CN104914548A - 用于导向至少一个光学透镜的光学导向系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于导向至少一个光学透镜的光学导向系统，特别是一种用于将光学透镜沿导向系统的光轴导向的光学导向系统。光学导向系统具有用于容置导向托架的导向外壳，其中内导向表面沿着光轴延伸。导向托架在导向外壳内可移动地设置在初始位置和终止位置之间，并适合于固定至少一个光学透镜。导向托架还具有与导向外壳的内导向表面相接触的滑动元件，并且滑动元件能够使导向托架滑动。光学导向系统还具有连接至导向托架的悬挂元件，并且导向托架通过该悬挂元件机械地联接至驱动装置。该光学导向系统还具有设置在导向外壳外侧且与悬挂元件相配合的拉紧元件，其产生作用于导向托架上的拉紧力，使得滑动元件位于抵靠在导向外壳的内导向表面上。

Description

用于导向至少一个光学透镜的光学导向系统

技术领域

本发明涉及一种光学导向系统，该光学导向系统用于将例如至少一个光学透镜导向在如全站仪或视距仪的光学仪器的变焦布置内。

背景技术

变焦布置和聚集布置用作光学透镜的合适的布置，以便适当地设置光学仪器的焦距。这些布置可以用来设置通过光学仪器可实现的放大倍率。为此，通常使用如透镜或透镜组的光学元件的布置，其中至少一个透镜或透镜组被布置成沿着该布置的光轴可移动。例如，在合适的布置中，可以设置可移动的透镜组用于适当的变焦，以及可移动的透镜组用于设置焦点。通过设置该可移动的透镜相对于光轴的位置，从而设定了透镜系统的焦距以及光学仪器的放大倍率。这种类型的变焦布置用在显微镜、相机中，还特别用在全站仪或视距仪中。

特别在全站仪和视距仪的领域中，在设定可移动透镜的位置时高水平的精确度和再现性是非常重要的。在相关透镜布置的设计中，有必要将公差保持得尽可能小，该公差例如由可移动透镜的驱动电机或相应的透镜安装引起。尤其已经发现，如果可调节透镜例如将要从不同的开始方向移入期望参考位置，则驱动电机的位置误差特别地可以对期望位置的定位精度和再现性有影响。因此尤其期望的是，可移动透镜或透镜组总是从相同的方向移入期望位置或参考位置中。

例如用在全站仪或视距仪中的现代的变焦布置和聚集布置通常非常紧凑地设计。因此还可以期望的是，用于可移动透镜或可移动透镜组的驱动系统使在该变焦布置和聚焦布置内透镜的紧凑布置成为可能。

在专利申请EP 1 510 846 A1中描述了常规的透镜安装的示例。其中，描述了一种用于光学系统的导向系统，其中透镜或透镜组可以相对于彼此移动。其中提出的该系统具有沿光轴延伸的外壳，在该外壳中布置有用于容置光学透镜的合适的导向托架。这些导向托架具有套筒段或圆柱段的形式，该套筒段或圆柱段在它们抵靠于外壳的对应的内导向表面上的外表面上具有滑动元件。其中提出的套筒段至少部分地由可磁化的材料制成且在外壳的导向表面上通过合适的磁力作用被导向。

在申请WO 2013/135313A1中描述了光学导向系统的另一示例。其中，提出了用于容置光学元件的基本上圆柱形的导向托架并且该导向托架在圆柱形的外壳内被导向。如其中所描述的，导向托架在成对的滑动元件(其中滑动元件对通过旋转是可调节的)的帮助下被安装，以便确保无间隙安装。导向托架通过合适的联接件连接至驱动装置，导向托架通过驱动装置在外壳内沿着光轴是可移动的。

在申请US 2007/0122136 A1中，公开了一种用于确定导向托架在对应的外壳内的位置的装置。为此，在外壳处和在导向托架处、在合适的中断元件处设置了光栅形式的传感器。其中该中断元件被设置成使得在导向托架沿着光轴运动时，中断元件中断光栅，以便例如利用光栅的相应信号来确定外壳内的导向托架的期望参考位置。

发明内容

本发明的目的是改进现有技术并提供一种光学导向系统，利用该光学导向系统，光学元件(如光学透镜或透镜组)得以在导向外壳内以高精确度再现定位，并且例如可以移入参考位置。

该目的是通过权利要求1的主题来实现的。在从属权利要求中描述了优选的实施方式。

根据本发明，提供了一种光学导向系统，所述光学导向系统设置成用于将至少一个光学透镜沿着导向系统的光轴导向。在一个优选实施方式中，所述透镜可以是全站仪的光学布置的一部分。在一个实施方式中，光学导向系统还可适于将多个透镜的光学布置导向。根据本发明，所述光学导向系统具有导向外壳，所述导向外壳用于在所述导向外壳内容置导向托架，其中，所述导向外壳的内导向表面沿着所述光轴延伸，换句话说，基本上平行于所述光轴。所述导向外壳可以全部或部分地包围导向托架。根据本发明，所述导向托架沿着所述光轴在初始位置和终止位置之间可移动地设置在所述导向外壳内，且适合于固定所述至少一个光学透镜。初始位置和终止位置可以通过导向外壳的几何结构预确定，并优选地对应于包括安装的透镜的透镜布置的广角设置和窄角设置。导向托架内的光学透镜的固定可以以本领域技术人员已知的常规方式执行，例如通过使用合适的可螺钉固定的或可拉紧的保持环。

根据本发明，所述导向托架具有与所述导向外壳的内导向表面相接触的至少一个滑动元件，所述至少一个滑动元件能够使得或允许所述导向托架在所述导向外壳内沿着所述光轴滑动。至少一个滑动元件可以配置为与导向托架成一体或可以设置为以合适的方式安装在导向托架上的单独的滑动元件。如果设置了多个滑动元件，它们可以被配置为与导向托架成一体并且还以单独的滑动元件的形式。

至少一个滑动元件与导向托架可以由例如合适的塑料材料制成。在一个优选的实施方式中，至少一个滑动元件为基本上无油的塑料滑动元件。例如，这种材料选择能够使滑动元件简单地适应于内导向表面的形状并且能够使滑动元件在导向托架运动的过程中沿着导向表面有利地滑动。同时，通过无需用油而确保光学元件(如可移动的透镜)不会被油弄脏。优选地，滑动元件作为单独的滑动元件安装在所示导向托架上。

如果导向托架容置在导向外壳内，则至少一个滑动元件与导向外壳的内导向表面相接触，并允许导向托架沿着光轴滑动。如通过本领域技术人员可以合适地设置的，导向托架的运动可以大致平行于系统的光轴或相对于光轴以合适的设置角度发生。优选地，导向托架在导向外壳内的运动大致平行于光轴发生。如本领域技术人员认为合理的，在此所使用的表述“平行”或““垂直”能够被认为在正常的技术公差内，其优选地在近似0.1％至10％的范围内，优选地在0.1％至1％的范围内。

根据本发明，光学导向系统还具有机械连接至所述导向托架的悬挂元件，并且通过所述悬挂元件，所述导向托架穿过所述导向外壳中的切口部机械地联接至所述导向外壳外侧的驱动装置。驱动装置优选地为步进电机，其通过设置步数的可能性，能够使在导向外壳内的导向托架可再现位置设置。

根据本发明的光学导向系统还具有设置在所述导向外壳外侧且与所述悬挂元件相配合的拉紧元件，从而产生作用在所述导向托架上的拉紧力，使得所述至少一个滑动元件抵靠在所述导向外壳的内导向表面上，优选地被挤压在导向外壳的内导向表面上，以便产生导向元件与导向表面之间的合适的无间隙接触。

换句话说，设置在导向外壳外侧的拉紧元件以这种方式与悬挂元件相配合，例如使得拉紧元件将导向外壳内的导向托架挤压在内导向表面上，以便使得至少一个滑动元件被挤压在该内导向表面上。拉紧力被设置成使得导向托架在导向外壳内在初始位置和终止位置之间的滑动是可能的。

导向托架的这种安装使得导向托架仅仅通过至少一个滑动元件与内导向外壳相接触是可能的。这使得特别稳定的防倾斜布置成为可能，该防倾斜布置有助于导向托架在导向外壳内位置设置的高精度和再现性。这种安装还以有利的方式有助于当导向托架在导向外壳内移动时不会卡在导向外壳上。

在一个优选的实施方式中，步进电机以这种方式配置来驱动所述导向托架，使得所述导向托架在所述导向外壳内沿着所述光轴的运动的所述初始位置与所述终止位置分别表示所述透镜的广角设置与窄角设置。通过使用步进电机，在该实施方式中通过规定合适的步数能够再现地移动至透镜的广角设置和窄角设置。

为了进一步提高导向托架在导向外壳内的位置设置的再现性，例如在导向外壳内总是从同一侧移动至期望的参考位置是有利的。这样，例如当在导向外壳内设置导向托架的位置时驱动电机的定位误差，以及由此透镜位置的定位误差被最小化。

在本发明的优选实施方式中，为了使其成为可能，光学导向系统包括光栅和中断元件，所述光栅设置在所述导向外壳上或所述导向托架上，且所述中断元件设置在对应的其他导向外壳上或导向托架上，其中，所述中断元件被设置并配置成这样，使得在所述导向托架从所述初始位置运动至所述终止位置的过程中，所述中断元件在所述光栅的发光部和光线接收部之间被导向，从而通过所述光栅的光束的至少部分透射或至少部分中断改变所述光栅的信号，使得当所述导向托架处于所述初始位置时与当所述导向托架处于所述终止位置时相比，所述光栅发射出不同的信号。

所述中断元件还被设置并配置成这样，使得在所述导向托架在所述初始位置与所述终止位置之间单向运动的过程中，所述光栅的信号至少部分地翻转至少三次。

通过以这种方式提供中断元件，在该实施方式中，在导向托架单向运动时光栅能够输出不对称信号，其中当所述导向托架处于所述初始位置时所述光栅的信号不同于当所述导向托架处于所述终止位置时所述光栅的信号。在此期间，信号至少翻转三次。因此，在导向外壳内将导向托架总是从同一侧移入参考位置是可能的。

因此，如果总是从相同的方向接近，则当接近参考位置时可以实现提高的再现性和精确度。根据本发明，对于本领域技术人员是显然的，能够独立地设置光栅和中断元件例如用于变焦布置或聚焦布置，其中以已知的方式设置有可移动的透镜或透镜组。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的用于导向至少一个光学透镜的光学导向系统的示意图；

图2示出了图1的光学导向系统的剖视图；

图3示出了根据本发明的实施方式的光学导向系统的导向托架；

图4示出了图1的光学导向系统的横截面视图；

图5示出了根据本发明的实施方式的光学导向系统的中断元件；

图6A示出了图1的该光学导向系统的视图，其中该视图对应于从图1的透视图下方的视图；

图6B示出了根据本发明的实施方式的光学导向系统的光栅的信号序列；

图7A示出了根据图6A的视图的光学导向系统的视图；

图7B示出了根据本发明的实施方式的光学导向系统的光栅的信号序列；

图8示出了根据本发明的光学导向系统的导向托架的另一实施方式；

图9以侧视图方式示出了图8的导向托架；

图10示出了本发明的另一实施方式中的光学导向系统的透视图；

图11以另一透视图方式示出了根据图10的光学导向系统；

图12以另一透视图方式示出了根据图10的光学导向系统，此处该系统相对于光轴被旋转了大约180度；

图13示出了图10的光学导向系统的横截面视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施方式的光学导向系统的示意性透视图。如图所示，光学导向系统包括导向外壳110，该导向外壳110中容置有导向托架200。如下面更详细描述的，导向托架200连接至联接托架407。联接托架407与可以由驱动装置旋转的驱动轴501相接合，该驱动装置优选地为步进电机。在驱动轴旋转时，联接托架407基本上沿着光学导向系统的光轴300移动，从而还使得导向外壳110沿着光轴300移动。

导向托架200用来例如通过合适的保持环121保持光学透镜120，在示出的实施方式中，该光学透镜120容置在导向托架中并被固定在那(参见图3)。对于本领域的技术人员是已知的，透镜120可以通过其他方式被保持在导向托架200中。

例如，透镜200可以是容置有另一透镜的变焦布置的一部分。在这种布置中，例如通过透镜的移动可以改变沿着光轴300传播的光束的直径。特别用在全站仪中，如果在导向外壳110内的导向托架的初始位置和终止位置分别对应于透镜布置的广角设置和窄角设置则是有利的，该透镜布置包括由导向托架200保持的透镜120。

同样如图1所示，光学导向系统还包括设置有部件602的光栅601，部件602中的一个是发光部，以及另一个是光接收部。例如，在图1中，上部件602可以是发光部且图1中的下部件602可以是光接收部。例如，发光部可以包括发出可见区域中或红外区域中的光的发光二极管。光接收部可以包括合适的光传感器，该光传感器如合适的光电二极管。

此外，光学导向系统包括在图3中安装在导向托架200上的中断元件603。中断元件603还包括中断部605，在导向托架200运动时，该中断部605在部件602之间移动，从而至少部分地阻挡光栅的光束，进而改变光栅的信号。

在优选的实施方式中，光栅601相对于光轴300基本上居中地设置在初始位置与终止位置之间。例如，在图1中所示，初始位置和终止位置不必与导向外壳110的各端重合。换句话说，导向外壳可以延伸超出初始位置和终止位置。然而，如果初始位置和终止位置基本上与导向外壳的各端重合，已经被证明是有利的。此外，在一个优选的实施方式中，中断部沿着光轴的尺寸基本上相当于导向外壳110沿着光轴300的长度的一半。参考图5至图7，下面描述了光栅601和中断元件603的功能。

在图2中，以部分剖视图方式示出了图1的光学导向系统。如图2所示，根据优选的实施方式的光学导向系统具有可移动地设置在导向外壳110的外表面140上的联接托架407。如图所示，图2的联接托架407基本上相当于图1的联接托架407，在图1中，联接托架407中的侧壁416被不同地设计。除此之外，图1和图2的联接托架关于它们的功能和设计是相同的。

从附图中还可以看出，通过联接托架在外表面140上且沿着外表面140的可移动的布置，实现了联接托架运动的特别的稳定性，这反映在导向外壳110内的导向托架200运动的特别高的精度上。如图所示，联接托架407优选被配置成使得，至少在与导向外壳110的外表面140的接触区域中，联接托架407具有至少在光轴的方向上且大致平行于外表面140延伸的接触表面(图中未示出)。

联接托架407还优选以这样的方式连接至驱动装置，使得在驱动装置500的驱动轴501旋转运动时，联接托架沿着光轴300线性地移动，其中悬挂元件401机械地连接至联接托架407。换句话说，步进电机500驱动与联接托架407相配合的驱动轴501，以便将驱动轴501的旋转运动转换成导向托架200的平移运动。通过附图进一步示出的是，联接托架407还具有在两个螺母元件417之间通过合适的联接弹簧419夹紧或拉紧的联接突出部415。螺母元件安装在驱动轴501上，使得在驱动轴501旋转时，它们在光轴300的方向上移动。将联接托架407联接至驱动轴501的这种联接类型从而已经证明是特别有利的，因为其首先使得合适的无间隙联接成为可能，其次是适当柔性的并因此是非常耐用的。

如图2所示，在优选的实施方式中，拉紧元件405设置在联接托架407的接触表面409与悬挂元件401的保持突出部411之间。拉紧力通过悬挂元件传递至导向托架200，使得至少一个滑动元件230被挤压在导向外壳110的内导向表面130上，使得所述滑动元件能够相对于导向表面130滑动。同时，导向托架200从而稳定地保持在导向外壳110内。

在图2中，导向托架200设置有被配置为单独的滑动元件的两个滑动元件230，两个滑动元件230通过螺钉被紧固至导向托架200。滑动元件200由能够使滑动元件沿着导向外壳110的内导向表面130滑动的合适的材料制成。优选地，滑动元件230由无油的塑料材料制成。

优选地，如图2所示，拉紧元件405是弹簧，且悬挂元件401基本上是具有头部的螺栓状，保持突出部411以环形形式围绕悬挂元件401的端部从悬挂元件401延伸。如图2所示，悬挂元件401可以优选为螺钉。悬挂元件401最优选为轴肩螺栓(shoulder stud)，该轴肩螺栓能够使其向下旋动至停止，从而有助于系统的稳定性和整体提高精确度。当导向托架200在导向外壳内运动时，悬挂元件401在纵向上形成的切口部403内基本上沿光轴300移动。

在图2中，由在拉力下布置在保持突出部411与接触表面409之间的拉紧元件405产生的拉紧力通过保持元件405传递至导向托架200，并向上拉导向托架。通过这种方式，滑动元件230被无间隙地挤压在内导向表面130上。拉紧力被设置成使导向托架200沿着光轴的运动仍然是可能的。然而同时，拉紧力被适当地设置成合适地大，以便确保导向托架200稳定保持在导向外壳110内。

由于这种稳定的固定以及通过滑动元件230抵在导向表面130上适当地无间隙按压导向托架200，因而导向托架以特别防倾斜方式以及可靠地防卡住方式固定在导向外壳内。还已经发现的是，通过如图2所示，通过滑动元件230设置在导向表面130的仅一侧处，导向托架的悬挂尤其确保防倾斜和防卡住。

进一步如图2所示，在一个优选的实施方式中，联接托架407包括支撑部408，该支撑部408包括接触表面409。悬挂元件401大致垂直于切口部403、穿过光轴300而延伸穿过支撑部408中的悬挂孔。因此，弹簧405被压缩在悬挂元件401的环形突出部411与接触表面409之间，使得弹簧弹力优选地在大致垂直于光轴300的方向上从导向外壳110内至导向外壳110的外侧作用于悬挂元件401上。

另外如图2所示，在优选的实施方式中，联接托架407还具有保持弹簧元件413，保持弹簧元件413优选地为弹簧螺栓。保持弹簧元件413设置在联接托架407上，使得在悬挂开口内，优选地在大致平行于光轴300的方向上，所述保持弹簧元件将弹簧力施加在悬挂元件401上。通过保持弹簧元件413的设置，在一种有利的方式中可以通过简单手段无间隙地将悬挂元件保持在联接托架的悬挂开口中，这提高了将导向托架在导向外壳110内导向的过程中的精度。

如图3所示，滑动元件230通过合适的螺钉231被紧固至导向托架200。例如，此处以这种方式设置螺钉，使得它们的头不突出超过导向托架200的突出部232，从而不会妨碍导向托架200在导向外壳内的运动。如本领域技术人员将认识到的，正如技术人员所知道的其他保持装置来替代示出的螺钉231是可能的。图3进一步示出了导向托架200的示意图。如图所示，导向托架200优选地具有至少一个圆柱部203，该圆柱部203具有基本上圆柱形的基本形式以及优选地具有基本上圆形的内部横截面。导向托架200优选地还具有至少一个柱面扇形体部201，并且在图3中导向托架200具有两个柱面扇形体部201。如图所示，这些柱面扇形体部201具有基本上描述了圆扇形的横截面。柱面扇形体部201基本上沿着光轴从圆柱部203在相互相反的方向上延伸。从图3可以看出(特别是结合图2)，示出的柱面扇形体部201的设置增强了在导向外壳110内运动过程中导向托架200的防倾斜性。因此，柱面扇形体部201进一步有助于提高在导向外壳110内定位导向托架200过程中的精确度。

图4示出了图1和图2所示出的光学导向系统的横截面视图。如从该附图可以看出，沿着光轴的导向表面130基本上是圆柱形的，并且在示出的优选实施方式中具有基本上圆形的横截面。如图所示，通过拉紧力的作用，滑动元件230被挤压在圆柱形导向表面130的第一半圆柱形表面111上，其中，在导向托架200与圆柱形导向表面的第二半圆柱形表面之间存在有间隔。

由于滑动元件仅位于抵靠在导向表面130的一侧上，因而最佳的防倾斜得以实现。此外，由于尤其是在导向托架与导向外壳之间的相对的两个表面上额外地存在有间隔，因而较好的防卡住得以实现。另外，通过这种方式，导向托架200的运动过程中的摩擦力得以最小化，从而促进了导向托架200在导向外壳110内的最佳滑动。为了在导向外壳的整个长度上实现这些设计优点，在优选的实施方式中，第一半圆柱形表面111与第二半圆柱形表面112沿着光轴300在导向外壳110的长度上从导向托架200的初始位置延伸至终止位置。这样，导向托架200的最佳导向可以在整个运动路径上得以实现。

另外还已经发现，适当设定滑动元件230在光轴方向上的间距与导向托架的整个直径(垂直于光轴)的比值可以有助于提高倾斜稳定性。如本领域技术人员可以理解的，增大滑动元件230彼此之间的间距引起倾斜稳定性的提高。因此增大了在导向外壳内使得导向托架200倾斜所需要的力。然而已经证明了这样一种情况，因此还增大了驱动装置500使导向托架在外壳内移动所需要的力。在合适的测试中，发明人已经发现，如果滑动元件230之间的间距近似相当于导向托架200的直径，则实现了最佳比值。因此，在优选的实施方式中，滑动元件230之间沿着光轴的间距近似相当于导向托架的直径。这里可能优选地有10％的偏差。换句话说，直径可能大于该间距的10％。可替选地，间距可以优选地大于该直径的10％。

如从图3和图4可以看出，滑动元件230从柱面扇形体部201沿着第一半圆柱形表面111的弧线延伸，使得滑动元件230最好地位于抵靠在半圆柱形表面111。优选地，如图3所示，滑动元件230大致沿着对应的柱面扇形体部201的整个横截面延伸。进一步优选地，圆柱部203基本上是具有基本上圆形内横截面的中空圆柱并被设计成来容置透镜120。因此，导向托架200以特别紧凑同时稳定的形式来设置。

另外如图4所示，圆柱部203具有外导向表面215，该外导向表面215具有基本上多边形的横截面。外导向表面215大致沿着光轴300延伸，其中，该外导向表面215的滑动元件230抵靠在导向外壳110的内导向表面130上延伸。例如，滑动元件230在由此的多边形外导向表面的对应侧上的布置能够使在需要时，在导向外壳110中以特殊的取向来设置导向托架。另外，这样为滑动元件设置了明确限定的位置，这进一步有助于稳定性，且从而有助于提高导向托架230定位的精确度。

进一步如图4所示，由于在导向托架200的两侧上的外导向表面的多边形形状，因此自由空间115形成在导向托架200与内导向表面130之间。在一个有利方式中，这些自由空间115使对应的抓取工具(未示出)用于导向系统的装配。该类型的抓取工具可以在导向托架200插入到导向外壳110中的过程中在两侧抓住导向托架200。当导向托架200放置在导向外壳110内时，则抓取工具的相关部件在自由空间115内具有容置空间。对应的抓取工具的这种使用提供了如下优点：在适当的情况下，通过在清洁大气内的自动化装置可以将导向托架插入到导向外壳110内，这例如防止了油可能弄脏使用的光学组件(如透镜120)。优选地，光学导向系统从而具有在导向托架200与内导向表面130之间的、处于导向托架200的相互相对的两侧的至少两个自由空间115。

在图5中，详细示出了上述与图1相关的中断元件603。如图所示，中断元件603具有沿着光轴300(参见图1)的基本上细长的中断部605。中断部605适合于中断光栅601的光束，为此，中断部605可以由不透明或仅部分透明的材料制成，如合适的塑料材料或金属。因此中断部605可以全部地或仅部分地中断光束。例如，随着光束部分透射穿过部分透明的材料，则可以发生部分中断。

中断部605具有在示出的实施方式中形成为细长的孔的光透射部607。该光透射部607设置用于使得光栅601的光束至少部分地穿过。光透射部607可以是孔(如图所示)，或对于光束可以是部分地透明的。例如，在部分透明的情况下，光透射部可以由部分透明的材料制成，或光透射部的直径可以小于光栅的光束的对应的直径。此处对于描述的有利功能关键的是，相较于中断部605，光透射部改变光栅的光束的透射，使得光栅的信号适度地不同。

当中断部605使光束减弱至少10％时、优选地减弱至少25％、更优选地减弱至少50％且最优选地减弱至少75％时，产生了光束透射的有效地可测量的改变。减弱75％意味着，在当中断部605中断光束时的情况下，光栅的信号是当光束未被中断时光栅发出的信号的25％。进一步地，透射的有效地可测量的改变意味着，光透射部607允许至少10％的光束的透射，更优选地至少25％的光束的透射、更加优选地至少50％的光束的透射且最优选地至少75％的光束的透射。75％的透射意味着当光束传播穿过透射部时，光栅的信号是当中断部605和光透射部607都未处于光栅601的部件602之间时光栅发出的信号的75％。此外，有效可测量的信号差意味着，当光束被中断部605中断时，光栅的信号优选地为当光束传播穿过光透射部607时光栅的信号的10％、更优选地为25％、更加优选地为50％且最优选地为75％。

已经发现，通过选择合适的中断部605中的孔的直径或尺寸来设置穿过光透射部607的光束的透射是有利的。优选地，在光轴的方向上的光透射部607直径或尺寸为光栅的放射源的光束的对应尺寸的近似0.5倍至2.5倍、更优选地为0.8倍至2倍、最优选地为1倍至1.5倍。

如图5所示，光透射部607设置在中断部605的一半内，在示出的一个优选的实施方式中，在沿着光轴的中断部605一端内。

光透射部607相对于沿着光轴300的中断部605的长度以不对称方式的布置有这样的结果：如果中断部605被移动，则在导向托架200单向运动通过部件602的过程中，产生了光栅的不对称信号。通过这种方式，基于光栅的信号，可以确定从哪个方向接近参考位置。参考位置可以是在导向外壳110内的在初始位置和终止位置之间的导向托架200的期望位置。当光栅601的光束传播穿过光透射部607时，优选地到达该参考位置。

在导向托架200在导向外壳内单向运动过程中，如果光栅的信号被绘制为例如具有在二维坐标系中合适的曲线图的电机步数的函数，则在该坐标系中导向外壳内的参考位置对应于设置点或设定的电机步数。可替选地，可以使用在导向外壳中沿着光轴的另一距离单位来替代电机步数。在此该设置点位于坐标系中对应于导向外壳内导向托架的位置(在该位置处信号已经改变)处的两个点之间。现在参考图6A至图7B来描述通过使用中断元件603来找到该设置点。

图6A是从图1下方观看的图1的光学导向系统的视图。在该附图中，自下示出了光栅601、切口部403的部分、导向托架200和中断元件603以及下部件602。由箭头321所指示的是导向外壳内的导向托架200沿着光轴300(参见图1)的当前运动方向。

图6B示意性地示出了在图6A中示出的方向(箭头321)上该导向托架200的单向运动中光栅601的信号。在图6B中，线条305标记了图6A示出的导向托架200的位置，其中，在横轴上示意性地示出了对应于导向外壳内的初始位置和终止位置之间的距离的电机步数。对于本领域技术人员清楚的是，示出的电机步数的数目仅仅是为了说明，并且可以根据对应的实施方式变化。例如，在一个实施方式中，导向外壳的长度可以对应于近似1800的电机步数。

从图6A和图6B可以看出，光栅601的光束被导向托架200的如示出的位置中的中断元件603的中断部605完全地中断，使得光栅的信号是“0”。在导向托架200的由箭头321指示的方向上的运动中，因为只要光束继续被中断，那么信号就初始保持为“0”。由于导向托架200的运动，光透射部607一到达光栅的光束(图6A中由标记609指示出光束的位置)，就允许光束穿过，在示出的示例中使得光栅601的信号上升至最大值“1”。该最大值指示光束传播穿过光透射部607，以及因此已经到达了设置点。在图6B中用线307标记设置点。因此，基于光栅的信号，可以确定导向托架200处于参考位置。

如图所示，在由箭头321示出的方向上继续单向运动时，光束再次被中断部605的对应部中断，使得光栅的信号再次下落至值“0”。如果导向托架200进一步在由箭头321指示的方向上移动，那么中断部605从光束的区域运动出来，使得光栅的信号再次上升至最大值“1”。

如图6B所示，中断部605内的光透射部607相对于光轴300的不对称布置引起在导向托架的单向运动过程中光栅的不对称信号。本领域技术人员从图6A和图6B可以发现，光栅的不对称信号使得明确地确定从哪侧正在接近设置点成为可能。如果从图6A中的左边接近设置点，则信号顺序是“0-1-0-1”。初始地，该信号是“0”，改变三次，然后是“1”。

当从其他侧接近设置点时，信号类型翻转。这通过示例、参考图7A和图7B得以示出。在图7A中，导向托架200位于在图7B中的光栅601的信号中通过线条306标记的位置。在这种情况下，由于中断部尚未位于光栅601的部件602之间，因而光栅的信号再次为最大。在由箭头323示出的方向上导向托架200单向运动时，中断部605的部分初始地中断光栅601的光束，使得信号下降至值“0”。

在该方向上进一步运动时，光束穿过光透射部607，使得信号再次上升至最大值，如通过线条307在图7B中所示，通过该最大值再次示出已经到达了设置点。在该方向上进一步运动时，光束再次被中断部605中断，使得信号再次下降至最小值“0”。因此，如图7B所示，再次产生了不对称信号。现在信号类型为“1-0-1-0”。初始地，信号是“1”，改变三次，然后是“0”。因此，根据光栅601的信号模型在导向托架200的单向运动过程中，可以明确地确定在导向外壳内从哪侧接近对应于设置点的导向托架200的参考位置。

已经发现，如果相对于信号的上升侧面线和下落侧面线而接近参考位置，则有利的设定是可能的。例如，图7B中线条307的左侧上的侧面线可以用作参考。同样地，图7B中示出的信号类型的X轴上的合适的参考点或合适的电机步值可以用作参考。例如，这样的点可以用作该参考点，在该点处信号已经到达图7B中线条307的左手侧上的侧面线处的50％的值或另一百分数值。使用这样的参考点能够有利地接近参考位置。例如，初始地可以确定参考点(例如，在线条307的左手侧上的第一上升侧面线处信号的50％处)与点(例如，在线条307的右手侧上的下降侧面线处信号的50％处)之间的间距。为了确定该间距，例如可以对对应的电机步数计数。如图所示，参考位置恰好位于这两个点之间，因此例如在所计数的电机步数的一半处。因此不管温度变化或老化过程，仍以有利的方式来可再现地接近参考点而是可能的。

如果总是从相同侧接近这样的参考位置，由于接近参考位置的过程中的精确度较高，那么中断部605的不对称设计和光透射部607的不对称设计使得在接近该参考位置的过程中能够提高精确度和可再现性。

对于本领域技术人员清楚的是，为了该目的，信号没有必要总是或永远上升至光栅的最大信号。例如，当到达设置点，例如到达图6B中仅仅0.5的值时，光栅的信号可以小于最大信号。如图6B中所示，关键的是以有效地可测量的方式可以检测到信号的不对称。如所提到的，图6B和图7B中的值0和1以及图6A和图7A中示出的电机步数的数目是任意地选择的，并且可以由本领域的技术人员相应地适应于各个系统的情况。

图8示出了导向托架200’的另一实施方式的示意图。参照示出的实施方式，此处示出了用于将滑动元件230’固定至导向托架200’上的另一可能性。在该实施方式中，燕尾突出部233’(不是所有都标注有附图标记)用来将滑动元件230’固定在导向托架上。这些突出部233’以有利的方式在导向托架200’上拉紧滑动元件230’。附图还示出了螺钉231’设置在一对突出部233’之间，并且还与滑动元件230’重叠，从而还有助于将滑动元件230’紧固在导向托架200’上。螺钉231’优选地为如本领域技术人员已知的沉头螺栓，其能够将滑动元件230’挤压在突出部233’上。通过这种方式，滑动元件230’以有利的方式被拉紧在突出部233’之间。

图9以侧视图方式示出了导向托架200’。在这一视图中，突出部233’是可见的，滑动元件230’通过突出部233’被紧固至导向托架200’。在这一视图中还可以看出，柱面扇形体部201’从圆柱部203延伸至两侧(在图中延伸至右侧和左侧)。这样，通过圆柱部203安装光学透镜(未示出)或透镜组是可能的，使得这些可移动的透镜以紧凑设计的方式设置在其他的不可移动的透镜之间。同时，为了上述有利的稳定性，设置有延伸至两侧的柱面扇形体部201’。

对于本领域技术人员明显的是，在本实施方式中柱面扇形体部201’的尺寸是示例性的，并且可以相应地适应于各种情况。此外，省掉柱面扇形体201以及将导向托架200完全设计为圆柱体是可能的。这种类型的圆柱体(没有柱面扇形体部)更容易制造并且使更容易的质量控制成为可能，然而同时提供了同样有利的稳定性和防倾斜性。

图10、图11和图12示出了根据另一实施方式的光学导向系统的透视图。如图10所示，对应于上述的驱动装置500的两个驱动装置500a和500b设置于光学导向系统的外部。如本领域技术人员可以理解的，其他合适的驱动装置也可以用在本发明的所有实施方式中。从附图中还可以看出，这些驱动装置可以被连接至对应的联接托架400a和联接托架400b。

因此，在这些附图中通过示例示出的实施方式包括通过驱动装置500a和驱动装置500b可移动地设置在导向外壳110’内的两个透镜组(参见图13，底部)。在示出的实施方式中，例如透镜布置还包括不可移动的透镜，如示出的物镜123的透镜。

图11以旋转视图方式示出了根据图10的光学导向系统。此处明显的是，提供的CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)芯片170与物镜123相对设置。该CCD芯片170用来记录由透镜布置产生的图像并和与其连接的合适的计算机一起存储图像。可替选地，可以提供目镜的其他透镜或透镜组来替代CCD芯片170。

图12示出了图10和图11的光学导向系统的另一视图，该视图围绕系统的光轴旋转了近似180度。因此，导向系统的位于与图10和图11中的可见侧面相对的侧面是可见的。在这一侧，光栅601a和光栅601b与对应的中断元件603a和中断元件603b是可见的，其中，中断元件603a和中断元件603b可以与对应的透镜组一起沿着光轴移动。

图13示出了图10至图12的光学导向系统的横截面视图。在此，该系统再次围绕光轴旋转以使得仅仅驱动装置500a是可见的。在该横截面视图中，在联接托架407a内驱动轴501a和悬挂元件401a是可见的。如该附图所示，透镜布置包括多个透镜组，即物镜透镜组123、变焦透镜组125、固定透镜组127和聚焦透镜组129。物镜透镜组123和固定透镜组127是不可移动的，而变焦透镜组125和聚焦透镜组129沿着系统的光轴300可移动地设置。该可移动性和运动方向由箭头325和箭头327指示。

Claims (29)

1.一种光学导向系统，其用于将至少一个光学透镜(120)沿着所述光学导向系统的光轴(300)导向，其中所述光学导向系统包括：

导向外壳(110)，其用于在所述导向外壳(110)内容置导向托架(200，200’)，其中，所述导向外壳(110)的内导向表面(130)沿着所述光轴(300)延伸，

其中，所述导向托架(200，200’)沿着所述光轴(300)在初始位置和终止位置之间可移动地设置在所述导向外壳(110)内，且所述导向托架适合于固定所述至少一个光学透镜(120)，

其中，所述导向托架(200，200’)包括与所述导向外壳(110)的内导向表面(130)相接触的至少一个滑动元件(230，230’)，所述滑动元件能够使所述导向托架(200，200’)在所述导向外壳(110)内沿着所述光轴(300)滑动，以及

其中，所述光学导向系统还具有机械连接至所述导向托架(200，200’)的悬挂元件(401)，并且通过所述悬挂元件(401)，所述导向托架(200，200’)穿过所述导向外壳(110)中的切口部(403)机械地联接至所述导向外壳(110)外侧的驱动装置(500)，

其特征在于，

所述光学导向系统还具有拉紧元件(405)，所述拉紧元件(405)设置在所述导向外壳(110)外侧且与所述悬挂元件(401)相配合，从而产生作用在所述导向托架(200，200’)上的拉紧力，使得所述至少一个滑动元件(230，230’)抵靠在所述导向外壳(110)的内导向表面(130)上。

2.根据权利要求1所述的光学导向系统，其特征在于，所述光学导向系统还包括可移动地设置在所述导向外壳(110)的外表面(140)处的联接托架(407)，且以这样的方式连接至所述驱动装置(500)，使得在所述驱动装置(500)的驱动轴(501)旋转运动时，所述联接托架沿着所述光轴(300)线性地移动，其中，所述悬挂元件(401)机械地连接至所述联接托架(407)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述拉紧元件(405)设置在所述联接托架(407)的接触表面(409)与所述悬挂元件(401)的保持突出部(411)之间，并且所述拉紧力通过所述悬挂元件(401)传递至所述导向托架(200，200’)，使得所述至少一个滑动元件(230，230’)被挤压在所述导向外壳(110)的内导向表面(130)上，使得所述滑动元件能够相对于所述导向表面(130)滑动。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述拉紧元件(405)是弹簧且所述悬挂元件(401)为具有头部的基本上螺栓状，所述保持突出部(411)以环形形式围绕所述悬挂元件(401)的端部从所述拉紧元件延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述联接托架(407)包括支撑部(408)，所述支撑部(408)包括接触表面(409)，其中，所述悬挂元件(401)大致垂直于所述光轴(300)穿过所述切口部(403)而延伸穿过所述支撑部(408)中的悬挂孔，使得所述弹簧(405)被压缩在所述悬挂元件(401)的所述环形突出部(411)与所述接触表面(409)之间，以便弹簧力优选地在大致垂直于所述光轴(300)的方向上从所述导向外壳(110)内至所述导向外壳(110)的外侧作用于所述悬挂元件(401)上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述联接托架(407)还包括保持弹簧元件(413)，所述保持弹簧元件优选地为弹簧螺栓，所述保持弹簧元件(413)设置在所述联接托架(407)上，使得在所述悬挂开口内，所述保持弹簧元件将弹簧力优选地在大致平行于所述光轴(300)的方向上施加至所述悬挂元件(401)上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述悬挂元件(401)为螺钉。

8.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述导向外壳(110)的沿所述光轴(300)的内导向表面(130)大致是圆柱形的，优选地具有基本上圆形的横截面，其中，通过所述拉紧力的作用，所述至少一个滑动元件(230，230’)抵靠在所述圆柱形导向表面(130)的第一半圆柱形表面(111)上，且在所述导向托架(200，200’)与所述圆柱形导向表面(130)的第二半圆柱形表面(112)之间存在有间隔，所述第二半圆柱形表面(112)关于所述光轴(300)与所述第一半圆柱形表面(111)相对。

9.根据权利要求8所述的光学导向系统，其特征在于，所述第一半圆柱形表面(111)与所述第二半圆柱形表面(112)沿着所述光轴(300)在所述导向外壳(110)的长度上从所述导向托架(200，200’)的初始位置延伸至所述导向托架(200，200’)的终止位置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述导向托架(200，200’)优选地具有至少一个圆柱部(203，203’)，所述圆柱部(203，203’)具有基本上圆柱形的基础形状，优选地具有基本上圆形的内部横截面。

11.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述导向托架(200，200’)具有至少一个柱面扇形体部(201，201’)，所述至少一个柱面扇形体部(201，201’)具有基本上为圆弓形的横截面，其中所述至少一个柱面扇形体部(201，201’)基本上沿着所述光轴(300)从所述圆柱部(203，203’)延伸。

12.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述至少一个滑动元件(230，230’)的至少一个部分从所述至少一个柱面扇形体部(201，201’)沿着所述第一半圆柱形表面(111)的弧线延伸并抵靠在所述第一半圆柱形表面上。

13.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述导向托架(200，200’)具有沿着所述光轴(300)在相反方向上从所述圆柱部(203，203’)延伸的两个柱面扇形体部(201，201’)，其中，优选地每一柱面扇形体部(201，201’)具有在所述导向外壳(110)的所述内导向表面(130)的方向上从所述柱面扇形体部(201，201’)延伸的至少一个滑动元件(230，230’)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述一个滑动元件(230，230’)基本上沿着所述柱面扇形体部(201，201’)的整个横截面延伸。

15.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述至少一个滑动元件(230，230’)基本上为无油的塑料滑动元件。

16.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述导向外壳(110)沿着所述光轴(300)的所述内导向表面(130)为具有基本上圆形横截面的圆柱体。

17.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述圆柱部(203，203’)基本上为具有基本上圆形内横截面的中空圆柱体并被配置成容置所述透镜(120)。

18.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述圆柱部(203，203’)具有外导向表面(215)，所述外导向表面(215)具有基本上多边形的横截面，所述外导向表面(215)基本上沿着所述光轴(300)延伸，其中，所述外导向表面(215)的所述滑动元件(230，230’)与导向外壳(110)的所述内导向表面(130)相对地延伸。

19.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述光学导向系统包括光栅(601)和中断元件(603)，

其中，所述光栅(601)设置在所述导向外壳(110)上或所述导向托架(200，200’)上，且所述中断元件(603)设置在对应的其他导向外壳(110)上或其他导向托架(200，200’)上，

其中，所述中断元件被设置并配置成，使得在所述导向托架(200，200’)从所述初始位置运动至所述终止位置的过程中，所述中断元件在所述光栅(601)的发光部和光接收部之间被导向，从而通过所述光栅的光束的至少部分透射或至少部分中断来改变所述光栅的信号，使得与当所述导向托架(200，200’)处于所述终止位置时相比，当所述导向托架处于所述初始位置时，所述光栅发射出不同的信号，

并且在所述导向托架在所述初始位置与所述终止位置之间的单向运动的过程中，所述光栅的信号至少部分地翻转至少三次。

20.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述中断元件(603)包括沿所述光轴(300)基本上细长的中断部(605)，其中，所述中断部(605)适合于中断所述光栅(601)的光束并包括用于至少部分地允许所述光栅(601)的光束穿过的光透射部(607)，所述光透射部(607)设置在沿所述光轴(300)测量的所述中断部(605)的一半内。

21.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述中断元件(603)包括基本上沿所述光轴(300)延伸的中断部(605)，其中所述光透射部(607)设置成沿所述光轴(300)接近于所述中断部(605)的一端。

22.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述中断元件(603)设置在所述导向托架(200，200’)上。

23.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述驱动装置(500)为步进电机。

24.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，在所述光轴的方向上所述光透射部(607)的尺寸为所述光栅的发光源的光束的尺寸的近似0.5倍至2.5倍、优选地为0.8倍至2倍、最优选地为1倍至1.5倍。

25.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，相对于所述光轴(300)，所述光栅大致居中地设置在所述初始位置与所述终止位置之间，并且优选所述中断部沿着所述光轴的尺寸大致相当于所述导向外壳(110)沿着所述光轴(300)的长度的一半。

26.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述步进电机(500)以这种方式配置来驱动所述导向托架(200，200’)，使得所述导向托架(200，200’)在所述导向外壳(110)内沿着所述光轴(300)的运动的所述初始位置与所述终止位置分别表示所述透镜的广角设置与窄角设置。

27.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述步进电机(500)驱动与所述联接托架(407)相配合的驱动轴(501)，以便将所述驱动轴(501)的旋转运动转换成所述导向托架(200，200’)的平移运动，其中，所述联接托架(407)包括在螺母元件(417)之间通过合适的联接弹簧(419)拉紧的联接突出部(415)，其中所述螺母元件安装在所述驱动轴(501)上，使得在所述驱动轴(501)旋转时，所述螺母元件在所述光轴(300)的方向上移动。

28.根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统，其特征在于，所述透镜(120)是全站仪的光学布置的一部分。

29.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的光学导向系统的全站仪。