包括變焦鏡頭和線性編碼器的相機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種包括變焦鏡頭的相機(jī)系統(tǒng)(1)，尤其用于測量設(shè)備中，該相機(jī)系統(tǒng)：具有包括限定筒內(nèi)部(3)和光軸(4)的筒體(2)的筒狀引導(dǎo)系統(tǒng)；傳感器模塊(50)，該傳感器模塊被布置在引導(dǎo)系統(tǒng)的下游處，并且具有用于探測光學(xué)輻射的光學(xué)傳感器(51)；光學(xué)系統(tǒng)承載件(200)，該光學(xué)系統(tǒng)承載件以可沿光軸(40)在筒內(nèi)部(3)中線性移動的方式布置，并且以基本無間隙的方式穿過筒體(2)安裝在垂直于光軸(4)的平面中；以及第一驅(qū)動系統(tǒng)(60)，用于沿光軸(4)移動第一滑架(20)，所述第一驅(qū)動系統(tǒng)與引導(dǎo)系統(tǒng)脫離，其特征在于，第一滑架(20)具有第一位置傳遞元件(21，21’)和第一掃描傳感器(71，71’)，該第一掃描傳感器被構(gòu)造用于探測第一位置傳遞元件(21，21’)，使得可以生成與第一滑架(20)的線性位置相關(guān)聯(lián)的與位置相關(guān)的第一掃描信號，從而可以導(dǎo)出第一滑架(20)的線性位置。
【專利說明】包括變焦鏡頭和線性編碼器的相機(jī)系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及一種相機(jī)系統(tǒng)，該相機(jī)系統(tǒng)包括變焦鏡頭和線性編碼器，該變焦鏡頭具有可移動變焦光學(xué)組件，該相機(jī)系統(tǒng)具體在測量裝置中以及也在包括這樣的相機(jī)系統(tǒng)的激光跟蹤器中使用。
[0002]這種類型的相機(jī)系統(tǒng)主要用于激光跟蹤器中。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的激光跟蹤器通常被實(shí)施為具有光學(xué)圖像獲取單元，該光學(xué)圖像獲取單元具有例如CCD或CID相機(jī)或基于CMOS陣列的相機(jī)的二維光敏陣列，或者具有像素陣列傳感器和具有圖像處理單元。激光跟蹤器和相機(jī)在該情況下以上下疊置的方式進(jìn)行安裝，具體安裝成使得它們相對于彼此的位置是不變的。相機(jī)例如是可以隨著激光跟蹤器圍繞其基本豎直的軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，但可以獨(dú)立于激光跟蹤器而進(jìn)行上下樞轉(zhuǎn)，并因此具體地與激光束的光學(xué)元件分開布置。具體地，相機(jī)可以具有魚眼鏡頭，并且因此由于相機(jī)的圖像獲取范圍非常大而可以不必樞轉(zhuǎn)相機(jī)或者至少需要被限制到一定范圍。此外，相機(jī)例如根據(jù)相應(yīng)的用途而可以被實(shí)施為可以只繞一個(gè)軸線進(jìn)行樞轉(zhuǎn)。相機(jī)還可以以一體的構(gòu)造與激光光學(xué)元件一起被安裝在共用的殼體中。
[0003]通過由圖像獲取和處理單元對具有標(biāo)記的所謂的測量輔助設(shè)備的圖像進(jìn)行獲取和分析，其相對彼此的相對位置已知，可以推斷出布置在測量輔助設(shè)備上的目標(biāo)(例如探針)在空間中的取向。與目標(biāo)點(diǎn)的確定的空間位置一起，因此目標(biāo)在空間中的位置和取向可以以絕對值方式精確地確定，和或相對于激光跟蹤器被確定。
[0004]使用所提到的測量裝置來測量目標(biāo)的位置和取向，因此目標(biāo)不一定必須是目標(biāo)本身，而可以是測量輔助設(shè)備。作為測量系統(tǒng)的部件，為了進(jìn)行測量，它被移動到的相對于目標(biāo)物體被機(jī)械地限定的或者可以在測量過程中確定的位置中，其中目標(biāo)(例如探針)的位置和可選的取向可以通過其測量到的位置和取向進(jìn)行推斷。
[0005]這樣的測量輔助設(shè)備可以通過所謂的掃描工具來實(shí)施，掃描工具被定位成在目標(biāo)物體的點(diǎn)上具有其接觸點(diǎn)。測量工具具有標(biāo)記，例如光斑和反射器，該反射器代表掃描工具上的目標(biāo)點(diǎn)并且可以利用激光跟蹤器的激光束被瞄準(zhǔn)，其中標(biāo)記和反射器相對于掃描工具的接觸點(diǎn)的位置是精確地已知的。測量輔助設(shè)備還可以例如是手持式掃描儀，該掃描儀配設(shè)用于距離測量，無接觸表面測量，其中用于距離測量的掃描儀測量光束的相對于光斑和布置在掃描儀上的反射器的方向和位置是精確地已知的。例如在EP0553266A1中描述了這樣的掃描儀。
[0006]為了確定測量輔助設(shè)備的取向而逐漸對準(zhǔn)相機(jī)的獲取方向，從而可以在激光跟蹤器的跟蹤光束的方向上獲取圖像。
[0007]相機(jī)還可以具有變焦功能，其中可以根據(jù)在激光跟蹤器和目標(biāo)點(diǎn)或者測量輔助設(shè)備(Var1相機(jī))之間測量的距離來設(shè)置放大等級。利用這兩個(gè)調(diào)整功能(對準(zhǔn)和放大)，相機(jī)因此可以逐漸地獲取圖像，其中測量輔助設(shè)備以及具體地測量輔助設(shè)備的光斑被成像。因此產(chǎn)生可以以電子方式分析的光斑的空間布置的二維圖像。
[0008]例如在US5973788中描述了這樣一種具有激光跟蹤器和圖像獲取單元的測量裝置，用于確定目標(biāo)在空間中的位置和取向，光斑和反射器被布置在測量裝置上。
[0009]EP1510846A1中公開了用于變焦系統(tǒng)的引導(dǎo)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，諸如鏡頭或鏡頭組的光學(xué)組件沿變焦系統(tǒng)的光軸移動。在這種情況下，被實(shí)施成用于容納光學(xué)組件(具體地為鏡頭或者鏡頭組)的滑架在其外側(cè)具有用于接觸鏡頭的內(nèi)徑的多個(gè)接觸面。針對滑架的限定運(yùn)動，作為驅(qū)動單元設(shè)置主軸曲線。由于不發(fā)生實(shí)際的線性位置的直接反饋，而是只能經(jīng)由對馬達(dá)步數(shù)的計(jì)數(shù)被推導(dǎo)，因此甚至當(dāng)因磨損而最小程度地增加或減少馬達(dá)步數(shù)時(shí)，也會由于馬達(dá)老化過程而發(fā)生不準(zhǔn)確結(jié)果。還可以例如由于裝置的振動而將會執(zhí)行一個(gè)不被計(jì)數(shù)的步驟。這可能會導(dǎo)致滑架位于區(qū)別于由系統(tǒng)假定的位置的不同位置處，這一方面能引起模糊圖像和測量誤差，另一方面還能引起對裝置的損壞。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)在于，為包括變焦鏡頭的照相機(jī)提供一種引導(dǎo)系統(tǒng)，該引導(dǎo)系統(tǒng)具有在線性定位滑架方面提高的精確性。
[0011]本發(fā)明的特殊目標(biāo)在于提供這樣一種具有改進(jìn)的、尤其更精確的位置反饋的引導(dǎo)系統(tǒng)。
[0012]另一目標(biāo)在于提供這樣一種用于激光跟蹤器的相機(jī)的引導(dǎo)系統(tǒng)。
[0013]這些目標(biāo)中的至少一個(gè)目標(biāo)根據(jù)本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1和/或其他權(quán)利要求特征的相機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中找到。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)具有變焦鏡頭，該變焦鏡頭具有鏡頭系統(tǒng)和布置在鏡頭系統(tǒng)下游處的相機(jī)傳感器，具體的為CMOS傳感器。鏡頭系統(tǒng)包括一個(gè)或者多個(gè)固定的光學(xué)組件和一個(gè)或多個(gè)可移動變焦光學(xué)組件。鏡頭系統(tǒng)優(yōu)選具有兩個(gè)固定光學(xué)組件和兩個(gè)可移動光學(xué)組件，其中這兩個(gè)可移動組件位于兩個(gè)固定組件之間。
[0015]可移動的變焦光學(xué)組件均以無間隙的方式被光學(xué)承載件承載。光學(xué)承載件和光學(xué)組件均在這種情況下形成滑架形式的模塊，其中滑架均具有基本上圓形的橫截面。
[0016]滑架在鏡頭筒中被引導(dǎo)，其中所有球保持架或者滑動件具體地形成與鏡頭筒的接觸點(diǎn)或者觸點(diǎn)，并且因此提供滑架的軸向活動性或者因此提供被承載的變焦光學(xué)組件的活動性。在由滑動件引導(dǎo)的情況下，通過預(yù)緊件被預(yù)緊的滑動件在滑架的頂側(cè)上確保在這種情況下，被擰入并轉(zhuǎn)動用于調(diào)整并且滑動件以無間隙的方式被保持在鏡頭筒的內(nèi)部側(cè)表面上。
[0017]鏡頭筒在本發(fā)明的意義中不是僅被理解為側(cè)向封閉的中空圓筒。而且，該術(shù)語在本發(fā)明的意義中在功能上被理解為筒狀引導(dǎo)系統(tǒng)，其確保沿光軸引導(dǎo)滑架。具體地，鏡頭筒的橫截面除了圓形形狀外，還可以具有橢圓形或多邊形形狀。鏡頭筒還可以具有具體地為縱向槽形式的開口，或者可以由沿光軸方向布置的獨(dú)立的縱向節(jié)段組成，其基本上通過它們的布置形成了中空圓筒形狀。
[0018]滑架均可以通過與鏡頭筒的引導(dǎo)系統(tǒng)脫離聯(lián)接的驅(qū)動單元沿光軸進(jìn)行移動。驅(qū)動單元具有馬達(dá)和運(yùn)動傳遞元件，其中滑架均通過驅(qū)動器而與運(yùn)動傳遞元件的運(yùn)動聯(lián)接。固定在滑架上的驅(qū)動器與設(shè)置用于在筒內(nèi)引導(dǎo)這些驅(qū)動器的引導(dǎo)縱向槽相結(jié)合，確保了對防止滑架在筒引導(dǎo)部內(nèi)發(fā)生滾動扭轉(zhuǎn)的保障。
[0019]驅(qū)動器優(yōu)選被實(shí)施為滑架的部件，S卩，例如被固定地附接在光學(xué)承載件上，具體地被擰在其上，或者被實(shí)施為與光學(xué)承載件共用的組件。驅(qū)動器則被布置成可以在驅(qū)動單元的運(yùn)動傳遞元件上移動，具體地通過球形接頭。另選地，驅(qū)動器還可以被固定地布置在運(yùn)動傳遞元件上，并且可以在滑架上移動。驅(qū)動器(優(yōu)選地設(shè)置有滑動件)沿鏡頭筒的縱向槽被引導(dǎo)，并且因此防止滑架在平行于光軸的平面中扭轉(zhuǎn)。另選地，驅(qū)動器可以在操作上通過一個(gè)或兩個(gè)磁體連接至滑架，由此此時(shí)無需用于驅(qū)動器的開口。
[0020]作為馬達(dá)，可以考慮不同的變型，具體地考慮直流馬達(dá)或者線性壓電馬達(dá)。運(yùn)動傳遞元件可以例如被緊固到帶狀件上，具體地被緊固到齒形帶或者平帶上，該帶狀件可以由直流馬達(dá)驅(qū)動或者可以被實(shí)施為可以通過壓電馬達(dá)移動的陶瓷棒。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)滑架具有一個(gè)位置編碼器元件，該位置編碼器元件具體地包含可以以光學(xué)方式或者電容方式獲取的位置編碼。該位置編碼器元件可以優(yōu)選被布置在光學(xué)承載件上，具體地呈粘合式玻璃標(biāo)尺的形式。
[0022]此外，提供了掃描傳感器，該掃描傳感器優(yōu)選在筒體上布置在筒內(nèi)部的外側(cè)或者筒體內(nèi)。掃描傳感器具體實(shí)施成使得它獲取位置編碼器元件的位置或者位置編碼器元件的位置編碼，并且可以生成由此導(dǎo)出的掃描信號，由此可以推導(dǎo)出滑架的線性位置。如果掃描傳感器被布置在筒體上，該筒體具有適于掃描編碼元件的開口，在該開口中或者開口上方布置掃描傳感器，并且該開口可以具體地被掃描模塊完全覆蓋。例如，制造商MicroESystem公司的“Mercury 1500 P”類型的編碼器可以作為具有玻璃標(biāo)尺的線性編碼器來使用。掃描傳感器有利地被布置在距玻璃標(biāo)尺2至3mm的距離處，尤其是2.25至2.55mm處。
[0023]位置編碼器元件也可以被布置在驅(qū)動器上，如果它被實(shí)施為滑架的部件，或者被固定地安裝于滑架上，具體地為被擰入就位。掃描傳感器在這種情況下具體地被布置在鏡頭筒外部，使得可以獲取驅(qū)動器上的位置編碼。另選地，該驅(qū)動器還可以本身被實(shí)施為位置編碼器元件。例如，光可以由三個(gè)光源沿光敏掃描傳感器的方向發(fā)射，其中，由驅(qū)動器在掃描傳感器上產(chǎn)生陰影，通過該陰影的位置，可以推導(dǎo)出驅(qū)動器的線性位置，并且因此推導(dǎo)出滑架的位置。
[0024]每個(gè)位置編碼器元件被布置成與相同的滑架的光學(xué)組件處于不能改變的空間關(guān)系中，具體地，滑架的所有組件或者至少光學(xué)組件和承載位置編碼器元件的組件以無間隙的方式彼此連接。因此可以直接通過由掃描傳感器所生成的信號來導(dǎo)出光學(xué)組件的位置變化。如果空間關(guān)系額外已知，則光學(xué)組件的明確的當(dāng)前位置也可以被導(dǎo)出。
[0025]滑架的光學(xué)承載件可以如EP1510846 Al中所描述的一樣，具有多個(gè)套筒節(jié)段，其優(yōu)選描述了 120°或90°的圓弧，并且在這些節(jié)段上設(shè)置有滑動件。一方面，這允許在光軸方向上的長的引導(dǎo)長度，另一方面，能夠通過相鄰的滑架的套筒節(jié)段的縮疊而使得滑架的光學(xué)組件更靠近彼此。
[0026]光學(xué)承載件和鏡頭筒優(yōu)選由鋁制成。光學(xué)承載件和驅(qū)動器在這種情況下可以例如被實(shí)施為共同的組件，具體地通過鋁鑄型，或者驅(qū)動器可以優(yōu)選由鋼合金制成。鏡頭筒可以具有用于調(diào)整和維修工作的開口。筒內(nèi)部的壁部優(yōu)選被涂覆涂層，以改善對滑架的引導(dǎo)。被轉(zhuǎn)動進(jìn)行調(diào)整的滑動件優(yōu)選由鋼或者紅銅合金，特別是鋼或青銅組成。
[0027]可以優(yōu)選設(shè)置馬達(dá)驅(qū)動的可樞轉(zhuǎn)光圈快門來用于盲調(diào)。
[0028]具體地，引導(dǎo)系統(tǒng)適于在Var1相機(jī)中使用，具體地作為激光跟蹤器的部件使用。在這種情況下，Var1相機(jī)被理解為具有變焦功能的相機(jī)，其中可以根據(jù)相機(jī)和目標(biāo)之間確定的距離來設(shè)置放大等級，具體地，使得無論其距離如何，目標(biāo)可以始終以相同的尺寸來成像。
[0029]在下文中將在示意性示出的實(shí)施方式的基礎(chǔ)上描述根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)。通過下面的結(jié)合附帶的附圖所描述的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特征變得明顯。在示意性附圖中:
[0030]圖1a至圖1c以側(cè)視圖從兩側(cè)示出了根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)；
[0031]圖2a至圖2c以側(cè)視圖和剖視圖示出了滑架的第一實(shí)施方式；
[0032]圖3以側(cè)視圖示出了滑架的第二實(shí)施方式；
[0033]圖4示出了通過鏡頭筒和兩個(gè)驅(qū)動單元的橫截面；
[0034]圖5a至圖5c不出了驅(qū)動器的第一實(shí)施方式；
[0035]圖6示出了驅(qū)動器的第二實(shí)施方式；
[0036]圖7a至圖7b示出了具有作為位置編碼器元件的驅(qū)動器的編碼器的另選實(shí)施方式；
[0037]圖8示出了通過根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)的縱剖視圖；
[0038]圖9a至圖9b示出了根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)的鏡頭筒的縱剖視圖，具有暴露的滑架和光學(xué)組件；和
[0039]圖10示出了具有根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)的激光跟蹤器的兩個(gè)實(shí)施方式。
[0040]圖1a至圖1c示出了根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)I。在這種情況下，圖1a和Ib以第一側(cè)視圖示出了相機(jī)系統(tǒng)1，而圖1c以相反側(cè)的視圖示出了相同的相機(jī)系統(tǒng)I。
[0041]圖1a中示出的根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)I包含鏡頭筒，該鏡頭筒具有筒體2，并且該鏡頭筒在一端處使用鏡頭形式的光學(xué)元件17來限定，在另一端處由傳感器元件50限定。在外側(cè)上，筒體2如在此作為示例被示出的一樣，可以呈現(xiàn)為圓柱形狀，但也可以具有長方體塊或其他形狀。然而，在此未被示出的由筒體2所限定的鏡頭筒的內(nèi)部(筒內(nèi))有利地具有基本上圓柱形形狀。
[0042]第一滑架20被附接，因此它可以在筒內(nèi)線性移動?；?0具有光學(xué)組件和光學(xué)承載件200，并且可以借助驅(qū)動單元60沿鏡頭筒的縱向軸線移動。驅(qū)動單元60具有馬達(dá)61，具體地為直流齒輪傳動馬達(dá)的形式；偏轉(zhuǎn)輥62，該偏轉(zhuǎn)輥可以被預(yù)緊；另一偏轉(zhuǎn)輥63 ;和齒形帶64，該齒形帶經(jīng)由偏轉(zhuǎn)輥62、63被張緊。
[0043]將運(yùn)動經(jīng)由驅(qū)動器25傳遞給滑架20的運(yùn)動傳遞件65被緊固，例如夾緊在齒形帶64上。為了引導(dǎo)驅(qū)動器25，筒體2具有縱向槽26。為了更好地在該縱向槽26中滑動，驅(qū)動器25可以具有滑動件(未示出)。
[0044]用于獲取位置編碼并且導(dǎo)出滑架20的位置的掃描模塊70被布置在筒體2上。
[0045]在圖1b中，為了便于理解，掃描模塊70以從筒體2上被拆除的方式示出。因此筒體2中的在掃描模塊70下方的另一開口 22可以被識別。在其輪廓通過虛線被示出在筒體20的壁的后方的滑架20上，位置編碼器元件21位于開口 22的高度處，例如呈載有位置編碼的玻璃標(biāo)尺的形式，該位置編碼可以通過掃描模塊70的掃描傳感器71來獲取，并且可以由此導(dǎo)出滑架20的線性位置。
[0046]圖1c從相反的一側(cè)示出了相機(jī)系統(tǒng)1，因此可以看見筒內(nèi)的第二滑架30。該滑架被第二驅(qū)動器80驅(qū)動，該驅(qū)動器具有可以被預(yù)緊的偏轉(zhuǎn)輥82、另一個(gè)偏轉(zhuǎn)輥83、齒形帶84和運(yùn)動傳遞元件85。運(yùn)動傳遞元件85將運(yùn)動經(jīng)由驅(qū)動器35傳遞給滑架30，其中筒體2還在該側(cè)具有用于驅(qū)動器35的引導(dǎo)縱向槽36。用于獲取位置編碼并且導(dǎo)出第二滑架30的位置的第二掃描模塊90被布置在筒體2上。
[0047]圖2a至2c在圖1a至Ic的第一滑架20的示例基礎(chǔ)上示出了根據(jù)本發(fā)明的滑架的構(gòu)造示例。根據(jù)本發(fā)明的滑架形成由多個(gè)緊固地彼此連接的部件組成的模塊。
[0048]圖2a是滑架20的側(cè)視圖。光學(xué)元件27以鏡頭的形式被示出作為滑架的光學(xué)組件的一個(gè)部件。包含光學(xué)組件的該光學(xué)承載件200優(yōu)選由鋁制造而成。位置編碼器元件21被布置在承載有位置編碼的光學(xué)承載件200上，該位置編碼可由掃描傳感器獲取，并且可由此導(dǎo)出滑架20的線性位置。位置編碼器元件21具體地為玻璃標(biāo)尺，并且被粘合在光學(xué)承載件200上。驅(qū)動器25被固定地連接至光學(xué)承載件200，例如被擰緊在其上或者被實(shí)施為共同的組件，并且代表至驅(qū)動單元(此處未示出)的運(yùn)動傳遞元件的連接。兩種類型的滑動件23、24被布置在光學(xué)承載件200上:兩個(gè)可以被預(yù)緊的滑動件23和被轉(zhuǎn)動用于調(diào)整的多個(gè)滑動件24 ;滑動件24具體由鋼或青銅組成。
[0049]圖2b示出了經(jīng)過圖a2的相同的滑架20的橫截面，該滑架布置在鏡頭筒中。一對可以被預(yù)緊的滑動件23和兩對通過轉(zhuǎn)動進(jìn)行調(diào)整的滑動件24確保了滑架20在筒內(nèi)部3在垂直于光軸的平面中的滑動引導(dǎo)式安裝，而沒有間隙。筒體2由鋁制成，筒內(nèi)部3的壁部被進(jìn)行表面涂覆，以改善對滑架的引導(dǎo)。
[0050]具有掃描傳感器71的掃描模塊70被布置在筒體2上。掃描傳感器71被實(shí)施用于獲取布置在光學(xué)承載件200上的位置編碼器元件21的位置編碼，從而可以生成與位置相關(guān)的掃描信號(與第一滑架20的線性位置相關(guān))，并且可以導(dǎo)出第一滑架20的線性位置。
[0051]在圖2c中，圖2a和2b中的滑架20被在另選的筒體2中示出。筒內(nèi)部3還具有圓形橫截面并且是圓柱形的，而筒體2具有方形橫截面，并且是長方體。在該實(shí)施方式中，掃描傳感器71被一體形成在筒體2中。另外，驅(qū)動器25被示出為具有用于在引導(dǎo)縱向槽26中進(jìn)行線性滑動的滑動件26a。
[0052]滑架20的另選的實(shí)施方式在圖3中示出?；?0的光學(xué)承載件200在這種情況下在一側(cè)具有多個(gè)節(jié)段201、202。這些節(jié)段均具有滑動件23、24。位置編碼器元件21部分地布置在頂部節(jié)段201上。
[0053]滑架20的引導(dǎo)長度通過光學(xué)承載件200的節(jié)段201、202被放大。如果在第二滑架(此處未示出)被布置在示出的滑架20的右側(cè)的情況下，兩個(gè)節(jié)段被偏移地布置成使得在兩個(gè)滑架接近情況下，它們在節(jié)段201、202之間的中間空間中接合，則利用兩個(gè)滑架之間的統(tǒng)一的最小距離可以放大引導(dǎo)長度。節(jié)段的數(shù)量并不被限制為兩個(gè)。每個(gè)滑架具有一個(gè)節(jié)段或者具有三個(gè)或更多節(jié)段的實(shí)施方式也是可行的。
[0054]圖4示出了經(jīng)過圖2c中的鏡頭筒的橫截面，其具有側(cè)向布置的兩個(gè)驅(qū)動單元60、80。這兩個(gè)驅(qū)動單元60、80均具有馬達(dá)61、81 ;可由該馬達(dá)驅(qū)動的、可以被預(yù)緊的偏轉(zhuǎn)輥62,82 ;圍繞該偏轉(zhuǎn)輥和另一偏轉(zhuǎn)輥(在此未示出)被張緊的齒形帶64、84 ;以及被夾持在偏轉(zhuǎn)輥上的運(yùn)動傳遞元件65、85。驅(qū)動器25、35作為滑架的部件在各種情況下經(jīng)由球形接頭66、86被附接到運(yùn)動傳遞元件65、85。
[0055]圖5a至5c以圖2b中的滑架20的橫截面示出驅(qū)動器25的第一實(shí)施方式和其在運(yùn)動傳遞元件65上的懸架。
[0056]圖5a示出了驅(qū)動器25的第一實(shí)施方式。它被實(shí)施為滑架20中的部件。出于該目的，它被固定地連接至光學(xué)承載件200，具體地被擰入光學(xué)承載件200中或者通過鋁鑄型而制造為與保持件共同的部分。驅(qū)動器25經(jīng)由球形接頭66與被緊固在齒形帶64上的運(yùn)動傳遞元件65連接。
[0057]圖5b示出了將第一實(shí)施方式的驅(qū)動器25緊固到運(yùn)動傳遞元件65上的示例。運(yùn)動傳遞元件65被夾持到齒形帶64上，并且具有V形軸承67，其中，被緊固到驅(qū)動器25上的球形接頭66被固定在正確的位置中。
[0058]圖5c示出了驅(qū)動器25的第一實(shí)施方式的變型。在這種變型中，位置編碼器元件21被布置在驅(qū)動器25上,并且掃描傳感器71處于對應(yīng)的位置中。由于驅(qū)動器25被實(shí)施為滑架20的部件，并且以無間隙的方式連接到光學(xué)承載件200，因此滑架20的線性位置可以通過驅(qū)動器25的線性位置來導(dǎo)出。
[0059]圖6示出了驅(qū)動器25’的第二實(shí)施方式。驅(qū)動器25’被固定地連接至其中的運(yùn)動傳遞元件65,具體地被抒在運(yùn)動傳遞元件上或者一體制成。該驅(qū)動器25’經(jīng)由球形接頭66被連接至滑架20。
[0060]圖7a和7b中示出了驅(qū)動器的另一變型。以無間隙的方式被連接到光學(xué)承載件200上的驅(qū)動器在這種情況下用作位置編碼器元件21’。三個(gè)光源75沿著滑架20的偏移的方向被布置在位置編碼器兀件21’的上方，與光敏掃描傳感器71’相對。三個(gè)光源75將光發(fā)射到掃描傳感器71’上，其中作為位置編碼器元件21’的該驅(qū)動器在掃描傳感器71’上投射三個(gè)陰影，因此可以獲取三個(gè)陰影。通過三個(gè)陰影的位置，可以導(dǎo)出位置編碼器元件21’的位置，并且因此導(dǎo)出滑架20的位置。
[0061]圖8示出了經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)I的縱剖面。筒體2限定筒內(nèi)部3和光軸
4。具有用于接收光學(xué)射線的光學(xué)傳感器51的傳感器模塊50被布置在鏡頭筒的端部處。
[0062]固定的以及可移動的光學(xué)組件僅作為示例沿光軸4布置在筒內(nèi)部3中。在鏡頭筒的前端處，具有兩個(gè)光學(xué)元件17、18的第一固定光學(xué)組件10與筒體2相連，在鏡頭筒的后端處附接有具有光學(xué)元件41的第二固定光學(xué)組件40。這兩個(gè)固定的光學(xué)組件10、40優(yōu)選是可調(diào)的。
[0063]在兩個(gè)固定的光學(xué)組件10、40之間安裝有兩個(gè)滑架20、30，因此它們可以通過滑動件23、33沿光軸4移動。第一滑架20和第二滑架30均具有光學(xué)元件組，該光學(xué)元件組被布置在光學(xué)承載件200中，具有三個(gè)光學(xué)元件27至29、37至39。在各種情況下，兩個(gè)滑動件23、33可以通過布置在光學(xué)承載件200上的預(yù)緊件23a、33a被預(yù)緊。光學(xué)元件僅象征性地被示出，它可以具有本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種形式。
[0064]圖9a和9b中示出了經(jīng)過筒體2的縱向剖面，其中，布置在筒內(nèi)部3中的滑架20、30和固定的光學(xué)組件10、40均被以側(cè)視圖從兩側(cè)示出?；?0、30均在光學(xué)承載件200上具有位置編碼器元件21、31 ;驅(qū)動器25、35 ;和一對滑動件23、33，這些滑動件可以被預(yù)緊；以及通過轉(zhuǎn)動來調(diào)整的兩對滑動件24、34。
[0065]作為根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用示例，圖10示出了激光跟蹤器100、110的兩個(gè)不同的實(shí)施方式。此外示出了測量輔助設(shè)備120，這里該設(shè)備被實(shí)施為觸覺測量裝置。
[0066]激光跟蹤器100、110均具有圖像獲取單元，該圖像獲取單元被特別實(shí)施為根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)，或具有根據(jù)本發(fā)明的相機(jī)系統(tǒng)。
[0067]第一激光跟蹤器100具有底座104和支撐件103，其中支撐件103被布置為使得其能夠相對于基座104圍繞由基座104限定的樞轉(zhuǎn)軸線5樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。另外，瞄準(zhǔn)單元102布置在支撐件103上，使得該瞄準(zhǔn)單元102能夠相對于支撐件103圍繞傾斜軸線(轉(zhuǎn)移軸線)樞轉(zhuǎn)。借助于瞄準(zhǔn)單元102的圍繞兩個(gè)軸線提供的對準(zhǔn)能力，由瞄準(zhǔn)單元102發(fā)射的激光束6能夠靈活地對準(zhǔn)并且因此能夠瞄準(zhǔn)目標(biāo)。為此，樞轉(zhuǎn)軸線5和傾斜軸線被布置為基本彼此正交，即從精確的軸線正交略微偏離，這能夠被預(yù)先確定并存儲在系統(tǒng)中，例如用以補(bǔ)償由此導(dǎo)致的測量誤差。
[0068]在示出的裝置中，激光束6被定向到位于測量輔助設(shè)備120上的反射器121上，并且從該處被反射回到激光跟蹤器100。借助于該測量激光束6，能夠確定到反射器121的距離，特別是借助于運(yùn)行時(shí)間測量，以及借助于相位測量原理，或借助于斐索原理。激光跟蹤器100具有用于確定跟蹤器100和反射器121之間的上述距離的精細(xì)距離測量單元，以及獲取瞄準(zhǔn)單元102的位置的測角器，由此能夠以限定的方式對準(zhǔn)和引導(dǎo)激光束6，并且因此可以確定激光束6的傳播方向。
[0069]此外，激光跟蹤器100，具體地為瞄準(zhǔn)單元102，它具有用于確定在傳感器上或者在CMOS的獲取圖像中的傳感器曝光位置的圖像獲取單元，或者被具體實(shí)施為CCD相機(jī)或者像素傳感器陣列相機(jī)。這樣的傳感器允許對所獲取的探測器上的曝光進(jìn)行位敏探測。而且，測量輔助設(shè)備120具有觸覺傳感器，觸覺傳感器的接觸點(diǎn)123可以與待被測量的目標(biāo)物體接觸。這種接觸存在于掃描工具120和目標(biāo)物體之間，接觸點(diǎn)123的空間位置以及因此目標(biāo)物體上的點(diǎn)的坐標(biāo)可以被準(zhǔn)確地確定。這種確定通過接觸點(diǎn)123相對于反射器121以及相對于布置在測量輔助設(shè)備120上的標(biāo)記122的限定的相對定位來實(shí)現(xiàn)，標(biāo)記例如可以被實(shí)施為發(fā)光二極管。另選地，標(biāo)記122還可以被實(shí)施成使得它們在照明情況下，例如利用限定波長的輻射來反射入射輻射(輔助點(diǎn)標(biāo)記122被實(shí)施為回歸反射器)，具體地顯示特定的照明特征，或者它們具有限定的圖案或者顏色編碼。掃描工具120的取向因此可以通過標(biāo)記122在使用圖像獲取單元的傳感器所獲取的圖像中的位置或分布來確定。
[0070]第二激光跟蹤器110具有光束引導(dǎo)單元116，該光束引導(dǎo)單元與圖像獲取單元115分離，用于發(fā)射第二激光束7，該激光束也在反射器121上對準(zhǔn)。激光束7和圖像獲取單元
115均可以在各種情況下通過馬達(dá)圍繞兩個(gè)軸線進(jìn)行樞轉(zhuǎn)，并且可以因此被對準(zhǔn)，使得通過圖像獲取單元115，可以獲取使用激光束117瞄準(zhǔn)的目標(biāo)121和測量輔助設(shè)備120的標(biāo)記122。因此此時(shí)也可以在標(biāo)記122的空間位置的基礎(chǔ)上來確定至反射器121的精確距離以及設(shè)備120的取向。
[0071]為了在反射器121上相應(yīng)地對準(zhǔn)激光束6、7，在各種情況下，用于利用具體地處于紅外線波長范圍內(nèi)的特定波長的輻射來照亮反射器121的照明裝置被設(shè)置在激光跟蹤器10UlO上，并且附加地至少兩個(gè)具有位敏探測器的相機(jī)被布置在每個(gè)跟蹤器100、110上。在反射器121上被反射、且被散射回激光跟蹤器100、101的照明輻射可以由相機(jī)來檢測，并且反射器121在相應(yīng)的探測器上的位置可以利用每個(gè)位敏探測器來成像。因此，既使用第一激光跟蹤器100，也使用第二激光跟蹤器110，可以確定反射器的兩個(gè)成像位置，并且根據(jù)這些成像的目標(biāo)位置，可以找到目標(biāo)(反射器121)，例如根據(jù)一般已知的攝影測量原則，并且瞄準(zhǔn)單元102或者光束引導(dǎo)單元116可以被對準(zhǔn)，從而使用測量光束6、7來瞄準(zhǔn)目標(biāo)。
[0072]此外，在激光跟蹤器100、110的兩個(gè)圖像中的每個(gè)圖像的基礎(chǔ)上，可以在各種情況下確定反射器的粗略位置。該位置可以根據(jù)一般的幾何或三角原則，例如根據(jù)三角形的幾何設(shè)計(jì)原則或者通過正弦和/或余弦定律來確定。此外，可以使用一般已知的攝影測量(立體攝影測量)方法來確定粗略位置。出于該目的，還附加地已知相機(jī)在相應(yīng)的跟蹤器
100、110上相對于彼此的相對位置，特別是相機(jī)的對準(zhǔn)。
[0073]在這種背景下，可以在各種情況下，以限定的位置將照明裝置和相機(jī)例如布置在圖像獲取單元115、光束引導(dǎo)單元116、瞄準(zhǔn)單元102、支撐件103或者底座104上。
[0074]通過已知相機(jī)相對于相應(yīng)的激光束6、7的發(fā)射方向的定位,激光束6、7可以被對準(zhǔn)到反射器121的已被確定的粗略位置上，并且被聯(lián)接(鎖定)到其上。因此，盡管激光發(fā)射方向與設(shè)計(jì)相關(guān)地向相機(jī)的獲取方向偏移，但可以執(zhí)行相應(yīng)光束6、7的快速對準(zhǔn)，并且可以解決通過相機(jī)的光軸和激光束6、7所提供的視差問題。特別是，激光束6、7可以被直接對準(zhǔn)在目標(biāo)121上，即不需要迭代的中間步驟。
[0075]具體地，作為確定反射器121的粗略位置的替代或者補(bǔ)充，可以通過在探測器(在激光跟蹤器100、110上)上獲取和成像的目標(biāo)位置來確定至反射器121的粗略距離。這種確定還可以通過普遍有效的幾何原則來執(zhí)行，例如通過三角形的幾何結(jié)構(gòu)原則和/或通過正弦和/或余弦定律。
[0076]顯然，這些所示出的附圖只示意性地示出了可能的示例性實(shí)施方式。各種方法還可以相互組合，并且還可以與現(xiàn)有技術(shù)的方法和裝置進(jìn)行組合。
【權(quán)利要求】
1.一種包括變焦鏡頭的相機(jī)系統(tǒng)(I)，尤其用于測量裝置中，該相機(jī)系統(tǒng)具有: -筒狀引導(dǎo)系統(tǒng)，該筒狀引導(dǎo)系統(tǒng)具有限定筒內(nèi)部(3)和光軸(4)的筒體(2)， -傳感器模塊(50)，該傳感器模塊被布置在所述引導(dǎo)系統(tǒng)的下游處，并且具有用于獲取光學(xué)射線的光學(xué)傳感器(51)， -至少一個(gè)第一滑架(20)，該第一滑架 -具有光學(xué)組件，該光學(xué)組件具有至少一個(gè)光學(xué)元件(27-29)和光學(xué)承載件(200)，-被布置成能夠沿所述光軸⑷在所述筒內(nèi)部⑶中線性移動，并且-以基本上無間隙的方式經(jīng)過所述筒體(2)安裝在垂直于所述光軸(4)的平面中，以及-第一驅(qū)動系統(tǒng)(60)，該第一驅(qū)動系統(tǒng)與所述引導(dǎo)系統(tǒng)脫離，用于沿所述光軸(4)移動所述第一滑架(20)， 其特征在于， -所述第一滑架(20)具有第一位置編碼器元件(21，21’)，并且-第一掃描傳感器(71，71’ )被設(shè)計(jì)用于獲取所述第一位置編碼器元件(21，21’)，使得能夠生成與所述第一滑架(20)的線性位置相關(guān)聯(lián)的與位置相關(guān)的第一掃描信號，從而能夠推導(dǎo)出所述第一滑架(20)的線性位置。
2.如權(quán)利要求1所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述光學(xué)承載件(200) -是球式安裝的，尤其是通過球保持架安裝，或者 -具有至少兩個(gè)，尤其是至少3個(gè)滑動件(23，24)，用于以無間隙的方式進(jìn)行所述第一滑架(20)的滑動引導(dǎo)式安裝，尤其是其中，所述光學(xué)承載件(200)至少具有 -滑動件(24)，該滑動件轉(zhuǎn)動以用于調(diào)整，其尤其是由鋼或者銅合金制成，特別是由鋼或者青銅制成，和/或 -滑動件(23)，該滑動件能夠借助預(yù)緊件(23a)被預(yù)緊。
3.如權(quán)利要求1或2所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述第一位置編碼器元件(21) -被布置在所述光學(xué)承載件(200)上，尤其是其中，用于獲取所述第一位置編碼器元件(21)的所述第一掃描傳感器(71)安置在所述筒體(2)的第一獲取開口(22)處，并且/或者 -被實(shí)施為玻璃標(biāo)尺。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于，至少一個(gè)固定光學(xué)組件(10，40)在任何情況下具有至少一個(gè)光學(xué)元件(17，18，47)，所述固定光學(xué)組件在所述筒內(nèi)部(3)中沿所述光軸(4)布置，并且尤其能夠進(jìn)行調(diào)整。
5.如權(quán)利要求4所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述至少一個(gè)固定光學(xué)組件(10，40)被實(shí)施為 -第一固定光學(xué)組件(10)，該第一固定光學(xué)組件具有至少一個(gè)被附接在所述筒內(nèi)部(3)的入口處的光學(xué)元件(17，18)，和/或 -第二固定光學(xué)組件(40)，該第二固定光學(xué)組件具有至少一個(gè)被附接在所述筒內(nèi)部(3)的面向所述傳感器模塊(50)的端部的光學(xué)兀件(47)。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述第一驅(qū)動系統(tǒng)(60)至少具有 -第一馬達(dá)(61)，該第一馬達(dá)尤其被實(shí)施為直流馬達(dá)￠1)，以及 -第一運(yùn)動傳遞元件(65)，其中 -第一驅(qū)動器(25，25’ )形成所述第一運(yùn)動傳遞元件￠5)與所述第一滑架(20)之間的連接，尤其是既被安裝在所述第一運(yùn)動傳遞元件(65)上，也被安裝在所述第一滑架(20)上，以及 -所述筒體(2)，該筒體具有用于所述第一驅(qū)動器(25，25’ )的第一引導(dǎo)縱向槽(26)，該第一引導(dǎo)縱向槽尤其平行于所述光軸(4)。
7.如權(quán)利要求6所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述第一驅(qū)動系統(tǒng)(60)還具有 -第一偏轉(zhuǎn)輥(62)，該第一偏轉(zhuǎn)輥能夠通過所述第一馬達(dá)￠1)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，并且尤其能夠被預(yù)緊，和 -第一帶狀件￠4)，該第一帶狀件尤其被實(shí)施為齒形帶，該齒形帶尤其能夠通過所述第一偏轉(zhuǎn)輥(62)的轉(zhuǎn)動來移動，其中所述第一運(yùn)動傳遞元件￠5)被緊固到所述第一帶狀件(64)上。
8.如權(quán)利要求6或7所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述第一驅(qū)動器(25)是所述第一滑架(20)的部件并且以無間隙的方式被連接到，尤其是被擰緊到所述光學(xué)承載件(200)上，尤其其中所述第一驅(qū)動器(25) -經(jīng)由第一球形接頭(66)被連接到所述第一運(yùn)動傳遞元件(65), -具有處于所述第一引導(dǎo)縱向槽(26)的高度的滑動件，和/或 -基本上由招或者鋼合金組成。
9.如權(quán)利要求8中所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于， -所述第一位置編碼器元件(21)被布置在所述第一驅(qū)動器(25)上，或者 -所述第一驅(qū)動器(25)被實(shí)施為第一位置編碼器元件(21’)。
10.如權(quán)利要求6或7所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述第一驅(qū)動器(25’)以無間隙的方式連接至所述第一運(yùn)動傳遞元件(65)，并且 ?經(jīng)由第一球形接頭(66)被連接至,或者 ?在操作上借助于磁力被聯(lián)接至 -所述第一滑架(20)， -具有處于所述第一引導(dǎo)縱向槽(26)的高度的滑動件，和/或 -基本上由招或者鋼合金組成。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于， -所述光學(xué)承載件(200)基本上 ?由鋁制成，并且/或者 ?是圓柱形的，并且/或者 -所述光學(xué)元件(17-18，27-29，47)是鏡頭或者鏡頭組。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于， -第二滑架(30)，該第二滑架 -具有光學(xué)組件，該光學(xué)組件具有至少一個(gè)光學(xué)元件(37-39)和光學(xué)承載件(200)， -被布置成能夠在所述筒內(nèi)部(3)中沿所述光軸(4)線性移動，以及 -以基本上無間隙的方式經(jīng)過所述筒體(2)安裝在垂直于所述光軸(4)的平面中， -第二驅(qū)動系統(tǒng)(80)，該第二驅(qū)動系統(tǒng)與所述引導(dǎo)系統(tǒng)脫離，用于沿所述光軸(4)移動所述第二滑架(30)， -第二位置編碼器元件(31)，該第二位置編碼元件布置在所述第二滑架(30)上，和-第二掃描傳感器(91)，用于如下獲取所述第二位置編碼器元件(31)，使得能夠生成與所述第二滑架(30)的線性位置相關(guān)聯(lián)的與位置相關(guān)的掃描信號，從而能夠?qū)С鏊龅诙?30)的線性位置。
13.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述光學(xué)傳感器(51)被實(shí)施為CMOS傳感器、CCD傳感器或者像素陣列傳感器。
14.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)，其特征在于，所述變焦鏡頭被實(shí)施為Var1鏡頭，該鏡頭尤其具有變焦功能，其中能夠根據(jù)所述相機(jī)系統(tǒng)與目標(biāo)之間的確定距離來設(shè)置放大等級。
15.一種具有如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的相機(jī)系統(tǒng)(I)的激光跟蹤器(100，110)。
【文檔編號】G02B7/10GK104204888SQ201280071329
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月13日
【發(fā)明者】M·呂舍爾, V·馬克西莫維奇 申請人:萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司