DE10116018A1 - Laserstrahl-Nivelliervorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserstrahl-Nivelliervorrichtung mit mindestens einer Lichtquelle und einer Mehrzahl von aus dem Gerät austretenden Laserstrahlen sowie mit optischen Mitteln zur Beeinflussung dieser Laserstrahlen. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die aus dem Gerät (25) austretenden Laserstrahlen (26) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Nivellierlaser zur Gewinnung einer optischen Referenzebene nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Vermessungswesen wie beispielsweise bei Messarbeiten für den Innenausbau auf einer Baustelle werden für verschiedene Anwendungen sogenannte Höhenrisse benötigt. Ein Höhenriss ist eine Waagerechte im Raum, die über den gesamten Vollkreis von 360° um einen Bezugspunkt herum die exakt gleiche Höhe über einer Bezugsebene besitzt. Diese Höhenrisse sind als Referenzebenen für weitere Maße von hoher Wichtigkeit. Ein Höhenriss kann heutzutage auf optische Weise mit Lasern gewonnen werden. Beispielsweise gibt es zu diesem Zwecke sogenannte Baulaser, die entweder manuell oder automatisch über eine Neigungsvorrichtung mechanisch auf eine Bezugsebene einjustiert werden können. Der Laser selbst sendet dann einen gebündelten Lichtstrahl aus, der auf ein Prisma oder einen Spiegel am Gerät gelenkt wird. Dieses Prisma beziehungsweise der Spiegel des Baulasers rotiert um eine Geräteachse, so das der Laserstrahl kreisförmig umgelenkt wird und beispielsweise an allen Wänden eines geschlossenen Raumes als eine waagerechte Linie, die parallel zum zuvor eingestellten Bezugsniveau des Gerätes verläuft, erscheint. Die Linie kann auf die Wand übertragen werden oder es können ausgehend von diesem neuen Nivellierniveau weitere Maße abgetragen werden.

Aus der EP 0 722 080 B1 ist eine solche Laser- Nivelliervorrichtung mit einer lichtemittierenden Einheit zum Ausstrahlen eines Laserstrahls bekannt. Die Vorrichtung der EP 0 722 080 B1 besitzt eine Dreheinheit zur Rotation des Laserstrahls in einer Ebene.

Die in der EP 0 722 080 B1 beschriebene Dreheinheit der Laser-Nivelliervorrichtung besteht aus einem rotierenden Penta-Prisma, das den Laserstrahl durch mehrfache Totalreflexion um insgesamt 90° aus seiner ursprünglich senkrechten Ausbreitungsrichtung umlenkt. Mit Hilfe dieses rotierenden Prismas spannt der einzelne Laserstrahl der EP 0 722 080 B1 für das menschliche Auge eine geschlossene Ebene auf. In der EP 0 722 080 B1 sind zudem Mittel vorgesehen, um den rotierenden Laserstrahl in speziellen Winkelbereichen der Scan-Ebene abzublocken, um so gleichzeitig Markierungs- und Orientierungsmarken mit Hilfe des Lasers setzen zu können.

Aus der EP 0 586 804 B1 ist eine Laser-Apparatur mit einer Mehrzahl von aus dem Gehäuse der Apparatur austretenden Laserstrahlen bekannt. Die aus dem Gehäuse der EP 0 586 804 B1 austretenden Laserstrahlen sind zueinander orthogonal und können jeweils in einer Ebene mit Hilfe eines drehenden Penta-Prismas rotiert werden. Die Laser-Apparatur ermöglicht somit die Erzeugung von drei zueinander senkrechten Bezugsebenen.

Da ein sich drehendes Prisma, genau wie ein Spiegel, der bei vergleichbaren Geräten des Standes der Technik zur Erzeugung einer Bezugsebene zum Einsatz kommt, unter bestimmten Umständen - beispielsweise im Falle eines Defektes - stehen bleiben kann und so ein gebündelter Laserstrahl mit entsprechend erhöhter Leistungsdichte aus dem Gerät austritt, dürfen Laser dieser Art nur eine austretende Lichtleistung von 1 mW aufweisen, um das Gefährdungspotential für mittelbar oder unmittelbar beteiligte Personen gering zu halten.

Nachteilig bei optischen Nivelliervorrichtungen mit Ausgangsleistungen im Bereich von nur 1 mW ist, dass der Laserstrahl in normal hellen Räumen nicht, beziehungsweise nur noch sehr schwer erkennbar ist, so dass der Vorteil der Verwendung von für das menschliche Auge sichtbarer Laserstrahlung nur unzureichend ausgenutzt werden kann. Zwar gibt es technische Hilfmittel in Form von optischen Empfängern und Wandlern, mit denen man einen schwachen Laserstrahl beispielsweise an der Wand eines Raumes wieder detektieren kann, doch wird das gesamte Nivelliersystem durch diese Zusatzkomponenten komplexer, die Bedienung für eine einzelne Person unnötig erschwert, wenn nicht gar unmöglich gemacht und zudem ergibt sich dadurch eine erhöhte Anfälligkeit des Messgerätes.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Nivellierniveaus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat dem gegenüber den Vorteil, dass auf eine rotierende Strahlumlenkung verzichtet werden kann.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Nivellierebene (Höhenriss) durch mehrere stationäre Laserstrahlen markiert, so dass die Notwendigkeit, einen einzelnen Strahl zur Erzeugung einer Referenzebene (Nivellierniveau) rotieren zu lassen, entfällt. Sowohl die Lichtquelle, als auch die optischen Elemente, durch die der Laserstrahl anschließend läuft, sind fest zueinander in dem Gerät montiert. Auf eine Drehvorrichtung und entsprechende bewegliche Strahlumlenkungen kann verzichtet werden. Die Vermeidung von rotierenden Teilen innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bedeutet eine deutliche Vereinfachung des Systems.

Zudem wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung dem Sicherheitsaspekt dieses Messwerkzeuges Rechnung getragen, indem eine durch den eventuellen Ausfall der Rotationsmimik verursachte Gefährdung von Personen von vornherein ausgeschlossen ist.

Die aus dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung austretenden Laserstrahlen sind divergent, so dass die Leistungsdichte der Strahlen mit zunehmenden Abstand vom Gerät abnimmt und eine Gefährdung von Personen dadurch reduziert wird.

Die Verwendung mehrerer Laserstrahlen zur Definition der Nivellierebene ermöglicht eine hellere Darstellung der Ebene und damit einen deutlich verbesserten Arbeitskomfort gegenüber Vorrichtungen des Standes der Technik.

Durch die in den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen und Details sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegeben Vorrichtung möglich.

Die Verwendung von Laserstrahlen mit stark divergentem Strahlengang ermöglicht es aufgrund der Strahlaufweitung zudem, die Ausgangsleistung eines jeden Lasers gegenüber den Lasern mit rotierender Strahlumlenkung zu erhöhen, ohne dass eine kritische Leistungsdichte der Strahlung überschritten wird.

Durch die Verwendung von Laserstrahlen mit einer entsprechend großen Strahldivergenz lässt sich zudem in vorteilhafter Weise erreichen, dass sich die einzelnen, von der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgehenden Laserstrahlen trotz divergierender Ausbreitungsrichtungen überlappen und so eine gemeinsame Fläche aufspannen. Diese gemeinsame Fläche dient als Nivellierebene, deren Schnitt beispielsweise mit den Wänden eines Raumes den gewünschten Höhenriss liefert.

Vorteilhafterweise lässt sich die Divergenz der einzelnen Laserstrahlen und/oder deren Anzahl im Gerät so einrichten, dass sich in einer bestimmten Entfernung vom Messgerät eine geschlossene Vollkreisfläche als aufgespannte Bezugsebene ergibt.

Eine besonders einfache Anordnung für die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich, wenn die aus dem Gerät austretenden Laserstrahlen gleichmäßig über den Umfang der erfindungsgemäßen Vorrichtung verteilt sind.

Die Laserstrahlen der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich durch refraktive Elemente, die in den Strahlengang eingebracht werden, in gewünschter Weise beeinflussen. Im Speziellen kann die Strahldivergenz der aus dem Gerät austretenden Laserstrahlen durch eine in den Strahlengang eingebrachte optische Linse stark vergrößert werden, so dass jeder Laserstrahl ein gewisses Flächensegment überstreicht. Einen besonderen Vorteil für die erfindungsgemäße Vorrichtung liefern hierbei sogenannte Zylinderlinsen. Zylinderlinsen gestatten die Beeinflussung der Strahldivergenz eines Laserstrahls in nur einer Ebene. In der zu dieser Ebene orthogonalen Richtung des Raumes passiert ein Lichtstrahl eine Zylinderlinse ohne zusätzliche Änderung seiner Strahldivergenz und verbleibt somit kollimiert, wenn er bereits vor Eintritt in die Linse kollimiert war. Somit gestattet es eine Zylinderlinse in einfacher Weise einen kollimierten Laserstrahl flächenartig aufzuweiten ohne, dass bewegliche optische Elemente, die verschleissanfällig sind, benutzt werden müssen.

Die Aufweitung der aus dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung austretenden Laserstrahlen lässt sich sowohl durch konvexe, als auch durch konkave Zylinderlinsen in einfacher Weise realisieren.

Um eine deutlich differenzierbare optische Nivellierebene zu erhalten, ist es von Vorteil, dass die aus dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung austretenden Laserstrahlen in der Richtung senkrecht zur erzeugten Referenzebene gut kollimiert sind. Die Güte der Kollimation in dieser Richtung bestimmt die Genauigkeit mit der beispielsweise ein Höhenriss angezeichnet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich die Laserstrahlen jeweils durch eine einzelne Laserdiode erzeugen, die dann auch jeweils getrennt angesteuert werden kann.

Eine kostengünstige und kompakte Ausführungsform der Erfindung stellt ein System mit lediglich einer Lichtquelle dar. In solch einem System wird der ursprüngliche Laserstrahl erst in entsprechende Teilstrahlen zerlegt, die dann wiederum einzeln in erfindungsgemäßer Weise aufgefächert werden.

Eine Vorrichtung, die es erfindungsgemäß ermöglicht, dass die Teilstrahlen einzeln zuschaltbar sind, ermöglicht es, dass das Gerät auch als Linienlaser verwendet werden kann. Speziell können durch das Abschalten oder Ausblenden einzelner Teilstrahlen in vorteilhafter Weise optische Messmarkierungen und Messpunkte innerhalb der gewünschten Nivellierebene gesetzt werden.

Optische Blenden zwischen der den jeweiligen Laserstrahl erzeugenden Lichtquelle und dem Austritt des Laserstrahls aus dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen in einfacher Weise einen wohldefinierten Lichtstrahl aus dem divergenten Lichtkegel auszublenden und somit auch auf diese Art einen Bezugslinie beziehungsweise einen Bezugspunkt innerhalb der Nivellierebene zu erzeugen. Diese Blenden gestatten ebenso, den Strahldurchmesser oder auch den Öffnungswinkel des Laserstrahls anzupassen und damit den Überlapp der einzelnen Flächensegmente in der Nivellierebene besser kontrollieren zu können. Desweiteren ermöglichen solche Blenden etwaige, an den Linsen auftretende Verzerrungen des Laserstrahls aufgrund von Linsenfehlern auszublenden und damit die Qualität der durch die Laserstrahlen definierten Nivellierebene zu erhöhen.

Die Verwendung von Laserstrahlen im für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich gestattet das einfache Erkennen, der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Nivellierebene. Aufwendige optische Detektoren oder Wandler, die das Messsystem komplexer und damit teuer machen würden, sind für die erfindungsgemäße Laser-Nivelliervorrichtung somit nicht notwendig. Laserdioden im sichtbaren Spektralbereich stehen mittlerweile auch für höhere Ausgangsleistungen auf dem Markt zur Verfügung.

Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Anordnung versehen, die es gestattet die gesamte Vorrichtung bezüglich einer gewünschten Bezugsebene auszurichten. Dabei kann sowohl eine manuelle, als auch eine automatische Ausrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen werden.

Neben refraktiven Elementen wie den bereits erwähnten optischen Linsen eignen sich auch diffraktive optische Elemente in vorteilhafter Weise dazu, die Laserstrahlen in ihrer Ausbreitung in gewünschter Weise zu beeinflussen. Durch ein Beugungsgitter kann beispielsweise ein einzelner Laserstrahl in ein divergentes, in einer Ebene liegendes Strahlenbündel aufgefächert werden, so das wiederum ein Flächensegment überstrichen und damit markiert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält dann eine Mehrzahl von Laserstrahlen, die jeweils durch ein solches optisches Beugungsgitter aufgespalten werden. Die einzelnen optischen Komponenten sind in der Vorrichtung so zueinander einjustiert, dass die verschiedenen Flächenelemente in einer Ebene liegen und sich teilweise überlappen.

Besonders vorteilhaft lassen sich für diese Anwendung holographische Strichgitter in Transmission verwenden, aber auch klassisch geritzte Beugungsgitter können hierfür verwendet werden.

Zeichnung

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden sollen. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen optischen Strahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3, einen alternativen optischen Strahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 5 einen optischen Strahlengang einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt in einer Aufsicht die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.

Auf einem gemeinsamen Grundelement 12, das als Trägerelement ausgebildet ist, sind mehrere - im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sechs - Lichtquellen 14 in Form von Laserdioden 16 angebracht. Die Laserdioden 16 sind über den Umfang des gemeinsamen Grundelementes 12 gleichverteilt, so dass im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils ein Winkel von 60° zwischen den einzelnen Laserdioden besteht. Die Laserdioden 16 sind über elektrische Verbindungen, die in der Fig. 1 nicht dargestellt sind, mit einem Steuerteil verbunden, das auch die Stromversorgung der Dioden 16 regelt. Sowohl Steuerteil, als auch die optischen Komponenten lassen sich im gezeigten Ausführungsbeispiel in einen gemeinsamen Gehäuse 17 der erfindungsgemäßen Vorrichtung unterbringen. Die Ansteuerung der Dioden 16 geschieht derart, dass sich die Laserdioden einzeln schalten lassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 kann somit immer mit der jeweils für eine Messung gewünschten Anzahl von Dioden 16 betrieben werden.

Eine Bedienung des Steuerteils oder des gesamten Gerätes über eine Fernbedienung ist in anderen Ausführungsbeispielen möglich.

Das gemeinsamen Grundelement 12 lässt sich über eine Verstellmimik beispielsweise in Form einer Drei-Punkt- Lagerung ausrichten und in die Horizontale einnivellieren. Dazu besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auf dem gemeinsamen Grundelement 12 eine Neigungsanzeige 20, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 exemplarisch als eine Dosenlibelle 22 dargestellt ist. Andere Neigungsmesser lassen sich selbstverständlich ebenfalls in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 einsetzen. Die Vorrichtung gestattet es des Weiteren das gemeinsame Grundelement 12 gegenüber einer frei wählbaren Bezugsebene parallel auszurichten. Dazu lässt sich die Verstellmimik 18 entsprechend einem Nivellierteller beispielsweise über eine Drei-Punkt-Lagerung 24 des Grundelementes 12 so einjustieren, dass das gemeinsame Grundelement 12 in der gewünschten Ebene zu liegen kommt.

Jede der auf dem gemeinsamen Grundelement 12 aufgebrachten Laserdioden 16 sendet im Betriebsfall einen sichtbaren Laserstrahl 26 aus. Der optische Strahlengang ist für die in Fig. 1 dargestellten sechs Anordnungen aus Laserdiode und nachfolgenden optischen Komponenten identisch, so dass der Strahlengang im Folgenden nur für eine einzelne Anordnung beispielhaft für die weiteren Anordnungen beschrieben werden soll.

Der von der Laserdiode 16 im eingeschalteten Zustand emittierte, sichtbaren Laserstrahl 26 durchläuft zunächst eine Kollimationseinheit 28. Diese Kollimationseinheit 28 kann aus diversen optischen Komponenten bestehen, von denen in Fig. 1 nur stellvertretend je eine optischen Linse 30 und eine Blende 32 lediglich schematisch eingezeichnet sind. Aufgabe der Kollimationseinheit 28 ist es, das eher schlechte Strahlprofil der Laserdiode 16 in einen möglichst wohlgeformten und gut kollimierten Laserstrahl zu verwandeln. Dazu kann der von der Laserdiode 16 emittierte Lichtstrahl 26 beispielsweise auch über eine Teleskopanordnung kollimiert.

Der kollimierte Laserstrahl 26 durchläuft nach der Kollimationseinheit 28 eine weitere Blende 34, mit der sich der Strahlquerschnitt des Laserstrahls 26 einjustieren lässt. Nach der Blende 34 trifft der Laserstrahl 26 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf weitere optische Mittel 33 zur Strahlbeeinflussung. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 handelt es sich bei diesen optischen Mitteln 33 um refraktive, also brechende optische Elemente 35, die die Strahldivergenz des Laserstrahls 26 modifizieren. Das refraktive Element 35 in diesem Ausführungsbeispiel ist eine Zylinderlinse 36, auf die der Laserstrahl 26 mittig auftrifft. Die Zylinderlinse 36 ist derart in den Strahlengang des Laserstrahls 26 eingebracht, dass die Linse lediglich eine Brechkraft in der Ebene parallel zum gemeinsamen Grundelement 12 der Laserdioden 16 besitzt. (In der Fig. 1 liegt diese Ebene parallel zur Papierebene.) Senkrecht zu dieser Brechebene ist die Zylinderlinse 36 optisch homogen und besitzt daher keinerlei Brechkraft für den Laserstrahl 26, so dass dieser die Zylinderlinse 36 durchläuft, ohne in dieser Richtung modifiziert zu werden.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 handelt es sich bei der Zylinderlinse 36 um eine kurzbrennweitige, konvexe Zylinderlinsen 38 (Sammelinse). Der Strahlengang im Bereich der Zylinderlinse 38 ist zur Verdeutlichung nochmals in Fig. 2 im Detail dargestellt.

Der kollimierte Laserstrahl 26 wird in Fig. 2, von der Kollimationsoptik 28 kommend, in einem kurzen Abstand hinter der Zylinderlinse 38 fokussiert und weitet sich dann nach Durchlaufen eines Fokus der Linse 38 in einer Ebene parallel zum Grundelement 12 auf. Der Strahlengang im Fokalbereich ist in der perspektivischen Darstellung der Fig. 2 nicht zu sehen. Der Laserstrahl 26 überstreicht dabei einen Winkelbereich 48 und leuchtet somit ein Flächenelement 46 aus. Der Öffnungswinkel 48 des Flächenelementes 46 nach der Zylinderlinse 38 hängt im Wesentlichen von der Brechkraft der benutzten Zylinderlinse 38 ab und ist umgekehrt proportional zur Brennweite dieser Linse. Um eine flächenmäßig große Auffächerung des Laserstrahls 26 zu erreichen und gleichzeitig ein möglichst kompaktes Gerät zu realisieren, sollten Zylinderlinsen 38 mit einer sehr kurzen Brennweite benutzt werden. In vorteilhafter Weise lässt sich eine weitere Blende auch hinter der Linse 36 in den Strahlengang einbringen, mit deren Hilfe der Öffnungswinkel 48 beeinflusst werden kann.

In der Richtung senkrecht zur Auffächerung 46 behält der Laserstrahl 26 aufgrund der optischen Homogenität der Zylinderlinse 38 seinen ursprünglichen Strahldurchmesser, wie er vor der Zylinderlinse 38 vorlag, bei.

Fig. 3 zeigt einen Strahlengang zur Aufweitung des Laserstrahls 26, wie er sich durch Verwendung eines alternativen refraktiven Elementes 35 ergibt. Der kollimierte Laserstrahl 26 durchläuft in Fig. 3 von der Kollimationseinheit 28 kommend wiederum eine Blende 34 direkt vor einer Zylinderlinse 36. Bei der in Fig. 3 dargestellten Linse 36 handelt es sich um eine konkave Zylinderlinse 40 (Zerstreuungslinse), die den durchtretenden Laserstrahl 26 direkt in einer Ebene parallel zum Grundelement 12 aufweitet.

Die Blende 34, die sich direkt vor der Zylinderlinse 36 befindet, gestattet es, die Auffächerung des Laserstrahls 26 in gewissen Grenzen zu variieren und so den Öffnungswinkel 48 des vom Laserstrahl 26 überstrichenen Flächenelementes 46 einzustellen. Ebenso ermöglicht es diese Blende 34, den Durchmesser des Laserstrahls 26 auf der Linsenoberfläche 50 zu kontrollieren und somit Linsenfehler, die bei einem zu großen Strahlquerschitt deutlich zu Tage treten, zu minimieren. Linsenfehler würden zu einer Verzerrung des vom Laserstrahl 26 aufgespannten Flächenelementes 46 führen, und somit die Qualität der Nivellierebene verschlechtern.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind insgesamt sechs Laserdioden 16 mit entsprechendem Strahlverlauf und anschließender Strahlaufweitung auf dem gemeinsamen Grundelelement 12 aufgebracht. Die einzelnen optischen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 werden so zueinander einjustiert, dass die aus dem Gerät austretenden Laserstrahlen 26 exakt in einer Ebene liegen. In einem gewissen Abstand von dem Gerät überlagern sich dann die sechs von den jeweiligen Laserstrahlen 26 aufgespannten Flächenelemente 46 zu einer gemeinsamen Fläche 52, so dass sich ein Vollkreis 54 als Nivellierebene ergibt. Dieser Vollkreis 54 der Laserstrahlung kann in bekannter Weise als Bezugs- oder Messfläche (Nivellierniveau) genutzt werden.

Fig. 4 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Auf einem gemeinsamen, runden Grundelement 12 sind vier Laserdioden 16 vorgesehen, die jeweils einem Quadranten des Grundelementes 12 zugeordnet sind. Die Laserdioden 16 sitzen mit dem "Rücken" zueinander auf dem Grundelement 12 und senden im Betriebsfall jeweils einen Laserstrahl 26 in entgegengesetzte Richtungen aus. Die elektrische Versorgung der Dioden 16 wird durch eine zentrale Bohrung 56 in dem Grundelement 12 gewährleistet.

Das Grundelement 12 lässt sich über eine Drei-Punkt-Lagerung 58 gegenüber einem Fuß- und Stativteil 60 in jede gewünschte Raum- und Bezugsebene einjustieren.

Jede der Laserdioden 16 befindet sich im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 zusammen mit der zugehörigen Kollimationsoptik 28 in einem Gehäuse 62 das lediglich eine Öffnung 63 für den Austritt der Strahlung 26 sowie entsprechende elektrische Zuleitungen besitzt. Das Diodengehäuse 62 wird durch ein stabiles Trägerelement 64 fest mit dem Grundelement 12 verbunden. Das Trägerelement 64 in Fig. 4 dient zudem als Kühlkörper für die Laserdiode 16 und gestattet somit in vorteilhafter Weise die Ableitung der anfallenden Wärme.

Das Trägerelement 64 besitzt zudem eine Aufnahme für die Linse 36, die den Laserstrahl 26 der erfindungsgemäßen Vorrichtung flächenmäßig aufweitet. In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht diese Aufnahme aus einer Bohrung 66 in zwei Stegen 68 und 70 des Trägerelementes 64. Die Zylinderlinse 36, die in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer konvexen Stablinse 72 ausgebildet ist, wird in die Bohrung 66 eingesetzt und im Bereich der Stege 68 und 70 verklebt. Andere Befestigungsarten für die Linse 36 sind selbstverständlich ebenso möglich. Der Laserstrahl 26 durchdringt die Zylinderlinse 72 im Bereich zwischen den beiden Stegen 68 und 70.

Die stabile Ausführung des Trägerelementes 64 und die Tatsache, dass das Trägerelement sowohl die Laserdiode 16 als auch die Linse 36 fixiert, ermöglicht es, dass die optischen Komponenten nur einmal zueinander einjustiert werden müssen und dann anschließend fixiert werden können. Eine relative Bewegung der optischen Komponenten gegeneinander, die zu einer Änderung des Strahlverlaufs des Laserstrahls 26 führen würde, ist damit weitgehend ausgeschlossen. Auf diese Weise ist eine wartungsfreie und sehr robuste Ausführungsform für die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 möglich.

Prinzipiell sind jedoch auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, die es erlauben, die optischen Komponenten gegenseitig zu justieren und nachzustellen und somit einen aktiven Eingriff in den Strahlengang der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlauben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 wird durch ein Gehäuse 74 geschützt und verschlossen, das in der Fig. 4 nur in symbolischer Darstellung angedeutet ist. Das Gehäuse 74 weist entsprechende Öffnungen 76 auf durch die die Laserstrahlen 26 aus dem Gerät 25 austreten können.

In Fig. 5 ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 anhand einer Aufsicht auf den optischen Strahlengangs im Gerät 25 aufgezeigt. In der Vorrichtung selbst sind wiederum eine Mehrzahl von lichtemittierenden Dioden 16 in der Art der Fig. 1 untergebracht. Diese Dioden 16 senden jeweils einen Laserstrahl 26 aus, der dann einen entsprechenden Strahlengang, wie er in Fig. 5 schematisch dargestellt ist, durchläuft.

Die Laserdiode 16 sendet im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 einen sichtbaren Laserstrahl 26 aus, der wiederum eine Kollimationsoptik 28 durchläuft. Diese Kollimationsoptik 28 umfasst diverse optische Elemente und erzeugt einen wohlkollimierten Lichtstrahl. Der Laserstrahl 26 wird dann auf ein diffraktives optisches Element 78 gelenkt, das im speziellen Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ein holographisches Strichgitter 80 ist. Der eine Laserstrahl 26 wird durch das Beugungsgitter 80 in eine Vielzahl von Laserstrahlen 82 aufgespalten, die um einen Zentralstrahl 84 divergieren. Das Strahlenbündel 82 liegt in einer Ebene parallel zum Grundelement 12 und markiert damit ebenfalls ein Flächensegment 86.

In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind eine Mehrzahl von Laserdioden 16 mit dem entsprechenden Strahlengang durch jeweils ein zugeordnetes Beugungsgitter 80 angeordnet. Die einzelnen Beugungsgitter 80 werden auf dem Grundelement 12 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 derart zueinander einjustiert, dass die jeweiligen Strahlenbündel 82 alle in einer Ebene liegen. Die von den einzelnen Laserstrahlen überstrichenen Flächensegmente 86 addieren sich wiederum zu einer Gesamtfläche. Diese durch eine Vielzahl von diskreten Laserstrahlen 82 aufgespannte Gesamtfläche stellt somit ebenfalls eine Nivellierebene dar ohne, dass eine rotierende Strahlumlenkung benutzt wurde.

Bei dem im Ausführungsbeipiel 5 dargestellten diffraktiven Element 78 handelt es sich um ein Transmissionsgitter, das sich heutzutage in einfacher Weise als holographisches Gitter herstellen lässt. Alternative Ausgestaltungen des Ausführungsbeipiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung können aber auch Reflexionsgitter, wie beispielsweise klassisch geritzte Beugungsgitter verwenden.

Eine Blende 88, die nach jedem Beugungsgitter 80 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 5 angeordnet ist, gestattet es, den Öffnungswinkel 90 eines jeden Flächensegmentes 86 in gewünschter Weise zu varriieren. Im Speziellen gestattet es diese Blende 88 ein Laserstrahlbündel 82 ganz auszublenden oder aber auch nur den Zentralstrahl 84 eines Strahlenbündels 82 zu verwenden, der dann in vorteilhafter Weise einen einzelner Bezugspunkt markieren kann, beziehungsweise es gestattet die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einen vorgegebenen Bezugspunkt hin auszurichten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf die in der Beschreibung vorgestellten Ausführungsbeispiele einer Laser- Nivelliervorrichtung mit einer Mehrzahl von Laserdioden begrenzt.

Sie lässt sich ebenso vorteilhaft mit nur einer einzelnen, entsprechend leistungsstarken Laserdiode realisieren. Der Laserstrahl dieser einen Diode wird dann durch entsprechende optische Komponenten in eine Mehrzahl von Laserstrahlen zerlegt, die anschließend jeweils eine entsprechende Linse oder ein Beugungsgitter durchlaufen. Die optische Komponente zur Zerlegung des ursprünglichen Laserstrahls kann beispielsweise ebenfalls ein Beugungsgitter oder aber auch ein entsprechend gestalteter Strahlteiler sein.

Ebensowenig ist die erfinderische Vorrichtung auf die Verwendung von einzelnen Zylinderlinsen als refraktive Elemente beschränkt. Es lassen sich auch Kombinationen optischer Linsen und andere Linsensysteme zur erfindungsgemäßen Auffächerung des Laserstrahls benutzen.

Claims (15)

1. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung mit mindestens einer Lichtquelle (14) und mit einer Mehrzahl von aus dem Gerät (25) austretenden Laserstrahlen (26, 82) sowie mit optischen Mitteln (33) zur Beeinflussung der Laserstrahlen (26), dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gerät (25) austretenden Laserstrahlen (26) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

2. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldivergenz (44) der aus dem Gerät (25) austretenden Laserstrahlen (26) in der gemeinsamen Ebene so groß ist, dass sich die Laserstrahlen (26) in dieser Ebene überlappen und eine gemeinsame Fläche (52) aufspannen.

3. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl und/oder die Strahldivergenz (44) der Laserstrahlen (26) so groß ist, das sich in der gemeinsamen Ebene ein Vollkreis (54) als Fläche (52) ergibt.

4. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gerät (25) austretenden Laserstrahlen (26) jeweils um einen Winkel voneinander getrennt sind.

5. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gerät (25) austretenden Laserstrahlen (26) in Richtung senkrecht zur gemeinsamen Ebene im Wesentlichen kollimiert sind.

6. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel (33) zur Beeinflussung der Laserstrahlen refraktive optische Elemente (35) sind.

7. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktiven optischen Elemente (35) optische Linsen, beispielsweise Zylinderlinsen (36, 38, 40) sind.

8. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gehäuse (g2) des Nivelliergerätes (25) austretenden Laserstrahlen (26) jeweils von einer Lichtquelle (14), insbesondere von jeweils einer Laserdiode (16) erzeugt werden.

9. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gehäuse (62) des Nivelliergerätes (25) austretenden Laserstrahlen (26) durch Strahlteilung mindestens eines ursprünglichen Laserstrahls erzeugt werden.

10. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gehäuse (62) austretenden Laserstrahlen (26) einzeln schaltbar sind.

11. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Gehäuse (62) austretenden Laserstrahlen (26) Licht im für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich enthalten.

12. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (48) eines jeden der aus dem Gehäuse (62) austretenden Laserstrahlen (26) mittels mindestens einer Blende (34) variierbar ist.

13. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Vorrichtung (18, 24, 58, 60) zur Ausrichtung des Gerätes (25) in einer vorgebbaren Ebene.

14. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel (33) zur Beeinflussung der Laserstrahlen (26, 82) diffraktive optische Elemente (78) beinhalten.

15. Laserstrahl-Nivelliervorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive optische Elemente (78) Beugungsgitter, im Speziellen holographische Strichgitter (80) beinhalten.