WO2012048994A1 - Optimierung eines kegellinsen-/kappensystems zum erzeugen einer standardlichtebene - Google Patents

Optimierung eines kegellinsen-/kappensystems zum erzeugen einer standardlichtebene Download PDF

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WO2012048994A1
WO2012048994A1 PCT/EP2011/066311 EP2011066311W WO2012048994A1 WO 2012048994 A1 WO2012048994 A1 WO 2012048994A1 EP 2011066311 W EP2011066311 W EP 2011066311W WO 2012048994 A1 WO2012048994 A1 WO 2012048994A1
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light
plane
cap
standard
axis
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PCT/EP2011/066311
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English (en)
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Wilfried Bittner
Thomas Zimmermann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V14/00—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V14/00—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements
    • F21V14/06—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements by movement of refractors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • G01C15/004—Reference lines, planes or sectors

Definitions

  • the present invention relates to an improvement of a marker light device for the emission of a standard or standard light plane in
  • Such marking light devices are mainly used when horizontal accuracy or vertical accuracy of a structure or building is to be set or confirmed, for example in a construction area, or when the horizontality of a ceiling, floor, design or part of a room is to be adjusted ,
  • Marking light devices for generating a standard light plane, which in turn can produce a line on a surface, are known in the art.
  • marking light devices which comprise an optical unit with a light source for generating a collimated light source
  • An optically deflecting element can produce a light plane from a collimated light beam, that is to say a light pattern radiating uniformly radially from a point - the origin of the light plane - in a plane. This is done, according to a first alternative, by an expansion of the collimated light beam in a continuous plane of light through the optically deflecting element, such as a cone lens, or, according to a second alternative, by rotation of a light beam about a rotation axis by a rotating optically deflecting element the axis of rotation is orthogonal to the propagation direction of said collimated light beam.
  • Embodiments according to the first alternative that is, a marker lens having a cone lens, are inter alia in DE 602 02 114 T2 or JP-A-2000-18946. At bowling lenses is between
  • the convex cone lens is essentially a cylindrically symmetric cone whose outer surface and base include a 45 ° angle, wherein the
  • the concave cone lens has a central conical recess in a top surface of a substantially cylindrical body of translucent material, wherein the
  • the lateral surface of the conical recess is adapted to deflect a light beam.
  • Embodiments according to the second alternative that is to say marking light devices for generating a standard light plane by a rotating light beam, have been described, for example, in DE10116018 A1 and DE10054627 A1.
  • the optical unit is protected by a cap from external, in particular mechanical, influences.
  • This cap may have windows made of translucent material and arranged so that a majority of the light of the generated standard plane of light passes through the windows of the cap from the device.
  • marker light devices have a gimbal
  • the optical unit may be fixedly connected to the gimbal and tiltable about two orthogonal crossing axes of rotation.
  • the gimbal may also include motors, a tilt sensor ("bubble"), and a microprocessor
  • a first problem is that a cap with a plurality of windows has webs between the windows.
  • the windows are flat and connect, connected by the webs, the optical unit.
  • these bars are
  • such a device with an essentially rotationally symmetrical cap with four windows has four webs.
  • Such a cap may have substantially the shape of a truncated pyramid.
  • the standard light plane is therefore interrupted four times and the light line generated by the standard light plane on a surface is therefore not continuous. If a point for a measurement is essential at which the line of light is interrupted due to the webs, the device must be rotated slightly. This may in turn lead to misalignment of the device, i. tilting or changing the height.
  • a second problem is that beams of the standard plane of light strike the cap windows with different, location-dependent angles of incidence. This is partly due to the fact that the housing, and thus the cap, can be tilted with respect to the solder. Then, as described above with respect to the gimbal, the position of the plane of light relative to the cap and the plane of the light impinge on the cap windows at various locations at different angles of incidence.
  • a light beam or a light plane which passes through such a cap window ie a plane-parallel layer
  • the standard light plane is no longer exactly plan after the passage through the cap window, but disturbed.
  • the standard light plane no longer forms a plane surface or exact plane - an obviously undesirable effect for high-precision surveying tasks.
  • Figs. 1A and 1B show, by way of example, a prior art marker light device by means of which the problems thereof are briefly shown become.
  • This prior art marker light device comprises an optical unit having a light source 1100 and a reflective element, a convex cone lens 1200. Furthermore, the prior art
  • Marker light device a cap 1300 with four windows 1303 on.
  • the windows 1303 each have two planar surfaces: a surface facing the optical unit, the cap inlet surface 1302, and a surface facing away from the optical unit, the cap outlet surface 1304.
  • the windows form the lateral surfaces of a rotationally symmetrical truncated pyramid with a square base surface.
  • the windows 1303 are connected by webs 1350. In an initial position, the central axis of the optical unit is located on a rotational symmetry axis of the cap 1300.
  • the light source 1100 with a laser diode 1110 can generate a diverging light beam 1400, from which in turn a collimating lens 1120 of the light source can generate a first light beam 1401 which is in the home position along the rotational symmetry axis of the cap 1300 is aligned.
  • the first light beam 1401 hits the
  • Convex cone lens 1200 wherein a rotational symmetry axis of the convex lens 1200 and a propagation direction of the first light beam coincide.
  • the cone lens 1200 reflects and expands the first light beam 1401 into a second light plane 1406 that is orthogonal to the first light beam 1401
  • Plane surface lies. From the second plane of light 1406, the transition from cap entry surfaces 1302 into windows 1303 and transition through cap exit surfaces 1304 results in the standard light plane 1410.
  • the optical unit is suspended from a 1500 gimbal gimbal with the pivot 1500 being at the laser diode 1110.
  • the generated standard light plane 1410 can be aligned with respect to the solder, for example, when a housing, including the cap, of the prior art marking light device is not optimally aligned with the solder.
  • the optical unit is tilted - by means of the gimbal - about a first axis of rotation which is orthogonal to a rotational symmetry axis of the cap 1300 and orthogonal to an axis pointing into the image plane. runs and on the other hand passes through the pivot point 1500. Due to this tilting, the second laser plane hits at different locations of the windows 1303 with different ones Incidence angles on. According to Snell's law of refraction
  • the present invention seeks to provide an improved marking light device comprising an optically deflecting element and a cap designed according to optimal beam path considerations which solves the problems described above.
  • the invention relates to a marking light device for generating a
  • the marker light device may comprise: an optical unit having a light source for generating a first light beam and an optically deflecting element for generating a first light plane from the first light beam; and a cap for generating the standard light plane from the first light plane.
  • the optically deflecting element can be tiltable about a first axis of rotation and a second axis of rotation. By tilting the optically deflecting element and the standard light plane is tilted in space, whereby, for example, the standard light plane after the construction of the
  • Marking light device can be aligned to the solder.
  • the cap of the marker light device may have a continuous window.
  • a continuous window according to the present invention is a window having one face and two edges, the thickness of the face being local can vary.
  • the continuous window may be rotationally symmetric, that is, the surface of the window may be a lateral surface, wherein it is not excluded that the thickness of the surface may vary locally.
  • the window can be made of translucent material, for example plastic, pressed glass or ground glass.
  • the window may be, inter alia, an integral part of the cap or a separate part of the cap, which is either fixedly connected to the cap or removable.
  • Embodiment is associated with the advantage that the cap has a kind of 360 ° panoramic window without webs. As a result, a standard light plane without gaps can be generated, which in turn has a continuous line
  • the standard light plane can be in a plane.
  • the entire standard light plane at every possible tilting position of the reflective element or the entire optical unit in a plane surface, that is without space-directional parallel displacement of the light beam of the standard light plane, are located.
  • the standard light plane may be in the same plane as the second light plane.
  • the standard light plane can be located in a plane surface that runs parallel to the plane of the second light plane.
  • the standard light plane can also be located in a plane surface which is tilted to the plane of the second light plane.
  • Standard light level off is actually in a plane surface, regardless of the relative position of the reflective element with respect to the cap.
  • first axis of rotation, the second axis of rotation and an axis of symmetry of the cap may each be orthogonal to each other and intersect at a pivot point.
  • the axis of symmetry may, for example, be a cylinder axis of symmetry if the cap is cylindrically symmetrical.
  • symmetry axis can also be a rotational axis of symmetry, if the cap has a rotational axis of symmetry. Typically, this axis of symmetry also passes through the center of gravity of the cap.
  • the fulcrum may lie substantially at an intersection between the first light beam and the first light plane. At the same time or alternatively, this fulcrum can also be essentially on lie an origin of the first light plane. In this case, the intersection between the first light beam and the standard light plane does not mean the intersection of real light beams. But that means the point of intersection between an axis which runs along the direction of propagation of the first light beam and a plane surface in which the first plane of light lies. Furthermore, with the
  • Origin of the first plane of light meaning the point at which all the axes of the beams producing the first plane of light intersect.
  • This embodiment has the advantage that by advantageously positioning the fulcrum, the origin of the first plane of light does not change with respect to the cap, for each possible rotational position of the reflective element or the entire optical unit.
  • This facilitates the design of a cap that creates from the first plane of light a standard plane of light that is in a plane surface.
  • such a cap according to this embodiment may have a continuous window which is cylindrically symmetrical, the surface of which facing the fulcrum being the same at each position
  • the pivot point may be within the optically deflecting element. As a result, the pivot point is close or on the
  • Such a cap may have a continuous window which is cylindrically symmetrical and which has substantially the same thickness at each position.
  • the cap may have a shape such that the fulcrum facing surface of the continuous window of the cap and the first light plane include the same angle for each tilt position and at each point.
  • the surface facing the fulcrum at each position may have a substantially equal distance between the origin of the first plane of light and the fulcrum.
  • a conventional cardanic suspension can be used for tilting the optically deflecting unit, which does not even partially block the beam path of the first light plane.
  • the light source and the reflective optical element may be fixedly arranged relative to each other such that the entire optical unit can be tilted about the first axis of rotation and the second axis of rotation.
  • the continuous window of the cap may be cylindrically symmetric. These embodiments are advantageous because they allow a simple shaping of the cap, which achieves the desired effect: producing a continuous standard plane of light which is located in a plane surface.
  • the first light plane may be a
  • Standard light plane which lies in a plane surface.
  • the standard light plane may be substantially collimated with respect to a first axis orthogonal to the first standard light plane.
  • the continuous window of the cap may have a locally variable thickness and / or have a local variable refractive index.
  • Axis which is orthogonal to the first standard light plane is substantially collimated.
  • the optically deflecting element may be formed as a concave cone lens.
  • the Konkavkegellinse can be a cone-shaped
  • the Konkavkegellinse may have the following: a konkavkegellinseneintritts Stadium-oxide-semiconductor
  • the continuous window of the cap may include: a
  • Cap entrance surface the konkavkegellinse facing surface, for generating a cap light plane from the first light plane; and a capping surface, the surface facing away from the concave cone lens, for producing the
  • Cap exit surface such shapes (for example, plano, convex, concave or any other beam-forming shape) and on the other hand, the Konkavkegellinse and the continuous window of the cap such
  • Axis which is orthogonal to the first standard light plane, is substantially collimated, and so that the standard plane of light is substantially in a plane surface.
  • the optically deflecting element may be formed as a convex cone lens.
  • the convex conical lens can be essentially a be cylindrically symmetric cone whose lateral surface, a Konvexkegel- lens shell surface, and whose base surface encloses a 45 ° angle, wherein the lateral surface is adapted to reflect a light beam.
  • the convex cone lens is fixed with respect to the remaining components of the optical unit.
  • the convex cone lens unlike the concave cone lens, can be connected to the rest of the optical unit via a transparent element. This transparent element is according to the
  • the convex cone lens may include: a
  • Convex cone gelling cone surface for generating a third plane of light from the first light beam; a convex cone lens entrance surface, the inner surface of the hollow cylinder, for generating a second light plane from the third light plane; and a convex cone lens exit surface, the outer surface of the
  • the continuous window of the cap may include: a cap entrance surface, the surface facing the convex conical lens, for producing a cap light plane from the first light plane; and a capping surface, the surface facing away from the convex cone lens, for producing the
  • Cap convex lens and the continuous window of the cap can have such a refractive index, so that the standard plane of light with respect to a first axis parallel to a cylinder axis of symmetry Cone lens runs, is essentially collimated, and so that the standard light plane in the
  • the reflective element may be as a
  • Pentaprism be formed.
  • the pentaprism for generating a first plane of light from the first light beam can be rotatable about an axis of rotation, the axis of rotation being coaxial with the first light beam.
  • the continuous window of the cap may include: a cap entrance surface for producing a cap light plane from the first light plane; and a cap exit surface for generating the standard light plane from
  • the pentaprism, the cap entrance surface and the cap exit surface such forms (for example, plano, convex, concave or any other beam-forming mold) and on the other hand, the pentaprism and the continuous window of the cap have such a refractive index, so that the standard light plane with respect to a first axis, which is parallel to the first light beam, is substantially collimated, and so that the standard light plane in
  • the optically deflecting element may generate a first plane of light that diverges with respect to a first axis that is orthogonal to the first standard plane of light.
  • the cap may then generate from the first plane of light the standard plane of light which is substantially collimated with respect to the first axis.
  • the light source may include a light diode for generating a divergent light beam and a lens for collimating the light source
  • Said first light beam can be divergent or convergent or collimated.
  • the optical unit may be tiltably mounted about the fulcrum by means of a gimbal.
  • the gimbal may have a
  • Inclination sensor for determining the inclination of the optical unit with respect to the solder and motors for adjusting the inclination of the optical unit with respect to the solder.
  • Fig. 1A is a schematic sectional view of a prior art
  • Fig. 1B is a schematic plan view of a prior art
  • Fig. 2 is an isometric view of a preferred embodiment of a
  • Fig. 3 is an isometric view of a preferred reflective element, in particular a concave cone lens, according to the present invention
  • Fig. 5 is a schematic sectional view of the preferred embodiment of the marker light device according to the present invention.
  • Fig. 6 is a schematic sectional view of an embodiment of a
  • Fig. 7 is a schematic sectional view of an embodiment of a
  • Fig. 8 is a block diagram of the control system of one embodiment of a
  • a marker light apparatus for generating a standard light plane 410 having an optical unit comprising an optically-flare element 200 and a light source 100, and a cap 300 having the shapes shown in Figs. 1A and 1B solved problems.
  • Fig. 2 shows an isometric view of a central section through a preferred embodiment of a marker light device according to the present invention.
  • This preferred embodiment is suitable for producing a standard light plane 410 and has a cylinder-symmetrical cap 300 and an optical unit with a light source 100 and with an optically deflecting element 200, wherein the optically deflecting element 200 is designed as a concave cone lens 200a.
  • the light source 100 includes a laser diode 110 for generating a divergent light beam 400 and a collimator lens 120 for collimating the diverging light beam 400 into a collimated first one
  • the light source 100 is arranged so that the first light beam 401 orthogonally hits a base 202a of the concave cone lens 200a.
  • the optical unit that is to say the light source 100 and the optically deflecting element 200, is tiltably mounted about a pivot point 500 by means of a gimbal, ie the optical unit is about two axes tiltable: a first axis of rotation and a second axis of rotation, which intersect at the pivot point 500 orthogonal. Both axes of rotation are further orthogonal to a cylinder axis of symmetry of the cap 300
  • Fulcrum is located directly under an origin of the first plane of light 406, so that when tilting the optical unit about the said pivot point 500, the origin of the first plane of light 406 with respect to the cap 300 in
  • the pivot 500 is located within the optically deflecting element 200, that is within the
  • FIG. 3 shows an isometric view of a central section through the optically deflecting element of the preferred embodiment of FIG.
  • the concave cone lens 202a is made by means of an injection molding device made of a thermoplastic synthetic resin material which is transparent and has a constant refractive index.
  • the concave cone lens 200a is in
  • the cylinder base body at the edge between the base surface 202a, the Konkavkegellinseneintritts behavior 202a, and Mantell Chemistry 206a, the Konkavkegellinsenaustritts composition 206a, a flange 214a on.
  • the flange 214a is configured as a ring which extends over both the lateral surface 206a and the base 202a. Limited, the flange 214a is passed through
  • the flange 214a serves to attach the Konkavkegel lens 200a with the optical unit.
  • the top surface 212a has a cylindrically symmetrical recess, substantially in the shape of a cone. The surface of the
  • cylindrically symmetrical recess Konkavkegellinsenkegel Structure 204a, has the shape of a cone sheath on. This is a reflective film on the
  • Konkavkegellinsenkegel Construction 204a is formed so that the
  • Konkavkegellinsenkegel Structure 204a forms a reflective surface.
  • Konkavkegellinsenkegel Structure 204 a has an opening angle which is substantially 90 °, so that a first light beam, the centric and parallel to the
  • Concave cone lens entrance surface 202a passes through the
  • Konkavkegellinsenaustritts Crystal 206a is deflected into a first plane of light, which is orthogonal to the first light beam.
  • FIG. 4 shows an isometric view of a central section through the cap 300 of the preferred embodiment of a marker light device.
  • the cap 300 is made of a thermoplastic by means of an injection molding device
  • the cap 300 is substantially cylindrically symmetric and has a tapered side wall 303, the through windows 303, open on a wide side and tapered on one side
  • Top surface 305 is closed.
  • the continuous window 303 is an integral part of the cap 300 and has an inner surface 302, the
  • the top surface 305 has an inner surface 306 and an outer surface 308.
  • the edge between the outer surfaces 304 and 308 is chamfered by an oblique outer surface 310.
  • the top surface 305 also has a Structure 312 having substantially the shape of a flat cylinder with
  • Top surface 314 and lateral surface 316 has.
  • the side wall 303 has a flange 318 at the open end which is substantially in the form of a ring.
  • the flange 318 terminates flush with the open end of the side wall 303, but extends over the outer surface 304.
  • the flange 318 has the side surfaces 320 and 324 and the outer surface 322.
  • the flange 318 serves to attach the cap 300 to the housing of the marker light device.
  • Fig. 5 shows a schematic sectional view of the preferred embodiment of the marking light device.
  • the laser diode 110 of the light source 100 generates a divergent light beam 400
  • the collimating lens of the light source 100 generates a first light beam 401 from the divergent light beam 400 that is collimated.
  • the collimated light beam strikes the concave cone lens entrance surface 202a of a concave cone lens 200a.
  • a second light beam 402 is generated within the concave cone lens 202a, but has the same direction of propagation as the first light beam 401 because the first light beam 401 orthogonally and centrically meets the concave taper lens entrance surface 202a.
  • the Konkavkegellinsenkegel materials 204 a deflects the second light beam 402 in a second light plane 404.
  • the second light plane 404 lies in a plane which is orthogonal to the first light beam 401 and the second light beam 402 and to an axis of symmetry of the concave cone lens 200a.
  • the second light plane 404 exits from the Konkavkegellinse 200 a through the Konkavkegellinsenaustritts composition 206 a, in particular orthogonal, and thus generates a first light plane 406, which has the same direction of propagation as the second light plane 404.
  • This first light plane 404 in turn meets the
  • Cap entrance surface 302 of the cap 300 whereby within the cap 300, a cap light plane 408 is generated, which in turn emerges through the cap outlet surface 304 and the standard light plane 410 generates.
  • the cap entrance surface 302 and the cap exit surface 304 have such shapes that the standard light plane 410 is substantially collimated with respect to a first axis orthogonal to the first standard light plane 410, and so that the standard light plane is substantially in a plane surface runs parallel to the first light plane 406.
  • the first light plane 406 impinges on the cap entrance surface 302 at substantially the same angle at each tilt position of the optical unit, and the cap light plane 408 is incident at substantially the same angle at each tilt position of the optical unit
  • the light source 100 and the reflective optical element 200 are fixedly arranged to each other so that the entire optical unit is tiltable about the first rotation axis and the second rotation axis.
  • the optical unit is suspended via a gimbal, which allows tilting of the optical unit with respect to the cap 300 about the first and second axes of rotation of up to + -15 °.
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view of an alternative embodiment of a marker light device according to the present invention.
  • the optically deflecting element 200 is a cylindrically symmetrical convex cone lens 200b.
  • the convex cone lens 200b has a hollow cylinder 208b.
  • the hollow cylinder 208b is open on one side and closed on the other side via a cover surface 212b.
  • the top surface 212b is outwardly planar, but has a convex cone inwardly. This convex cone is through the
  • Convex cone lens cone surface 204b limited.
  • a reflective film is formed on the convex-cone ring cone surface 204b, so that the
  • Konvexkegellinsenkegel Structure 204b forms a reflective surface.
  • the convex cone lens cone surface 204b has an opening angle that is substantially 90 °, so that a first light beam, which is centric and parallel to the
  • Convex cone-gelled cone surface 204b meets the convex-cone-gelled cone surface 204b to deflect into a third plane of light 403 that is orthogonal to the first light beam 401.
  • the third light plane 403 passes through a
  • Convex cone lens entrance surface 205b orthogonally into the hollow cylinder 208b and generates a second plane of light 404, which in turn orthogonal through a
  • Convex cone lens exit surface 206b leaves the hollow cylinder 208b and generates a first plane of light 406.
  • the fulcrum is located just below an origin of the first plane of light 406, so that when the optical unit is tilted about the fulcrum 500, the origin of the first plane of rotation f.i.
  • the fulcrum 500 is located within the hollow cylinder 208b, that is within the convex cone lens 200b, and directly below the first light plane 406.
  • the hollow cylinder 208b may be an integral or separate component of the convex cone lens 200b.
  • the hollow cylinder 208b and the entire convex cone lens may be made of a transparent material, for example, plastic, pressed glass or ground glass.
  • the convex cone bounded by the convex cone ring cone surface 204b may be made of reflective material, such as aluminum, while the hollow cylinder 208b may be made of said transparent material.
  • Fig. 7 shows a schematic sectional view of an alternative embodiment of a marker light device according to the present invention.
  • the pentaprism 200c includes: a pentaprism entrance surface 202c for generating a second light beam 402 from the first light beam 401; a first reflecting surface 203c for generating a third light beam 403 from the second light beam 402; a second reflecting surface 204c for generating a fourth light beam 404 from the third light beam 403; and a first pentaprism exit surface 206c for generating a fifth light beam 406 from the fourth light beam 404.
  • Propagation direction of the first light beam 401 runs is a first
  • Light level 406 generated This alternative embodiment also differs in that the optically deflecting element 200, the pentaprism 200c, from which the first light beam 401 generates not only a first light plane 406 but also a light beam 414 that leaves the pentaprism along the propagation direction of the first light beam 401 and hits the inner surface of the capping 305.
  • a light beam 416 is generated which leaves the cap 300 through the top surface 314 of the cap assembly 312.
  • the marker light device can generate a standard light beam 418 which is orthogonal to the standard light plane and through the origin of the standard light plane.
  • a reflective film is formed on the first reflective surface 203c so that the first reflective surface forms a light beam of 70% reflective surface and a light beam of 30% transmitting surface. Furthermore, for this purpose on the pentaprism 200c a Dreicks prism with a triangle as a base attached, which the has the same refractive index as the pentaprism 200c. A part of the second light beam 402 is thus at the first reflecting surface 203c
  • This alternative embodiment may also include another optical element on the optically deflecting element to produce standard light patterns instead of the standard light beam 418.
  • An example of such a further optical element is a diffractive optical element (DOE).
  • DOE diffractive optical element
  • Other optical elements, such as refractive optical elements, may also be used.
  • the pentaprism can be made of plastic, pressed glass or ground glass.
  • Fig. 8 shows a block diagram of the control system of the preferred embodiment
  • Embodiment of a marking light device is tiltably mounted about the pivot point 500 by means of a gimbal, wherein the gimbal suspension a
  • Inclination sensor 600 for determining the inclination of the optical unit with respect to the solder and motors 700 for adjusting the inclination of the optical unit with respect to the solder.
  • the tilt sensor may transmit the inclination of the optical unit with respect to the solder to a microprocessor 800.
  • the microprocessor is configured so that from the transmitted inclination, a control command can be transmitted to the motors, which causes the motors to tilt the optical unit about the fulcrum 500 such that the optical unit is aligned with respect to the solder.
  • the optical unit can always be automatically aligned with respect to the solder so that the standard light plane 410 is always orthogonal to the solder.
  • Examples of inclination sensors 600 according to the invention are microelectromechanical systems (M EMS).
  • the microprocessor 800 can be via a
  • the optical unit on a gimbal also can not be aligned with motors and an electronic tilt sensor to the solder. Instead, the optical unit can align itself freely swinging over an advantageous weight distribution to the solder. This process can be accelerated by the gimbal
  • Suspension has an eddy current brake.

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Abstract

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

Description

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

Claims

rüche
Eine Markierungslichtvorrichtung zum Erzeugen einer Standardlichtebene (410), zumindest aufweisend:
eine optische Einheit (100, 200) mit einer Lichtquelle (100) zum Erzeugen eines ersten Lichtstrahls (401) sowie mit einem optisch umlenkenden Element (200) zum Erzeugen einer ersten Lichtebene (406) aus dem ersten Lichtstrahl (401); und eine Kappe (300) zum Erzeugen der Standardlichtebene (410) aus der ersten Lichtebene (406); dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (300) ein Fenster (303) aufweist, und dass die Standardlichtebene (410) sich in einer Planfläche befindet.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch umlenkende Element (200) um eine erste Drehachse und eine zweite Drehachse kippbar ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehachse, die zweite Drehachse und eine Symmetrieachse der Kappe (300) jeweils orthogonal zueinander verlaufen und sich im Wesentlichen in einem Drehpunkt (500) schneiden, und wobei der Drehpunkt (500) innerhalb des optisch umlenkenden Elements (200) liegt.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lichtquelle (100) und das optisch umlenkende Element (200) fest zueinander angeordnet sind, so dass die gesamte optische Einheit (100, 200) um die erste Drehachse und die zweite Drehachse kippbar ist. Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das durchgehende Fenster der Kappe (300) zylindersymmetrisch ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste Lichtebene (406) eine Kappeneintrittsfläche (302) des durchgehenden Fensters (303) schneidet, und wobei an jedem Schnittpunkt zwischen der Lichtebene (406) und der Kappeneintrittsfläche (302) unabhängig von einer Kippposition des optisch umlenkenden Elements (200) im Wesentlichen ein konstanter Winkel zwischen der Lichtebene (406) und der Kappeneintrittsfläche (302) eingeschlossen wird.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das durchgehende Fenster (303) der Kappe (300) eine örtlich variable Dicke aufweist und/oder einen örtliche variablen Brechungsindex aufweist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Standardlichtebene (410) bezüglich einer ersten Achse, die orthogonal zu der ersten Standardlichtebene (410) verläuft, im Wesentlichen kollimiert ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das optisch umlenkende Element (200) als eine Konkavkegellinse (200a) oder als eine Konvexkegellinse (200b) oder als ein Pentaprisma (200c) ausgebildet ist.
Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei das optisch umlenkende Element (200) eine erste Lichtebene (406) erzeugt, die bezüglich einer ersten Achse, die orthogonal zur ersten Standardlichtebene (410) verläuft, divergiert, und wobei die Kappe (300) aus der zweiten Lichtebene (406) die Standardlichtebene (410) erzeugt, die bezüglich der ersten Achse im Wesentlichen kollimiert ist.
11. Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lichtquelle (100) eine Lichtdiode (110) zum Erzeugen eines divergierenden Lichtstrahls (400) und eine Linse (120) zum Kollimieren des divergierenden Lichtstrahls (400) in einen ersten Lichtstrahl (401) aufweist.
12. Eine Markierungslichtvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Lichtstrahl (401) divergierend oder konvergierend oder kollimiert ist.
13. Eine Markierungslichtvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die optische Einheit (100, 200) mittels einer kardanischen Aufhängung um den Drehpunkt (500) kippbar gelagert ist.
14. Eine Markierungslichtvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die kardanische Aufhängung einen Neigungssensor (600) zum Bestimmen der Neigung der optischen Einheit (100, 200) in Bezug auf das Lot und Motoren (700) zum
Einstellen der Neigung der optischen Einheit (100, 200) in Bezug auf das Lot aufweist.
15. Verfahren zur Erzeugung einer Standardlichtebene (410), mittels einer
Markierungslichtvorrichtung, die zumindest aufweist:
eine optische Einheit (100, 200) mit einer Lichtquelle (100) zum Erzeugen eines ersten Lichtstrahls (401),
ein optisch umlenkendes Element (200) zum Erzeugen einer ersten Lichtebene (406) aus dem ersten Lichtstrahl (401), eine Kappe (300) mit einem Fenster (303) zum Erzeugen der Standardlichtebene (410) aus der ersten Lichtebene (406); dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (401), der von der Lichtquelle (100) erzeugt wird und von dem optisch umlenkenden Element (200) umgelenkt wird, vor dem Durchtritt durch das Fenster (303) so modifiziert wird, insbesondere durch das optisch umlenkende Element (200), so modifiziert wird, dass sich nach der Strahlumlenkung am Fenster (303) eine Standardlichtebene ergibt, die eine Planfläche bildet.
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