包括变焦镜头和线性编码器的相机系统的制作方法
【专利摘要】一种包括变焦镜头的相机系统(1)，尤其用于测量设备中，该相机系统：具有包括限定筒内部(3)和光轴(4)的筒体(2)的筒状引导系统；传感器模块(50)，该传感器模块被布置在引导系统的下游处，并且具有用于探测光学辐射的光学传感器(51)；光学系统承载件(200)，该光学系统承载件以可沿光轴(40)在筒内部(3)中线性移动的方式布置，并且以基本无间隙的方式穿过筒体(2)安装在垂直于光轴(4)的平面中；以及第一驱动系统(60)，用于沿光轴(4)移动第一滑架(20)，所述第一驱动系统与引导系统脱离，其特征在于，第一滑架(20)具有第一位置传递元件(21，21’)和第一扫描传感器(71，71’)，该第一扫描传感器被构造用于探测第一位置传递元件(21，21’)，使得可以生成与第一滑架(20)的线性位置相关联的与位置相关的第一扫描信号，从而可以导出第一滑架(20)的线性位置。
【专利说明】包括变焦镜头和线性编码器的相机系统
[0001]本发明涉及一种相机系统，该相机系统包括变焦镜头和线性编码器，该变焦镜头具有可移动变焦光学组件，该相机系统具体在测量装置中以及也在包括这样的相机系统的激光跟踪器中使用。
[0002]这种类型的相机系统主要用于激光跟踪器中。根据现有技术的激光跟踪器通常被实施为具有光学图像获取单元，该光学图像获取单元具有例如CCD或CID相机或基于CMOS阵列的相机的二维光敏阵列，或者具有像素阵列传感器和具有图像处理单元。激光跟踪器和相机在该情况下以上下叠置的方式进行安装，具体安装成使得它们相对于彼此的位置是不变的。相机例如是可以随着激光跟踪器围绕其基本竖直的轴线进行旋转，但可以独立于激光跟踪器而进行上下枢转，并因此具体地与激光束的光学元件分开布置。具体地，相机可以具有鱼眼镜头，并且因此由于相机的图像获取范围非常大而可以不必枢转相机或者至少需要被限制到一定范围。此外，相机例如根据相应的用途而可以被实施为可以只绕一个轴线进行枢转。相机还可以以一体的构造与激光光学元件一起被安装在共用的壳体中。
[0003]通过由图像获取和处理单元对具有标记的所谓的测量辅助设备的图像进行获取和分析，其相对彼此的相对位置已知，可以推断出布置在测量辅助设备上的目标(例如探针)在空间中的取向。与目标点的确定的空间位置一起，因此目标在空间中的位置和取向可以以绝对值方式精确地确定，和或相对于激光跟踪器被确定。
[0004]使用所提到的测量装置来测量目标的位置和取向，因此目标不一定必须是目标本身，而可以是测量辅助设备。作为测量系统的部件，为了进行测量，它被移动到的相对于目标物体被机械地限定的或者可以在测量过程中确定的位置中，其中目标(例如探针)的位置和可选的取向可以通过其测量到的位置和取向进行推断。
[0005]这样的测量辅助设备可以通过所谓的扫描工具来实施，扫描工具被定位成在目标物体的点上具有其接触点。测量工具具有标记，例如光斑和反射器，该反射器代表扫描工具上的目标点并且可以利用激光跟踪器的激光束被瞄准，其中标记和反射器相对于扫描工具的接触点的位置是精确地已知的。测量辅助设备还可以例如是手持式扫描仪，该扫描仪配设用于距离测量，无接触表面测量，其中用于距离测量的扫描仪测量光束的相对于光斑和布置在扫描仪上的反射器的方向和位置是精确地已知的。例如在EP0553266A1中描述了这样的扫描仪。
[0006]为了确定测量辅助设备的取向而逐渐对准相机的获取方向，从而可以在激光跟踪器的跟踪光束的方向上获取图像。
[0007]相机还可以具有变焦功能，其中可以根据在激光跟踪器和目标点或者测量辅助设备(Var1相机)之间测量的距离来设置放大等级。利用这两个调整功能(对准和放大)，相机因此可以逐渐地获取图像，其中测量辅助设备以及具体地测量辅助设备的光斑被成像。因此产生可以以电子方式分析的光斑的空间布置的二维图像。
[0008]例如在US5973788中描述了这样一种具有激光跟踪器和图像获取单元的测量装置，用于确定目标在空间中的位置和取向，光斑和反射器被布置在测量装置上。
[0009]EP1510846A1中公开了用于变焦系统的引导系统，利用该系统，诸如镜头或镜头组的光学组件沿变焦系统的光轴移动。在这种情况下，被实施成用于容纳光学组件(具体地为镜头或者镜头组)的滑架在其外侧具有用于接触镜头的内径的多个接触面。针对滑架的限定运动，作为驱动单元设置主轴曲线。由于不发生实际的线性位置的直接反馈，而是只能经由对马达步数的计数被推导，因此甚至当因磨损而最小程度地增加或减少马达步数时，也会由于马达老化过程而发生不准确结果。还可以例如由于装置的振动而将会执行一个不被计数的步骤。这可能会导致滑架位于区别于由系统假定的位置的不同位置处，这一方面能引起模糊图像和测量误差，另一方面还能引起对装置的损坏。
[0010]本发明的一个目标在于，为包括变焦镜头的照相机提供一种引导系统，该引导系统具有在线性定位滑架方面提高的精确性。
[0011]本发明的特殊目标在于提供这样一种具有改进的、尤其更精确的位置反馈的引导系统。
[0012]另一目标在于提供这样一种用于激光跟踪器的相机的引导系统。
[0013]这些目标中的至少一个目标根据本发明通过具有权利要求1和/或其他权利要求特征的相机系统来实现。本发明的有利实施方式在从属权利要求中找到。
[0014]根据本发明的相机系统具有变焦镜头，该变焦镜头具有镜头系统和布置在镜头系统下游处的相机传感器，具体的为CMOS传感器。镜头系统包括一个或者多个固定的光学组件和一个或多个可移动变焦光学组件。镜头系统优选具有两个固定光学组件和两个可移动光学组件，其中这两个可移动组件位于两个固定组件之间。
[0015]可移动的变焦光学组件均以无间隙的方式被光学承载件承载。光学承载件和光学组件均在这种情况下形成滑架形式的模块，其中滑架均具有基本上圆形的横截面。
[0016]滑架在镜头筒中被引导，其中所有球保持架或者滑动件具体地形成与镜头筒的接触点或者触点，并且因此提供滑架的轴向活动性或者因此提供被承载的变焦光学组件的活动性。在由滑动件引导的情况下，通过预紧件被预紧的滑动件在滑架的顶侧上确保在这种情况下，被拧入并转动用于调整并且滑动件以无间隙的方式被保持在镜头筒的内部侧表面上。
[0017]镜头筒在本发明的意义中不是仅被理解为侧向封闭的中空圆筒。而且，该术语在本发明的意义中在功能上被理解为筒状引导系统，其确保沿光轴引导滑架。具体地，镜头筒的横截面除了圆形形状外，还可以具有椭圆形或多边形形状。镜头筒还可以具有具体地为纵向槽形式的开口，或者可以由沿光轴方向布置的独立的纵向节段组成，其基本上通过它们的布置形成了中空圆筒形状。
[0018]滑架均可以通过与镜头筒的引导系统脱离联接的驱动单元沿光轴进行移动。驱动单元具有马达和运动传递元件，其中滑架均通过驱动器而与运动传递元件的运动联接。固定在滑架上的驱动器与设置用于在筒内引导这些驱动器的引导纵向槽相结合，确保了对防止滑架在筒引导部内发生滚动扭转的保障。
[0019]驱动器优选被实施为滑架的部件，S卩，例如被固定地附接在光学承载件上，具体地被拧在其上，或者被实施为与光学承载件共用的组件。驱动器则被布置成可以在驱动单元的运动传递元件上移动，具体地通过球形接头。另选地，驱动器还可以被固定地布置在运动传递元件上，并且可以在滑架上移动。驱动器(优选地设置有滑动件)沿镜头筒的纵向槽被引导，并且因此防止滑架在平行于光轴的平面中扭转。另选地，驱动器可以在操作上通过一个或两个磁体连接至滑架，由此此时无需用于驱动器的开口。
[0020]作为马达，可以考虑不同的变型，具体地考虑直流马达或者线性压电马达。运动传递元件可以例如被紧固到带状件上，具体地被紧固到齿形带或者平带上，该带状件可以由直流马达驱动或者可以被实施为可以通过压电马达移动的陶瓷棒。
[0021]根据本发明，每个滑架具有一个位置编码器元件，该位置编码器元件具体地包含可以以光学方式或者电容方式获取的位置编码。该位置编码器元件可以优选被布置在光学承载件上，具体地呈粘合式玻璃标尺的形式。
[0022]此外，提供了扫描传感器，该扫描传感器优选在筒体上布置在筒内部的外侧或者筒体内。扫描传感器具体实施成使得它获取位置编码器元件的位置或者位置编码器元件的位置编码，并且可以生成由此导出的扫描信号，由此可以推导出滑架的线性位置。如果扫描传感器被布置在筒体上，该筒体具有适于扫描编码元件的开口，在该开口中或者开口上方布置扫描传感器，并且该开口可以具体地被扫描模块完全覆盖。例如，制造商MicroESystem公司的“Mercury 1500 P”类型的编码器可以作为具有玻璃标尺的线性编码器来使用。扫描传感器有利地被布置在距玻璃标尺2至3mm的距离处，尤其是2.25至2.55mm处。
[0023]位置编码器元件也可以被布置在驱动器上，如果它被实施为滑架的部件，或者被固定地安装于滑架上，具体地为被拧入就位。扫描传感器在这种情况下具体地被布置在镜头筒外部，使得可以获取驱动器上的位置编码。另选地，该驱动器还可以本身被实施为位置编码器元件。例如，光可以由三个光源沿光敏扫描传感器的方向发射，其中，由驱动器在扫描传感器上产生阴影，通过该阴影的位置，可以推导出驱动器的线性位置，并且因此推导出滑架的位置。
[0024]每个位置编码器元件被布置成与相同的滑架的光学组件处于不能改变的空间关系中，具体地，滑架的所有组件或者至少光学组件和承载位置编码器元件的组件以无间隙的方式彼此连接。因此可以直接通过由扫描传感器所生成的信号来导出光学组件的位置变化。如果空间关系额外已知，则光学组件的明确的当前位置也可以被导出。
[0025]滑架的光学承载件可以如EP1510846 Al中所描述的一样，具有多个套筒节段，其优选描述了 120°或90°的圆弧，并且在这些节段上设置有滑动件。一方面，这允许在光轴方向上的长的引导长度，另一方面，能够通过相邻的滑架的套筒节段的缩叠而使得滑架的光学组件更靠近彼此。
[0026]光学承载件和镜头筒优选由铝制成。光学承载件和驱动器在这种情况下可以例如被实施为共同的组件，具体地通过铝铸型，或者驱动器可以优选由钢合金制成。镜头筒可以具有用于调整和维修工作的开口。筒内部的壁部优选被涂覆涂层，以改善对滑架的引导。被转动进行调整的滑动件优选由钢或者红铜合金，特别是钢或青铜组成。
[0027]可以优选设置马达驱动的可枢转光圈快门来用于盲调。
[0028]具体地，引导系统适于在Var1相机中使用，具体地作为激光跟踪器的部件使用。在这种情况下，Var1相机被理解为具有变焦功能的相机，其中可以根据相机和目标之间确定的距离来设置放大等级，具体地，使得无论其距离如何，目标可以始终以相同的尺寸来成像。
[0029]在下文中将在示意性示出的实施方式的基础上描述根据本发明的相机系统。通过下面的结合附带的附图所描述的当前优选的实施方式，本发明的其他优点和特征变得明显。在示意性附图中:
[0030]图1a至图1c以侧视图从两侧示出了根据本发明的相机系统；
[0031]图2a至图2c以侧视图和剖视图示出了滑架的第一实施方式；
[0032]图3以侧视图示出了滑架的第二实施方式；
[0033]图4示出了通过镜头筒和两个驱动单元的横截面；
[0034]图5a至图5c不出了驱动器的第一实施方式；
[0035]图6示出了驱动器的第二实施方式；
[0036]图7a至图7b示出了具有作为位置编码器元件的驱动器的编码器的另选实施方式；
[0037]图8示出了通过根据本发明的相机系统的纵剖视图；
[0038]图9a至图9b示出了根据本发明的相机系统的镜头筒的纵剖视图，具有暴露的滑架和光学组件；和
[0039]图10示出了具有根据本发明的相机系统的激光跟踪器的两个实施方式。
[0040]图1a至图1c示出了根据本发明的相机系统I。在这种情况下，图1a和Ib以第一侧视图示出了相机系统1，而图1c以相反侧的视图示出了相同的相机系统I。
[0041]图1a中示出的根据本发明的相机系统I包含镜头筒，该镜头筒具有筒体2，并且该镜头筒在一端处使用镜头形式的光学元件17来限定，在另一端处由传感器元件50限定。在外侧上，筒体2如在此作为示例被示出的一样，可以呈现为圆柱形状，但也可以具有长方体块或其他形状。然而，在此未被示出的由筒体2所限定的镜头筒的内部(筒内)有利地具有基本上圆柱形形状。
[0042]第一滑架20被附接，因此它可以在筒内线性移动。滑架20具有光学组件和光学承载件200，并且可以借助驱动单元60沿镜头筒的纵向轴线移动。驱动单元60具有马达61，具体地为直流齿轮传动马达的形式；偏转辊62，该偏转辊可以被预紧；另一偏转辊63 ;和齿形带64，该齿形带经由偏转辊62、63被张紧。
[0043]将运动经由驱动器25传递给滑架20的运动传递件65被紧固，例如夹紧在齿形带64上。为了引导驱动器25，筒体2具有纵向槽26。为了更好地在该纵向槽26中滑动，驱动器25可以具有滑动件(未示出)。
[0044]用于获取位置编码并且导出滑架20的位置的扫描模块70被布置在筒体2上。
[0045]在图1b中，为了便于理解，扫描模块70以从筒体2上被拆除的方式示出。因此筒体2中的在扫描模块70下方的另一开口 22可以被识别。在其轮廓通过虚线被示出在筒体20的壁的后方的滑架20上，位置编码器元件21位于开口 22的高度处，例如呈载有位置编码的玻璃标尺的形式，该位置编码可以通过扫描模块70的扫描传感器71来获取，并且可以由此导出滑架20的线性位置。
[0046]图1c从相反的一侧示出了相机系统1，因此可以看见筒内的第二滑架30。该滑架被第二驱动器80驱动，该驱动器具有可以被预紧的偏转辊82、另一个偏转辊83、齿形带84和运动传递元件85。运动传递元件85将运动经由驱动器35传递给滑架30，其中筒体2还在该侧具有用于驱动器35的引导纵向槽36。用于获取位置编码并且导出第二滑架30的位置的第二扫描模块90被布置在筒体2上。
[0047]图2a至2c在图1a至Ic的第一滑架20的示例基础上示出了根据本发明的滑架的构造示例。根据本发明的滑架形成由多个紧固地彼此连接的部件组成的模块。
[0048]图2a是滑架20的侧视图。光学元件27以镜头的形式被示出作为滑架的光学组件的一个部件。包含光学组件的该光学承载件200优选由铝制造而成。位置编码器元件21被布置在承载有位置编码的光学承载件200上，该位置编码可由扫描传感器获取，并且可由此导出滑架20的线性位置。位置编码器元件21具体地为玻璃标尺，并且被粘合在光学承载件200上。驱动器25被固定地连接至光学承载件200，例如被拧紧在其上或者被实施为共同的组件，并且代表至驱动单元(此处未示出)的运动传递元件的连接。两种类型的滑动件23、24被布置在光学承载件200上:两个可以被预紧的滑动件23和被转动用于调整的多个滑动件24 ;滑动件24具体由钢或青铜组成。
[0049]图2b示出了经过图a2的相同的滑架20的横截面，该滑架布置在镜头筒中。一对可以被预紧的滑动件23和两对通过转动进行调整的滑动件24确保了滑架20在筒内部3在垂直于光轴的平面中的滑动引导式安装，而没有间隙。筒体2由铝制成，筒内部3的壁部被进行表面涂覆，以改善对滑架的引导。
[0050]具有扫描传感器71的扫描模块70被布置在筒体2上。扫描传感器71被实施用于获取布置在光学承载件200上的位置编码器元件21的位置编码，从而可以生成与位置相关的扫描信号(与第一滑架20的线性位置相关)，并且可以导出第一滑架20的线性位置。
[0051]在图2c中，图2a和2b中的滑架20被在另选的筒体2中示出。筒内部3还具有圆形横截面并且是圆柱形的，而筒体2具有方形横截面，并且是长方体。在该实施方式中，扫描传感器71被一体形成在筒体2中。另外，驱动器25被示出为具有用于在引导纵向槽26中进行线性滑动的滑动件26a。
[0052]滑架20的另选的实施方式在图3中示出。滑架20的光学承载件200在这种情况下在一侧具有多个节段201、202。这些节段均具有滑动件23、24。位置编码器元件21部分地布置在顶部节段201上。
[0053]滑架20的引导长度通过光学承载件200的节段201、202被放大。如果在第二滑架(此处未示出)被布置在示出的滑架20的右侧的情况下，两个节段被偏移地布置成使得在两个滑架接近情况下，它们在节段201、202之间的中间空间中接合，则利用两个滑架之间的统一的最小距离可以放大引导长度。节段的数量并不被限制为两个。每个滑架具有一个节段或者具有三个或更多节段的实施方式也是可行的。
[0054]图4示出了经过图2c中的镜头筒的横截面，其具有侧向布置的两个驱动单元60、80。这两个驱动单元60、80均具有马达61、81 ;可由该马达驱动的、可以被预紧的偏转辊62,82 ;围绕该偏转辊和另一偏转辊(在此未示出)被张紧的齿形带64、84 ;以及被夹持在偏转辊上的运动传递元件65、85。驱动器25、35作为滑架的部件在各种情况下经由球形接头66、86被附接到运动传递元件65、85。
[0055]图5a至5c以图2b中的滑架20的横截面示出驱动器25的第一实施方式和其在运动传递元件65上的悬架。
[0056]图5a示出了驱动器25的第一实施方式。它被实施为滑架20中的部件。出于该目的，它被固定地连接至光学承载件200，具体地被拧入光学承载件200中或者通过铝铸型而制造为与保持件共同的部分。驱动器25经由球形接头66与被紧固在齿形带64上的运动传递元件65连接。
[0057]图5b示出了将第一实施方式的驱动器25紧固到运动传递元件65上的示例。运动传递元件65被夹持到齿形带64上，并且具有V形轴承67，其中，被紧固到驱动器25上的球形接头66被固定在正确的位置中。
[0058]图5c示出了驱动器25的第一实施方式的变型。在这种变型中，位置编码器元件21被布置在驱动器25上,并且扫描传感器71处于对应的位置中。由于驱动器25被实施为滑架20的部件，并且以无间隙的方式连接到光学承载件200，因此滑架20的线性位置可以通过驱动器25的线性位置来导出。
[0059]图6示出了驱动器25’的第二实施方式。驱动器25’被固定地连接至其中的运动传递元件65,具体地被抒在运动传递元件上或者一体制成。该驱动器25’经由球形接头66被连接至滑架20。
[0060]图7a和7b中示出了驱动器的另一变型。以无间隙的方式被连接到光学承载件200上的驱动器在这种情况下用作位置编码器元件21’。三个光源75沿着滑架20的偏移的方向被布置在位置编码器兀件21’的上方，与光敏扫描传感器71’相对。三个光源75将光发射到扫描传感器71’上，其中作为位置编码器元件21’的该驱动器在扫描传感器71’上投射三个阴影，因此可以获取三个阴影。通过三个阴影的位置，可以导出位置编码器元件21’的位置，并且因此导出滑架20的位置。
[0061]图8示出了经过根据本发明的相机系统I的纵剖面。筒体2限定筒内部3和光轴
4。具有用于接收光学射线的光学传感器51的传感器模块50被布置在镜头筒的端部处。
[0062]固定的以及可移动的光学组件仅作为示例沿光轴4布置在筒内部3中。在镜头筒的前端处，具有两个光学元件17、18的第一固定光学组件10与筒体2相连，在镜头筒的后端处附接有具有光学元件41的第二固定光学组件40。这两个固定的光学组件10、40优选是可调的。
[0063]在两个固定的光学组件10、40之间安装有两个滑架20、30，因此它们可以通过滑动件23、33沿光轴4移动。第一滑架20和第二滑架30均具有光学元件组，该光学元件组被布置在光学承载件200中，具有三个光学元件27至29、37至39。在各种情况下，两个滑动件23、33可以通过布置在光学承载件200上的预紧件23a、33a被预紧。光学元件仅象征性地被示出，它可以具有本领域技术人员已知的各种形式。
[0064]图9a和9b中示出了经过筒体2的纵向剖面，其中，布置在筒内部3中的滑架20、30和固定的光学组件10、40均被以侧视图从两侧示出。滑架20、30均在光学承载件200上具有位置编码器元件21、31 ;驱动器25、35 ;和一对滑动件23、33，这些滑动件可以被预紧；以及通过转动来调整的两对滑动件24、34。
[0065]作为根据本发明的相机系统的应用示例，图10示出了激光跟踪器100、110的两个不同的实施方式。此外示出了测量辅助设备120，这里该设备被实施为触觉测量装置。
[0066]激光跟踪器100、110均具有图像获取单元，该图像获取单元被特别实施为根据本发明的相机系统，或具有根据本发明的相机系统。
[0067]第一激光跟踪器100具有底座104和支撑件103，其中支撑件103被布置为使得其能够相对于基座104围绕由基座104限定的枢转轴线5枢转或旋转。另外，瞄准单元102布置在支撑件103上，使得该瞄准单元102能够相对于支撑件103围绕倾斜轴线(转移轴线)枢转。借助于瞄准单元102的围绕两个轴线提供的对准能力，由瞄准单元102发射的激光束6能够灵活地对准并且因此能够瞄准目标。为此，枢转轴线5和倾斜轴线被布置为基本彼此正交，即从精确的轴线正交略微偏离，这能够被预先确定并存储在系统中，例如用以补偿由此导致的测量误差。
[0068]在示出的装置中，激光束6被定向到位于测量辅助设备120上的反射器121上，并且从该处被反射回到激光跟踪器100。借助于该测量激光束6，能够确定到反射器121的距离，特别是借助于运行时间测量，以及借助于相位测量原理，或借助于斐索原理。激光跟踪器100具有用于确定跟踪器100和反射器121之间的上述距离的精细距离测量单元，以及获取瞄准单元102的位置的测角器，由此能够以限定的方式对准和引导激光束6，并且因此可以确定激光束6的传播方向。
[0069]此外，激光跟踪器100，具体地为瞄准单元102，它具有用于确定在传感器上或者在CMOS的获取图像中的传感器曝光位置的图像获取单元，或者被具体实施为CCD相机或者像素传感器阵列相机。这样的传感器允许对所获取的探测器上的曝光进行位敏探测。而且，测量辅助设备120具有触觉传感器，触觉传感器的接触点123可以与待被测量的目标物体接触。这种接触存在于扫描工具120和目标物体之间，接触点123的空间位置以及因此目标物体上的点的坐标可以被准确地确定。这种确定通过接触点123相对于反射器121以及相对于布置在测量辅助设备120上的标记122的限定的相对定位来实现，标记例如可以被实施为发光二极管。另选地，标记122还可以被实施成使得它们在照明情况下，例如利用限定波长的辐射来反射入射辐射(辅助点标记122被实施为回归反射器)，具体地显示特定的照明特征，或者它们具有限定的图案或者颜色编码。扫描工具120的取向因此可以通过标记122在使用图像获取单元的传感器所获取的图像中的位置或分布来确定。
[0070]第二激光跟踪器110具有光束引导单元116，该光束引导单元与图像获取单元115分离，用于发射第二激光束7，该激光束也在反射器121上对准。激光束7和图像获取单元
115均可以在各种情况下通过马达围绕两个轴线进行枢转，并且可以因此被对准，使得通过图像获取单元115，可以获取使用激光束117瞄准的目标121和测量辅助设备120的标记122。因此此时也可以在标记122的空间位置的基础上来确定至反射器121的精确距离以及设备120的取向。
[0071]为了在反射器121上相应地对准激光束6、7，在各种情况下，用于利用具体地处于红外线波长范围内的特定波长的辐射来照亮反射器121的照明装置被设置在激光跟踪器10UlO上，并且附加地至少两个具有位敏探测器的相机被布置在每个跟踪器100、110上。在反射器121上被反射、且被散射回激光跟踪器100、101的照明辐射可以由相机来检测，并且反射器121在相应的探测器上的位置可以利用每个位敏探测器来成像。因此，既使用第一激光跟踪器100，也使用第二激光跟踪器110，可以确定反射器的两个成像位置，并且根据这些成像的目标位置，可以找到目标(反射器121)，例如根据一般已知的摄影测量原则，并且瞄准单元102或者光束引导单元116可以被对准，从而使用测量光束6、7来瞄准目标。
[0072]此外，在激光跟踪器100、110的两个图像中的每个图像的基础上，可以在各种情况下确定反射器的粗略位置。该位置可以根据一般的几何或三角原则，例如根据三角形的几何设计原则或者通过正弦和/或余弦定律来确定。此外，可以使用一般已知的摄影测量(立体摄影测量)方法来确定粗略位置。出于该目的，还附加地已知相机在相应的跟踪器
100、110上相对于彼此的相对位置，特别是相机的对准。
[0073]在这种背景下，可以在各种情况下，以限定的位置将照明装置和相机例如布置在图像获取单元115、光束引导单元116、瞄准单元102、支撑件103或者底座104上。
[0074]通过已知相机相对于相应的激光束6、7的发射方向的定位,激光束6、7可以被对准到反射器121的已被确定的粗略位置上，并且被联接(锁定)到其上。因此，尽管激光发射方向与设计相关地向相机的获取方向偏移，但可以执行相应光束6、7的快速对准，并且可以解决通过相机的光轴和激光束6、7所提供的视差问题。特别是，激光束6、7可以被直接对准在目标121上，即不需要迭代的中间步骤。
[0075]具体地，作为确定反射器121的粗略位置的替代或者补充，可以通过在探测器(在激光跟踪器100、110上)上获取和成像的目标位置来确定至反射器121的粗略距离。这种确定还可以通过普遍有效的几何原则来执行，例如通过三角形的几何结构原则和/或通过正弦和/或余弦定律。
[0076]显然，这些所示出的附图只示意性地示出了可能的示例性实施方式。各种方法还可以相互组合，并且还可以与现有技术的方法和装置进行组合。
【权利要求】
1.一种包括变焦镜头的相机系统(I)，尤其用于测量装置中，该相机系统具有: -筒状引导系统，该筒状引导系统具有限定筒内部(3)和光轴(4)的筒体(2)， -传感器模块(50)，该传感器模块被布置在所述引导系统的下游处，并且具有用于获取光学射线的光学传感器(51)， -至少一个第一滑架(20)，该第一滑架 -具有光学组件，该光学组件具有至少一个光学元件(27-29)和光学承载件(200)，-被布置成能够沿所述光轴⑷在所述筒内部⑶中线性移动，并且-以基本上无间隙的方式经过所述筒体(2)安装在垂直于所述光轴(4)的平面中，以及-第一驱动系统(60)，该第一驱动系统与所述引导系统脱离，用于沿所述光轴(4)移动所述第一滑架(20)， 其特征在于， -所述第一滑架(20)具有第一位置编码器元件(21，21’)，并且-第一扫描传感器(71，71’ )被设计用于获取所述第一位置编码器元件(21，21’)，使得能够生成与所述第一滑架(20)的线性位置相关联的与位置相关的第一扫描信号，从而能够推导出所述第一滑架(20)的线性位置。
2.如权利要求1所述的相机系统(I)，其特征在于，所述光学承载件(200) -是球式安装的，尤其是通过球保持架安装，或者 -具有至少两个，尤其是至少3个滑动件(23，24)，用于以无间隙的方式进行所述第一滑架(20)的滑动引导式安装，尤其是其中，所述光学承载件(200)至少具有 -滑动件(24)，该滑动件转动以用于调整，其尤其是由钢或者铜合金制成，特别是由钢或者青铜制成，和/或 -滑动件(23)，该滑动件能够借助预紧件(23a)被预紧。
3.如权利要求1或2所述的相机系统(I)，其特征在于，所述第一位置编码器元件(21) -被布置在所述光学承载件(200)上，尤其是其中，用于获取所述第一位置编码器元件(21)的所述第一扫描传感器(71)安置在所述筒体(2)的第一获取开口(22)处，并且/或者 -被实施为玻璃标尺。
4.如前述权利要求中任一项所述的相机系统(I)，其特征在于，至少一个固定光学组件(10，40)在任何情况下具有至少一个光学元件(17，18，47)，所述固定光学组件在所述筒内部(3)中沿所述光轴(4)布置，并且尤其能够进行调整。
5.如权利要求4所述的相机系统(I)，其特征在于，所述至少一个固定光学组件(10，40)被实施为 -第一固定光学组件(10)，该第一固定光学组件具有至少一个被附接在所述筒内部(3)的入口处的光学元件(17，18)，和/或 -第二固定光学组件(40)，该第二固定光学组件具有至少一个被附接在所述筒内部(3)的面向所述传感器模块(50)的端部的光学兀件(47)。
6.如前述权利要求中任一项所述的相机系统(I)，其特征在于，所述第一驱动系统(60)至少具有 -第一马达(61)，该第一马达尤其被实施为直流马达￠1)，以及 -第一运动传递元件(65)，其中 -第一驱动器(25，25’ )形成所述第一运动传递元件￠5)与所述第一滑架(20)之间的连接，尤其是既被安装在所述第一运动传递元件(65)上，也被安装在所述第一滑架(20)上，以及 -所述筒体(2)，该筒体具有用于所述第一驱动器(25，25’ )的第一引导纵向槽(26)，该第一引导纵向槽尤其平行于所述光轴(4)。
7.如权利要求6所述的相机系统(I)，其特征在于，所述第一驱动系统(60)还具有 -第一偏转辊(62)，该第一偏转辊能够通过所述第一马达￠1)进行转动，并且尤其能够被预紧，和 -第一带状件￠4)，该第一带状件尤其被实施为齿形带，该齿形带尤其能够通过所述第一偏转辊(62)的转动来移动，其中所述第一运动传递元件￠5)被紧固到所述第一带状件(64)上。
8.如权利要求6或7所述的相机系统(I)，其特征在于，所述第一驱动器(25)是所述第一滑架(20)的部件并且以无间隙的方式被连接到，尤其是被拧紧到所述光学承载件(200)上，尤其其中所述第一驱动器(25) -经由第一球形接头(66)被连接到所述第一运动传递元件(65), -具有处于所述第一引导纵向槽(26)的高度的滑动件，和/或 -基本上由招或者钢合金组成。
9.如权利要求8中所述的相机系统(I)，其特征在于， -所述第一位置编码器元件(21)被布置在所述第一驱动器(25)上，或者 -所述第一驱动器(25)被实施为第一位置编码器元件(21’)。
10.如权利要求6或7所述的相机系统(I)，其特征在于，所述第一驱动器(25’)以无间隙的方式连接至所述第一运动传递元件(65)，并且 ?经由第一球形接头(66)被连接至,或者 ?在操作上借助于磁力被联接至 -所述第一滑架(20)， -具有处于所述第一引导纵向槽(26)的高度的滑动件，和/或 -基本上由招或者钢合金组成。
11.如前述权利要求中任一项所述的相机系统(I)，其特征在于， -所述光学承载件(200)基本上 ?由铝制成，并且/或者 ?是圆柱形的，并且/或者 -所述光学元件(17-18，27-29，47)是镜头或者镜头组。
12.如前述权利要求中任一项所述的相机系统(I)，其特征在于， -第二滑架(30)，该第二滑架 -具有光学组件，该光学组件具有至少一个光学元件(37-39)和光学承载件(200)， -被布置成能够在所述筒内部(3)中沿所述光轴(4)线性移动，以及 -以基本上无间隙的方式经过所述筒体(2)安装在垂直于所述光轴(4)的平面中， -第二驱动系统(80)，该第二驱动系统与所述引导系统脱离，用于沿所述光轴(4)移动所述第二滑架(30)， -第二位置编码器元件(31)，该第二位置编码元件布置在所述第二滑架(30)上，和-第二扫描传感器(91)，用于如下获取所述第二位置编码器元件(31)，使得能够生成与所述第二滑架(30)的线性位置相关联的与位置相关的扫描信号，从而能够导出所述第二滑架(30)的线性位置。
13.如前述权利要求中任一项所述的相机系统(I)，其特征在于，所述光学传感器(51)被实施为CMOS传感器、CCD传感器或者像素阵列传感器。
14.如前述权利要求中任一项所述的相机系统(I)，其特征在于，所述变焦镜头被实施为Var1镜头，该镜头尤其具有变焦功能，其中能够根据所述相机系统与目标之间的确定距离来设置放大等级。
15.一种具有如前述权利要求中任一项所述的相机系统(I)的激光跟踪器(100，110)。
【文档编号】G02B7/10GK104204888SQ201280071329
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年9月21日 优先权日:2012年3月13日
【发明者】M·吕舍尔, V·马克西莫维奇 申请人:莱卡地球系统公开股份有限公司