DE2000316C - Vorrichtung zum optischen Markieren einer Ebene im Raum - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum optischen Markieren einer Ebene im Raum relativ zu ihrer Umgebung mit einer Lichtquelle zum Aussenden eines primären Lichtstrahls mit über seinen Querschnitt variabler Intensität und einer im Wege dieses Lichtstrahls liegenden Ablenkeinrichtung zum Überstreichen des Raumes beiderseits der zu markierenden Ebene mit dem Lichtstrahl.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung soil es einem Beobachter ermöglichen, sich mit Hilfe sei- tier Auge*: zu vergewissern, ob er sich innerhalb eines bestimmten Raumbereichs, also beispielsweise in einer vorgegebenen Horizontalebene, befindet oder nicht.

Für solche Orientierungszwecke bedient man sich bisher meist der Mittel der Funkortung. So ist beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 2 395 854 ein Funklandcsystem für Flugzeuge bekannt, bei dem ein Paar von Funksignalen ausgesandt wird, die einander teilweise überlappende Raumbereiche definieren und sich in ihrer Kennung voneinander unterscheiden. An Hand dieser Kennungsunterschlede kann ein Höhrer dieser Funksignale feststellen, ob er sich im Bereich des einen oder des anderen Funkstrahls allein oder in deren Überlappungsbereich befindet. Weiter ist aus der deutschen Auslegeschrift 1274358 ein mit einem über eine Ablenkeinrichtung geführten Laserstrahl arbeitendes optisches Leitstrahllenkungssystem für die Marinenavigation bekannt, das aber nur innerhalb eines kleinen Raumbereichs wirksam · werden kann. Andere Leit- und Lenkeinrichtungen, die teils mit Funksignalen, teils mit optischen Signalen arbeiten, sind in der deutschen Offenlegungsschrift 1448 731, der deutschen Auslegeschrift 1209440, der deutschen Patentschrift 894 165, der Österreich! sehen Patentschrift 253 802, der französischen Patentschrift 964 076 und den USA.-Patentschriften 1 948 552, 3 215 053 und 3 291 989 beschrieben.

Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine optische Möglichkeit zur Unterscheidung einer bestimmten Raumebene gegenüber ihrer Umgebung zu schaffen, die in ihrer Leistungsfähigkeit den bekannten Funkortungssystemen gleichwertig ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ablenkeinrichtung einen um eine in der Achse des primären Lichtstrahls der Lichtquelle liegende Achse rotierenden Strahlteiler enthält, der den primären Lichtstrahl in zwei etwa senkrecht dazu verlaufende sekundäre Lichtstrahlen zerlegt, deren intensitätsstärkste Querschnittsteile in zwei auf verschiedenen Seiten der zu markierenden Ebene im Raum liegenden Kegelmantelflächen, die mit der Achse des primären Lichtstrahls einen Winke! von weniger bzw. mehr als 90° bilden, umlaufen und deren intensitätsschwächere Querschnittsteile einander in der zu markierenden Ebene überlappen.

Die erfindungsgcnäß ausgebildete Vorrichtung hebt die zu markierende Ebene für das Auge eines Beobachters dadurch von ihrer Umgebung ab, ^Jaß in ihr eine geringere Lichtintensität, die gegebenenfalls bis zu völliger Dunkelheit absinken kann, herrscht, womit eine leichte Unterscheidung der markierten Ebene angesichts der rundum herrschenden höheren Lichtintensität gewährleistet ist. Die Erfindung bietet also eine einfache Möglichkeit, eine beliebig im Raum liegende vollständige Ebene optisch ?us ihrer Umgebung herauszuheben und unterscheidbar zu machen.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Raumabtastung mit dem ausgesandten Licht in der Weise erfolgen, daß der Strahlteiler die sekundären Lichtstrahlen die zu markierende Ebene jeweils mit einer höheren Abtastfrequenz überstreichen läßt als die benachbarten Raumbereiche, wobei die höhere Abtastfrequenz oberhalb und die niedrigere Abtastfrequenz unterhalb der Trägheitsgrenze des menschlichen Auges liegen kann, also zwischen Dauerlicht und Flackerlicht unterschieden wird.

Bei einer bevorzugten Ausfülirungsform der Erfindung ist der Strahiteüer ein Drcikantprismä mit die Achse des primären Lichtstrahls schneidender rechtwinkliger brechender Kante und schräg dazu verlaufender Basis.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; deren einzige Figur zeigt eine sche-

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matisch gehaltene Darstellung einer erfindungsgemäß eine höhere Intensität als in den Randbereichen seiausgebildeten Vorrichtung und der von dieser ausge- nes Querschnitts. Die sekundären Lichtstrahlen B' henden Lichtstrahlen. und B" sind daher in der Zeichnung jeweils als Keule Die dargestellte Vorrichtung enthält eine Licht- mit dem Schnittpunkt der Geraden R' bzw. R" und quelle LE für die Erzeugung eines primären Licht- S der reflektierenden Flächen des Dreikantprismas DM Strahls B mit in der Zeichnung vertikaler Achse A. als Ursprung und den Geraden Jl' bzw. R" selbst als Die Hauptbestandteile der Lichtquelle LE sind ein Mittelachse veranschaulicht, und die Länge der Radi-Laser LS, der ein nahezu paralleles Lichtbündel· mit usvektbren vom jeweiligen Keulenursprung zu den 'einer beispielsweisen Divergenz von 1 rnR (1 m/km) verschiedenen Punkten auf der Keulenumrißlinie ent-

......._ ■ negativen und einer positi· __

ven Linse, der den ursprünglichen Laserstrahl· zwecks genden reflektierende«: Flächen des Dreikantprismas leichterer späterer Aufteilung zu dem primären Licht- DM ausgehen, liegen sie ständig nicht nur überwic- «trahl B mit beispielsweise 0,1 mR Divergenz und 15 gend auf verschiedenen Seiten der Ebene R, sondern 10 mm Durchmesser dehnt. Die Einschaltung des auch einander, entgegengesetzt zur Achse A als ihrer Strahldehners BE in den Strahlengang des Laserlichts Umlaufachse. Es entsprechen sich also in der Zeichist jedoch für die Ausführung der Erfindung nicht nung zum einen die ausgezogenen Keulen für B' und notwendig, und es kann durchaus vorzuziehen sein, B" und zum anderen für einen anderen Umlaufzeitdarauf zu verzichten, da sich ein stärker divergenter ao punkt die gestrichelte Keule für B' und eine nicht ein-Lichtsfrahl leichter ausmachen läßt. gezeichnete Keule für B" oberhalb der Ebene R und

In der gezeidineten Lage dient die dargestellte links der Achsel.

Vorrichtung zum Markieren einer Horizontalebene Für ein in der zu markierenden Ebene R befindli-

im Raum, sie kann jedoch ohne weiteres schwenkbar ches und in der Zeichnung symbolisch angedeutetes gelagert sein, wobei zur Einstellung ihrer Lage im 25 Beobachterauge lassen bei jeder Umdrehung des Raum eine oder auch mehrere und senkrecht zuein- Dreikantprismas DM durch den Motor M sowohl der ander angeordnete Libellen MO beispielsweise an der Lichtstrahl B' als auch der Lichtstrahl B" je einen Lichtquelle LE dienen können, und gestattet dann die Lichtblitz gleicher Intensität erscheinen. Bei einer Markierung beliebiger Raumebenen. Drehzahl von / Umdrehungen je Zeiteinheit für Mo-

Die dargestellte Vorrichtung besitzt weiter eine 3° tor M und Dreikantprisma DAi folgen dahsr für die-Ablenkeinrichtung MS zum Auslenken des Licht- ses Beobachterauge die Lichtblitze mit einer Abtast-' Strahls B, die als optisch wirksamen Bestandteil ein frequenz von 2/ aufeinander, und bei einem bei- _ Dreikantprisma DM enthält, das in einen Träger SU spielsweise angenommenen Drehzahlwert von 20 Hz eingesetzt ist, der seinerseits auf einer zum Licht- nimmt das Beobachterauge die mit 2/ = 40Hz aufstrahl B koaxialen Welle SH sitzt, die unter Antrieb 35 einanderfolgenden Lichtblize als kontinuierliches ■'.. durch einen Motor M.eine Rotation des Dreikantpris- Licht wahr.

, mas DM um die Achse A des Lichtstrahls B bewirken Für ein in Richtung der Geraden R' oder R" blik-

' kann. Das Dreikantprisma DM sitzt mit seiner Basis kendes Beobachterauge hingegen führen jeweils nur schräg zur Welle SH im Träger SU und besitzt eine der Lichtstrahl B' oder der Lichtstrahl B" zu einem rechtwinklige brechende Kante, die den Lichtstrahl B 40 Lichtblitz je Umdrehung des Dreikantprismas um die in seinem Zentrum durchquert. Entsprechend der Achse A: für ein solches Beobachterauge folgen da-Schräglage des Dreikantprismas DM weist auch die her die Lichtblitze mit einer der einfachen Drehzahl / den rechten Winkel an dessen brechender Kante hai- von Motor M und Dreikantprisma DM entsprechenbierende Ebene eine geringe Neigung gegen die den Abtastfrequenz aufeinander und erscheinen bei Achse des Lichtstrahls B auf. Damit wirkt das Drei- 45 der angenommenen Drehzahl von 20 Hz als Flackerkantprisma DM für den primären Lichtstrahl B licht.

gleichzeitig als Ablenkorgan und als Strahlteiler und In dem zwischen den Geraden R' und R" zu beierzeugt aus dem primären Lichtstrahl B zwei sekun- den Seiten der Ebene R gelegenen Raumbereich fühdäre Lichtstrahlen B' und B" für die Raumabtastung. ren zwar jeweils sowohl der Lichtstrahl B' als auch Durch die Rotation des Dreikantprismas DM um die 50 der Lichtstrahl B" für ein dort befindliches Beobach-Achse A überstreichen die sekundären Lichtstrahlen terauge zu einem Lichtblitz pro Umdrehung des Drei- B' und B" die zu markierende Ebene, die in der kantprismas DM, jedoch unterscheiden sich in die-Zeichnung durch ihre Schnittgerade R mit der Zei- sem Raumbereich die auf die beiden Lichtstrahlen chenebene angede 3t ist, gemeinsam und Teile der zurückgehenden Lichtblitze in ihrer Intensität vonzu beiden Seiten der EbeneR liegenden Raumbe- 55 einander, wobei oberhalb der Ebene/? der Lichtreiche jeweils allein, da ihre in der Zeichnung durch strahl B" und unterhalo der Ebene J? der Lichtstrahl strichpunktierte Gerade R' bzw. R" wiedergegebenen B' die intensitätsstärkeren Lichtblitze erzeugt. Durch Achse 1 mit der Achse A des primären Lichtstrahls B passende Wahl des Winkels zwischen den Geraden R' jeweils einen Winkel von geringfügig weniger bzw. und R" läßt sich schon für geringe Abweichungen de; geringfügig mehr als 90° bilden. Die Achsen der se- 60 Lage Jes Beobachterauges gegenüber der Ebene R kundären Lichtstrahlen B' und B" laufen also wäh- ein großer Intensitätsunterschied zwischen den Licht- xcnil der Rotation des Dreikantprismas DM um die blitzen durch die beiden Lichtstrahlen B' und B" er-Achse A jeweils auf einer Kegelmantelfläche um, de- reichen.

ren Scheitel auf der Achse A Hegt und die jeweils eine Die dargestellte Vorrichtung erzeugt also für die

der Geraden R' bzw. R" zur Erzeugenden hat 65 Ebene R deutlich andere Lichtverhältnisse als für dc-

Die Intensitätsverteiiüng über den Querschnitt ren Umgebung und macht damit diese Ebene R für

'■· eines Laserstrahls ist bekanntlich ungleichmäßig, und ein Beobachterauge deutlich von ihrer Umgebung un-

)' zwar herrscht jeweils im Zentrum des Laserstrahls terscheidbar.

Hierzu i Blau Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum optischen Markieren einer Ebene jm Raum relativ zu ihrer Umgebung mit einer Lichtquelle zum Aussenden eines primären Lichtstrahls mit über seinen Querschnitt variabler Intensität und einer im Wege dieses Lichtstrahls liegenden Ablenkeinrichtung zum Überstreichen des Raumes beiderseits der zu, markierenden Ebene mit dem Lichtstrahl, dadurch gekennzeichnet, 'daß die Ablenkeinrichtung (MS) einen um eine in der Achse (A) des primären Lichtstrahls (B) der Lichtquelle (LE) liegende Achse (Welle SH) rotierenden Strahlteiler (Prisma DM) enthält, der den primären Lichtstrahl (B) in zwei etwa senkrecht dazu verlaufende sekundäre Lichtstrahlen (B' und B") zerlegt, deren intensitätsstärkste Querschnittsteile in zwei auf verschiedenen Seiten der zu markieren- w den Ebene (R) im Raum liegenden Kegelmantel-

flachen (R' bzw. R"), die mit der Achse (A) des primären 1 .ichstrahls yB) einen Winkel von weniger (R') bzw. mehr (R') als 90° bilden, umlaufen und deren intensitätsschwächere Querschnittsteile as einander in der zu markierenden Ebene (R) überlappen.

2. Vorrichtung wach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (DM) die sekundären Lichtstrahlen (B' und B") die zu markierende Ebene (R) jeweils mit einer höheren Abiastfrequenz überstreichen läßt als die benachbarten Raumbereiche (R' bzw. R").

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die höhere Abtastfrequenz oberhalb und die niedrigere Abtastfrequenz unterhalb der Trägheitsgrenze des menschlichen Auges liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler ein Dreikantprisma (DM) mit die Achse (A) des primären Lichtstrahls (B) schneidender rechtwinkliger brechender Kante und schräg dazu verlaufender Basis ist.