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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Führungssystem zum Führen zumindest einer optischen Linse beispielsweise innerhalb einer Zoomanordnung eines optischen Instruments wie einer Totalstation oder einem Tachymeter.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Zoom- und Fokussierungsanordnungen werden als geeignete Anordnungen von optischen Linsen verwendet, um eine Brennweite eines optischen Instruments geeignet einzustellen. Sie können dabei verwendet werden um eine durch das optische Instrument erreichbare Vergrößerung einzustellen. Üblicherweise werden dazu Anordnungen von optischen Elementen wie Linsen oder Linsengruppen verwendet, von denen mindestens eine Linse, oder eine Linsengruppe, beweglich entlang einer optischen Achse der Anordnung angeordnet ist. Beispielsweise kann in einer geeigneten Anordnung eine bewegliche Linsengruppe für ein geeignetes Zoomen vorgesehen sein und eine bewegliche Linsengruppe zum Einstellen des Fokus. Durch Einstellen einer Position dieser beweglichen Linse bezüglich der optischen Achse wird die Brennweite des Linsensystems und damit die Vergrößerung des optischen Instruments eingestellt. Derartige Zoomanordnungen finden Anwendung in Mikroskopen, Kameras und insbesondere auch in Totalstationen oder Tachymetern.
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Gerade im Bereich der Totalstationen und Tachymeter ist eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit beim Einstellen der Position der beweglichen Linse von hoher Bedeutung. Es ist bei der Konstruktion der entsprechenden Linsenanordnungen notwendig, Toleranzen, die beispielsweise von Antriebsmotoren der beweglichen Linse oder von einer entsprechenden Linsenaufhängung resultieren können, möglichst gering zu halten. Es hat sich unter anderem herausgestellt, dass insbesondere Stellfehler der Antriebsmotoren einen Einfluss auf die Einstellgenauigkeit und Reproduzierbarkeit einer gewünschten Position haben können, wenn die einstellbare Linse aus verschiedenen Ausgangsrichtungen beispielsweise in eine gewünschte Referenzposition bewegt werden soll. Es ist deshalb unter anderem wünschenswert, dass eine bewegliche Linse oder Linsengruppe immer aus derselben Richtung in die gewünschte Position oder eine Referenzposition bewegt wird.
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Moderne Zoom- und Fokussierungsanordnungen beispielsweise für die Verwendung in Totalstationen oder Tachymetern sind üblicherweise sehr kompakt ausgestaltet. Es ist dementsprechend weiterhin wünschenswert, dass ein Antriebssystem für eine bewegliche Linse oder eine bewegliche Linsengruppe eine kompakte Anordnung der Linsen innerhalb solcher Zoom- und Fokussierungsanordnung erlaubt.
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Ein Beispiel einer konventionellen Linsenaufhängung ist in der Patentanmeldung
EP 1 510 846 A1 beschrieben. Darin ist ein Führungssystem für optische Systeme beschrieben bei welchem Linsen oder Linsengruppen relativ zueinander verschoben werden können. Das darin vorgeschlagene System weist ein sich entlang einer optischen Achse erstreckendes Gehäuse auf, in welchem sich geeignete Führungsschlitten zur Aufnahme optischer Linsen befinden. Diese Führungsschlitten haben die Form von Hülsen- oder Zylindersegmenten, welche an ihren Außenflächen Gleitelemente aufweisen, die an entsprechenden inneren Führungsflächen des Gehäuses anliegen. Dabei sind die darin vorgeschlagenen Hülsensegmente zumindest teilweise aus einem magnetisierbaren Material hergestellt und werden durch die Wirkung von entsprechenden Magnetkräften an den Führungsflächen des Gehäuses geführt.
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Ein weiteres Beispiel eines optischen Führungssystems ist in der Anmeldung
WO 2013/135313 A1 beschrieben. Darin wird ein im Wesentlichen zylinderförmiger Führungsschlitten zur Aufnahme von optischen Elementen vorgeschlagen, welcher innerhalb eines zylinderartigen Gehäuses geführt wird. Wie darin beschrieben wird der Führungsschlitten mithilfe von Paaren von Gleitelementen gelagert, von welchen ein Paar durch Drehung justierbar ist, um eine spielfreie Lagerung zu gewährleisten. Über eine geeignete Kopplung ist der Führungsschlitten mit einem Antrieb verbunden, über welchen der Führungsschlitten innerhalb des Gehäuses entlang einer optischen Achse verschiebbar ist.
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Weiterhin wird in der Anmeldung US 2007/0122136 A1 eine Einrichtung zur Bestimmung der Position eines Führungsschlittens innerhalb eines entsprechenden Gehäuses offenbart. Dazu ist am Gehäuse ein Sensor in Form einer Lichtschranke vorgesehen und am Führungsschlitten ein entsprechendes Unterbrechungselement. Dabei ist das Unterbrechungselement so angeordnet, dass es bei einer Bewegung des Führungsschlittens entlang der optischen Achse die Lichtschranke unterbricht, so dass beispielsweise eine gewünschte Referenzposition des Führungsschlittens innerhalb des Gehäuses unter Verwendung des entsprechenden Signals der Lichtschranke bestimmt werden kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein optisches Führungssystem bereitzustellen, mit welchem ein optisches Element, wie eine optische Linse oder Linsenbaugruppe, innerhalb eines Führungsgehäuses mit hoher Genauigkeit reproduzierbar positioniert werden kann, beispielsweise in eine Referenzposition bewegt werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Führungssystem zum Führen zumindest einer optischen Linse entlang einer optischen Achse eines Führungssystems bereitgestellt. Hierbei kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Linse Teil einer optischen Anordnung einer Totalstation sein. In einer Ausführungsform kann das optische Führungssystem ebenfalls zum Führen einer optischen Anordnung aus mehreren Linsen geeignet sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das optische Führungssystem ein Führungsgehäuse zur Aufnahme eines Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses auf, wobei sich eine innere Führungsfläche des Führungsgehäuses entlang der optischen Achse, mit anderen Worten parallel zur optischen Achse, erstreckt. Dabei kann das Führungsgehäuse den Führungsschlitten ganz oder teilweise umschließen. Der Führungsschlitten ist erfindungsgemäß innerhalb des Führungsgehäuses entlang der optischen Achse zwischen einer Startposition und einer Endposition beweglich angeordnet und die zumindest eine optische Linse haltert. Die Startposition und die Endposition können dabei von der Geometrie des Führungsgehäuses vorgegeben sein und entsprechen vorzugsweise einer Weitwinkeleinstellung und einer Schmalwinkeleinstellung einer Linsenanordnung welche die eine gehalterte Linse umfasst. Die Halterung der optischen Linse innerhalb des Führungsschlittens kann dabei in gewöhnlicher Weise erfolgen wie es dem Fachmann bekannt ist, beispielsweise durch Verwendung geeigneter schraubbarer oder klemmbarer Halterungsringe.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Führungsschlitten zumindest ein Gleitelement auf, welches in Kontakt mit der inneren Führungsfläche des Führungsgehäuses steht und welches ein Gleiten des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses entlang der optischen Achse ermöglicht oder erlaubt. Dabei kann das zumindest eine Gleitelement integral mit dem Führungsschlitten ausgebildet sein oder als separates Gleitelement vorgesehen sein, welches in geeigneter Weise am Führungsschlitten angebracht ist. Falls mehrere Gleitelemente vorgesehen sind, können diese sowohl integral mit dem Führungsschlitten ausgebildet sein als auch in Form separater Gleitelemente.
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Das zumindest eine Gleitelement sowie der Führungsschlitten können dabei beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoffmaterial gefertigt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Gleitelement ein im Wesentlichen ölfreies Kunststoffgleitelement. Diese Materialauswahl ermöglicht beispielweise ein einfaches Anpassen des Gleitelements an die Form der inneren Führungsfläche und ermöglicht ein vorteilhaftes Gleiten des Gleitelements entlang der Führungsfläche bei einer Bewegung des Führungsschlittens. Gleichzeitig wird durch den Verzicht auf Öl gewährleistet, dass optische Elemente wie zum Beispiel die bewegliche Linse nicht durch Öl verschmutzt werden. Vorzugsweise ist das Gleitelement als separates Gleitelement am Führungsschlitten angebracht.
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Das zumindest eine Gleitelement steht in Kontakt mit der inneren Führungsfläche des Führungsgehäuses, wenn der Führungsschlitten innerhalb des Führungsgehäuses aufgenommen ist und erlaubt ein Gleiten des Führungsschlittens entlang der optischen Achse. Hierbei kann die Bewegung des Führungsschlittens im Wesentlichen parallel zur optischen Achse des Systems erfolgen oder unter einem geeignet eingestellten Winkel bezüglich der optischen Achse wie er vom Fachmann geeignet vorgesehen sein kann.
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Die Bewegung des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses erfolgt parallel zur optischen Achse. Wie es dem Fachmann einsichtig sein wird sind die Begriffe „parallel” oder „senkrecht” wie sie hier verwendet werden, innerhalb üblicher technischer Toleranzen zu verstehen, welche vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von etwa 0,1% bis 10%, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 0,1% bis 1% liegen können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das optische Führungssystem weiter ein mechanisch mit dem Führungsschlitten verbundenes Aufhängungselement auf, über welches der Führungsschlitten durch eine Aussparung im Führungsgehäuse mechanisch an einen Antrieb außerhalb des Führungsgehäuses gekoppelt ist. Der Antrieb ist dabei vorzugsweise ein Schrittmotor was durch die Möglichkeit der Einstellung von Schrittanzahlen eine reproduzierbare Positionseinstellung des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses ermöglicht.
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Weiterhin weist das optische Führungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein Spannelement auf, welches außerhalb des Führungsgehäuses angeordnet ist und welches mit dem Aufhängungselement zusammenwirkt, dabei eine Spannkraft verursachend, die auf den Führungsschlitten wirkt, so dass das zumindest eine Gleitelement an der inneren Führungsfläche des Führungsgehäuses anliegt, vorzugsweise an die innere Führungsfläche des Führungsgehäuses angepresst wird, wodurch ein geeigneter spielfreier Kontakt zwischen Gleitelement und Führungsfläche hergestellt wird.
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Mit anderen Worten wirkt das Spannelement, welches außerhalb des Führungsgehäuses angeordnet ist, so mit dem Aufhängungselement zusammen, dass dieses den Führungsschlitten innerhalb des Führungsgehäuses beispielsweise so gegen die innere Führungsfläche drückt, dass das zumindest eine Gleitelement an diese innere Führungsfläche angepresst wird. Dabei ist die Spannkraft so eingestellt, dass ein Gleiten des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses zwischen einer Startposition und einer Endposition möglich ist.
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Diese Aufhängung des Führungsschlittens ermöglicht es, dass der Führungsschlitten nur über das zumindest eine Gleitelement mit dem inneren Führungsgehäuse in Kontakt stehen kann. Dies ermöglicht eine besonders stabile kippsichere Anordnung, die zu einer hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bei einer Einstellung der Position des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses beiträgt. Diese Aufhängung trägt weiterhin in vorteilhafter Weise dazu bei, dass der Führungsschlitten bei einer Bewegung innerhalb des Führungsgehäuses nicht mit dem Führungsgehäuse verkantet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schrittmotor in einer Weise eingerichtet, den Führungsschlitten so anzutreiben, dass die Startposition und die Endposition der Bewegung des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses entlang der optischen Achse jeweils einer Weitwinkeleinstellung und einer Schmalwinkeleinstellung der Linse entsprechen. Durch die Verwendung eines Schrittmotors ist es in dieser Ausführungsform möglich, die Weitwinkeleinstellung und die Schmalwinkeleinstellung der Linse reproduzierbar durch Angabe einer geeigneten Schrittanzahl anzufahren.
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Um die Reproduzierbarkeit der Einstellung einer Position des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses weiter zu erhöhen ist es vorteilhaft, beispielsweise eine gewünschte Referenzposition innerhalb des Führungsgehäuses immer von derselben Seite anzufahren. Dadurch werden Stellfehler beispielsweise des Antriebsmotors bei der Einstellung der Position des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses, und damit der Linsenposition, minimiert.
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Um dies zu ermöglichen weist in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das optische Führungssystem eine Lichtschranke und ein Unterbrechungselement auf. Dabei ist die Lichtschranke am Führungsgehäuse oder am Führungsschlitten angeordnet und das Unterbrechungselement ist am entsprechend anderen von Führungsgehäuse oder Führungsschlitten angeordnet. Das Unterbrechungselement ist so angeordnet und so ausgebildet, dass es bei der Bewegung des Führungsschlittens von der Startposition zu der Endposition zwischen einem lichtaussendenden Abschnitt und einem lichtempfangenden Abschnitt der Lichtschranke hindurchgeführt wird, und dabei ein Signal der Lichtschranke durch zumindest teilweises Durchlassen oder zumindest teilweises Unterbrechen eines Lichtstrahls der Lichtschranke so ändert, dass die Lichtschranke ein anderes Signal ausgibt wenn sich der Führungsschlitten in der Startposition befindet als wenn sich der Führungsschlitten in der Endposition befindet.
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Das Unterbrechungselement ist dabei weiterhin so angeordnet und so ausgebildet, dass sich das Signal der Lichtschranke bei einer unidirektionalen Bewegung des Führungsschlittens zwischen Startposition und Endposition zumindest dreimal umkehrt.
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Durch das Vorsehen des Unterbrechungselementes in dieser Weise wird es in dieser Ausführungsform ermöglicht, dass die Lichtschranke bei einer unidirektionalen Bewegung des Führungsschlittens ein asymmetrisches Signal ausgibt, wobei sich das Signal der Lichtschranke wenn der Führungsschlitten in der Startposition ist, von dem Signal der Lichtschranke unterscheidet wenn der Führungsschlitten in der Endposition ist. Dazwischen kehrt sich das Signal zumindest dreimal um. Es wird dadurch möglich den Führungsschlitten immer von der gleichen Seite in eine Referenzposition innerhalb des Führungsgehäuses zu bewegen.
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So kann eine erhöhte Reproduzierbarkeit und Genauigkeit beim Anfahren einer Referenzposition erreicht werden, wenn diese immer wieder von derselben Richtung angefahren wird. Wie es für den Fachmann ersichtlich sein wird, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass Lichtschranke und Unterbrechungselement selbstständig beispielsweise für eine Zoom- oder Fokussierungsanordnung vorgesehen sind bei welcher bewegliche Linsen oder Linsengruppen in einer bekannten Weise vorgesehen sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt schematisch ein optisches Führungssystem zum Führen zumindest einer optischen Linse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine Schnittdarstellung des optischen Führungssystems nach 1;
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3 zeigt einen Führungsschlitten eines optischen Führungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt eine Querschnittsansicht des optischen Führungssystems gemäß 1;
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5 zeigt ein Unterbrechungselement eines optischen Führungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6A zeigt eine Ansicht des optischen Führungssystems aus 1, wobei die Ansicht einer Ansicht von unten in der Perspektive von 1 entspricht;
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6B zeigt einen Signalverlauf einer Lichtschranke eines optischen Führungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7A zeigt eine Ansicht des optischen Führungssystems entsprechend der Ansicht von 6A;
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7B zeigt einen Signalverlauf einer Lichtschranke eines optischen Führungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Führungsschlittens eines optischen Führungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt den Führungsschlitten gemäß 8 in einer Seitenansicht;
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10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines optischen Führungssystems in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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11 zeigt das optische Führungssystem gemäß 10 in einer anderen Perspektive;
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12 zeigt das optische Führungssystem gemäß 10 in einer anderen perspektivischen Ansicht, wobei hier das System um etwa 180 Grad bezüglich der optischen Achse gedreht ist; und
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13 zeigt eine Querschnittsansicht des optischen Führungssystems aus 10.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Führungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, umfasst das optische Führungssystem ein Führungsgehäuse 110 in welchem ein Führungsschlitten 200 aufgenommen ist. Der Führungsschlitten 200 ist wie unten näher beschrieben mit einem Kopplungsschlitten 407 verbunden. Der Kopplungsschlitten 407 steht in Eingriff mit einer Antriebswelle 501 die von einem Antrieb, vorzugsweise einem Schrittmotor, in Drehung versetzt werden kann. Bei einer Drehung der Antriebswelle bewegt sich der Kopplungsschlitten 407 entlang einer optischen Achse 300 des optischen Führungssystems und bewegt damit den Führungsschlitten 200 ebenfalls entlang der optischen Achse 300.
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Der Führungsschlitten 200 dient dazu, eine optische Linse 120 (siehe 3) zu haltern, welche in der dargestellten Ausführungsform in dem Führungsschlitten 200 aufgenommen wird und darin beispielsweise mittels eines entsprechenden Halterungsrings 121 gesichert ist. Die Linse 120 kann dabei auch auf andere dem Fachmann bekannte Weise im Führungsschlitten 200 gehaltert sein.
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Die Linse 200 kann beispielsweise Teil einer Zoomanordnung sein, die weitere Linsen aufweist. Mittels der Bewegung der Linse kann in einer solchen Anordnung beispielsweise ein Durchmesser eines Lichtstrahls, der sich entlang der optischen Achse 300 ausbreitet verändert werden. Insbesondere für die Verwendung in einer Totalstation kann es von Vorteil sein, wenn eine Start- und eine Endposition des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses 110 jeweils einer Weitwinkeleinstellung und einer Schmalwinkeleinstellung einer Linsenanordnung entspricht, welche die durch den Führungsschlitten 200 gehalterte Linse 120 umfasst.
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Wie weiter in 1 zu erkennen ist, umfasst das optische Führungssystem weiterhin eine Lichtschranke 601 die mit Abschnitten 602 versehen ist, von welchen einer ein lichtaussendender Abschnitt und der andere ein lichtempfangender Abschnitt ist. Beispielsweise kann der in 1 obere Abschnitt 602 der lichtaussendende Abschnitt sein und der in 1 untere Abschnitt 602 kann der lichtempfangende Abschnitt sein. Dabei kann der lichtaussendende Abschnitt beispielsweise eine Leuchtdiode umfassen, die Licht im sichtbaren oder infraroten Bereich ausgibt. Der lichtempfangende Abschnitt kann einen entsprechenden Lichtsensor wie eine entsprechende Fotodiode umfassen.
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Weiterhin umfasst das optische Führungssystem ein Unterbrechungselement 603 welches in den 1 und 6A am Führungsschlitten 200 angebracht ist. Das Unterbrechungselement 603 umfasst weiterhin einen Unterbrechungsabschnitt 605 welcher bei einer Bewegung des Führungsschlittens 200 zwischen den Abschnitten 602 hindurchgeführt wird und dabei einen Lichtstrahl der Lichtschranke zumindest teilweise blockiert und so ein Signal der Lichtschranke ändert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtschranke 601 bezüglich der optischen Achse 300 im Wesentlichen zentral zwischen der Startposition und der Endposition angeordnet. Dabei müssen Start- und Endposition nicht mit jeweiligen Enden des Führungsgehäuses 110 zusammenfallen, wie es in 1 beispielsweise gezeigt ist. Mit anderen Worten kann sich das Führungsgehäuse über Start- und Endposition hinaus erstrecken. Allerdings hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn Start- und Endposition im Wesentlichen mit jeweiligen Enden des Führungsgehäuses zusammenfallen. Dann entspricht in einer bevorzugten Ausführungsform die Ausdehnung des Unterbrechungsabschnitts entlang der optischen Achse im Wesentlichen der Hälfte der Länge des Führungsgehäuses 110 entlang der optischen Achse 300. Die Funktion der Lichtschranke 601 und des Unterbrechungselements 603 wird weiter unten mit Bezug auf die 5 bis 7 beschrieben.
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In 2 ist das optische Führungssystem aus 1 in einer teilweisen Schnittansicht dargestellt. Wie in 2 dargestellt, weist das optische Führungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen Kopplungsschlitten 407 auf, der an einer Außenfläche 140 des Führungsgehäuses 110 beweglich angeordnet ist. Wie man der Figur entnehmen kann, entspricht der Kopplungsschlitten 407 aus 2 im Wesentlichen dem Kopplungsschlitten 407 aus 1, wobei bei dem Kopplungsschlitten 407 eine Seitenwand 416 anders gestaltet ist. Davon abgesehen sind die Kopplungsschlitten der 1 und 2 bezüglich ihrer Funktion und Konstruktion identisch.
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Wie man es der Figur weiter entnehmen kann, wird durch die bewegliche Anordnung des Kopplungsschlittens 407 an und entlang der Außenfläche 140 eine besondere Stabilität der Bewegung des Kopplungsschlittens erreicht, was sich in einer besonderen Genauigkeit der Bewegung des Führungsschlittens 200 innerhalb des Führungsgehäuses 110 widerspiegelt. Wie in der Figur gezeigt, ist der Kopplungsschlitten 407 dazu vorzugsweise so ausgebildet, dass er zumindest in einem Kontaktbereich mit der Außenfläche 140 des Führungsgehäuses 110 eine (in der Figur nicht sichtbare) sich in Richtung der optischen Achse und parallel zur Außenfläche 140 erstreckende Kontaktfläche aufweist.
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Weiterhin ist der Kopplungsschlitten 407 erfindungsgemäß so mit dem Antrieb verbunden, dass er sich bei einer Drehbewegung einer Antriebswelle 501 des Antriebs 500 linear entlang der optischen Achse 300 bewegt, wobei das Aufhängungselement 401 mechanisch mit dem Kopplungsschlitten 407 verbunden ist. Mit anderen Worten treibt der Schrittmotor 500 eine Antriebswelle 501 an, welche mit dem Kopplungsschlitten 407 zusammenwirkt, um eine Drehbewegung der Antriebswelle 501 in eine Translationsbewegung des Führungsschlittens 200 umzuwandeln. Wie man weiter der Figur entnehmen kann, weist der Kopplungsschlitten 407 dabei weiter einen Kopplungsvorsprung 415 auf, der mittels einer entsprechenden Kopplungsfeder 419 zwischen Mutterelementen 417 eingeklemmt oder eingespannt ist. Dabei sind die Mutterelemente an der Antriebswelle 501 so angebracht, dass sie sich bei einer Drehung der Antriebswelle 501 in Richtung der optischen Achse 300 bewegen. Diese Art der Kopplung des Kopplungsschlittens 407 mit der Antriebswelle 501 hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da sie einerseits eine geeignet spielfreie Kopplung ermöglicht, die aber andererseits geeignet flexibel und dadurch sehr haltbar ist.
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Wie in 2 dargestellt, ist in einer bevorzugten Ausführungsform das Spannelement 405 zwischen einer Anlagefläche 409 des Kopplungsschlittens 407 und einem Haltevorsprung 411 des Aufhängungselements 401 angeordnet. Dabei wird die Spannkraft über das Aufhängungselement 401 auf den Führungsschlitten 200 übertragen, so dass das zumindest eine Gleitelement 230 so an die innere Führungsfläche 130 des Führungsgehäuses 110 angepresst wird, dass es bezüglich der Führungsfläche 130 gleitfähig ist. Gleichzeitig ist dadurch der Führungsschlitten 200 stabil innerhalb des Führungsgehäuses 110 gehaltert.
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In 2 ist der Führungsschlitten 200 mit zwei Gleitelementen 230 versehen welche als separate Gleitelemente ausgebildet sind, die am Führungsschlitten 200 durch Schrauben befestigt sind. Die Gleitelemente 200 sind aus einem geeigneten Material gefertigt, was ein Gleiten der Gleitelemente entlang der inneren Führungsfläche 130 des Führungsgehäuses 110 erlaubt. Vorzugsweise sind die Gleitelemente 230 dazu aus einem Öl-freien Kunststoffmaterial gefertigt.
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Vorzugsweise ist das Spannelement 405, wie in 2 dargestellt, eine Feder und das Aufhängungselement 401 ist im Wesentlichen bolzenförmig mit einem Kopfabschnitt, von welchem sich der Haltevorsprung 411 ringförmig um einen Endabschnitt des Aufhängungselements 401 erstreckt. Wie in 2 dargestellt, kann das Aufhängungselement 401 eine Schraube sein. Dabei ist das Aufhängungselement 401 bevorzugt eine Schaftschraube, die es ermöglicht bis an den Anschlag geschraubt zu werden, und dadurch zur Stabilität des Systems und insgesamt zur Verbesserung der Genauigkeit beiträgt. Das Aufhängungselement 401 bewegt sich bei einer Bewegung des Führungsschlittens 200 innerhalb des Führungsgehäuses innerhalb einer Aussparung 403, die länglich im Wesentlichen entlang der optischen Achse 300 ausgebildet ist.
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Eine Spannkraft die dadurch resultiert, dass das Spannelement 405 zwischen dem Haltevorsprung 411 und der Anlagefläche 409 unter Spannung angeordnet ist, überträgt sich über das Haltelement 405 auf den Führungsschlitten 200 und zieht diesen in 2 nach oben. Dadurch werden die Gleitelemente 230 gegen die innere Führungsfläche 130 spielfrei angepresst. Dabei ist die Spannkraft so eingestellt, dass weiterhin eine Bewegung des Führungsschlittens 200 entlang der optischen Achse möglich ist. Gleichzeitig ist die Spannkraft aber geeignet groß eingestellt, dass eine stabile Halterung des Führungsschlittens 200 innerhalb des Führungsgehäuses 110 gewährleistet ist.
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Durch diese stabile Halterung und das spielfreie Anpressen des Führungsschlittens 200 über die Gleitelemente 230 an die Führungsfläche 130 ist der Führungsschlitten besonders kippsicher und sicher gegen ein Verkanten im Führungsgehäuse gehaltert. Es hat sich weiter herausgestellt, dass die Aufhängung des Führungsschlittens durch Vorsehen der Gleitelemente 230 nur an einer Seite der Führungsfläche 130, wie es in 2 gezeigt ist, zu einer Sicherung gegen Kippen und gegen Verkanten führt.
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Wie man 2 weiter entnehmen kann, umfasst der Kopplungsschlitten 407 in einer bevorzugten Ausführungsform einen Auflageabschnitt 408, welcher die Anlagefläche 409 umfasst. Dabei erstreckt sich das Aufhängungselement 401 durch eine Aufhängungsöffnung in dem Auflageabschnitt 408 senkrecht zur optischen Achse 300 durch die Aussparung 403. Somit wird die Feder 405 zwischen dem ringförmigen Haltevorsprung 411 des Aufhängungselements 401 und der Anlagefläche 409 so komprimiert, dass eine Federkraft auf das Aufhängungselement 401 in Richtung senkrecht zur optischen Achse 300 von innerhalb Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse 300 von innerhalb des Führungsgehäuses 110 nach außerhalb des Führungsgehäuses 110 wirkt.
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Wie man weiter 2 entnehmen kann, weist der Kopplungsschlitten 407 in einer bevorzugten Ausführungsform weiter ein Haltefederelement 413, vorzugsweise einen Federbolzen, auf. Das Haltefederelement 413 ist so am Kopplungsschlitten 407 angeordnet, dass es innerhalb der Aufhängungsöffnung eine Federkraft, vorzugsweise in einer Richtung parallel zur optischen Achse 300, auf das Aufhängungselement 401 ausübt. Durch Vorsehen des Halterfederelements 413 wird es in vorteilhafter Weise möglich, das Aufhängungselement auf einfache Weise spielfrei in der Aufhängungsöffnung des Kopplungsschlittens zu haltern, was die Präzision beim Führen des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses 110 erhöht.
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Wie man 3 entnehmen kann, sind die Gleitelemente 230 mit geeigneten Schrauben 231 am Führungsschlitten 200 befestigt. Die Schrauben sind hier so vorgesehen, dass ihre Köpfe beispielsweise nicht über die Vorsprünge 232 des Führungsschlittens 200 hinausstehen und somit einer Bewegung des Führungsschlittens 200 innerhalb des Führungsgehäuses nicht im Weg stehen. Wie es für den Fachmann ersichtlich sein wird, sind anstelle der gezeigten Schrauben 231 auch andere Haltemittel wie sie dem Fachmann bekannt sind möglich. 3 zeigt weiterhin eine schematische Darstellung des Führungsschlittens 200. Wie dargestellt, weist der Führungsschlitten 200 vorzugsweise zumindest einen Zylinderabschnitt 203 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Grundform, und mit einem kreisförmigen inneren Querschnitt, auf. Der Führungsschlitten 200 weist weiterhin zumindest einen Zylindersegmentabschnitt 201, in 3 zwei Zylindersegmentabschnitte 201 auf. Diese Zylindersegmentabschnitte 201 weisen, wie dargestellt, einen Querschnitt auf, der im Wesentlichen ein Kreissegment beschreibt. Dabei erstrecken sich die Zylindersegmentabschnitte 201 von dem Zylinderabschnitt 203 entgegengesetzt voneinander entlang der optischen Achse. Wie man aus 3 insbesondere in Zusammenschau mit 2 entnehmen kann, erhöht das Vorsehen von den dargestellten Zylindersegmentabschnitten 201 die Kippsicherheit des Führungsschlittens 200 bei einer Bewegung innerhalb des Führungsgehäuses 110. Somit tragen die Zylindersegmentabschnitte 201 weiter zur Erhöhung der Genauigkeit bei einer Positionierung des Führungsschlittens 200 innerhalb des Führungsgehäuses 110 bei.
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4 zeigt eine Querschnittsansicht des in den 1 und 2 dargestellten optischen Führungssystems. Wie man dieser Figur entnehmen kann, ist die Führungsfläche 130 entlang der optischen Achse zylinderförmig und hat in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform einen kreisförmigen Querschnitt. Wie dargestellt, werden durch Wirkung der Spannkraft die Gleitelemente 230 gegen eine erste Halbzylinderfläche 111 der zylinderförmigen Führungsfläche 130 angepresst, wobei zwischen dem Führungsschlitten 200 und einer zweiten Halbzylinderfläche der zylinderförmigen Führungsfläche ein Abstand besteht.
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Dadurch, dass die Gleitelemente 230 nur an einer Seite der Führungsfläche 130 anliegen, wird eine optimale Kippsicherheit erreicht. Weiterhin wird unter anderem dadurch, dass zusätzlich auf der gegenüberliegenden Fläche zwischen Führungsschlitten und Führungsgehäuse ein Abstand besteht, eine erhöhte Sicherheit gegen ein Verkanten erreicht. Zusätzlich wird dadurch auch Reibung bei einer Bewegung des Führungsschlittens 200 minimiert, was ein optimales Gleiten des Führungsschlittens 200 innerhalb des Führungsgehäuses 110 unterstützt. Um diese konstruktiven Vorteile über die gesamte Länge des Führungsgehäuses zu erreichen, erstrecken sich in einer bevorzugten Ausführungsform die erste Halbzylinderfläche 111 und die zweite Halbzylinderfläche 112 entlang der optischen Achse 300 über die Länge des Führungsgehäuses 110 von der Startposition bis zur Endposition des Führungsschlittens 200. Damit kann eine optimale Führung des Führungsschlittens 200 über die gesamte Bewegungsstrecke erreicht werden.
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Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass eine geeignete Einstellung des Verhältnisses des Abstands der Gleitelemente 230 in Richtung der optischen Achse zum Gesamtdurchmesser des Führungsschlittens (senkrecht zur optischen Achse) zur Erhöhung der Kippstabilität beitragen kann. Wie es der Fachmann verstehen wird, führt eine Erhöhung des Abstands der Gleitelemente 230 voneinander dazu, dass sich die Kippstabilität erhöht. Eine Kraft, die benötigt wird, den Führungsschlitten 200 innerhalb des Führungsgehäuses zu verkippen wird dadurch erhöht. Es hat sich aber herausgestellt, dass sich dabei auch die Kraft erhöht, die der Antrieb 500 benötigt, den Führungsschlitten innerhalb des Gehäuses zu bewegen. Bei entsprechenden Versuchen haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass ein optimales Verhältnis gegeben ist, wenn der Abstand zwischen den Gleitelementen 230 etwa dem Durchmesser des Führungsschlittens 200 entspricht. Demgemäß entspricht in einer bevorzugten Ausführungsform der Abstand der Gleitelemente 230 entlang der optischen Achse etwa dem Durchmesser des Führungsschlittens. Dabei ist eine Abweichung von 10% möglich. Mit anderen Worten darf der Durchmesser 10% größer sein als der Abstand. Alternativ darf der Abstand 10% mehr betragen als der Durchmesser.
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Wie man den 3 und 4 entnehmen kann, erstrecken sich die Gleitelemente 230 von den Zylindersegmentabschnitten 201 entlang einer Krümmung der ersten Halbzylinderfläche 111, so dass die Gleitelemente 230 optimal an die Halbzylinderfläche 111 anliegen. Vorzugsweise erstrecken sich die Gleitelemente 230 wie in der 3 dargestellt entlang des gesamten Querschnitts der jeweiligen Zylindersegmentabschnitte 201. Weiter vorzugsweise ist der Zylinderabschnitt 203 ein Hohlzylinder mit einem kreisförmigen inneren Querschnitt, und nimmt die Linse 120 auf. Somit ist der Führungsschlitten 200 in einer besonders kompakten und gleichzeitig stabilen Form bereitgestellt.
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Wie man 4 weiter entnehmen kann, weist der Zylinderabschnitt 203 eine Führungsaußenfläche 215 mit einem polygonalen Querschnitt auf. Die Führungsaußenfläche 215 erstreckt sich dabei entlang der optischen Achse 300, wobei sich die Gleitelemente 230 von dieser Führungsaußenfläche 215 entgegen der inneren Führungsfläche 130 des Führungsgehäuses 110 erstrecken. Die Anordnung der Gleitelemente 230 an entsprechenden Seiten der so polygonal geformten Führungsaußenfläche ermöglicht es beispielsweise, den Führungsschlitten bei Bedarf in einer bestimmten Orientierung im Führungsgehäuse 110 vorzusehen. Zusätzlich ergeben sich dadurch wohldefinierte Positionen für die Gleitelemente 230, was weiter zur Stabilität und damit einer erhöhten Genauigkeit bei der Positionierung des Führungsschlittens 230 beiträgt.
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Wie in 4 weiter gezeigt, ergeben sich aufgrund der poygonalen Form der Führungsaußenfläche zu beiden Seiten des Führungsschlittens 200 Freiräume 115 zwischen dem Führungsschlitten 200 und der inneren Führungsfläche 130. Diese Freiräume 115 ermöglichen in vorteilhafter Weise die Verwendung eines entsprechenden Greifwerkzeugs (nicht gezeigt) bei der Montage des Führungssystems. Ein solches Greifwerkzeug kann beim Einsetzen des Führungsschlittens 200 in das Führungsgehäuse 110 zu beiden Seiten an den Führungsschlitten 200 angreifen. Wenn der Führungsschlitten 200 innerhalb des Führungsgehäuses 110 platziert ist, haben dann entsprechende Teile des Greifwerkzeugs Raum innerhalb der Freiräume 115. Eine derartige Verwendung eines entsprechenden Greifwerkzeugs bietet den Vorteil, dass so der Führungsschlitten, gegebenenfalls automatisiert, innerhalb einer sauberen Atmosphäre in das Führungsgehäuse 110 eingesetzt werden kann, was beispielsweise eine mögliche Verschmutzung der verwendeten Optikbauteile wie der Linse 120 mit Öl verhindert. Vorzugsweise weist das optische Führungssystem somit mindestens zwei Freiräume 115 an sich gegenüberliegenden Seiten des Führungsschlittens 200 zwischen Führungsschlitten 200 und innerer Führungsfläche 130 auf.
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In 5 ist das oben mit Bezug auf 1 schon erwähnte Unterbrechungselement 603 im Detail dargestellt. Wie gezeigt, weist das Unterbrechungselement 603 einen entlang der optischen Achse 300 (siehe 1) im Wesentlichen länglichen Unterbrechungsabschnitt 605 auf. Der Unterbrechungsabschnitt 605 kann einen Lichtstrahl der Lichtschranke 601 unterbrechen und kann dazu aus einem nicht oder nur teilweise transparenten Material wie einem geeigneten Kunststoff oder einem Metall gefertigt sein. Somit kann der Unterbrechungsabschnitt 605 den Lichtstrahl ganz oder nur teilweise unterbrechen. Eine teilweise Unterbrechung kann beispielsweise bei einer teilweisen Transmission des Lichtstrahls durch ein teilweise transparentes Material vorliegen.
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Der Unterbrechungsabschnitt 605 weist einen Lichtdurchlassabschnitt 607 auf, der in der gezeigten Ausführungsform als längliche Öffnung ausgebildet ist. Dieser Unterbrechungsabschnitt 605 ist zum zumindest teilweisen Durchlassen eines Lichtstrahls der Lichtschranke 601 vorgesehen. Der Lichtdurchlassabschnitt 607 kann, wie gezeigt, eine Öffnung sein oder teilweise transparent für den Lichtstrahl. Beispielsweise im Falle teilweiser Transparenz kann der Lichtdurchlassabschnitt aus einem teilweise transparenten Material gefertigt sein oder einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als ein entsprechender Durchmesser eines Lichtstrahls der Lichtschranke. Maßgeblich für die hier beschriebene vorteilhafte Funktion ist, dass der Lichtdurchlassabschnitt die Transmission eines Lichtstrahls der Lichtschranke im Vergleich zum Unterbrechungsabschnitt 605 so ändert, dass sich das Signal der Lichtschranke messbar unterscheidet.
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Eine sinnvoll messbare Änderung in der Transmission des Lichtstrahls ergibt sich, wenn der Unterbrechungsabschnitt 605 den Lichtstrahl um zumindest 10%, mehr bevorzugt um zumindest 25%, noch mehr bevorzugt um zumindest 50%, und am meisten bevorzugt um zumindest 75% abschwächt. Eine Abschwächung um 75% bedeutet dabei, dass in dem Fall, wenn der Unterbrechungsabschnitt 605 den Lichtstrahl unterbricht, das Signal der Lichtschranke 25% von dem Signal beträgt, welches die Lichtschranke ausgibt, wenn der Lichtstrahl nicht unterbrochen ist. Weiter bedeutet eine sinnvoll messbare Änderung in der Transmission, dass der Lichtdurchlassabschnitt 607 eine Transmission des Lichtstrahls von zumindest 10%, mehr bevorzugt von zumindest 25%, noch mehr bevorzugt von zumindest 50%, und am meisten bevorzugt zumindest von 75% des Lichtstrahls erlaubt. Dabei bedeutet eine Transmission von 75%, dass wenn der Lichtstrahl den Durchlassabschnitt passiert, das Signal der Lichtschranke 75% des Signals beträgt, welches die Lichtschranke ausgibt, wenn weder der Unterbrechungsabschnitt 605 noch der Lichtdurchlassabschnitt 607 zwischen den Abschnitten 602 der Lichtschranke 601 positioniert sind. Weiterhin bedeutet ein sinnvoll messbarer Signalunterschied, dass das Signal der Lichtschranke, wenn der Lichtstrahl durch den Unterbrechungsabschnitt 605 unterbrochen ist, vorzugsweise 10%, mehr bevorzugt 25%, noch mehr bevorzugt 50%, und am meisten bevorzugt 75%, von dem Signal der Lichtschranke ist, wenn der Lichtstrahl den Lichtdurchlassabschnitt 607 passiert.
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Es hat sich herausgestellt, dass es vorteilhat ist, die Transmission des Lichtstahls durch den Lichtdurchlassabschnitt 607 durch eine geeignete Wahl eines Durchmessers, beziehungsweise einer Ausdehnung, einer Öffnung im Unterbrechungsabschnitt 605 einzustellen. Vorzugsweise beträgt dabei ein Durchmesser oder eine Ausdehnung des Lichtdurchlassabschnitts 607 in Richtung der optischen Achse etwa das 0,5-fache bis 2,5-fache, vorzugsweise das 0,8-fache bis 2-fache, am meisten bevorzugt das 1-fache bis 1,5-fache einer entsprechenden Ausdehnung eines Lichtstrahls der Strahlungsquelle der Lichtschranke.
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Wie der 5 zu entnehmen, ist der Lichtdurchlassabschnitt 607 innerhalb einer Hälfte des Unterbrechungsabschnitts 605, in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform innerhalb eines Endes des Unterbrechungsabschnitts 605 entlang der optischen Achse, angeordnet.
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Die Anordnung des Lichtdurchlassabschnitts 607 in asymmetrischer Weise bezüglich einer Länge des Unterbrechungsabschnitts 605 entlang der optischen Achse 300 führt dazu, dass wenn der Unterbrechungsabschnitt 605 bei einer unidirektionalen Bewegung des Führungsschlittens 200 durch die Abschnitte 602 bewegt wird, sich ein asymmetrisches Signal der Lichtschranke ergibt. Dadurch wird es möglich, ausgehend vom Signal der Lichtschranke zu bestimmen, von welcher Richtung aus eine Referenzposition angefahren wird. Die Referenzposition kann dabei eine gewünschte Position des Führungsschlittens 200 zwischen Startposition und Endposition innerhalb des Führungsgehäuses 110 sein. Diese Referenzposition ist vorzugsweise dann erreicht, wenn ein Lichtstrahl der Lichtschranke 601 durch den Lichtdurchlassabschnitt 607 passiert.
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Trägt man bei einer unidirektionalen Bewegung des Führungsschlittens 200 innerhalb des Führungsgehäuses das Signal der Lichtschranke als Funktion beispielsweise der Motorschritte mittels eines entsprechenden Graphen in einem zweidimensionalen Koordinatensystem auf, so entspricht die Referenzposition innerhalb des Führungsgehäuses einem Einstellpunkt, oder einer Einstellmotorschrittzahl, in diesem Koordinatensystem. Alternativ kann anstelle der Motorschritte auch eine andere Distanzeinheit entlang der optischen Achse im Führungsgehäuse verwendet werden. Dieser Einstellpunkt liegt dabei zwischen Punkten im Koordinatensystem, die Positionen des Führungsschlittens innerhalb des Führungsgehäuses entsprechen, bei welchen sich das Signal geändert hat. Das Auffinden dieses Einstellpunkts durch Verwendung des Unterbrechungselements 603 wird nun mit Bezug auf 6A bis 7B erläutert.
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6A zeigt eine Ansicht des optischen Führungssystems aus 1 von unten in der 1. Es ist in dieser Figur von unten die Lichtschranke 601, ein Teil der Aussparung 403, der Führungsschlitten 200 und das Unterbrechungselement 603 sowie ein unterer der Abschnitte 602 zu erkennen. Dargestellt durch einen Pfeil 321 ist eine gegenwärtige Bewegungsrichtung des Führungsschlittens 200 innerhalb des Führungsgehäuses entlang der optischen Achse 300 (siehe 1).
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6B illustriert schematisch ein Signal der Lichtschranke 601 bei einer solchen unidirektionalen Bewegung des Führungsschlittens 200 in der in 6A gezeigten Richtung (Pfeil 321). In 6B markiert eine Linie 305 die in 6A gezeigte Position des Führungsschlittens 200, wobei auf der horizontalen Achse schematisch Motorschritte aufgetragen sind, die der Distanz zwischen Start- und Endposition innerhalb des Führungsgehäuses entsprechen. Wie es für den Fachmann ersichtlich sein wird, ist die gezeigte Anzahl der Motorschritte nur zur Illustration und kann abhängig von der jeweiligen Ausführungsform variieren. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die Länge des Führungsgehäuses etwa 1800 Motorschritten entsprechen.
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Wie man den 6A und 6B entnehmen kann, wird der Lichtstrahl der Lichtschranke 601 bei der gezeigten Position des Führungsschlittens 200 vom Unterbrechungsabschnitt 605 des Unterbrechungselements 603 vollständig unterbrochen, so dass das Signal der Lichtschranke „0” ist. Bei einer Bewegung des Führungsschlittens 200 in einer durch den Pfeil 321 angezeigten Richtung bleibt das Signal zunächst „0”, solange der Lichtstrahl weiter unterbrochen ist. Sobald aufgrund der Bewegung des Führungsschlittens 200 der Lichtdurchlassabschnitt 607 den Lichtstrahl der Lichtschranke erreicht (die Position des Lichtstrahls ist durch die Markierung 609 in 6A angedeutet), wird der Lichtstrahl durchgelassen, so dass das Signal der Lichtschranke 601 im gezeigten Beispiel auf einen Maximalwert „1” ansteigt. Dieser Maximalwert zeigt an, dass der Lichtstrahl den Lichtdurchlassabschnitt 607 passiert, und dass somit der Einstellpunkt erreicht ist. Der Einstellpunkt ist in 6B durch die Linie 307 markiert. Es kann so basierend auf dem Signal der Lichtschranke bestimmt werden, dass sich der Führungsschlitten 200 in einer Referenzposition befindet.
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Wie man der Figur weiter entnehmen kann, wird bei fortgesetzter unidirektionaler Bewegung in der durch den Pfeil 321 gezeigten Richtung der Lichtstrahl wieder von einem entsprechenden Teil des Unterbrechungsabschnitts 605 unterbrochen, so dass das Signal der Lichtschranke wieder auf den Wert „0” abfällt. Bewegt sich der Führungsschlitten 200 weiter in der durch den Pfeil 321 angezeigten Richtung, bewegt sich der Unterbrechungsabschnitt 605 aus dem Bereich des Lichtstrahls der Lichtschranke, so dass das Signal der Lichtschranke wieder auf einen Maximalwert „1” ansteigt.
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Wie in 6B gezeigt, führt die asymmetrische Anordnung des Lichtdurchlassabschnitts 607 innerhalb des Unterbrechungsabschnitts 605 bezüglich der optischen Achse 300 zu einem asymmetrischen Signal der Lichtschranke bei einer unidirektionalen Bewegung des Führungsschlittens. Wie der Fachmann aus den 6A und 6B entnehmen kann, ermöglicht es das asymmetrische Signal der Lichtschranke, dass eindeutig bestimmt werden kann, von welcher Seite der Einstellpunkt angefahren wird. Wird der Einstellpunkt von links in 6A angefahren ist der Signalverlauf „0-1-0-1”. Das Signal ist zunächst „0”, ändert sich dreimal und ist dann 1”.
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Der Signalverlauf kehrt sich um, wenn der Einstellpunkt von der anderen Seite angefahren wird. Dies ist beispielhaft mit Bezug auf die 7A und 7B illustriert. In 7A befindet sich der Führungsschlitten 200 in einer Position, die im Signal der Lichtschranke 601 in 7B durch die Linie 306 markiert ist. In diesem Fall ist das Signal der Lichtschranke wieder maximal, da der Unterbrechungsabschnitt noch nicht zwischen den Abschnitten 602 der Lichtschranke 601 positioniert ist. Bei einer unidirektionalen Bewegung des Führungsschlittens 200 in der durch den Pfeil 323 gezeigten Richtung unterbricht zunächst ein Teil des Unterbrechungsabschnitts 605 den Lichtstrahl der Lichtschranke 601 so dass das Signal auf einen Wert „0” abfällt.
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Bei weiterer Bewegung in dieser Richtung passiert der Lichtstrahl den Lichtdurchlassabschnitt 607, so dass das Signal wieder auf einen Maximalwert ansteigt, wodurch wieder angezeigt wird, dass der Einstellpunkt erreicht ist, der in 7B durch die Linie 307 angezeigt ist. Bei weiterer Bewegung in dieser Richtung wird der Lichtstrahl wieder von dem Unterbrechungsabschnitt 605 unterbrochen, so dass das Signal wieder auf einen Minimalwert „0” abfällt. Es ergibt sich somit wieder ein wie in 7B dargestelltes asymmetrisches Signal. Der Signalverlauf ist nun „1-0-1-0”. Das Signal ist zunächst „1”, ändert sich dreimal und ist dann „0”. Somit kann abhängig vom Signalverlauf der Lichtschranke 601 bei einer unidirektionalen Bewegung des Führungsschlittens 200 eindeutig festgestellt werden, von welcher Seite die dem Einstellpunkt entsprechende Referenzposition des Führungsschlittens 200 innerhalb des Führungsgehäuses angefahren wird.
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Es hat sich herausgestellt, dass eine vorteilhafte Einstellung möglich wird, wenn die Referenzposition bezüglich der aufsteigenden und abfallenden Flanke des Signals angefahren wird. Beispielsweise kann die Flanke auf der linken Seite der Linie 307 in 7B als Referenz verwendet werden. Ebenso kann ein geeigneter Referenzpunkt auf der x-Achse des in 7B gezeigten Signalverlaufs, bzw. ein geeigneter Motorschrittwert, als Referenz verwendet werden. Als solcher Referenzunkt kann ein Punkt verwendet werden, bei welchem beispielsweise das Signal auf der Flanke links von der Linie 307 in 7B einen Wert von 50 Prozent oder einem anderen Prozentwert erreicht hat. Die Verwendung von solchen Referenzpunkten ermöglicht ein vorteilhaftes Anfahren der Referenzposition. Beispielsweise kann zunächst der Abstand zwischen einem Referenzpunkt, beispielweise bei 50 Prozent des Signals auf der ersten ansteigenden Flanke links der Linie 307, und einem Punkt, beispielweise bei 50 Prozent des Signals auf der abfallenden Flanke rechts der Linie 307, ermittelt werden. Um den Abstand zu bestimmen, können beispielsweise die entsprechenden Motorschritte gezählt werden. Wie in der Figur gezeigt, liegt die Referenzposition genau zwischen diesen beiden Punkten und somit beispielsweise bei der Hälfte der gezählten Motorschritte. Es wird so in vorteilhafter Weise möglich, die Referenzposition reproduzierbar anzufahren, unabhängig von Temperaturschwankungen oder Alterungsprozessen.
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Da die Genauigkeit beim Anfahren einer Referenzposition höher wird, wenn eine solche Referenzposition immer von derselben Seite angefahren wird, ermöglicht es somit die asymmetrische Ausgestaltung des Unterbrechungsabschnitts 605 und des Lichtdurchlassabschnitts 607, die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit beim Anfahren der Referenzposition zu erhöhen.
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Wie es dem Fachmann klar sein wird, ist es dafür nicht notwendig, dass das Signal immer oder überhaupt auf das Maximalsignal der Lichtschranke ansteigt. Beispielsweise kann das Signal der Lichtschranke wenn der Einstellpunkt erreicht ist, kleiner sein als das Maximalsignal, beispielsweise nur einen Wert 0,5 in 6B erreichen. Entscheidend ist, dass eine Asymmetrie des Signals wie sie in 6B gezeigt ist, sinnvoll messbar festgestellt werden kann. Wie erwähnt, sind die Werte 0 und 1 in 6B, sowie in 7B, sowie die gezeigte Anzahl der Motorschritte in den 6A und 7A willkürliche gewählt und können vom Fachmann den Gegebenheiten des jeweiligen Systems entsprechend angepasst werden.
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8 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Führungsschlittens 200'. Mit Bezug auf die dargestellte Ausführungsform ist hier eine weitere Möglichkeit dargestellt, die Gleitelemente 230' am Führungsschlitten 200' zu haltern. In dieser Ausführungsform dienen Schwalbenschwanz-Vorsprünge 233' (nicht alle sind mit Bezugszeichen versehen) dazu, die Gleitelemente 230' am Führungsschlitten zu haltern. Diese Vorsprünge 233' spannen die Gleitelemente 230' in vorteilhafter Weise am Führungsschlitten 200' ein. Wie man der Figur weiter entnehmen kann, sind hierbei die Schrauben 231' zwischen Paaren von Vorsprüngen 233' angeordnet und überdecken die Gleitelemente 230' ebenfalls und tragen somit auch zur Befestigung der Gleitelemente 230' am Führungsschlitten 200' bei. Die Schrauben 231' sind vorzugsweise dem Fachmann bekannte Senkkopfschrauben die es ermöglichen, die Gleitelemente 230' gegen die Vorsprünge 233' zu pressen. Die Gleitelemente 230' werden dadurch in vorteilhafter Weise zwischen den Vorsprüngen 233' eingespannt.
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9 zeigt den Führungsschlitten 200' in einer Seitenansicht. In dieser Ansicht sind die Vorsprünge 233' zu erkennen, mit welchen die Gleitelemente 230' am Führungsschlitten 200' befestigt sind. Wie man dieser Ansicht ebenfalls entnehmen kann, erstrecken sich Zylindersegmentabschnitte 201' von dem Zylinderabschnitt 203 zu beiden Seiten (in der Figur nach rechts und links). In dieser Weise ist es möglich, eine optische Linse (nicht dargestellt) oder eine Linsengruppe mittels des Zylinderabschnitts 203 zu haltern, so dass diese beweglichen Linsen in kompakter Bauweise zwischen weiteren nicht beweglichen Linsen angeordnet werden können. Gleichzeitig sorgen die sich zu beiden Seiten erstreckenden Zylindersegmentabschnitte 201' für die oben beschriebene vorteilhafte Stabilität.
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Wie es dem Fachmann ersichtlich sein wird, ist die Dimensionierung der Zylindersegmentabschnitte 201' in der vorliegenden Ausführungsform beispielhaft und kann den Gegebenheiten entsprechend angepasst werden. Weiterhin ist es auch möglich, auf die Zylindersegmente 201 zu verzichten und den Führungsschlitten 200 vollständig als Zylinder auszuformen. Ein solcher Zylinder ohne Zylindersegmentabschnitte ist einfacher zu fertigen und ermöglicht eine einfachere Qualitätskontrolle, stellt aber die gleiche vorteilhafte Stabilität und Kippsicherheit bereit.
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In 10, 11 und 12 sind perspektivische Ansichten eines optischen Führungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Wie man 10 entnehmen kann, sind am Äußeren des optischen Führungssystems zwei Antriebe 500a und 500b dargestellt, die dem oben beschriebenen Antrieb 500 entsprechen. Wie es der Fachmann verstehen wird, können in allen Ausführungsformen der Erfindung auch andere geeignete Antriebe verwendet werden. Wie man der Figur weiter entnehmen kann, sind diese Antriebe mit entsprechenden Kopplungsschlitten 400a und 400b verbunden.
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Somit umfasst die in diesen Figuren beispielhaft dargestellte Ausführungsform zwei Linsengruppen (siehe 13 unten), welche mittels der Antriebe 500a und 500b beweglich innerhalb eines Führungsgehäuses 110' angeordnet sind. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Linsenanordnung auch nicht-bewegliche Linsen wie zum Beispiel die dargestellte Linse des Objektivs 123.
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11 zeigt das optische Führungssystem gemäß 10 in einer gedrehten Ansicht. Man erkennt hier, dass, dem Objektiv 123 gegenüber angeordnet, ein CCD-Chip 170 vorgesehen ist. Dieser CCD-Chip 170 dient dazu, das von der Linsenanordnung erzeugte Bild aufzunehmen und beispielsweise mit einem geeigneten daran angeschlossenen Computer zu speichern. Alternativ kann anstelle eines CCD-Chips 170 auch eine weitere Linse oder Linsengruppe eines Okulars vorgesehen sein.
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12 zeigt eine weitere Ansicht des optischen Führungssystems aus den 10 und 11 welches um etwa 180 Grad um die optische Achse des Systems gedreht ist. So ist die Seite des Führungssystems sichtbar, welche der in 10 und 11 sichtbaren Seite gegenüberliegt. Auf dieser Seite sind die Lichtschranken 601a und 601b sowie entsprechende Unterbrechungselemente 603a und 603b zu sehen, wobei sich die Unterbrechungselemente 603a und 603b mit den entsprechenden Linsengruppen entlang der optischen Achse bewegen können.
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13 zeigt eine Querschnittsansicht des optischen Führungssystems aus 10 bis 12. Hierbei wurde das System wieder um die optische Achse gedreht, so dass nur der Antrieb 500a sichtbar ist. In dieser Querschnittsansicht erkennt man eine Antriebswelle 501a und ein Aufhängungselement 401a innerhalb des Kopplungsschlittens 407a. Wie dieser Figur zu entnehmen ist, umfasst die Linsenanordnung in dieser Ausführungsform mehrere Linsengruppen, d. h. eine Objektivlinsengruppe 123, eine Zoom-Linsengruppe 125, eine Fix-Linsengruppe 127, sowie eine Fokus-Linsengruppe 129. Dabei sind die Objektivlinsengruppe 123 und die Fix-Linsengruppe 127 nicht beweglich und die Zoom-Linsengruppe 125 und die Fokus-Linsengruppe 129 sind entlang der optischen Achse 300 des Systems beweglich angeordnet. Diese Beweglichkeit sowie die Bewegungsrichtung sind durch die Pfeile 325 und 327 veranschaulicht.
