine Optik gestrahlt. Die Optik ihrerseits reflektiert die drei kollimierten parallelen Laserlichtstrahlen und lässt dieselben durch, um mindestens vier orthogonale Lichtstrahlen zu erzeugen. Die orthogonalen Lichtstrahlen sind orientiert und positioniert, um zu erscheinen, als ob sie an einem einzigen zusammenfallenden Punkt entstanden wären. Zusätzlich sind die vier orthogonalen Lichtstrahlen im Allgemeinen von einer gleichen Stärke.
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Die Optik umfasst mindestens vier miteinander verbundene Komponenten. Eine der Komponenten ist eine rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponente. Die Hypotenusenfläche der rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponente ist positioniert und mit einem teilweise reflektierenden Material beschichtet, um einen der kollimierten parallelen Laserlichtstrahlen sowohl zu reflektieren als auch durchzulassen. Zwei der anderen Optikkomponenten sind rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponenten. Diese rechtwinkligen trapezförmigen Festkörperkomponenten sind jeweils positioniert, um zwei der kollimierten parallelen Laserlichtstrahlen in entgegengesetzten Richtungen zu reflektieren. Die letzte Komponente ist eine andere rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponente. Die Winkelfläche dieses rechtwinkligen trapezförmigen Festkörpers ist benachbart zu der mit dem reflektierenden Material beschichteten Hypotenusenfläche der rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponente positioniert, um einen Quader zu bilden. Die rechtwinlige dreieckige Festkörperkomponente und die rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponente haben den gleichen Brechungsindex. Die rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponente lässt daher den Anteil des Strahls, der durch die rechtwinklige dreieckige Komponente durchgelassen wird, ohne eine Brechung durch.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind Glasstreifen verwendet, um die Optik zwischen angrenzenden optischen Komponenten ohne die Verwendung eines Haftmittels miteinander zu verbinden.
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Gemäß einem noch anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat die rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponente eine zweite Fläche, die mit einem reflektierenden Material beschichtet ist, um einen der kollimierten Laserlichtstrahlen sowohl zu reflektieren als auch durchzulassen, wodurch entlang der -x-Achse ein zusätzlicher orthogonaler Lichtstrahl erzeugt wird.
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Gemäß einem noch anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, anstatt dass das reflektierende Material auf die Hypotenusenfläche der rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponente aufgebracht ist, das reflektierende Material auf die Winkelfläche der rechtwinkligen trapezförmigen Festkörperkomponente aufgebracht, die benachbart zu der Hypotenusenfläche der rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponente positioniert ist.
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Gemäß einem noch anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen mindestens vier rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponenten die Optik auf. Die Winkelfläche einer der rechtwinkligen trapezförmigen Festkörperkomponenten ist benachbart zu der Winkelfläche einer anderen rechtwinkligen trapezförmigen Festkörperkomponente positioniert, um einen Quader zu bilden. Eine der Winkelflächen der rechtwinkligen trapezförmigen Festkörperkomponenten ist mit einem reflektierenden Material beschichtet, um den ankommenden kollimierten Laserlichtstrahl sowohl zu reflektieren als auch durchzulassen. Diese zwei rechtwinkligen trapezförmigen Festkörperkomponenten, die den Quader aufweisen, haben den gleichen Brechungsindex. Die zwei anderen rechtwinkligen trapezförmigen Festkörperkomponenten sind positioniert, um Laserlichtstrahlen in entgegengesetzten Richtungen zu reflektieren.
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Gemäß einem erläuternden Beispiel sind mindestens vier rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponenten verwendet, um die Optik aufzubauen. Die Hypotenusenfläche einer der rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponenten ist benachbart zu der Hypotenusenfläche einer anderen rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponente positioniert, um einen Hexaeder zu bilden. Eine der Hypotenusenflächen der rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponenten ist mit einem reflektierenden Material beschichtet, um den ankommenden kollimierten Laserlichtstrahl sowohl zu reflektieren als auch durchzulassen. Die zwei rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponenten, die den Hexaeder bilden, haben den gleichen Brechungsindex. Die zwei anderen rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponenten sind positioniert, um die kollimierten Laserlichtstrahlen in entgegengesetzten Richtungen zu reflektieren.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind mindestens sechs rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponenten angeordnet, um eine Quaderoptik zu bilden. Die Quaderform erhöht die Leichtigkeit sowohl einer Herstellung als auch eines Zusammenbaus.
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Gemäß einem anderen erläuternden Beispiel der vorliegenden Erfindung weist die Optik mindestens drei miteinander verbundene Komponenten auf. Eine der Komponenten ist eine rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponente. Die Hypotenusenfläche der rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponente ist positioniert und mit einem teilweise reflektierenden Material beschichtet, um einen der kollimierten parallelen Laserlichtstrahlen sowohl zu reflektieren als auch durchzulassen. Eine andere Optikkomponente ist eine rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponente. Diese rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponente ist positioniert, um einen der kollimierten parallelen Laserlichtstrahlen entlang der y-Achse zu reflektieren. Die letzte Komponente ist eine andere rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponente. Die Winkelfläche dieses rechtwinkligen trapezförmigen Festkörpers ist benachbart zu der mit dem reflektierenden Material beschichteten Hypotenusenfläche der rechtwinkligen dreieckigen Festkörperkomponente positioniert, um einen Quader zu bilden. Die rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponente und die rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponente haben den gleichen Brechungsindex. Die rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponente lässt daher den Anteil des Strahls, der durch die rechtwinklige dreieckige Komponente durchgelassen wird, ohne eine Brechung durch.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein optisches System zum Erzeugen orthogonaler Strahlen offenbart. Eine Lichtquelle erzeugt einen Laserlichtstrahl, der dann durch eine Kollimierlinse fokussiert wird, um einen kollimierten Laserlichtstrahl zu erzeugen. Dieser kollimierte Laserlichtstrahl wird auf eine Optik gestrahlt. Die Optik ihrerseits reflektiert den Laserlichtstrahl und lässt denselben durch, um mehrere orthogonale Lichtstrahlen zu erzeugen. Die orthogonalen Lichtstrahlen sind orientiert und positioniert, um zu erscheinen, als ob sie an einem einzigen zusammenfallenden Punkt entstanden wären. Zusätzlich sind die orthogonalen Lichtstrahlen im Allgemeinen von einer gleichen Stärke.
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Gemäß einem noch anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein optisches System zum Erzeugen orthogonaler Strahlen offenbart. Eine Lichtquelle erzeugt einen Laserlichtstrahl, der dann durch eine Kollimierlinse fokussiert wird, um einen kollimierten Laserlichtstrahl zu erzeugen. Dieser kollimierte Laserlichtstrahl wird auf eine Optik gestrahlt. Auf die Optik ist eine Blende klotzgedruckt. Die Optik ihrerseits reflektiert den Laserlichtstrahl und lässt denselben durch, um mehrere orthogonale Lichtstrahlen zu erzeugen. Die orthogonalen Lichtstrahlen sind orientiert und positioniert, um zu erscheinen, als ob sie an einem einzigen zusammenfallenden Punkt entstanden wären. Zusätzlich sind die orthogonalen Lichtstrahlen im Allgemeinen von einer gleichen Stärke.
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Es ist demgemäß ein Merkmal von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu haben, die eine einzige Laserquelle und eine einfache Optik umfasst, die mehrere orthogonale Strahlen, die aus einem gemeinsamen Punkt entstehen, genau erzeugt. Die Optik ist hinsichtlich eines Aufbaus einfach, leicht herzustellen und erfordert keine komplizierte Kalibrierung oder Einstellung. Da der Entwurf der Optik einfach ist, ist der Aufwand der Optikkomponenten minimiert.
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Andere Merkmale von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der Beschreibung der hierin ausgeführten Erfindung offensichtlich.
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Die folgende detaillierte Beschreibung spezifischer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann am besten verstanden werden, wenn dieselbe in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, in denen eine gleiche Struktur mit gleichen Bezugsziffern angezeigt wird. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des Systems, das eine Laserdiode, eine Kollimierlinse, eine Blende und eine einfache Optik für die Erzeugung von vier orthogonalen Strahlen aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems, die drei rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponenten und eine rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponente aufweist und von einem zusammenfallenden Punkt aus vier orthogonale Strahlen erzeugt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2A eine Explosionsansicht der Optik von 2;
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3 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems, die mit Glasstreifen verbunden ist, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems, die vier rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponenten aufweist, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4A eine Explosionsansicht der Optik von 4;
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5 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems, die vier rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponenten, die durch die Verwendung von Glasstreifen verbunden sind, aufweist, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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6 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems, die vier rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponenten aufweist, gemäß einem erläuternden Beispiel der vorliegenden Erfindung;
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6A eine Explosionsansicht der Optik von 6;
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7 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems, die sechs rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponenten, die eine Quaderoptik bilden, aufweist, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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7A eine Explosionsansicht der Optik von 7;
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8 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems, die drei rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponenten und eine rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponente aufweist und von einem zusammenfallenden Punkt aus fünf orthogonale Strahlen erzeugt, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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8A eine Explosionsansicht der Optik von 8;
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9 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems, die zwei rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponenten und eine rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponente aufweist und von einem zusammenfallenden Punkt aus drei orthogonale Strahlen erzeugt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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9A eine Explosionsansicht der Optik von 9;
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10 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems, die zwei rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponenten und eine rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponente aufweist und von einem zusammenfallenden Punkt aus vier orthogonale Strahlen erzeugt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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11 eine schematische Darstellung des Systems, das eine Laserdiode, eine Kollimierlinse, eine einfache Optik und eine gedruckte Blende, die auf die einfache Optik gedruckt ist, für die Erzeugung von vier orthogonalen Strahlen aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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12 eine perspektivische Ansicht der Optik des Systems, die zwei rechtwinklige trapezförmige Festkörperkomponenten und eine rechtwinklige dreieckige Festkörperkomponente aufweist und von einem zusammenfallenden Punkt aus vier orthogonale Strahlen erzeugt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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1 stellt ein System 10 dar, das eine einzige Lichtquelle 15 aufweist, die einen Lichtstrahl 17 erzeugt, der auf eine Optik 40 strahlt. Die Optik 40 ihrerseits erzeugt vier orthogonale Strahlen 41, 42, 43, 44, die orientiert und ausgerichtet sind, um zu erscheinen, als ob sie aus einem einzigen zusammenfallenden Punkt innerhalb der Optik 40 entstehen würden. Die Lichtquelle 15 ist vorzugsweise eine Laserdiode, die einen Lichtstrahl 17 erzeugt, der allgemein hinsichtlich eines Querschnitts elliptisch ist. Der Lichtstrahl 17 wird im Allgemeinen entlang der y-Achse projiziert. Der elliptische Laserlichtstrahl 17 geht durch eine Kollimierlinse 20 und erzeugt zusammen mit einer Blende 30 drei parallele, kollimierte Laserlichtstrahlen 32, 34 und 36. Der Strahl 34, der „Horizontale”-Strahl, hat näherungsweise die halbe Stärke der Summe der abgeblendeten Strahlen 17. Die Strahlen 32 und 36, die „Lotrechte”-Strahlen, haben jeweils näherungsweise ein Viertel der Stärke der Summe der abgeblendeten Strahlen 17. Die drei Strahlen 32, 34 und 36 werden auf die Optik 40 projiziert. Die Optik 40 reflektiert die drei Strahlen 32, 34 und 36 und lässt dieselben auch durch, um vier orthogonale Strahlen 41, 42, 43, 44 einer etwa gleichen Stärke zu erzeugen, die orientiert und ausgerichtet sind, um zu erscheinen, als ob sie aus einem einzigen zusammenfallenden Punkt innerhalb der Optik 40 entstehen würden.
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Die Optik 40 weist optische Komponenten auf. Jede optische Komponente hat eine einfache geometrische Form. Die optischen Komponenten können ein Borsilikatkronglas, wie beispielsweise ein BK7-Glas, aufweisen. Die optischen Komponenten können vorzugsweise eine Optikoberflächenebenheit von einer viertel Wellenlänge bei 635 nm haben.
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Nun auf 2 und 2A Bezug nehmend, sind bei einem Ausführungsbeispiel vier optische Komponenten mit zwei einfachen geometrischen Formen verwendet, um die Optik 40 zu erzeugen. Eine optische Komponente ist ein rechtwinkliger dreieckiger Festkörper 54, die Strahlteileroptik. Die Strahlteileroptik 54 ist vorzugsweise entworfen, um zwischen Wellenlängen von etwa 620 nm und 650 nm in Betrieb zu sein und ist vorzugsweise für eine S-Polarisation entlang der Hypotenusenfläche 55 des rechtwinkligen dreieckigen Festkörpers 54 entworfen. Die anderen Flächen des rechtwinkligen dreieckigen Festkörpers 54 haben vorzugsweise eine dielektrische Mehrschicht-Antireflex-(AR-)Beschichtung, die vorzugsweise ein Durchlassen von mehr als etwa 97% des Laserlichts durch dieselbe erlaubt. Der rechtwinklige dreieckige Festkörper 54 ist ein fünfseitiger Festkörper, der zwei rechtwinklige dreieckige Flächen und drei rechteckige Flächen aufweist.
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Die drei anderen optischen Komponenten der Optik 40 sind rechtwinklige trapezförmige Festkörper 50, 52. Die rechtwinkligen trapezförmigen Festkörper 50, 52 sind sechsseitige Festkörper, die zwei rechtwinklige trapezförmige Flächen und vier rechteckige Flächen aufweisen. Die rechtwinkligen trapezförmigen Festkörper 50, 52 sind vorzugsweise entworfen, um bei einer Wellenlänge zwischen etwa 620 nm und 650 nm mit einer bevorzugten Wellenlänge von 635 nm in Betrieb zu sein. Die Winkelfläche 51 des rechtwinkligen trapezförmigen Festkörpers 50, 52 ist um 45° zu der entgegengesetzten Fläche orientiert. Zwei rechtwinklige trapezförmige Festkörper 50, die 90-Grad-Optik, sind positioniert, um die zwei „Lotrechte”-Strahlen 32, 36 einer Viertelstärke von den Winkelflächen 51 derselben in entgegengesetzten Richtungen 41, 44 zu reflektieren, um entlang der z-Achse eine Lotrechte zu bilden. Jede Winkelfläche 51 hat vorzugsweise eine geschützte Beschichtung aus verbessertem Aluminium mit einer Reflektivität von vorzugsweise mehr als etwa 93% für eine P-Polarisation mit einem Durchlassen von vorzugsweise weniger als etwa 0,05% eines Laserlichts. Der dritte rechtwinklige trapezförmige Festkörper 52, die Horizontaloptik, ist positioniert, so dass die Winkelfläche 51 desselben zu der Hypotenusenfläche 55 der Strahlteileroptik 54 benachbart ist und an dieselbe anstößt. Die zwei Festkörper bilden zusammen einen Quader. Dieser Quader ist zwischen den längeren der zwei parallelen Flächen 53 der zwei 90-Grad-Optiken 50 positioniert. Die gerade, nicht-parallele Seite 57 der Horizontaloptik 52 ist vorzugsweise mit der dielektrischen Mehrschicht-AR-Beschichtung beschichtet. Da sowohl der rechtwinklige dreieckige Festkörper 54 als auch die rechtwinkligen trapezförmigen Festkörper 50, 52 einfache geometrische Formen sind, ist sowohl ein Herstellen der Optikkomponenten als auch ein Zusammenbauen der Optik 40 leichter und weniger aufwendig.
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Bei einem erläuternden Beispiel ist die Hypotenusenfläche 55 der Strahlteileroptik 54 mit einem reflektierenden Material beschichtet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Winkelfläche 51 der Horizontaloptik 52 mit dem reflektierenden Material beschichtet. In beiden Fällen teilt das reflektierende Material einen ankommenden Horizontale-Strahl 34 bei einem Einfallswinkel von 45° in Hälften. Eine Hälfte des ankommenden Horizontale-Strahls 34 wird entlang der y-Achse durch die Horizontaloptik 52 durchgelassen und bildet den Horizontalstrahl 42 mit näherungsweise einer Hälfte der Stärke des ankommenden Horizontale-Strahls 34 oder einem Viertel der Stärke der Summe der abgeblendeten Strahlen 17. Die andere Hälfte des ankommenden Horizontale-Strahls 34 wird von dem teilweise reflektierenden Material entlang der x-Achse mit einem Winkel von neunzig Grad reflektiert und bildet den Normalstrahl 43 mit näherungsweise einem Viertel der Stärke des ankommenden Horizontale-Strahls 34 oder einem Viertel der Stärke des ursprünglichen Lichtstrahls 17. Da die Horizontaloptik 52 den gleichen Brechungsindex wie die Strahlteileroptik 54 hat, erfolgt bei der Schnittstelle zwischen der Horizontaloptik 52 und der Strahlteileroptik 54 keine Brechung des durchgelassenen Strahls 42. Als ein Resultat verlässt der durchgelassene Strahl 42 die Horizontaloptik 52 in einer Richtung, die orthogonal zu dem reflektierten Strahl 43 ist.
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Die Komponenten 50, 52, 54 der Optik 40 können mit einem Haftmittel miteinander verbunden sein. Das Haftmittel wird so aufgebracht, dass das Durchlassen und die Reflexion der ankommenden Strahlen 32, 34, 36 nicht gestört werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, sind die Komponenten 50, 52, 54 der Optik 40 durch die Verwendung von Glasstreifen 56 miteinander verbunden. Die Glasstreifen 56 sind typischerweise an Komponenten der Optik 40 angebracht und liefern eine zusätzliche strukturelle Integrität. Die Glasstreifen 56 sind durch ein Haftmittel mit den Komponenten 50, 52 und 54 verbunden. Das Haftmittel zwischen den Glasstreifen 56 und den optischen Komponenten 50, 52, 54 ersetzt das Haftmittel zwischen den angrenzenden Flächen der Komponenten 50, 52 und 54. Durch Beseitigen eines Haftmittels zwischen angrenzenden Flächen wird die herstellbare Genauigkeit der orthogonalen Strahlen 41, 42, 43, 44 verbessert.
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4 und 4A stellen ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die vier Komponenten, die die Optik 40 umfassen, alle von der gleichen geometrischen Form, der Form eines rechtwinkligen trapezförmigen Festkörpers, die für drei der Komponenten des vorhergehenden Ausführungsbeispiels verwendet war. Bei diesem Ausführungsbeispiel ersetzt eine andere Horizontaloptik 52 die Strahlteileroptik 54 von 2, um den Quader zu bilden. Dieser Quader ist ähnlich zu dem im Vorhergehenden unter 2 beschriebenen, obgleich dieser Quader entlang der y-Achse etwas länger ist. Dieser Quader ist ebenfalls, wie im Vorhergehenden bei 2 beschrieben wurde, zwischen den längeren parallelen Seiten der zwei Neunzig-Grad-Optiken 50 positioniert. Eine der Winkelflächen 51 der zwei Horizontaloptiken 52 ist mit dem teilweise reflektierenden Material beschichtet, um die durchgelassenen und reflektierten Strahlen 42, 43 zu erzeugen. Die vier Optikkomponenten 50, 52 der Optik 40 können wieder entweder durch ein Haftmittel oder durch Glasstreifen 56 zusammen mit einem Haftmittel miteinander verbunden sein, wie in 5 dargestellt ist.
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6 und 6A stellen ein noch anderes erläuterndes Beispiel der Optik 40 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind, anstatt, wie im Vorhergehenden für 4 beschrieben, vier rechtwinklige trapezförmige Festkörper 50, 52 zu verwenden, um die Optik 40 zu bilden, vier rechtwinklige dreieckige Festkörper 54, 60, 62 verwendet. Zwei rechtwinklige dreieckige Festkörper 60 sind auf die gleiche Art und Weise wie die im Vorhergehenden für 2 erörterten Neunzig-Grad-Optiken 50 beschichtet, um Strahlen 32 und 36 um neunzig Grad zu reflektieren, um entlang der z-Achse die reflektierten Strahlen 41 und 44 zu erzeugen. Zusätzlich ersetzt ein anderer rechtwinkliger dreieckiger Festkörper 62 die Horizontaloptik 52, um einen Hexaeder zu bilden, der zwischen den zwei rechtwinkligen dreieckigen Festkörpern 60 positioniert ist. Eine der Hypotenusenflächen der zwei rechtwinkligen dreieckigen Festkörper 54, 62 ist mit einem teilweise reflektierenden Material beschichtet, um auf die gleiche Art und Weise wie im Vorhergehenden erörtert die durchgelassenen und reflektierten Strahlen 42, 43 zu erzeugen.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Optik 40 der vorliegenden Erfindung, das in 7 und 7A dargestellt ist, baut auf der im Vorhergehenden bei 6 erörterten Optik 40 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sechs rechtwinklige dreieckige Festkörper 54 verwendet, um eine Quaderoptik 40 zu erzeugen. Dies wird durch Hinzufügen von zwei zusätzlichen rechtwinkligen dreieckigen Festkörpern 64 zu der Optik 40 zustande gebracht. Die zwei rechtwinkligen dreieckigen Festkörper 64 sind auf der dreieckigen Neunzig-Grad-Optik 62 positioniert, um Hexaeder zu bilden. Das Hinzufügen der zwei rechtwinkligen dreieckigen Festkörper 64 resultiert darin, dass drei Hexaeder übereinander gestapelt sind, um einen Quader zu bilden. Aufgrund ihrer einfachen Geometrie vereinfacht eine Quaderoptik 40 ein Herstellen und Zusammenbauen des Systems 10, wodurch der Gesamtaufwand des Systems 10 reduziert wird.
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8 und 8A stellen noch ein anderes Ausführungsbeispiel einer Optik 40 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der vier Optikkomponenten 50, 52, 54 die gleiche wie die in 2 dargestellte. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch zwei Flächen mit dem reflektierenden Material beschichtet. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die zwei beschichteten Flächen die Hypotenusenfläche 55 des rechtwinkligen dreieckigen Festkörpers 54 und die Fläche 58 des rechtwinkligen dreieckigen Festkörpers 54, durch die der ankommende Horizontale-Strahl 34 nicht durchgelassen wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die zwei beschichteten Flächen die Winkelfläche 51 der Horizontaloptik 52 und die Nicht-Hypotenusen-Fläche 58 des rechtwinkligen dreieckigen Festkörpers 54, durch die der ankommende Horizontale-Strahl 34 nicht durchgelassen wird. Durch Beschichten der zusätzlichen Fläche 58 des rechtwinkligen dreieckigen Festkörpers 54 mit dem reflektierenden Material wird entlang der -x-Achse und in der entgegengesetzten Richtung eines reflektierten Strahls 43 ein fünfter orthogonaler Strahl 45 erzeugt. Die Beschichtungen mit einem reflektierenden Material auf den Flächen 58 und 55 können gehandhabt werden, um variierende Stärkeverhältnisse von Strahlen 42, 43, 45 bezüglich des einfallenden Strahls 34 zu erreichen.
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Nun Bezug nehmend auf 9 und 9A, sind bei einem noch anderen Ausführungsbeispiel drei optische Komponenten mit zwei einfachen geometrischen Formen verwendet, um die Optik 40 zu erzeugen. Eine optische Komponente ist ein rechtwinkliger dreieckiger Festkörper 54, die Strahlteileroptik. Die zwei anderen optischen Komponenten der Optik 40 sind rechtwinklige trapezförmige Festkörper 50, 52. Diese Optikanordnung ist ähnlich zu der in 2 dargestellten Anordnung, wobei der Unterschied darin besteht, dass diese optische Anordnung den untersten rechtwinkligen trapezförmigen Festkörper 50 nicht in sich aufweist. Es werden daher drei orthogonale Strahlen 41, 42, 43 einer etwa gleichen Stärke anstatt vier erzeugt.
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10 stellt ein noch anderes Ausführungsbeispiel einer Optik 40 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der drei Optikkomponenten 50, 52, 54 die gleiche wie die in 9 dargestellte. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch zwei Flächen mit dem reflektierenden Material beschichtet, wie in 8 und 8A dargestellt wurde, um entlang der -x-Achse und in der entgegengesetzten Richtung eines reflektierten Strahls 43 einen vierten orthogonalen Strahl 45 zu erzeugen. Wie dies bei 8 und 8A der Fall war, können die Beschichtungen mit einem reflektierenden Material auf den Flächen 58 und 55 gehandhabt werden, um variierende Stärkeverhältnisse von Strahlen 42, 43, 45 bezüglich des einfallenden Strahls 34 zu erreichen.
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11 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel des Systems 10 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Lichtstrahl 17 noch immer im Allgemeinen entlang der y-Achse projiziert. Der elliptische Laserlichtstrahl 17 geht durch eine Kollimierlinse 20 und erzeugt einen kollimierten Laserlichtstrahl. Der kollimierte Strahl wird auf die Optik 40 projiziert. Eine Blende 30 ist auf die Optik 40 selbst klotzgedruckt. Die Optik 40 erzeugt dann die vier orthogonalen Strahlen 41, 42, 43, 44 einer etwa gleichen Stärke, die orientiert und ausgerichtet sind, um zu erscheinen, als ob sie aus einem einzigen zusammenfallenden Punkt innerhalb der Optik 40 entstehen würden, wie im Vorhergehenden beschrieben wurde.
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12 stellt ein noch anderes Ausführungsbeispiel des Systems 10 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Lichtstrahl 17 noch immer im Allgemeinen entlang der y-Achse projiziert. Der elliptische Laserlichtstrahl 17 geht durch eine Kollimierlinse 20 und erzeugt ohne die Verwendung der Blende 30 einen kollimierten Laserlichtstrahl. Der kollimierte Strahl wird auf die Optik 40 projiziert und erzeugt die vier orthogonalen Strahlen 41, 42, 43, 44 einer etwa gleichen Stärke, die orientiert und ausgerichtet sind, um zu erscheinen, als ob sie aus einem einzigen zusammenfallenden Punkt innerhalb der Optik 40 entstehen würden, wie im Vorhergehenden beschrieben wurde.
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Es sei bemerkt, dass Ausdrücke wie „vorzugsweise”, „üblicherweise” und „typischerweise” hierin nicht benutzt sind, um den Schutzbereich der beanspruchten Erfindung zu begrenzen oder um anzudeuten, dass bestimmte Merkmale für die Struktur oder die Funktion der beanspruchten Erfindung kritisch, wesentlich oder sogar wichtig sind. Diese Ausdrücke sollen vielmehr lediglich alternative oder zusätzliche Merkmale hervorheben, die bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benutzt sein oder nicht benutzt sein können.
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Nachdem die Erfindung detailliert und durch Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, wird offensichtlich sein, dass Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Genauer gesagt, obwohl einige Aspekte der vorliegenden Erfindung hierin als bevorzugt oder besonders vorteilhaft identifiziert sind, ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf diese bevorzugten Aspekte der Erfindung begrenzt ist.
