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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung allgemein
für Laserlichtmarkierungen
in Form von Lichtlinien, mit der Ausstrahlung eines oder mehrerer
Laserstrahlen oder Laserstrahlenbündel (im folgenden als Laserstrahlenbündel bezeichnet)
auf ein oder mehrere Ziel-Objekte, und speziell zum Emittieren eines
Laserstrahl-Linienbündels, das
also als Bündel
in einer Ebene liegt, und bezieht sich weiterhin auf ein Lasermarkierinstrument
für die Bauindustrie
zum Vermessen von Objekten wie den Wänden, der Decke, dem Boden
usw eines im Bau befindlichen Gebäudes mit Hilfe der emittierten Strahlenbündel.
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Anstelle
der Anzeichnungs- oder Farbstempeltechnik, bei der Zimmerer oder
Bauarbeiter die Objekte durch Ziehen einer vertikalen oder horizontalen
Linie auf jeweiligen Oberflächen
mit chinesischer Tusche oder Kalk vermessen, wird heutzutage in
der Bauindustrie eine Vorrichtung zum Emittieren einer Laserlichtlinie
verwendet.
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Diese
Vorrichtung erzeugt ein auf eine Ebene beschränktes Laserstrahlen-Lichtbündel zum
Ziehen einer Lichtlnie auf dem Ziel-Objekt. Hierzu wird das diffundierende
Emissionsbündel
eines Halbleiterlasers durch eine Kollimatorlinse, die sich in der Vorrichtung
befindet, kollimiert und das kollimierte Bündel durch eine zur Vorrichtung
gehörende
zylinderförmige
Stablinse unidirektional diffundiert oder verteilt. Außerdem kann
die Vorrichtung die Sicherung der Horizontalität oder Vertikalität der Lichtlinie durchführen, also
die Funktion eines Lotes oder einer horizontalen Linie, indem sie
kardanisch aufgehängt wird.
Der Kardanmechanismus erlaubt die konstante Positionierung einer
Laserstrahlenbündel-Lichtquelleneinheit,
in der der Halbleiterlaser, die Kollimatorlinse und die Stablinse
durch einen Halter oder eine Fassung gemeinsam montiert sind. Im
Kardanmechanismus befindet sich ein Lot oder Pendel, das die konstante
Position der darin angeordneten Lichtquelleneinheit so aufrecht
erhält,
daß auch
dann, wenn die gesamte Vorrichtung nach unten oder oben geneigt
wird, diese Lichtquelleneinheit die horizontale oder im Lot befindliche
Lichtlnie erzeugt.
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In
der Bauindustrie besteht Bedarf nach der Möglichkeit der Erzeugung einer
geraden Linie, die ohne Unterbrechung einen weiten Winkel einschließt, also
im in Bau befindlichen Gebäude
in einem Bereich verläuft,
der sich beispielsweise von einer Wand zur Decke, zur anderen Wand
und zum Boden erstreckt, oder als horizontale Linie weiten Winkels
sich über
die umgebenden drei oder vier Wände erstreckt.
Die 9 und 10 zeigen Beispiele für solche Lichtlinien erzeugende
Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, wie sie gemäß dem Bedürfnis entworfen
oder vorgeschlagen wurden.
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9 zeigt als Beispiel nach dem Stand der Technik
eine Lichtlinien erzeugende Vorrichtung mit zwei Laser-Lichtquelleneinheiten 1 und 2,
die jeweils eine Kollimatorlinse 12 bzw. 22 und
eine Stablinse 13 bzw. 23 umfassen, die jeweils
durch ihre Fassung gehalten sind. Die Lichtquelleneinheiten 1 und 2 sind als
Paar so angeordnet, daß ihre
jeweiligen optischen Achsen horizontal liegen und ihre proximalen Enden
sich gegenüberstehen.
Jede der Stablinsen 13 und 23 ist senkrecht in
Bezug zur horizontalen optischen Achse angeordnet. Die Laserstrahlenbündel der
Einheiten 1 und 2 breiten sich also der Breite nach
nach rechts und links je um 90° und
um die gesamte Vorrichtung um 360° aus,
so daß die
Vorrichtung eine gerade horizontale Linie schafft, die die Objekte
vor, hinter und auf gegenüberliegenden
Seiten der Vorrichtung erfaßt.
Offensichtlich kann man durch Verdrehen der Einheiten 1 und 2 um 90° auch
eine hinsichtlich der Horizontalen vertikale Linie ziehen, die über die
Objekte über,
unter und auf gegenüberliegenden
Seiten der horizontalen Vorrichtung verläuft.
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10 zeigt ein weiteres Beispiel
nach dem Stand der Technik, nämlich
eine eine Lichtlinie erzeugende Vorrichtung mit einer Laserstrahlenbündel-Lichtquelleneinheit 3,
die einen Halbleiterlaser 31, eine Kollimatorlinse 32 und
einen konischen Spiegel 34 umfaßt. Bei dieser Vorrichtung
ist die Emissionsrichtung des vom Halbleiterlaser 31 emittierten
Bündels
von unten nach oben. Dieses Bündel, das
durch die Kollimatorlinse zu einem parallelen Lichtfluß wird,
wird so zum konischen Spiegel gestrahlt, daß der zentrierte Lichtfluß dessen
Spitze erreicht. Der Laser-Lichtfluß wird also von der reflektierenden
konischen Spiegelfläche
in radialer Richtung in einem Winkelbereich von 360° reflektiert.
Aus 10 ergibt sich,
daß die
vertikale Ausrichtung der Mittelachse des konischen Spiegels 34 das
Ziehen einer horizontalen Linie auf den Objekten ermöglicht, während eine
horizontale Ausrichtung der Mittelachse des konischen Spiegels 34,
wobei die Richtung des Strahlenbündels
seitwärts
ist, das Ziehen einer vertikalen Linie auf den Objekten erlaubt.
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Im
Hinblick auf den in
9 gezeigten Stand der
Technik wird insbesondere auf die japanische Patentveröffentlichungen
JP11257963 ,
JP10213436 und auf das japanische
Gebrauchsmuster
JP3038312 verwiesen.
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Im
Hinblick auf den in
10 gezeigten Stand
der Technik wird insbesondere auf die japanische Patentveröffentlichung
JP7244208 verwiesen.
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Aus
der
US 5,782,003 ist
ferner eine Vorrichtung zur Projektion divergierender Laserstrahlen
bekannt, die durch die Vorrichtung so gesteuert werden, daß sie in
einer horizontalen oder in einer vertikalen Ebene liegen. Aus der
US 5,373,362 ist ferner
eine Lichtquelle zum Messen einer Form bekannt, die eine Halbleiterlaservorrichtung,
eine Linse, eine Sammelvorrichtung und eine Versatzvorrichtung zur
Beeinflussung des von der Halbleitervorrichtung emittierten Laserstrahls
umfaßt.
Aus Dokument
US 4,896,169 ist
ferner eine Vorrichtung zur Aufnahme eines binären Bildes einer Schaltung
auf einem photosensitiven Material bekannt. Schließlich ist
aus der JP 2000-018946 A eine Laservorrichtung bekannt, die so ausgebildet
ist, daß sie
Laserabstrahllinien in allen horizontalen oder senkrechten Azimuthwinkeln bereitstellt.
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Bei
der bekannten Vorrichtung nach 9 ergibt
sich das Problem, daß sie
aufgrund der notwendigen Installation von zwei Laserstrahlenbündel-Quelleneinheiten
teuer ist. Außerdem
erfordert sei eine individuelle Justierung der Winkel und der weiteren
Positionen der Stablinsen der jeweiligen Einheiten zum Erzeugen der
geraden Lichtlinie auf den umliegenden Objekten. Auch diese komplexe Justierung
erhöht
die Kosten der Vorrichtung.
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Beim
Stand der Technik nach 10 ergibt sich
das Problem erhöhter
Kosten aufgrund der schwierigen hochpräzisen Herstellung des konischen Spiegels
und der für
den konischen Spiegel erforderlichen Aufbringung reflektiven Materials
auf der konischen Fläche.
Außerdem
bereitet die Justierung der koaxialen Position des Laser-Lichtflußzentrums
und der Spitze des konischen Spiegels erhebliche Schwierigkeiten.
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Demgegenüber soll
durch die Erfindung eine Lösung
der genannten Probleme des Stands der Technik geschaffen werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren
kann ein präzises
Laser-Lichtlinienbündel
erzeugt werden. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bezieht
sich auf ein Laser-Anzeichnungsinstrument, das das genaue Zeichnen
einer horizontalen oder vertikalen Linie über den gesamten Winkelbereich
bis 360° erlaubt,
und dies trotz eines vereinfachten Aufbaus der Vorrichtung sowie
einer Reduktion der Zahl der Teile und vereinfachter Justierung.
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Gemäß der Erfindung
kann die das Linien-Laserstrahlenbündel, oder genauer: Ebenen-Laserstrahlenbündel, emittierende
Vorrichtung auf die Verwendung einer einzigen Laserstrahlenbündel-Lichtquelleneinheit
beschränkt
sein. Dies trägt dazu
bei, die Zahl der Teile zu erniedrigen. Diese Quelleneinheit umfaßt eine
Laserstrahlenbündel-Lichtquelle,
eine Kollimatorlinse und eine zylindrische Stablinse und ist dadurch
gekennzeichnet, daß die
zylindrische Stablinse ihrerseits eine vollständig transparente Fläche und
eine semitransparente Fläche
umfaßt,
die jeweils einen Teil der Mantelfläche der zylindrischen Stablinse
bedecken und einander für
ein von der Lichtquelle emittiertes Strahlenbündel gegenüberliegen. Sie bilden also
um den Umfang der Stablinse angeordnete, diesen Umfang ausfüllende Zylindersegmente.
Mehr im einzelnen dargestellt, geht man gemäß der Erfindung zum Emittieren
eines Laserlichtbündels
für eine
Lichtlinie auf Ziel-Objekten von
einer Laser-Lichtquelleneinheit einer Laserlichtbündel-Emittiervorrichtung
mit folgenden Verfahrensschritten vor: Emittieren eines Laserstrahlen- Lichtbündels von
einer Laserstrahlenbündel-Lichtquelle der
Lichtquelleneinheit; Kollimieren des emittierten Lichtbündels durch
eine Kollimatorlinse der Lichtquelleneinheit; und Ausbreiten des
kollimierten Lichtbündels
durch eine Stablinse der Lichtquelleneinheit in Richtung auf die
Objekte; wobei man einen Teil des emittierten und kollimierten Lichtbündels durch
eine semitransparente Fläche,
die auf der Stablinse gebildet ist, in einer ersten angenäherten Halbebene
reflektiert und den Rest des emittierten und kollimierten Lichtbündels durch
die semitransparente Fläche
in die Stablinse eintreten läßt, wo er
gebrochen wird und die Stablinse über eine vollständig transparente Fläche der
Stablinse in einer zweiten angenäherten Halbebene,
die zur ersten Halbebene entgegengesetzt orientiert ist, austreten
läßt.
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Die
semitransparente Fläche
der Stablinse reflektiert und verteilt einen ersten Teil des emittierten und
kollimierten Lichtbündels
in einer ersten radialen Halbebene, während der restliche Teil des
Bündels durch
die semitransparente Fläche
hindurchtritt, von der Stablinse gebrochen wird und durch die vollständig transparente
Fläche
an der gegenüberliegenden Oberfläche der
Stablinse in der zweiten radialen Halbebene verteilt wird.
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Vorzugsweise
nimmt die semitransparente Fläche
in Bezug zur Mittelachse der Stablinse einen Segmentwinkel von maximal
140° ein.
Der Grund hierfür
ist, daß die
semitransparente Fläche,
wenn sie einen Winkel von mehr als 140° einnimmt, in Bezug zur Mittelachse
der Stablinse eine Verteilung des Strahlenbündels in einem Winkelbereich
von 280° bewirkt.
Hierdurch ergibt sich das Problem einer Überlappung des reflektierten
und des gebrochenen Strahlenbündelteils.
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Die
Stablinse kann die optische Achse des emittierten und kollimierten
Laserstrahlenbündels
in Querrichtung schneidend vertikal oder horizontal angeordnet werden.
Die vertikale Anordnung der Stablinse in Bezug zur optischen Achse
ergibt die Emission der Laserlichtlinie auf Objekten, die sich vor,
hinter und gegenüberliegend
seitlich der emittierenden Vorrichtung befinden, während die
horizontale Anordnung der Stablinse in Bezug zur optischen Achse eine
Emission der Laserlichtlinie auf Objekte ergibt, die sich über, unter
und gegenüberliegend seitlich (oder
vor und hinter) der emittierenden Vorrichtung befinden.
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Die
Linien-Lichtquelleneinheit umfaßt
vorzugsweise eine Fassung als Halter der Laserstrahlenbündel-Lichtquelle,
der Kollimatorlinse und der Stablinse. Die Laserstrahlenbündel-Lichtquelle
ist am hinteren Ende dieser Fassung befestigt und an dieser sitzt
ein zylindrischer Innenspiegel, und zwar am angenäherten Mittelteil
auf der Seite ihres vorderen Endes. Die Kollimatorlinse ist im zylindrischen
Innenspiegel angeordnet und die Stablinse ist an dessen distalem
Ende angeordnet.
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Der
zylindrische Spiegel für
die Kollimatorlinse und die Fassung der Einheit haben vorzugsweise ein
Paar gegenüberliegender
Schlitze, durch die das geteilte und verteilte Laserstrahlenbündel von
der Stablinse jeweils hindurchtreten kann.
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Die
Lokalisierung der Stablinse in Bezug zum Strahlenbündel ist
damit leichter als beim Stand der Technik. Der zylindrische Spiegel
zeigt eine Anordnungsbeziehung zwischen der Stablinse und dem Laserstrahlenbündel für die Justierung
der Positionen zwischen diesen Teilen. Die beiden Schlitze im zylindrischen
Spiegel und in der Fassung ermöglichen
außerdem
die Durchführung
einer korrekten Positionierung des zylindrischen Spiegels relativ
zur Fassung.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Emittieren des Linien-Laserstrahlenbündels ist
die Lichtquelleneinheit in ein Lot oder Pendel eingebaut, das an
einem Kardanmechanismus hängt.
Das Pendel erlaubt mögliche
Schwenkbewegungen der Lichtquelleneinheit in allen Richtungen, also
zwischen vorne und hinten, links und rechts.
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Der
Kardanmechanismus umfaßt
gemäß einer
vorteilhaften Ausführung
vier Achsen und drei Verbindungsglieder, die durch die vier Achsen
in Serie miteinander verbunden sind. Die vier Achsen umfassen ein
erstes Paar von Achsen, die sich horizontal von einer Gehäusefläche der
Vorrichtung weg erstrecken, und ein zweites Paar von Achsen, die
sich mit den beiden ersten Achsen rechtwinklig kreuzen. Das erste
Verbindungsglied kann auf der Seite seines hinteren, also unteren
Endes um die erste Achse frei verschwenkt werden, und hat eine Gelenkverbindung
zum zweiten Verbindungsglied durch die zweite Achse auf der Seite von
dessen vorderem, also oberem Ende. Das zweite Verbindungsglied kann
auf der Seite seines hinteren Endes frei um die zweite Achse, und
außerdem
um das vordere Ende des ersten Verbindungsglieds verschwenkt werden
und hat eine Gelenkverbindung zum dritten Verbindungsglied durch
die dritte Achse auf der Seite von dessen vorderem Ende. Das dritte
Verbindungsglied kann auf der Seite seines hinteren Endes frei um
die dritte Achse verschwenkt werden und hat eine Gelenkverbindung
zum Pendel durch die vierte Achse auf der Seite von dessen vorderem,
also oberen Ende. Das Pendel kann also in allen Richtungen frei
schwingen.
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Das
Pendel kann eine leitfähige
Platte haben, die an seinem unteren Teil befestigt ist. Die leitfähige Platte
erstreckt sich seitlich vom unteren Teil des Pendels weg. Sie greift
sandwichartig in den Raum zwischen zwei Magneten ein, die an der
Innenseite jeweiliger horizontaler Platten eines Jochs in Form eines
umgekehrten C sitzen. Jeder der Magnete hält von der leitfähigen Platte
einen Abstand ein. Die leitfähige
Platte, das Joch in Form des invertierten C und die beiden Magnete
bilden zusammen eine Dämpfungs-
oder Bremseinrichtung für
das Pendel. Bewegungen der leitfähigen
Platte aufgrund von schwingenden Bewegungen des Pendels bewirken die
Erzeugung von Wirbelströmen
aufgrund der Wechselwirkung zwischen der leitfähigen Platte und den beiden
Magneten, wodurch die Pendelbewegungen gedämpft werden.
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Die
erfindungsgemäße einzige
Laserstrahlenbündel-Lichtquelleneinheit
ermöglicht
also eine Reduktion der Kosten der Vorrichtung. Die Laserstrahlenbündel-Lichtquelle,
die Kollimatorlinse und die Stablinse, die durch die Lichtquelleneinheit
in das Pendel montiert sind, resultieren in konstruktionsmäßiger Einfachheit.
Mit der einzigen Lichtquelleneinheit erzeugt man leicht eine gerade
horizontale oder vertikale Linie, die die Vorrichtung umgibt oder
die die Objekte trifft, die sich vor, hinter und gegenüberliegend
seitlich der Vorrichtung oder über,
unter und gegenüberliegend
seitlich (oder vor oder hinter) der Vorrichtung befinden. Der zylindrische
Spiegel ermöglicht
eine leichte Positionsjustierung der Stablinse in Bezug zum Laserstrahlenbündel. Außerdem ergeben die
leitfähige Platte
am unteren Teil des Pendels, das Joch in Form des invertierten C
und die beiden Magneten an jeweiligen horizontalen Platten des Jochs die
Konstruktion einer Bremseinrichtung, die die Schwingbewegungen des
Pendels dämpft.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer Ausführung einer Laserstrahl-Lichtquelleneinheit
zur Verwendung im Rahmen der Erfindung;
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2 im
vergrößerten Maßstab eine
Draufsicht auf eine Stablinse in der Laserstrahl-Lichtquelleneinheit
von 1;
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3(a), 3(b) und 3(c) eine Schnittansicht von vorne, eine Vorderansicht
bzw. eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Laserstrahl-Lichtquelleneinheit
mit einer Fassung zur Verwendung im Rahmen der Erfindung;
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4 eine
Vorderansicht einer Ausführungsform
der Erfindung, einschließlich
der Fassung;
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5 eine
perspektivische Außenansicht
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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6 eine
Schnittansicht von vorne durch eine Ausführung eines Justiermechanismus
für die Stablinse
zur Verwendung im Rahmen der Erfindung;
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7 eine
Seitenansicht des Justiermechanismus von 6;
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8 eine
Draufsicht auf die im Rahmen der Erfindung zu verwendende Stablinse
unter Darstellung der Winkelbereiche, innerhalb derer der Laserstrahl
reflektiert wird bzw. hindurchtritt und gebrochen wird;
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9 eine allgemeine perspektivische Ansicht
einer Ausführung
einer Laserstrahl-Lichtquelleneinheit in einer eine Lichtlinie erzeugenden
Vorrichtung nach dem Stand der Technik; und
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10 eine
allgemeine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung einer
Laserstrahl-Lichtquelleneinheit in einer eine Lichtlinie erzeugenden
Vorrichtung.
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Im
folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung Durchführungs formen
eines Verfahrens zum Emittieren eines Laserlichtbündels zum
Erzeugen einer Lichtlinie, und Ausführungsformen von Vorrichtungen
zur Durchführung
des Verfahrens beschrieben.
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Die 1 zeigt
schematisch eine Laserstrahl-Lichtquelleneinheit 4, die
im folgenden als Lichtquelleneinheit bezeichnet wird und eine in 2 gezeigte
Stablinse 5 enthält,
nämlich
eine Zylinderlinse, die über
ihre gesamte Länge
gleichen Durchmesser aufweist. Ihre Mantelfläche teilt sich in eine semitransparente
Fläche 6,
die im Querschnitt angenähert
einen Halbkreis bildet, und eine vollständig transparente Fläche 7,
die den Rest der Mantelfläche bildet.
Die semitransparente Fläche 6 wird
gebildet durch Beschichten mit einer semitransparenten Membran oder
einem derartigen Film. Ihr Verhältnis des
Durchlaßvermögens zum
Reflexionsvermögen ist
1: 1. Ein einfallender Strahl wird zu angenähert 50 % reflektiert und zu
angenähert
50 % durchgeleitet.
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Wie 1 zeigt,
umfaßt
die Lichtquelleneinheit 4 die Stablinse 5 und
weiterhin einen Laserlichtgenerator 41 wie beispielsweise
einen Halbleiterlaser und eine Kollimatorlinse 42. Das
vom Laser 41 emittierte Lichtbündel wird durch die Kollimatorlinse 42 zu einem
angenähert
parallelen Lichtfluß und
strahlt so auf die semitransparente Fläche 6 der Stablinse 5.
Er erreicht diese Fläche 6 der
Linse 5 mit einer Flußrichtung
rechtwinklig zur Mittelachse der Stablinse und trifft im wesentlichen
auf das Zentrum der semitransparenten Fläche 6 auf.
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Wenn
der Lichtfluß die
semitransparente Fläche 6 erreicht,
wird angenähert
die Hälfte
des Lichts von dieser Fläche
reflektiert, und zwar wird der einfallende Lichtfluß radial
reflektiert mit einer Verteilung nur in einer Ebene, die auf der
Mittelachse der Stablinse 5 senkrecht steht, mit einem
Winkelbereich von 180°,
so daß eine
einzige Lichtlinie auf die Ziel-Objekte hinter der Laserstrahlemissions-Vorrichtung und auf
gegenüberliegenden
Seiten oder auf die Objekte auf einer Seite und vor und hinter dieser
Vorrichtung geworfen wird. Der angenähert hälftige Rest der Energie des
Lichtbündels
tritt nach dem Erreichen der semitransparenten Fläche 6 durch
diese und durch das Innere der Stablinse 5 hindurch und tritt
durch die vollständig
transparente Fläche 7 aus. Der
hindurchtretende, von der Stablinse 5 gebrochene Lichtfluß verteilt
sich nur in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse der Stablinse 5 im
Winkelbereich von 180°,
so daß eine
einzige Lichtlinie auf die Ziel-Objekte vor und an gegenüberliegenden
Seiten oder auf die Objekte auf der anderen Seite und vor und hinter der
Vorrichtung geworfen wird.
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Es
wird also angenähert
die Hälfte
des emittierten Laserlichtbündels
von der semitransparenten Fläche 6 der
Stablinse 5 radial reflektiert und verteilt, während der
Rest radial gebrochen und von der transparenten Fläche 7 verteilt
wird. Die Stablinse 5 wirkt hierbei so, daß das reflektierte
Lichtbündel
innerhalb der Winkelgrenzen so verteilt wird, daß die bidirektionale (rechts
und links) Expansions-Begrenzung des verteilten gebrochenen Lichtbündels mit der
Begrenzung des verteilten reflektierten Lichtbündels auf der selben horizontalen
oder vertikalen Linie zusammenfällt.
Dies erlaubt es, eine gerade z.B. horizontale Lichtlinie zu bilden,
die auf einige Objekte um die Vorrichtung, (also vor ihr, hinter
ihr und an ihren sich gegenüberliegenden
Seiten) geworfen wird. Da nach 1 die Zylinderlinse 5 vertikal
angeordnet ist, führt
dies zur Bildung der horizontalen Lichtlinie, die einmal rund um
die Vorrichtung verläuft.
Ist jedoch die Stablinse 5 horizontal angeordnet, so ermöglicht dies
die Bildung einer vertikalen Lichtlinie, die einmal rund um die
Vorrichtung verläuft
und die auf Objekte über,
unter und auf den sich gegenüberliegenden
Seiten der Vorrichtung oder vor und hinter dieser trifft.
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Die
semitransparente Fläche 6 der
Stablinse 5 reflektiert das vom Halbleiterlaser emittierte
Laserbündel
unidirektional, also in nur einer Ebene. Wie jedoch oben bei der
Diskussion zum Stand der Technik angegeben, wird das vom Halbleiterlaser
emittierte Laserbündel über die
Kollimatorlinse zum kollimierten Flußbündel. Wie in 8 gezeigt
ist, wird also, wenn das kollimierte Lichtflußbündel auf die Stablinse gestrahlt
wird, die an ihrer Außenfläche im Bereich eines
Winkels von 180° in
Bezug zur zentralen Achse die semitransparente Fläche aufweist,
das Licht von der semitransparenten Fläche in einem Winkel von 280° in Bezug
zur zentralen Achse radial reflektiert. Dies ergibt insofern ein
Problem, als sich die radial verteilte reflektiert Laserstrahl-Lichtlinie
teilweise mit der radial verteilten gebrochenen Laserstrahl-Lichtlinie überlappt.
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Soll
diese Überlappung
beseitigt werden, so kann das dadurch erreicht werden, daß der Winkelbereich
der semitransparenten Fläche 6 so
begrenzt wird, daß das
ausgestrahlte Laserbündel
von der semitransparenten Fläche
nur innerhalb des Winkelbereichs von 180° in Bezug zur mittleren Achse
der Stablinse 5 reflektiert wird. Zum Lichtbündel-Reflexionswinkel
von 180° bei
parallelem Lichteinfall paßt
ein Zentriwinkel von 140° für die semitransparente
Fläche.
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Auch
wenn die semitransparente Fläche 6 auf
der Stablinse 5 in einem Winkelbereich von nur 140° gebildet
ist, wird in den meisten Fällen
das von der Stablinse 5 gebrochene Lichtbündel von
der vollständig
transparenten Fläche
im Winkelbereich von angenäherte
180° abgestrahlt.
Beim Vorsehen des Winkels von angenähert 140° ermöglichen also das reflektierte
und das gebrochene Lichtbündel
kombiniert die Bildung einer horizontalen oder einer vertikalen
Lichtlinie, die sich überlappungsfrei
um 360° erstreckt.
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Die 3(a), 3(b) und 3(c) zeigen als die Lichtquelleneinheit 4 eine
Baugruppe aus der Stablinse 5 mit der semitransparenten
Fläche 6,
dem Halbleiterlaser 41, der Kollimatorlinse 42 und
einem zylindrischen Innenspiegel 43, eingebaut in eine Lichtlinienbündel-Emittiervorrichtung
mit einem Halter oder einer Fassung 45. Der zylindrische
Innenspiegel 43 ist als Halter für die Linse 42 vom
Mittelteil bis zum vorderen Ende der Fassung 45 verlaufend montiert,
und die Kollimatorlinse 42 befindet sich innerhalb des
zylindrischen Innenspiegels 43. Am hinteren Ende der Fassung 45 ist
als Lichtquelle der Halbleiterlaser 41 montiert. Die Stablinse 5 ist
am Mittelteil der Fassung 45 auf der Seite von deren vorderem
Ende befestigt, nämlich
beispielsweise angeleimt, und zwar so, daß die semitransparente Fläche 6 zur
verspiegelten Innenseite des zylindrischen Innenspiegels 43 auf
der Seite von dessen vorderem Ende gerichtet ist. Die Kollimatorlinse 42 ist
in 3(b) nur schematisch als Kreis
dargestellt.
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Aus
dieser Konstruktion ergibt sich, daß die Kollimatorlinse 42 in
der Fassung 45 das vom Halbleiterlaser 41 divergierend
emittierte Licht kollimiert und die semitransparente Fläche 6 der
Stablinse 5 sich so auswirkt, daß in einer Richtung von dieser aus
das reflektierte Lichtbündel
erzeugt wird, während
die transparente Fläche 7 sich
dahingehend auswirkt, daß das
gebrochene, durchgelassene Lichtbündel in der gleichen Ebene
in der anderen Richtung abgegeben wird. Wie 3(a) zeigt,
wird das reflektierte Bündel,
das einen Winkel von angenähert
180° annimmt,
teilweise durch die Vorrichtungskomponenten wie die Kollimatorlinse 42 und den
Halbleiterlaser 41 unterbrochen. Das Restbündel tritt
jedoch durch zwei Schlitze 44, 46 aus, die für diesen
Zweck am zylindrischen Spiegel 43 für die Linse und an der Fassung 45 jeweils
symmetrisch zur Mittellinie oder Achse des Bauteils gebildet sind.
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Gemäß 4 ist
die Fassung 45, in der der Halbleiterlaser 41,
die Kollimatorlinse 42, der zylindrische Innenspiegel 43 und
die Stablinse 5 montiert sind, über einen Kardanrahmen 50 an
einem seitlichen Baukörper 51 montiert
und in ein Pendel 60 eingebaut. Das Pendel 60 hängt an dem
Kardanrahmen 50. Dieser umfaßt: eine am seitlichen Baukörper 51 der
Laserlichtbündel-Emittiervorrichtung
diesbezüglich
angeordnete Achse 52; ein an der Achse 52 sitzendes
und von dieser herabhängendes
erstes Verbindungsglied 53, das an einem proximalen Ende
so aufgehängt,
daß es
um diese Achse 52 frei schwingen kann; ein zweites mit
dem ersten Verbindungsglied 53 über eine zweite Achse 54 verbundenes
Verbindungsglied 55, wobei sich diese Achse 54 am
proximalen Ende des Glieds 55 befindet und parallel zur Achse 52 so
angeordnet ist, daß das
Glied 55 um die Achse 54 frei schwingen kann;
ein mit dem zweiten Verbindungsglied 55 über eine
dritte Achse 56 verbundenes und an ihm hängendes
drittes Verbindungsglied 57, wobei die dritte Achse 56 sich
auf der Seite des proximalen Endes des Glieds 57 befindet und
die Achsen 52 und 54 rechtwinklig kreuzend so verläuft, daß das Verbindungsglied 57 frei
um die Achse 56 schwingen kann; und eine vierte Achse 58, die
parallel zur Achse 56 so verläuft, daß das Pendel 60 daran
am Ende des distalen dritten Glieds 57 sitzt und um die
Achse 58 frei schwingen kann. Das Pendel 60, das
am beschriebenen Mechanismus des Kardanrahmens 50 hängt, kann
sein Gleichgewicht in fester Richtungsbeziehung aufrechterhalten,
beispielsweise in vertikaler Richtung im Hinblick auf den Baukörper 51 der
Vorrichtung.
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Gemäß der in 4 dargestellten
Ausführungsform
ist die Lichtquelleneinheit 4 mit der Baugruppe des Halbleiterlasers 41,
der Kollimatorlinse 42 und der Stablinse 5 zur
Fassung 45 und dem zylindrischen Innenspiegel 43 von
unten nach oben ausgerichtet, und zwar derart, daß die Stablinse 5 in eine
vorgegebene Position des oberen, hinterem Endes des Pendels 60 kommt
und ihre Achse horizontal verläuft,
wenn das Pendel 60 sich im Gleichgewicht befindet. Somit
produzieren das reflektierte Lichtbündel von der semitransparenten
Fläche 6 der
Stablinse 5 und das gebrochene Lichtbündel von der vollständig transparenten
Fläche 7,
wenn sie miteinander kombiniert sind, ein vertikales ebenes Lichtbündel, das
ausgestrahlt wird zu Objekten, die sich über und unter der Vorrichtung,
und zu gegenüberliegenden Seiten
oder vor oder hinter der Vorrichtung befinden.
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In
der Ausführung
von 4 hat das Pendel 60 eine leitfähige Platte 61,
die an ihm sitzt und von seinem vorderen, nämlich unteren Teil horizontal
absteht. Die leitfähige
Platte 61, ein Joch 62 in Form eines umgekehrten
C und zwei an den jeweiligen Schenkeln des C-förmigen Jochs 62 befestigte
Magnete 63, 63, die sich über und unter der leitenden Platte 61 befinden,
bilden zusammen eine Bremsvorrichtung für das Pendel. Die leitfähige Platte 61 ist sandwichartig
frei zwischen den einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Magneten 63, 63 eingefügt, und
wenn sie vom geschwungenen Pendel 60 verursachte Schwingbewegungen
ausführt,
wird ein Wirbelstrom erzeugt. Die entstehenden Wirbelstromverluste
erzeugen die Bremswirkung auf das Pendel 60.
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Die
montierte Stablinse 5 ist gemäß 4 entlang
der horizontalen Achse angeordnet, sie kann jedoch auch entlang
der vertikalen Achse angeordnet sein, wie es in 5 dargestellt
ist. 5 zeigt ein Pendel 65, das an einem Kardanmechanismus hängt, der
die gleiche Konstruktion wie der in 4 dargestellte
hat und ebenfalls mit 50 bezeichnet ist. Gleiche Komponenten
sind allgemein mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden
nicht erneut beschrieben. Am Pendel 65 sitzt die Laser-Lichtquelleneinheit 4,
die entlang der horizontalen Achse angeordnet ist. So lange sich
das Pendel 65 in festem Gleichgewicht befindet, steht die
Mittelachse der Stablinse 5 senkrecht. Gemäß der in 5 dargestellten Ausführungsform
erzeugen also das von der semitransparenten Fläche 6 der Stablinse 5 reflektierte Lichtbündel und
das gebrochene und über
die vollständig
transparente Fläche 7 abgegebene
Lichtbündel,
das durch die semitransparente Fläche 6 hindurchgetreten
ist, in Kombination gemeinsam ein horizontales ebenes Lichtbündel, das
zu den Objekten ausgesandt wird.
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Für das genaue
Hinlenken der emittierten vertikalen oder horizontalen Linie auf
die Objekte muß der
Kardanrahmenmechanismus mit dem aufrechterhaltenen Gleichgewicht
des Pendels, das die Laser-Lichtquelleneinheit trägt, in Bezug
zum Lichtbündel
eine genauere Position und Orientierung der Stablinse in der Lichtquelleneinheit
haben. Aus dem Grunde, daß eine
Neigung der Stablinse einen großen
Einfluß auf
das Betriebsverhalten der Lichtlinien-Emittiervorrichtung hat, ist
es sehr wichtig, daß eine
geneigte Stablinse korrigiert wird.
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Bei
der üblichen
bekannten Vorrichtung zum Emittieren eines Laserlichtbündels für eine Lichtlinie werden
die Position und Orientierung der Stablinse eingestellt durch Justiermechanismen
oder -prozesse, die die Justierung durchführen durch eine oder mehrere
Schrauben oder Gewinde und durch Reaktionsfedern, die gegen die
Druckkraft der ersteren arbeiten. Diese Teile sind in die Lichtquelleneinheit
einbezogen. Bei einigen der Justiereinrichtungen ist auch ein Halter
für die
Stablinse durch eine oder mehrere Schrauben oder Gewinde oder durch
einen Klebstoff befestigt. Jedoch ergeben sich bei den bekannten
Justierungen große
Schwierigkeiten, beispielsweise in Form komplizierter Justiermechanismen
und aufgrund der Schraube(n) oder Gewinde und der Pressbelastung
durch die Federn, und diese Einflüsse ändern sich mit der Zeit.
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Ein
bevorzugter Mechanismus und ein Verfahren zum Jusrieren der positionierten
und ausgerichteten Stablinse ist in den 6 und 7 gezeigt.
Die in diesen Figuren gezeigte Lichtquelleneinheit 4 hat
die gleiche Konstruktion wie die nach 3.
Gleiche Komponenten sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet
und werden nicht erneut beschrieben. Nach den 6 und 7 ist die
Fassung 45 mit dem zylindrischen Innenspiegel 43,
der von der Fassung abgenommen werden kann und in dem die Kollimatorlinse 42 sitzt,
und mit der Stablinse 5 am vorderen Endflächenteil
der Fassung beispielsweise durch Ankleben in oder an einer (nicht gezeigten)
Aufspannvorrichtung fixiert. Die Justierung des gegenseitigen Abstands
und Winkels zwischen dem zylindrischen Spiegel 43 und der
Fassung 45 erfolgt durch Bewegen der Aufspannvorrichtung an
den zutreffenden Punkt entsprechend der Beobachtung oder Versicherung
des Laserstrahls, der am Spiegel sichtbar ist. Nach der Justierung
wird der zylindrische Spiegel 43 an der Fassung 45 durch
einen Klebe- oder Lötvorgang
fixiert.
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Gemäß der Ausführungsform
nach den 6 und 7 gibt man
Klebe- oder Lötmittel
an die zwei Teile des zylindrischen Spiegels 43 und an die
Fassung 45 an den beiden Schlitzen 43, 46,
die in der Fassung ausgebildet sind, wie oben beschrieben wurde.
Die Klebemittel- oder Lötportionen
sind mit 68 bezeichnet. Vorzugsweise werden für den Lötvorgang
die Lötstellen
des zylindrischen Spiegels 43 und der Fassung 45 metallisiert.
Nach erfolgter Justierung und Fixierung zwischen dem zylindrischen Spiegel 43 und
der Fassung 45 kann die Aufspannvorrichtung entfernt werden.
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Die
beschriebene Ausführung
ergibt also einen sehr einfachen konstruktiven Justiermechanismus
bzw. ein entsprechendes Justierverfahren, da keine Feder, keine
Schraube und kein Gewinde erforderlich sind. Die Vorrichtung und
das Verfahren üben keinen
Einfluß auf
eine Restspannung aus, wie sie durch Federn, Schrauben oder Gewinde
verursacht wird, und kann Variationen der Position und Orientierung
mit der Zeit nach der Justierung reduzieren.