具有坐标系的激光标记机构的制作方法

专利名称：具有坐标系的激光标记机构的制作方法
具有坐标系的激光标记机构
现有技术 本发明涉及一种用于产生坐标系的激光单元。激光系统被用于直接在施工、安装和建筑物区中进行各种不同的测量，该激光系统产生基准线，以便获得水平的或垂直的基准系统。在这种系统中常常只使用一个激光光束源，它的光束通过光学元件被分开。由 US6, 542, 304B2已知将光束分开成产生笛卡尔坐标系的分光束。在该系统中，激光光束被指向一个形式为四面镜的光学元件，其中多个反射镜面在不同的方向上与激光光束成45°， 该激光光束由此各以90°被分开成不同的分光束。这种系统的缺点是，产生的坐标系在每个轴上仅仅通过一个可投射的点示出。本发明的公开
本发明的任务是改善这种系统。本发明的任务通过权利要求1所述的激光单元解决。在此情况下，激光光束源产生一个激光光束，其中产生的激光光束首先在DOE和/ 或ROE中被修改和修改的激光光束然后至少部分地在光束偏转装置中被这样地偏转，使得形成的分光束限定一个坐标系。在此情况下，分光束的投影具有由DOE和/或ROE限制的光束扩大。该坐标系最好是两维或三维笛卡尔直角系统。DOE是衍射光学元件，其中例如通过光刻法将微结构施加到一个载体(例如玻璃) 上。如在透镜的情况下一样，通过分光束的不同的光学行程，在它们中产生相位调制，由此形成干涉图样。附加地，可以通过促进性的和/或破坏性的叠加来调制振幅。通过DOE可以以实际上任意的方式调制光束或例如激光光束，如后面还要详细说明的那样。DOE是通过衍射即绕射引起光束的改变，而R0E，即折射光学元件，是借助于折射 (折光)工作的。折射一般地应该理解为光束在如例如透镜的界面上的偏转。但是，在本申请的意义上，ROE不是被理解为通常的透镜，而是折射的光学结构，它们的尺寸非常小并且例如在尺寸上与光的波长相匹配或直到达到最大为l/10mm至Imm的尺寸范围。这种结构被施加到最好是平面的光学载体上。与使用DOE —样，也可以利用ROE产生实际上任意的光束变型。在本发明的意义上的ROE也可以称为微折射光学元件。如后面在实施例中详细说明的那样，激光器的光束被分裂成不同的分光束，它们可以作为坐标系投射在一个相应的基准面上。此外，为了使用者更好地识别坐标系，这些投射的点可以被修改/扩大，从而坐标系的基面通过位于轴投影的投射中心点旁边的投影点表示出。这些另外的投影点经DOE或ROE修改光束而形成。通过将激光光束的传输(通道) 按照顺序布置在光束偏转装置之前，由此一个惟一的DOE或ROE元件就够用了，该元件具有不同的区域，其中的每个区域负责一部分激光光束和由此负责其中的一个分光束。由此需要很少的部件，这降低了成本。此外可以将该惟一的、由此尺寸可以较大的DOE或R0E，比多个相应的元件更精确地定位和定向，其中如果每个产生的分光束要单个地相应地被修改， 那么就需要所述的多个相应的元件。在一个有利的实施形式中，一部分激光光束没有通过光束偏转装置偏转。激光光束的所述分光束是如此形成的，即它们的来自激光器的光束的相应的部分通过光束偏转装置各以90°被在不同的方向上偏转。所述坐标系由各单个的光束形成。此外有利的是，至少其中一个分光束的光束扩大在投影中具有多个激光点，这些激光点位于由坐标系限定的平面(或基面)中。在激光单元的通常的使用中，激光单元是以万向悬挂的方式安装的，因此坐标系被在水平和垂直方向上定向。在与标明该坐标轴的激光点之间一定的距离处，布置另外的点(最好具有较小的光度)，这些点也是水平或垂直定向并且因此协助了使用者的定向工作。备选地，至少其中一个分光束的光束扩大/修改在投影中具有多个圆，这些圆同心地围绕坐标系的相应的轴分布。这样使用者被告知坐标轴的位置。此外，不是必需使全部的分光束都具有通过DOE和/或ROE限制的光束扩大，而是一个或多个分光束可以选择地不通过D0E/R0E修改。由于修改意味着光束扩大，由此投射的激光点的亮度被减小。因此如果在给定的激光强度下应该达到一个最大的光度，那么可以放弃所述的修改。最好通过光束偏转单元将修改的激光光束分开成五个分光束。笛卡尔坐标系具有三个正交的轴，它们分别从原点在正和负的方向上定向。位于坐标系的原点上的激光单元因此具有光束分量，其在六个可能的方向中的五个方向上指向并且因此为使用者提供五个相应的基准点(参照点)。优选地，光束偏转单元可以实施成四面镜。四面镜是一种光学部件，它通过四个相应定向的镜面产生偏转。在此情况下以成本有利的方式将该镜面集成在一个部件中，然后简单地和成本有利地制造和定向该部件。不是必需使用四面镜，而是可以使用所有已知的使光束偏转的手段，如例如单个的分开的反射镜，可部分通过的反射镜，棱镜或类似物。在本发明的另一个实施例中，DOE和/或ROE通过改变光束方向在小于5°的偏转的角度范围中修改激光光束。最好角度的改变小于1°。这就是说，激光光束总体上几乎没有被改变，和激光光束基本上完全地射到光束偏转单元上。光束偏转单元到一个分光束被投射到其上的基准面(参照面)(例如一个墙壁)之间的距离通常相当大并且可以达数米。因此，修改的光束偏转不应该过大，因为否则投射的中心点，其标示出坐标系的轴，到修改的光束分量的距离会太大并且因此几乎不可能被识别出。最好在激光单元中精确地只使用一个激光光束源。通过所述使用例如一个四面镜，可以将一个惟一的激光光束源的光束分成若干个分光束，并且由此可以降低部件成本。在另一个实施形式中，在DOE和/或ROE和光束偏转装置之间的光路中设置光阑并且该光阑具有尤其是长形狭口。在DOE和/或ROE处的光束修改也产生不希望的散射光束，它们通过光阑遮掩并且由此在投影时形成清楚轮廓的光亮点。此外，可以通过光阑产生衍射图样，它们在投影中作为旁波瓣(Nebenmaxima)出现。所述的激光单元可以配置一个自动调平功能并且由此可以在激光仪使用。自动调平在最简单的情况下可以通过激光单元的万向(摆)悬挂实现或者利用相应的马达驱动装置实现。附加地，可以设置阻尼(机构)，它使起振过程(过渡过程)加速进入目标位置。附图
以下对照附图示例性地依据实施例详细说明本发明。说明书，所属附图以及权利要求中包含大量的特征组合。专业人员也可以单个地考虑这些特征尤其是也包括各种实施例的特征并且将它们概括成有意义的其它的组合。附图所示


图1是具有一个四面镜的以透视图示出的激光装置， 图2是激光单元的一个侧视图， 图3是修改的激光光束在一个表面上的投影， 图4是各单个的激光点，它们位于由坐标系限定的平面中和图5是光阑的俯视图。图1示出了激光光束源7，它包括激光二极管4和准直透镜6并且实施成一个组件。为了更好地理解，以虚线方式示出激光光束源7的内部。由激光二极管3产生的光是一个扩张的即发散的光束并且通过准直透镜定向成准直的激光光束20。该激光光束20射到DOE禾口 /或ROE 50上。在激光光束20通过DOE或ROE之后，它不再被精确地准直，而是它的一些分量(部分)被稍微地偏转或修改。以后，修改的激光光束20a射到四面镜2上。四面镜2实施成一个由光学元件构造成的部件并且具有四个反射表面8a，8b，8c和8d，它们基本上是三角形的并且与激光光束20a的光轴成45°的角度。在这些反射表面8a，8b，8c和8d上激光光束被分裂成四个分光束10a，10b，IOc和10d，其中分光束IOa与分光束IOc同轴并且方向相反。相应地，分光束IOb与分光束IOd位于相同的轴线上，只是在相反的方向上。分光束IOa和IOb以(相互间)90°的角度位于一个平面中，该平面垂直于激光光束20a的光学轴线。另一个分光束12位于与激光光束20a相同的光学轴线上。这或者这样地实现，即激光光束20a进入四面镜2所处于的表面与相应的出去表面是共面的(平行的)并且与激光光束20a正交，或者这样地实现，即四面镜2具有长形孔并且分光束12由此是激光光束20a 的一个直接的部分或延长部分。分光束10a，10b, 10c, IOd和12限定一个笛卡尔坐标系的5个轴。图3示出了分光束10d，它按照图1向下指向和按照图3射向地面。在此处，分光束IOd以较大的直径示出，这应该意味着该光束产生一个具有较高光度的被投射的中心激光点13。此外，投影14作为分光束IOd的分量示出，它们十字叉形地射到地面上，其中该十字叉的角度位置是这样的，即它位于由分光束10a，10b, 10c, IOd和12限定的平面中。即使在图3示出一个具有其轮廓的十字叉，但是由此仅仅表示的是有多个投影点位于此处。 作为对各单个点的替代方案，也可以产生一个具有均勻的或向外方向上减小的光度的十字叉。对于激光单元1的使用者，这些明亮的投影点14用作坐标系的位置的基准(参照)。图4不仅示出在中心点13上方和下方的投影点，而且示出其左边和右边的投影点。在此情况下，间距可以是不同的，而且它们的形成一方面可以通过DOE和/或ROE实现，也可以通过在光阑60处的衍射实现。这种基准点不仅在分光束IOd上，而且在每个其它的分光束上都是可能的。投影 14由此形成，即相应的分光束的分量稍微地通过DOE或ROE被偏转。除了产生投影点14以外，也可以围绕对应于坐标系的位置的中心点13产生同心圆(没有示出)，它们用于将使用者的注意力指向中心点13的位置。
附加地，可以设置按照图2的光阑60，它遮掩激光光束20a并且布置在DOE或ROE 50和四面镜2之间。光阑60或孔板的一个示例示于图5的俯视图中。光阑60具有朝着激光光束20a中心定向的用于分光束12的圆形通孔62。此外，它具有四个长形狭口 61，它们用于激光光束20a的分量，这些分量在四面镜2中被转变成分光束10a，10b, IOc和10d。 孔板60的直径最好大于激光光束20，或20a的直径。孔板60使得激光光束的一些部分被遮掩并且由此轮廓清晰地限定点14。附加地，可以在长形狭口 61的边缘上产生衍射，从而例如孔板50的长形狭口 61，该长形狭口是水平定向的并且因此按照图1用于分光束IOa或 IOc中之一，在这些分光束投射时通过衍射产生旁波瓣，它们位于相应的作为中心点13的坐标轴点的上方或下方。按照图1的配置由激光光束源7，DOE和/或ROE 50，和四面镜2这三个部件组成。 必要时附加地使用光阑60。在此情况下可以将DOE和/或ROE 50与光阑一起作为组件集成在一起，该组件必要时与激光光束源组合成一个惟一的部件。这些部件可以容纳在一个外壳(没有示出)中，在该外壳中也可以容纳四面镜2。备选地，也可以将激光光束源7与 D0E/R0E和四面镜2 —起实施成一个组件。
权利要求
1.激光单元(1)，其包括用于产生激光光束00)的激光光束源(7)，其中产生的激光光束首先在DOE和/或ROE (50)中被修改并且修改的激光光束接下来至少部分地在光束偏转装置O)中被这样地偏转，即形成的分光束(10a，10b，10c，10d，12)限定一个坐标系，其中分光束的投影具有受DOE和/或ROE限制的光束扩大。
2.按照权利要求1所述的激光单元(1)，其中一部分(1 激光光束没有通过光束偏转装置⑵偏转并且形成的分光束(10a，10b, 10c, IOd)各以90°在不同的方向上相对于激光光束00)被偏转。
3.按照前面权利要求中之一所述的激光单元，其中至少一个分光束(10a，10b，10c， 10d，12)在投影中的光束扩大具有多个激光点(13，14)，该激光点位于由坐标系限定的平面中。
4.按照前面权利要求中之一所述的激光单元，其中至少一个分光束(10a，10b，10c， 10d，12)在投影中的光束扩大具有多个圆，该圆同心地围绕坐标系的相应的轴分布。
5.按照前面权利要求中之一所述的激光单元，其中至少一个分光束不具有受DOE和/ 或ROE限制的光束扩大。
6.按照前面权利要求中之一所述的激光单元，其中光束偏转单元( 将修改的激光光束分裂成五个分光束。
7.按照前面权利要求中之一所述的激光单元，其中光束偏转单元实施成四面镜O)。
8.按照前面权利要求中之一所述的激光单元，其中DOE和/或ROE(50)通过改变光束方向在小于5°，最好小于1°的角度范围中修改激光光束。
9.按照前面权利要求中之一所述的激光单元，其中激光单元只有一个激光光束源(6)。
10.按照前面权利要求中之一所述的激光单元，其特征在于，在DOE和/或ROE(50)和光束偏转装置( 之间的光路中设置光阑(60)，最好是孔板并且该光阑(60)尤其具有长形狭口。
11.自动调平的激光仪，其具有按照前面权利要求中之一所述的激光单元(1)。
12.按照权利要求111所述的自动调平的激光仪，其特征在于，通过激光单元的万向悬挂或相应的马达驱动装置实现自动调平。
全文摘要
本发明涉及一种激光单元(1)，其包括用于产生激光光束(20)的激光光束源(7)，其中产生的激光光束首先在DOE和/或ROE(50)中被修改并且修改的激光光束然后至少部分地在一个四面镜(2)中被这样地偏转，即形成的分光束(10a，10b，10c，10d，12)限定一个坐标系，其中分光束的投影具有受DOE和/或ROE限制的光束扩大。
文档编号G02B27/64GK102362150SQ201080013434
公开日2012年2月22日 申请日期2010年2月1日 优先权日2009年3月26日
发明者齐默曼 T. 申请人:罗伯特·博世有限公司