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Die Erfindung betrifft einen Markierungsprojektor, insbesondere Bauprojektor, mit zumindest einer Lichterzeugungsvorrichtung und zumindest einer Lichtauskopplungseinrichtung zum Auskoppeln von wenigstens einem Teil des durch die zumindest eine Lichterzeugungsvorrichtung erzeugten Lichts aus dem Markierungsprojektor, wobei die zumindest eine Lichtauskopplungseinrichtung über einen Strahlengang lichtleitend mit der zumindest einen Lichterzeugungsvorrichtung verbunden ist.
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Gattungsgemäße Markierungsprojektoren werden beispielsweise dafür verwendet, eine oder mehrere an einer Wand sichtbare Linien (oder einen oder mehrere Punkte) oder ein Gitternetz zu erzeugen. Um zu erreichen, dass die sichtbare Linie tatsächlich waagrecht verläuft, können die Markierungsprojektoren mit Mitteln versehen sein, die einen Ausgleich einer Bodenschräge erlauben (zum Beispiel an der Bodenplatte angebrachte höhenverstellbare Füße, eine pendelnde Aufhängung der Lichterzeugungsvorrichtung oder eine motorische Verstellmöglichkeit der Lichterzeugungsvorrichtung) und so eine lotrechte Ausrichtung der Markierungsprojektoren bewirken. Gattungsgemäße Markierungsprojektoren können auch dazu verwendet werden, Schrägen, Neigungen und dergleichen zu markieren.
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Sind die Markierungsprojektoren für den Einsatz auf Baustellen ausgebildet, spricht man auch von Bauprojektoren.
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Beim Stand der Technik verlaufen die Strahlengänge zwischen der zumindest einen Lichterzeugungsvorrichtung und der zumindest einen Lichtauskopplungseinrichtung frei im Gehäuseinneren des Markierungsprojektors. Zur Einstellung der geometrischen Eigenschaften des Lichtstrahls sind im Strahlengang diverse optische Elemente wie zum Beispiel Kollimationslinsen, Sammellinsen oder Zerstreuungslinsen angeordnet, wodurch es relativ schwierig ist, die Strahlengänge korrekt zu justieren. Außerdem ergibt sich ein relativ großer Platzbedarf im Markierungsprojektor und somit die Notwendigkeit eines relativ großen Gehäuses des Markierungsprojektors.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Markierungsprojektor derart weiterzubilden, dass der Strahlengang zwischen der zumindest einen Lichterzeugungsvorrichtung und der zumindest einen Lichtauskopplungseinrichtung einfacher und damit leichter justierbar und kompakter gestaltet werden kann als beim Stand der Technik.
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Diese Aufgabe wird durch einen Markierungsprojektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Durch die Verwendung eines auf der Oberfläche eines flächigen Substrats ausgehärteten, flüssigen oder gelartigen Lichtleiters zum Führen des Lichtstrahls zwischen der Lichterzeugungsvorrichtung und der Lichtauskopplungseinrichtung lassen sich die geometrischen Eigenschaften des Lichtstrahls auf einfache Weise kontrollieren. Es ergibt sich ein reduzierter Justageaufwand.
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Außerdem ergibt sich durch die einfache Ausgestaltung des Strahlengangs (idealerweise verläuft dieser im Wesentlichen vollständig im Lichtleiter entlang des flächigen Substrates) eine verringerte Baugröße des erfindungsgemäßen Markierungsprojektors im Vergleich zum Stand der Technik.
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Im Vergleich mit einem Lichtleiter in Form eines Glasfaserkabels ergibt sich durch die Verwendung des auf der Oberfläche eines flächigen Substrats ausgehärteten, flüssigen oder gelartigen Lichtleiters der Vorteil, dass ein starres Substrat mit vorgegebenen und nicht mehr veränderbaren geometrischen Eigenschaften eingesetzt werden kann, was die werkseitige Kalibrierung des Strahlengangs erleichtert und Verschlechterungen beim Gebrauch auf der Baustelle oder dergleichen ausschließt. Alternativ kann ein flexibles Substrat eingesetzt werden, das durch eine geeignete mechanische Fixierung ebenfalls die oben erwähnten Vorteile aufweist.
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Zu beachten ist, dass der Lichtleiter zwar auf der Oberfläche eines Substrats angeordnet ist, nicht jedoch sich stets auf der obersten Fläche eines Bauteils befinden muss. Mit anderen Worten könnten zum Beispiel das Substrat und/oder der Lichtleiter mit einer Schutzschicht überzogen sein.
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Auf der Oberfläche eines flächigen Substrats ausgehärtete, flüssige oder gelartige Lichtleiter zum Einsatz bei der Erfindung – zum Beispiel bestehend aus einem UV-ausgehärteten Polymer – sind aus dem Stand der Technik bekannt (siehe zum Beispiel
EP 2 219 059 A2 ,
EP 1 715 368 B1 ,
EP 0 990 931 B1 ,
EP 0 911 658 B1 ,
EP 1 312 948 B1 ,
DE 197 32 506 A1 ). In diesem Sinne können die auf der Oberfläche eines flächigen Substrats ausgehärteten, flüssigen oder gelartigen Lichtleiter auch als polymere Lichtleiter bezeichnet werden.
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Mit ausgehärteten, flüssigen oder gelartigen Lichtleitern versehene Substrate können zum Beispiel von der Firma vario-optics ag, Mittelbissaustrasse 7, CH-9410 Heiden bezogen werden.
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Im Stand der Technik kommen solche Lichtleiter vor allem bei sogenannten elektrooptischen Leiterplatten zum Einsatz und dienen der Datenübertragung mit Hilfe von Licht. Da diese elektrooptischen Leiterplatten eben ausgebildet sind, ist oft auch von planaren Lichtwellenleitern (zur Abgrenzung von Glasfaserkabeln) die Rede.
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Im Rahmen der Erfindung kann der Einsatz auf Substraten ohne elektrische Komponenten, zum Beispiel auf nackten Leiterplatten erfolgen. Im Falle der Verwendung ebener Substrate können die erfindungsgemäßen Lichtleiter ebenfalls als planare Lichtwellenleiter charakterisiert werden. Die Verwendung von Substraten, die zumindest abschnittsweise gebogen sind, ist aber bei der Erfindung nicht ausgeschlossen. Vielmehr können gewünschte Umlenkungen des Strahlengangs auf diese Art durch die Verwendung eines oder mehrerer entsprechend gebogener flächiger Substrate erzielt werden.
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Wie bereits weiter oben ausgeführt, kann das flächige Substrat starr oder flexibel ausgebildet sein. Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher das flächige Substrat abschnittsweise starr und abschnittsweise flexibel ausgebildet ist. Der starre Abschnitt kann als Träger der Lichterzeugungsvorrichtung und gegebenenfalls der Ansteuerelektronik der Lichterzeugungsvorrichtung dienen. Der flexible Abschnitt kann in Form eines oder mehrerer Finger ausgebildet sein, welche durch die Flexibilität in jede gewünschte Position gebogen werden können, zum Beispiel um eine orthogonale Strahlaufteilung bewirken zu können.
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Die Lichtleiter weisen zum Beispiel einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt auf, vorzugsweise in einem Bereich von ca. 10 bis 55 ☐m, besonders bevorzugt zwischen 20 und 50 ☐m. Andere Geometrien sind natürlich möglich, wobei die Dimensionierung in den vorgenannten Bereichen liegen sollte.
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An den Enden des flächigen Substrates und gegebenenfalls besonders der flexiblen Abschnitte können mechanische Ausrichtstrukturen vorgesehen sein, welche eine passive Montage der Lichterzeugungsvorrichtung bzw. allfälligerer weiterer optischer Elemente gestatten. Dabei handelt es sich funktionell um eine Justiervorrichtung vor und/oder nach dem Wellenleiter für die Lichterzeugungsvorrichtung, Einkoppelungs- oder Auskoppelungsvorrichtungen.
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Als Lichterzeugungsvorrichtung können beispielsweise eine Laserdiode, ein Laserchip oder eine LED, jeweils besonders bevorzugt im roten oder grünen Spektralbereich emittierend, zum Einsatz kommen.
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Die Lichtauskopplungseinrichtung kann in Form von Mitteln zum Umlenken, zum Auffächern oder Aufweiten von Licht ausgebildet sein insbesondere in Form einer Kollimationslinse, eines Pentaprismas, eines reflektierender konvexer oder konkaver Kegel (siehe zum Beispiel die
1 und
17 der
US 4,111,564 ) aber auch diffraktiver optischer Elemente. Alternativ kann auch ein einfaches Fenster vorgesehen sein.
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Die Anzahl an Lichterzeugungsvorrichtungen und/oder Lichtauskopplungseinrichtungen kann je nach gewünschtem primärem Verwendungszweck des Markierungsprojektors und/oder der Stärke der Lichterzeugungsvorrichtungen unterschiedlich gewählt werden.
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Häufig werden Markierungsprojektoren eingesetzt, die zwei oder drei orthogonal zueinander angeordnete Lichtebenen erzeugen. Relativ teuer ist es, wenn für jede Lichtebene eine eigene Lichterzeugungsvorrichtung verwendet wird. Dies kann zum Beispiel durch den Einsatz einer einzigen, stark genug ausgebildeten Lichterzeugungsvorrichtung in Kombination mit mehreren Lichtauskopplungseinrichtungen vermieden werden.
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Grundsätzlich liegt es aber auch im Rahmen der Erfindung eine, zwei, drei oder mehrere Einheiten aus jeweils einer Lichterzeugungsvorrichtung und einer Lichtauskopplungseinrichtung einzusetzen. In diesem Fall wird also jede Lichtebene unabhängige von den gegebenenfalls anderen vorhandenen Lichtebenen erzeugt.
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Denkbar ist natürlich bei drei Lichtebenen auch der Einsatz von zwei – gegebenenfalls schwächeren – Lichterzeugungsvorrichtungen, wobei eine der beiden Lichterzeugungsvorrichtungen mit zwei Lichtauskopplungseinrichtungen gekoppelt ist. Egal ob nur eine oder zwei Lichterzeugungsvorrichtungen verwendet werden, in beiden Fällen sind wenigstens zwei Lichtauskopplungseinrichtungen vorgesehen, die lichtleitend mit einer Lichterzeugungsvorrichtung verbunden sind.
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Gerade in diesem Fall (aber nicht nur dort) kann es vorteilhaft sein, wenn vorgesehen ist, dass zumindest ein Teil des Strahlengangs zwischen jeder der wenigstens zwei Lichtauskopplungseinrichtungen und der Lichterzeugungsvorrichtung durch einen gemeinsamen Abschnitt des auf der Oberfläche des flächigen Substrats angeordneten Lichtleiters verläuft.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass sich der Lichtleiter nach dem gemeinsamen Abschnitt (Hauptlichtleiter) in zu den wenigstens zwei Lichtauskopplungseinrichtungen führende Verzweigungen aufteilt.
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Es kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass in zumindest einem Strahlengang zwei gesonderte flächige Substrate mit darauf angeordnetem Lichtleiter angeordnet sind. Zum Beispiel könnten zwei Substrate orthogonal zueinander im Markierungsprojektor angeordnet werden, wobei der Strahlengang zwischen den Substraten über ein optisches Umlenkelement (zum Beispiel 45° Spiegel) verläuft.
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Die Aufteilung des Lichtleiters kann auf verschiedene Arten erfolgen. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, alle Abzweigungen an einem Ort beginnen zu lassen. Am einfachsten ist die Ausbildung gerader Abzweigungen, vorzugsweise mit gleichem Querschnitt des Hauptlichtleiters und der Abzweigungen.
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Eine weitere Variante ist die Verwendung gekrümmter Abzweigungen, vorzugsweise auch von einem Ort ausgehend.
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Zum Einkoppeln des von der zumindest einen Lichterzeugungsvorrichtung erzeugten Lichts in den Lichtleiter wird meist eine Einkoppeloptik (zum Beispiel Sammellinse) notwendig sein um einen ausreichenden Wirkungsgrad erreichen zu können. Grundsätzlich ist jedoch auch eine direkte Einkopplung ohne Einkoppeloptik möglich. In diesem Fall muss die Lichterzeugungsvorrichtung so nahe wie möglich beim Eingang des Lichtleiters platziert werden, um möglichst viel Licht einkoppeln zu können. Es ist auch denkbar, das Licht einer Lichterzeugungsvorrichtung in zwei oder drei gerade, voneinander getrennte Lichtleiter direkt, d. h. ohne Verwendung einer Einkoppeloptik einzukoppeln.
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Vom Lichtleiter kann das Licht direkt, d. h. ohne Verwendung einer Auskoppeloptik zur zumindest einen Lichtauskopplungseinrichtung gelangen. Natürlich könnten auch hier korrigierende optische Elemente vorgesehen sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren sowie den zugehörigen Erläuterungen. Es zeigen:
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1a einen Markierungsprojektor in einer schematischen perspektivischen Darstellung mit teilweise weggebrochenem Gehäuse,
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1b eine isolierte Darstellung der optischen Baugruppe samt ihrer Lagerung,
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1c die in 1b dargestellte Vorrichtung in einer teilweisen Explosionsdarstellung,
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2a bis 2c eine in 1c erkennbares Detail in drei verschiedenen Ansichten,
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3a bis 3c eine Variante zu dem in 2 dargestellten Detail in verschiedenen Ansichten und
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4a bis 4c ein weiteres Detail der Darstellung der 1c in einer Explosionsdarstellung, einer seitlichen Ansicht sowie einer Schnittdarstellung.
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1a zeigt schematisch einen Markierungsprojektor 1 mit teilweise weggebrochenem Gehäuse. Es sind nur jene Komponenten dargestellt, die für die Erfindung von Bedeutung sind, nämlich eine optische Baugruppe 7, welche an einer Lagerung 6 kardanisch im Gehäuse des Markierungsprojektors 1 gelagert ist. Anstelle der kardanischen Lagerung 6 können, wie in der Beschreibungseinleitung diskutiert auch andere oder gar keine Maßnahmen zum Ausgleich einer Bodenschräge oder dergleichen getroffen werden.
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Wie insbesondere aus 1c hervorgeht, ist die optische Baugruppe 7 über ein Achsenkreuz 8 der Lagerung 6 kardanisch aufgehängt. Die optische Baugruppe 7 weist eine Halterung 9 auf, an welcher die in den nachstehenden Figuren näher dargestellten Baugruppen der optischen Baugruppe 9 gehalten sind.
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Von besonderer Bedeutung ist der in den 2 und 3 in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen dargestellte, auf der Oberfläche eines flächigen Substrats 4 ausgehärtete Lichtleiter 5. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet elektronische Bauteile.
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In der Variante der 2 verläuft der Lichtleiter 5 zwischen einer Lichterzeugungsvorrichtung 2 unter Ausbildung dreier Abzweigungen 51, 52, 53 bis zu den in 2 nicht dargestellten Lichtauskopplungseinrichtungen 3. Die Abzweigungen 51 und 53 sind in der 2 gekrümmt ausgebildet.
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Im Unterschied dazu sind in der Variante der 3 alle Abzweigungen 51, 52, 53 gerade ausgebildet. Der gemeinsame Abschnitt (Hauptlichtleiter) des Lichtleiters 5 ist länger ausgebildet als in der 2.
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Bei der Variante der 3 ist das flächige Substrat 4 an sich vollständig flexibel ausgebildet, jedoch abschnittsweise durch ein Versteifungselement 14 starr fixiert. Durch die flexible Ausbildung des flächigen Substrats 4 ist es möglich, das flächige Substrat 4 zumindest abschnittsweise gebogen auszubilden, wie es beispielhaft für das flächige Substrat 4 im Bereich der Abzweigung 52 gezeigt ist. Nach Abbiegung des flächigen Substrats 4 im flexiblen Abschnitt im gewünschten Ausmaß können die einzelnen Abschnitte durch geeignet ausgebildete Versteifungen ebenfalls in ihrer Lage fixiert werden (nicht dargestellt).
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In der 4b ist eine seitliche Ansicht der Lichtauskopplungseinrichtung 3 dargestellt, die über ein transparentes Fenster 10 und eine Hülse 11 mit einer Auskoppeloptik 12 in Verbindung steht und als Einheit mit den gesamten Bauteilen an der Halterung 9 befestigt werden kann. Die Lichtauskopplungsvorrichtung 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als reflektierender Kegel ausgeführt.
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4c zeigt eine Schnittdarstellung der 4b entlang der Linie A-A.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1759172 B1 [0004]
- CN 2348353 Y [0004]
- EP 1484578 A1 [0004]
- AT 506924 A2 [0004]
- EP 2219059 A2 [0012]
- EP 1715368 B1 [0012]
- EP 0990931 B1 [0012]
- EP 0911658 B1 [0012]
- EP 1312948 B1 [0012]
- DE 19732506 A1 [0012]
- US 4111564 [0020]
