DE102017110929B4 - Coordinate measuring machine with an optical measuring head - Google Patents

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Abstract

Koordinatenmessgerät, mit einem optischen Messkopf (18) zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem zu vermessenden Werkstück (14), wobei der optische Messkopf (14) ein optisches System (40; ...; 40g) aufweist, das ein erstes optisches Abbildungssystem (42; ...; 42g) und ein zweites optisches Abbildungssystem (44; ...; 44g) aufweist, wobei das erste optische Abbildungssystem (42; ...; 42g) entlang eines ersten Abbildungsstrahlengangs (46; ...; 46g) aus einem ersten Objektbereich (48; ...; 48g) in einer ersten objektseitigen Fokusebene (50; ...; 50g) auf einen Bildbereich (52; ...; 52g) eines in einer Bildebene (56; ...; 56g) angeordneten stationären Bildaufnehmers (54; ...; 54g) mit einer ersten Vergrößerung abbildet, und wobei das zweite optische Abbildungssystem (44; ...; 44g) entlang eines zweiten Abbildungsstrahlengangs (58; ...; 58g) aus einem zweiten Objektbereich (60; ...; 60g) in einer zweiten Fokusebene (62; ...; 62g) auf den Bildbereich (52; ...; 52g) des Bildaufnehmers (54; ...; 54g) mit einer zweiten Vergrößerung abbildet, wobei die erste Vergrößerung um einen Faktor von zumindest 5 größer ist als die zweite Vergrößerung, wobei die erste Fokusebene (50; ...; 50g) und die zweite Fokusebene (62; ...; 62g) einen fixen Abstand zur Bildebene (56; ...; 56g) aufweisen, und wobei der erste Objektbereich (48; ...; 48g) und der zweite Objektbereich (60; ...; 60g) zueinander zentriert sind.Coordinate measuring machine comprising an optical measuring head (18) for determining spatial coordinates on a workpiece (14) to be measured, the optical measuring head (14) having an optical system (40; ...; 40g) comprising a first optical imaging system (42 ; 42g) and a second optical imaging system (44; ...; 44g), the first optical imaging system (42; ...; 42g) being arranged along a first imaging beam path (46; ...; 46g). from a first object area (48; ...; 48g) in a first object-side focal plane (50; ...; 50g) onto an image area (52; ...; 52g) of an image plane (56; 56g) at a first magnification, and wherein the second imaging optical system (44; ...; 44g) is formed along a second imaging beam path (58; ...; 58g) from a second imaging beam path (58; second object area (60; ...; 60g) in a second focal plane (62; ...; 62g) on the image area (52; ...; 52g) of the image sensor (60; 54; ...; 54g) at a second magnification, wherein the first magnification is greater than the second magnification by a factor of at least 5, the first focal plane (50; ...; 50g) and the second focal plane (62; ...; 62g ) are at a fixed distance from the image plane (56; ...; 56g), and wherein the first object region (48; ...; 48g) and the second object region (60; ...; 60g) are centered to each other.

Description

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät mit einem optischen Messkopf zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem zu vermessenden Werkstück.The invention relates to a coordinate measuring machine with an optical measuring head for determining spatial coordinates on a workpiece to be measured.

Koordinatenmessgeräte sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Sie dienen dazu, beispielsweise im Rahmen einer Qualitätssicherung Werkstücke zu überprüfen oder die Geometrie eines Werkstücks zu ermitteln. Darüber hinaus sind vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.Coordinate measuring machines are well known in the art. They are used, for example, to check workpieces as part of a quality assurance or to determine the geometry of a workpiece. In addition, a variety of other applications are conceivable.

Es sind Koordinatenmessgeräte bekannt, die einen optischen Messkopf aufweisen, die ein berührungsloses Erfassen der Koordinaten eines Werkstücks ermöglichen. Ein Beispiel für einen derartigen optischen Sensor ist der unter der Produktbezeichnung „ViScan“ von der Anmelderin vertriebene optische Messkopf.Coordinate measuring machines are known, which have an optical measuring head, which enable a contactless detection of the coordinates of a workpiece. An example of such an optical sensor is the optical sensor sold under the product name "ViScan" by the Applicant.

Koordinatenmessgeräte mit einem optischen Messkopf arbeiten üblicherweise mit unterschiedlichen Vergrößerungen für die Abbildung der Oberfläche des Werkstückes, dessen Raumkoordinaten vermessen werden sollen. Eine kleine Vergrößerung dient dazu, einen größeren Objektbereich des zu vermessenden Werkstückes abzubilden, um ein Übersichtsbild zu erhalten. Die große Vergrößerung dient dazu, ein Detail aus diesem Objektbereich mit hoher Auflösung abzubilden.Coordinate measuring machines with an optical measuring head usually work with different magnifications for imaging the surface of the workpiece whose spatial coordinates are to be measured. A small magnification is used to image a larger object area of the workpiece to be measured in order to obtain an overview image. The large magnification serves to reproduce a detail from this object area with high resolution.

Um diese beiden Vergrößerungen in einem optischen Messkopf eines Koordinatenmessgerätes zu realisieren, ist der optische Messkopf bekannter Koordinatenmessgeräte mit einem Zoom-System ausgestattet, wie in DE 10 2015 108 389 A1 offenbart ist. Bei einem solchen Zoom-System sind bewegliche optische Elemente vorgesehen, die mittels eines Stellantriebes, beispielsweise eines Motors, entlang der optischen Achse verfahren werden, um die Vergrößerung des optischen Abbildungssystems entsprechend zu verändern. Ein Zoom-System ermöglicht zwischen der kleinsten Vergrößerung und der größten Vergrößerung auch ein Spektrum von Zwischenvergrößerungen, die bei einem Koordinatenmessgerät jedoch üblicherweise nicht genutzt werden, da nur die beiden extremalen Vergrößerungen von Interesse sind.To realize these two magnifications in an optical measuring head of a coordinate measuring machine, the optical measuring head known coordinate measuring machines is equipped with a zoom system, as in DE 10 2015 108 389 A1 is disclosed. In such a zoom system movable optical elements are provided, which are moved by means of an actuator, such as a motor, along the optical axis in order to change the magnification of the optical imaging system accordingly. A zoom system allows between the smallest magnification and the largest magnification, a spectrum of intermediate magnifications, which are usually not used in a coordinate measuring machine, since only the two extreme magnifications of interest.

Ein Nachteil eines Koordinatenmessgerätes mit einem optischen Messkopf, der mit einem Zoom-System ausgestattet ist, besteht darin, dass aufgrund der Verschiebung der optischen Elemente in dem Zoom-System es vorkommen kann, dass bei einer Veränderung der Vergrößerung der bei der kleinsten Vergrößerung abgebildete Objektbereich des zu vermessenden Werkstücks gegenüber dem mit der größten Vergrößerung abgebildeten Objektbereich des zu vermessenden Werkstücks verschoben ist, bzw. umgekehrt. Dieser nachteilige Effekt eines Zoom-Systems kann als „Klappern“, bzw. technischer ausgedrückt als Bildstandsrauschen bezeichnet werden. Ursache dieses Effektes ist, dass durch die Verschiebung der optischen Elemente des Zoom-Systems mittels eines Stellantriebes ein Spiel der optischen Elemente nicht vollständig ausgeschlossen werden kann, so dass als Folge des Spiels der Zoom-Mechanik ebenfalls die Abbildung nicht streng orts- und richtungsfest ist, daher „Bildstandsrauschen“.A disadvantage of a coordinate measuring machine with an optical measuring head, which is equipped with a zoom system, is that due to the displacement of the optical elements in the zoom system, it may happen that with a change in magnification of the object area imaged at the smallest magnification of the workpiece to be measured is displaced with respect to the object region of the workpiece to be measured which is imaged with the greatest magnification, or vice versa. This disadvantageous effect of a zoom system can be referred to as "rattling", or technically expressed as image noise. The cause of this effect is that by the displacement of the optical elements of the zoom system by means of an actuator game of the optical elements can not be completely excluded, so that as a result of the game of the zoom mechanism also the figure is not strictly local and directional , hence "Bildstandsrauschen".

Eine Verschiebung des bei der kleinsten Vergrößerung abgebildeten Objektbereichs und des bei der größten Vergrößerung abgebildeten Objektbereichs relativ zueinander ist jedoch für eine exakte Bestimmung von Raumkoordinaten des zu vermessenden Werkstückes nachteilig. Mit anderen Worten ist die Messgenauigkeit des Koordinatenmessgeräts nicht optimal.However, a displacement of the object area imaged at the smallest magnification and the object area imaged at the largest magnification relative to one another is disadvantageous for an exact determination of spatial coordinates of the workpiece to be measured. In other words, the measurement accuracy of the coordinate measuring machine is not optimal.

DE 10 2011 008 212 A1 offenbart ein In-vivo-Bildgebungsgerät in Form einer schluckbaren Kapsel. In die Kapsel ist ein Doppelsichtfeld-Bildgebungssystem eingebaut, das ein Weitsichtfeld mit mäßiger Vergrößerung und ein Schmalsichtfeld mit im Wesentlichen stärkerer Vergrößerung besitzt, das axial darauf eingeblendet wird. Eine einzige Bildgebungsanordnung wird für beide Sichtfelder verwendet. Die Bildgebungselemente für das System mit starker Vergrößerung, die im Wesentlichen kleinere Durchmesser besitzen als die des Systems mit schwacher Vergrößerung, sind mit den Bildgebungselementen des Systems mit schwacher Vergrößerung koaxial angeordnet und können somit die gleiche Bildgebungsanordnung ohne die Notwendigkeit für Umlenkspiegel, Strahlvereiniger oder Bewegungssysteme verwenden. DE 10 2011 008 212 A1 discloses an in vivo imaging device in the form of a swallowable capsule. Incorporated within the capsule is a dual field of view imaging system having a moderate magnification far field of view and a substantially larger magnification narrow field of view superimposed thereon axially. A single imaging arrangement is used for both fields of view. The high magnification system imaging elements, which are substantially smaller in diameter than the low magnification system, are coaxially aligned with the low magnification system imaging elements and thus may utilize the same imaging arrangement without the need for deflecting mirrors, beam combiners or motion systems ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Koordinatenmessgerät mit einem optischen Messkopf zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem zu vermessenden Werkstück bereitzustellen, mittels dem das zu vermessende Werkstück mit zumindest zwei unterschiedlichen Vergrößerungen mit verbesserter Messgenauigkeit vermessen werden kann.The invention has for its object to provide a coordinate measuring machine with an optical measuring head for determining spatial coordinates on a workpiece to be measured, by means of which the workpiece to be measured with at least two different magnifications can be measured with improved accuracy.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Koordinatenmessgerät gelöst, mit einem optischen Messkopf zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem zu vermessenden Werkstück, wobei der optische Messkopf ein optisches System aufweist, das ein erstes optisches Abbildungssystem und ein zweites optisches Abbildungssystem aufweist, wobei das erste optische Abbildungssystem entlang eines ersten Abbildungsstrahlengangs aus einem ersten Objektbereich in einer ersten objektseitigen Fokusebene auf einen Bildbereich eines in einer Bildebene angeordneten stationären Bildaufnehmers mit einer ersten Vergrößerung abbildet, und wobei das zweite optische Abbildungssystem entlang eines zweiten Abbildungsstrahlengangs aus einem zweiten Objektbereich in einer zweiten Fokusebene auf den Bildbereich des Bildaufnehmers mit einer zweiten Vergrößerung abbildet, wobei die erste Vergrößerung um einen Faktor von zumindest 5 größer ist als die zweite Vergrößerung, wobei die erste und die zweite Fokusebene einen fixen Abstand zur Bildebene aufweisen, und wobei der erste Objektbereich und der zweite Objektbereich zueinander zentriert sind.According to the invention, this object is achieved by a coordinate measuring machine having an optical measuring head for determining spatial coordinates on a workpiece to be measured, the optical measuring head having an optical system having a first optical imaging system and a second optical imaging system, wherein the first optical imaging system along a first imaging beam path from a first object area in a first object-side focal plane to an image area of a stationary image recorder arranged in an image plane The second imaging optical system images at a second magnification along a second imaging beam path from a second object area in a second focal plane to the image area of the imaging device, wherein the first magnification is greater than the second by a factor of at least 5 Magnification, wherein the first and the second focal plane at a fixed distance from the image plane, and wherein the first object area and the second object area are centered to each other.

Das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät weist demnach einen optischen Messkopf auf, dessen optisches System zumindest zwei optische Abbildungssysteme beinhaltet. Beide optischen Abbildungssysteme bilden auf den, bis auf durch die unterschiedlichen Vergrößerungen bedingte Abweichungen, gleichen Bildbereich des in der Bildebene angeordneten stationären Bildaufnehmers ab. Das erste optische Abbildungssystem bildet mit der größeren Vergrößerung auf den Bildbereich des Bildaufnehmers ab und dient entsprechend für die Detailabbildung mit hoher Auflösung. Das zweite optische Abbildungssystem bildet mit der kleineren Vergrößerung auf den Bildbereich des Bildaufnehmers ab und dient somit für die Übersichtsabbildung. Es versteht sich, dass das optische System des Messkopfes auch mehr als zwei optische Abbildungssysteme mit jeweils unterschiedlicher Vergrößerung aufweisen kann, wobei jedoch zwei optische Abbildungssysteme ausreichend sind. Beide optischen Abbildungssysteme haben fixe Fokusebenen, und weisen daher relativ zueinander stationäre optische Elemente auf. Dies bedeutet, dass für die zwei unterschiedlichen Vergrößerungen keine optischen Elemente bewegt werden müssen, wie dies bei einem Zoom-System der Fall ist. Das bei den Messköpfen mit Zoom-System auftretende „Klappern“ ist somit eliminert und die Messgenauigkeit entsprechend verbessert. Vorzugsweise weisen die beiden optischen Abbildungssysteme auch keine optischen Elemente auf, deren optische Eigenschaften veränderbar sind, beispielsweise durch Verformung, Umschalten zwischen Reflexion und Transmission oder dergleichen, so dass keine zusätzliche Steuerung des optischen Systems erforderlich ist.The coordinate measuring machine according to the invention accordingly has an optical measuring head whose optical system includes at least two optical imaging systems. Both optical imaging systems form the same image area of the stationary image recorder arranged in the image plane, except for deviations caused by the different magnifications. The first optical imaging system images with the larger magnification on the image area of the image sensor and is used accordingly for the detail image with high resolution. The second optical imaging system images with the smaller magnification on the image area of the image sensor and thus serves for the overview image. It is understood that the optical system of the measuring head can also have more than two optical imaging systems, each with a different magnification, but two optical imaging systems are sufficient. Both optical imaging systems have fixed focal planes, and therefore have stationary optical elements relative to each other. This means that for the two different magnifications no optical elements have to be moved, as is the case with a zoom system. The "rattling" occurring in the heads with zoom system is thus eliminated and the measurement accuracy improved accordingly. Preferably, the two optical imaging systems also have no optical elements whose optical properties are variable, for example by deformation, switching between reflection and transmission or the like, so that no additional control of the optical system is required.

Es sind zwar im Stand der Technik Kameras für Fotografie-Zwecke bekannt, die zwei Abbildungssysteme mit unbeweglichen optischen Elementen aufweisen, und die zwei unterschiedliche Vergrößerungen bieten, wie in US 2009/0128664 A1 beschrieben, jedoch sind derartige Fotokameraoptiken für ein Koordinatenmessgerät bereits hinsichtlich ihres Arbeitsabstandes und mangels einer Zentrierung der Blickfelder zueinander ungeeignet.Although known in the art cameras for photography purposes, which have two imaging systems with immovable optical elements, and provide two different magnifications, as in US 2009/0128664 A1 described, however, such photographic camera optics are already unsuitable for a coordinate measuring machine in terms of their working distance and lack of a centering of the fields of view.

Die beiden Fokusebenen des ersten und zweiten optischen Abbildungssystems können, wie nachfolgend noch beschrieben wird, an axial verschiedenen Positionen liegen, jedoch können die beiden Fokusebenen auch zusammenfallen.The two focal planes of the first and second optical imaging systems can, as will be described below, be in axially different positions, but the two focal planes can also coincide.

Die beiden von den optischen Abbildungssystemen abgebildeten Objektbereiche, d.h. die Blickfelder der beiden Abbildungssysteme, sind in Richtung senkrecht zur lokalen optischen Achse zueinander zentriert, so dass eine für die Bestimmung von Raumkoordinaten an dem zu vermessenden Werkstück wichtige eindeutige Lagezuordnung der vom Bildaufnehmer aufgenommen Bilder der beiden Objektbereiche gegeben ist.The two object areas imaged by the optical imaging systems, i. the fields of view of the two imaging systems are centered in the direction perpendicular to the local optical axis, so that a clear position assignment of the images of the two object areas recorded by the image recorder is important for the determination of spatial coordinates on the workpiece to be measured.

Da das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät einen optischen Messkopf aufweist, der ohne relativ zueinander bewegliche optische Elemente auskommt, wird zusätzlich der Vorteil erreicht, dass das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät kostengünstiger herstellbar ist. Ein wesentlicher Vorteil besteht jedoch darin, dass im Unterschied zu einem optischen Messkopf mit Zoom-System unerwünschte Bildstandsänderungen zwischen den Bildern mit großer Vergrößerung und kleiner Vergrößerung vermieden werden.Since the coordinate measuring machine according to the invention has an optical measuring head, which manages without relatively movable optical elements, the additional advantage that the coordinate measuring machine according to the invention can be produced more economically. However, a significant advantage is that, in contrast to an optical measuring head with zoom system unwanted image changes between the images with high magnification and small magnification are avoided.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes beschrieben, wie sie in den abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.Hereinafter, preferred embodiments of the coordinate measuring machine according to the invention will be described, as indicated in the dependent claims.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Fokusebene von der zweiten Fokusebene axial um einen Abstand entfernt, der mindestens so groß ist, dass ein Objekt, das in der ersten Fokusebene angeordnet ist, von dem zweiten optischen Abbildungssystem nicht scharf auf den Bildbereich des Bildaufnehmers abgebildet wird, und umgekehrt.According to a preferred embodiment, the first focal plane is axially away from the second focal plane by a distance that is at least so great that an object which is arranged in the first focal plane is not sharply imaged by the second optical imaging system onto the image area of the image recorder , and vice versa.

Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass keinerlei Maßnahmen zusätzlich getroffen werden müssen, um einen der beiden Abbildungsstrahlengänge zu unterbrechen bzw. zu blockieren, wenn zwischen Übersichtsabbildung und Detailabbildung umgeschaltet werden soll. Ein Objekt, das in der einen Fokusebene angeordnet ist, kann nur von einem der beiden Abbildungssysteme scharf auf den Bildaufnehmer abgebildet werden, während das andere Abbildungssystem dieses Objekt dann nicht scharf auf den Bildaufnehmer abbilden kann, weil das Objekt bezüglich dieses Abbildungssystems außer Fokus ist. Der Abstand zwischen dem Objekt und dem Bildaufnehmer wird somit zur Auswahl des wirksamen Abbildungsweges genutzt. Bei dieser Ausgestaltung ist es lediglich erforderlich, was jedoch bei Koordinatenmessgeräten üblicherweise vorgesehen ist, dass der optische Messkopf für das Umschalten zwischen der Übersichtsabbildung und der Detailabbildung zum Objekt hin- oder von diesem wegbewegt werden muss.An advantage of this embodiment is that no additional measures have to be taken in order to interrupt or block one of the two imaging beam paths if it is intended to switch between the overview image and the detail image. An object which is arranged in the one focal plane can only be sharply imaged onto the image recorder by one of the two imaging systems, while the other imaging system can not then sharply image this object on the image recorder because the object is out of focus with respect to this imaging system. The distance between the object and the imager is thus used to select the effective imaging path. In this embodiment, it is only necessary, which is usually provided in coordinate measuring machines, however, that the optical measuring head for switching between the overview image and the detail image to the object or has to be moved away from this.

Alternativ zu der vorstehend genannten Ausgestaltung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die erste Fokusebene und die zweite Fokusebene zumindest näherungsweise zusammenfallen. As an alternative to the above-mentioned embodiment, however, provision may also be made for the first focal plane and the second focal plane to coincide at least approximately.

In diesem Fall sind die beiden Abbildungssysteme des optischen Messkopfes so ausgelegt, dass der Abstand zwischen Bildaufnehmer und Fokusebene für beide Abbildungssysteme gleich ist. Hierbei ist von Vorteil, dass der optische Messkopf für das Umschalten zwischen der Übersichtsabbildung und der Detailabbildung nicht in Richtung zum Objekt hin oder von diesem weg bewegt werden muss. Zum Umschalten zwischen der Übersichtsabbildung und der Detailabbildung kann hier einer der beiden Abbildungsstrahlengänge blockiert werden, was beispielsweise mittels Shuttern oder lichtundurchlässigen Elementen erfolgen kann, wobei letzteres in den jeweiligen Abbildungsstrahlengang eingebracht und von diesem wieder entfernt werden kann. Ein Shutter bzw. ein undurchlässiges Element ist dann für jeden Abbildungsstrahlengang separat vorgesehen, und zwar an einer Stelle, an der sich die beiden Abbildungsstrahlengänge nicht überlappen. Ebenso denkbar ist es, eine Selektion zwischen beiden Abbildungen durch spektrale Trennung der beiden Abbildungswege zu erreichen. Dies kann mit wellenlängenselektiven Elementen wie Farbfiltern in den Abbildungsstrahlengängen und entsprechender Farbselektion am Bildaufnehmer realisiert sein. Die Farbfilter können dann permanent in den Abbildungsstrahlengängen angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, eine Selektion zwischen beiden Abbildungen durch Polarisationstrennung der beiden Abbildungswege zu erreichen, indem in den Abbildungsstrahlengängen polarisationsselektive Elemente mit unterschiedlichen Polarisationseigenschaften angeordnet sind.In this case, the two imaging systems of the optical measuring head are designed so that the distance between the image recorder and the focal plane is the same for both imaging systems. It is advantageous that the optical measuring head for switching between the overview image and the detail image does not have to be moved in the direction of the object or away from it. To switch between the overview image and the detail illustration, one of the two imaging beam paths can be blocked here, which can be done, for example, by means of shutters or opaque elements, the latter being able to be introduced into the respective imaging beam path and removed therefrom. A shutter or an impermeable element is then provided separately for each imaging beam path, at a location where the two imaging beam paths do not overlap. It is also conceivable to achieve a selection between the two images by spectral separation of the two imaging paths. This can be realized with wavelength-selective elements such as color filters in the imaging beam paths and corresponding color selection on the image sensor. The color filters can then be permanently arranged in the imaging beam paths. It is likewise possible to achieve a selection between the two images by polarization separation of the two imaging paths by arranging polarization-selective elements with different polarization properties in the imaging beam paths.

In einer weiteren Ausgestaltung kann die zweite Fokusebene gegenüber der ersten Fokusebene geneigt sein, wobei ein Neigungswinkel der zweiten Fokusebene zur ersten Fokusebene im Bereich von 1° bis maximal 20° liegen kann.In a further embodiment, the second focal plane may be inclined relative to the first focal plane, wherein an inclination angle of the second focal plane to the first focal plane may be in the range of 1 ° to a maximum of 20 °.

Diese Maßnahme führt zwar zu einer gewissen Unschärfe in der Übersichtsabbildung, weil die zweite Fokusebene dann auch gegenüber der Bildebene des Bildaufnehmers geneigt sein kann, jedoch besteht ein Vorteil darin, dass die optisch abbildenden Elemente des zweiten Abbildungssystems vom Licht achsensymmetrisch durchtreten werden können, was das optische Design des zweiten Abbildungssystems vereinfacht.Although this measure leads to a certain blurring in the overview image, because the second focal plane can then be inclined with respect to the image plane of the image sensor, however, there is an advantage that the optically imaging elements of the second imaging system can be transmitted by the axisymmetric axis of light, which optical design of the second imaging system simplified.

Alternativ zu den vorstehend genannten Ausgestaltungen kann die zweite Fokusebene parallel zur ersten Fokusebene und parallel zur Bildebene sein.As an alternative to the above-mentioned embodiments, the second focal plane may be parallel to the first focal plane and parallel to the image plane.

Der Vorteil hierbei besteht darin, dass beide Abbildungen, d.h. sowohl die Übersichtsabbildung als auch die Detailabbildung keine Unschärfen aufweisen, die durch eine Schrägstellung einer der beiden Fokusebenen zur Bildebene bedingt sein kann. Bei dieser Ausgestaltung kann es erforderlich sein, dass zumindest ein optisch abbildendes Element des zweiten Abbildungssystems vom Licht asymmetrisch bezüglich des Zentrums dieses optischen Elements durchtreten werden muss.The advantage here is that both mappings, i. both the overview image and the detail image have no blurring, which may be due to an inclination of one of the two focal planes to the image plane. In this embodiment, it may be necessary for at least one optically imaging element of the second imaging system to be transmitted by the light asymmetrically with respect to the center of this optical element.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Abbildungsstrahlgengang zumindest teilweise dem ersten Abbildungsstrahlgengang überlagert.According to a further preferred embodiment, the second imaging beam path is at least partially superimposed on the first imaging beam path.

Diese Maßnahme ist hinsichtlich der Kompaktheit des optischen Messkopfes quer zur Achse zwischen dem Bildaufnehmer und den beiden Fokusebenen der beiden Abbildungssysteme vorteilhaft. Da der optische Messkopf des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes jedoch ohne jegliche bewegliche optische Elemente auskommt, wird es erforderlich sein, dass zumindest ein Abschnitt des zweiten Abbildungsstrahlengangs von dem ersten Abbildungsstrahlengang getrennt verläuft.This measure is advantageous with regard to the compactness of the optical measuring head transversely to the axis between the image recorder and the two focal planes of the two imaging systems. However, since the optical measuring head of the coordinate measuring machine according to the invention manages without any movable optical elements, it will be necessary for at least a section of the second imaging beam path to be separated from the first imaging beam path.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der zweite Abbildungsstrahlengang von dem ersten Abbildungsstrahlengang im Wesentlichen vollständig getrennt verläuft.According to another preferred embodiment, however, it can also be provided that the second imaging beam path extends substantially completely separated from the first imaging beam path.

„Im Wesentlichen vollständig getrennt“ bedeutet hier, dass die beiden Abbildungsstrahlengänge mit Ausnahme in Nähe des Bildaufnehmers und in Nähe der ersten Fokusebene voneinander getrennt verlaufen."Essentially completely separated" here means that the two imaging beam paths, except in the vicinity of the image recorder and in the vicinity of the first focal plane, are separated from one another.

Im Zusammenhang mit einer der zuvor genannten Ausgestaltungen, wonach der zweite Abbildungsstrahlengang zumindest teilweise dem ersten Abbildungsstrahlengang überlagert ist, kann weiterhin vorgesehen sein, dass das optische System einen Strahlkombinierer oder -teiler aufweist, wobei der zweite Abbildungsstrahlgengang von dem Strahlkombinierer bis zum Bildaufnehmer dem ersten Abbildungsstrahlengang überlagert ist.In connection with one of the aforementioned embodiments, according to which the second imaging beam path is at least partially superimposed on the first imaging beam path, it can furthermore be provided that the optical system has a beam combiner or divider, wherein the second imaging beam path from the beam combiner to the image recorder is the first imaging beam path is superimposed.

Über den Strahlkombinierer/-teiler wird der zweite Abbildungsstrahlengang dem ersten Abbildungsstrahlengang überlagert, und beide Abbildungsstrahlengänge verlaufen dann entlang des gleichen Pfades zum Bildaufnehmer. Hierdurch wird eine besonders kompakte Ausgestaltung des optischen Messkopfes geschaffen.The second imaging beam path is superimposed on the first imaging beam path via the beam combiner / divider, and then both imaging beam paths run along the same path to the image recorder. This creates a particularly compact design of the optical measuring head.

Ebenso vorteilhaft ist es, wenn das erste Abbildungssystem und das zweite Abbildungssystem eine gemeinsam vom ersten und zweiten Abbildungsstrahlengang durchtretene objektseitige Gruppe von optisch abbildenden Elementen aufweisen, und der erste und der zweite Abbildungstrahlengang zumindest von dieser Gruppe bis zur ersten Fokusebene einander überlagert sind.It is equally advantageous if the first imaging system and the second imaging system have one common to the first and second Having imaging beam path passed through object-side group of optically imaging elements, and the first and the second imaging beam path are superimposed at least from this group to the first focal plane to each other.

In dieser Ausgestaltung wird ein objektseitig symmetrisches und dadurch objektseitig kompaktes Design des optischen Systems des Messkopfes geschaffen.In this embodiment, an object-side symmetrical and thus object-side compact design of the optical system of the measuring head is created.

Im Sinne der vorstehend genannten Ausgestaltung weisen in einer weiteren bevorzugten allgemeinen Ausgestaltung das erste optische Abbildungssystem und das zweite optische Abbildungssystem zumindest ein gemeinsam genutztes optisch abbildendes Element auf.In the context of the abovementioned embodiment, in a further preferred general embodiment, the first optical imaging system and the second optical imaging system have at least one jointly used optical imaging element.

Ein Vorteil hierbei besteht darin, dass durch die gemeinsame Nutzung eines oder mehrerer optisch abbildender Elemente die Anzahl an optisch abbildenden Elementen des optischen Systems reduziert werden kann.One advantage here is that the number of optically imaging elements of the optical system can be reduced by sharing one or more optically imaging elements.

Es ist jedoch ebenso möglich, dass das erste optische Abbildungssystem und das zweite optische Abbildungssystem kein gemeinsam genutztes optisch abbildendes Element aufweisen, was zu mehr Freiheiten im Hinblick auf die Auslegung der beiden optischen Abbildungssysteme, auch hinsichtlich der Korrektur von Abbildungsfehlern, vorteilhaft sein kann.However, it is also possible that the first optical imaging system and the second optical imaging system do not share a common optical imaging element, which may be more advantageous in terms of the design of the two optical imaging systems, also with respect to the correction of aberrations.

Wie bereits oben erwähnt, kann eine Verkippung der Fokusebene desjenigen Abbildungssystems, dessen optische Achse zwischen dem Bildaufnehmer und der Fokusebene zumindest eine Faltung aufweist, vermieden werden, wenn dieses optische Abbildungssystem zumindest ein optisch abbildendes Element aufweist, das bezüglich einer optischen Achse des optisch abbildenden Elements asymmetrisch oder außeraxial vom Abbildungsstrahlengang durchtreten wird.As already mentioned above, tilting of the focal plane of that imaging system whose optical axis between the image recorder and the focal plane has at least one convolution can be avoided if this optical imaging system has at least one optically imaging element which is relative to an optical axis of the optically imaging element is transmitted asymmetrically or off-axis of the imaging beam path.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das zweite optische Abbildungssystem zumindest einen Faltspiegel zum Falten des zweiten Abbildungsstrahlengangs auf.In a further preferred embodiment, the second optical imaging system has at least one folding mirror for folding the second imaging beam path.

Ein solcher Faltspiegel oder solche Faltspiegel sind ebenfalls stationär relativ zu den übrigen optischen Elementen der Abbildungssysteme angeordnet.Such a folding mirror or folding mirrors are also arranged stationary relative to the other optical elements of the imaging systems.

Weiter vorzugsweise kann im ersten Abbildungsstrahlengang und im zweiten Abbildungsstrahlengang jeweils ein Shutter angeordnet sein, oder es ist in diese Abbildungsstrahlengänge jeweils ein undurchlässiges Element einbringbar.Further preferably, in each case a shutter can be arranged in the first imaging beam path and in the second imaging beam path, or in each case an impermeable element can be introduced into these imaging beam paths.

Diese Maßnahme ist im Zusammenhang mit einer der oben genannten Ausgestaltungen vorteilhaft, gemäß der die beiden Fokusebenen zumindest näherungsweise zusammenfallen.This measure is advantageous in connection with one of the abovementioned embodiments, according to which the two focal planes at least approximately coincide.

Über den jeweiligen Shutter bzw. das jeweilige undurchlässige Element kann dann wechselweise einer der beiden Abbildungsstrahlengänge blockiert werden, so dass auf dem Bildaufnehmer nur jeweils das Bild mit der gewünschten Vergrößerung scharf abgebildet wird.Then alternately one of the two imaging beam paths can be blocked via the respective shutter or the respective impermeable element, so that only the respective image with the desired magnification is sharply imaged on the image sensor.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegt ein Verhältnis der ersten Vergrößerung und der zweiten Vergrößerung im Bereich von etwa 8 bis etwa 12.In a further preferred embodiment, a ratio of the first magnification and the second magnification is in the range of about 8 to about 12.

Für ein Koordinatenmessgerät ist insbesondere ein Vergrößerungsverhältnis, die auch als Spreizung bezeichnet wird, im Bereich von etwa 10 zwischen der kleinen Vergrößerung und der großen Vergrößerung vorteilhaft.In particular, for a coordinate measuring machine, a magnification ratio, also referred to as spreading, in the range of about 10 between the small magnification and the large magnification is advantageous.

Weiterhin ist die erste Vergrößerung etwa 3- bis etwa 5-fach, und/oder die zweite Vergrößerung ist etwa 0,3- bis etwa 0,5-fach.Furthermore, the first magnification is about 3 to about 5 times, and / or the second magnification is about 0.3 to about 0.5 times.

Die zweite Vergrößerung bildet somit ein Objekt verkleinert auf den Bildaufnehmer ab, was für die Übersichtsabbildung vorteilhaft ist. Der Begriff Vergrößerung umfasst somit auch Vergrößerungen kleiner oder gleich 1-fach.The second magnification thus forms an object reduced in size onto the image recorder, which is advantageous for the overview image. The term magnification thus also includes magnifications less than or equal to 1-fold.

Vorzugsweise liegt ein freier Arbeitsabstand des ersten Abbildungssystems und/oder des zweiten Abbildungssystems im Bereich von etwa 60 mm bis etwa 100 mm.Preferably, a free working distance of the first imaging system and / or the second imaging system is in the range of about 60 mm to about 100 mm.

Im Fall, dass die beiden Fokusebenen der beiden Abbildungssysteme in Achsrichtung voneinander beabstandet sind, ist es vorteilhaft, wenn der Abstand der Fokusebenen im Bereich von etwa 10 mm bis etwa 40 mm liegt.In the case that the two focal planes of the two imaging systems are spaced apart in the axial direction, it is advantageous if the distance of the focal planes in the range of about 10 mm to about 40 mm.

Weiter vorzugsweise liegt eine numerische Apertur des ersten Abbildungssystems im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,2, und/oder eine numerische Apertur des zweiten Abbildungssystems liegt im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,03.More preferably, a numerical aperture of the first imaging system is in the range of about 0.1 to about 0.2, and / or a numerical aperture of the second imaging system is in the range of about 0.01 to about 0.03.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages and features will become apparent from the following description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts mit einem optischen Messkopf;
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Systems des optischen Messkopfes des Koordinatenmessgeräts in 1 in einem Linsenschnitt;
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems des optischen Messkopfes des Koordinatenmessgeräts in 1 in einem Linsenschnitt;
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems des optischen Messkopfes des Koordinatenmessgerätes in 1 in einem Linsenschnitt;
  • 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems des optischen Messkopfes des Koordinatenmessgerätes in 1 in einem Linsenschnitt;
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems des optischen Messkopfes des Koordinatenmessgerätes in 1 in einem Linsenschnitt;
  • 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems des optischen Messkopfes des Koordinatenmessgerätes in 1 in einem Linsenschnitt;
  • 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems des optischen Messkopfes des Koordinatenmessgerätes in 1 in einem Linsenschnitt; und
  • 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems des optischen Messkopfes des Koordinatenmessgerätes in 1 in einem Linsenschnitt.
Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail with reference to this. Show it:
  • 1 a schematic representation of a coordinate measuring machine with an optical measuring head;
  • 2 a first embodiment of an optical system of the optical measuring head of the coordinate measuring machine in 1 in a lens cut;
  • 3 a further embodiment of an optical system of the optical measuring head of the coordinate measuring machine in 1 in a lens cut;
  • 4 a further embodiment of an optical system of the optical measuring head of the coordinate measuring machine in 1 in a lens cut;
  • 5 a further embodiment of an optical system of the optical measuring head of the coordinate measuring machine in 1 in a lens cut;
  • 6 a further embodiment of an optical system of the optical measuring head of the coordinate measuring machine in 1 in a lens cut;
  • 7 a further embodiment of an optical system of the optical measuring head of the coordinate measuring machine in 1 in a lens cut;
  • 8th a further embodiment of an optical system of the optical measuring head of the coordinate measuring machine in 1 in a lens cut; and
  • 9 a further embodiment of an optical system of the optical measuring head of the coordinate measuring machine in 1 in a lens cut.

1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenen Koordinatenmessgerätes, in dem die vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann. 1 shows a simplified representation of one with the general reference numeral 10 provided coordinate measuring machine, in which the present invention can be used.

Das Koordinatenmessgerät 10 weist eine Werkstückaufnahme bzw. -auflage12 auf, auf der ein zu vermessendes Werkstück 14 platziert werden kann.The coordinate measuring machine 10 has a workpiece holder or pad 12 on, on a workpiece to be measured 14 can be placed.

An der Werkstückaufnahme 12 ist ein Portal 16 angeordnet. Das Portal 16 dient als bewegliche Trägerstruktur für einen Messkopf 18, mit Hilfe dessen das Werkstück 14 vermessen wird. Der Messkopf 18 ist im vorliegenden Fall ein optischer Messkopf.At the workpiece holder 12 is a portal 16 arranged. The portal 16 serves as a movable support structure for a measuring head 18 , with the help of which the workpiece 14 is measured. The measuring head 18 is in the present case an optical measuring head.

Das Portal 16 weist zwei Säulen 20 und einen Querbalken 22 auf, an dem ein Schlitten 24 beweglich gelagert ist. Der Schlitten 24 trägt eine Pinole 26, an deren unteren Ende der Messkopf 18 befestigt ist.The portal 16 has two columns 20 and a crossbeam 22 on which a sled 24 is movably mounted. The sled 24 wears a quill 26 , at the lower end of the measuring head 18 is attached.

Das Koordinatenmessgerät 10 weist ferner eine Positioniereinrichtung zur Positionierung des Messkopfes 18 und des Werkstückes 14 bzw. der Werkstückaufnahme 12 relativ zueinander auf. Zu dieser Positioniereinrichtung gehören eine Steuereinrichtung 32 und mehrere Antriebe, mit Hilfe derer der Messkopf 18 und die Werkstückaufnahme 12 relativ zueinander bewegt werden.The coordinate measuring machine 10 also has a positioning device for positioning the measuring head 18 and the workpiece 14 or the workpiece holder 12 relative to each other. This positioning device includes a control device 32 and several drives, by means of which the measuring head 18 and the workpiece holder 12 be moved relative to each other.

In dem vorliegenden Beispiel, in dem das Koordinatenmessgerät in Portalbauweise realisiert ist, bewegen die genannten Antriebe den Messkopf 18 gegenüber der Werkstückaufnahme 12, die feststehend ist. Der Messkopf 18 lässt sich dabei entlang dreier orthogonal zueinander ausgerichteter Koordinatenachsen bewegen. Diese Koordinatenachsen werden vorliegend als x-, y- und z-Achse bezeichnet. Einer dieser Antriebe ist beispielhaft mit dem Bezugszeichen 34 versehen. Der Antrieb 34 ist dazu ausgebildet, das Portal 16 entlang der x-Achse gegenüber der Werkstückaufnahme 12 und damit gegenüber dem Werkstück 14 zu verfahren. Der Schlitten 24 kann mit Hilfe eines weiteren Antriebs (hier nicht gezeigt) an dem Querbalken 22 entlang der x-Achse verfahren werden. Die Pinole 26 kann relativ zu dem Schlitten 24 entlang der z-Achse verfahren werden.In the present example, in which the coordinate measuring machine is realized in gantry design, said drives move the measuring head 18 opposite the workpiece holder 12 which is fixed. The measuring head 18 can be moved along three orthogonal coordinate axes. These coordinate axes are present as x - y - and z -Axis. One of these drives is exemplified by the reference numeral 34 Provided. The drive 34 is designed to be the portal 16 along the x Axis against the workpiece holder 12 and thus with respect to the workpiece 14 to proceed. The sled 24 can with the help of another drive (not shown here) on the crossbar 22 along the x Axis. The quill 26 can relative to the slide 24 along the z Axis.

Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung lediglich beispielhaft anhand eines Koordinatenmessgeräts 10 in Portalbauweise erläutert wird. Grundsätzlich kann die Erfindung aber auch bei Koordinatenmessgeräten in Ausleger-, Brücken- oder Ständerbauweise zum Einsatz kommen. Je nach Bauart des Koordinatenmessgeräts 10 lässt sich die Relativbewegung zwischen Werkstückaufnahme 12 bzw. Werkstück 14 und Messkopf 18 entlang einer, zweier oder aller drei Raumrichtungen (x, y, z) auf durch eine Verfahrbarkeit der Basis 12 realisieren.It should be noted that the present invention by way of example only with reference to a coordinate measuring machine 10 is explained in portal construction. In principle, however, the invention can also be used in coordinate measuring machines in cantilever, bridge or stand construction. Depending on the design of the coordinate measuring machine 10 can be the relative movement between workpiece holder 12 or workpiece 14 and measuring head 18 along one, two or all three spatial directions ( x . y . z ) on by a mobility of the base 12 realize.

Genauso ist die vorliegende Erfindung für sämtliche anderen optischen Messverfahren anwendbar bzw. mit ihnen kombinierbar, bei denen nicht direkt eine Abbildung des zu vermessenden Objektes zum Einsatz kommt, wie bspw. Streifenprojektion, Deflektometrie oder Photogrammetrie.In the same way, the present invention can be used or combined with any other optical measuring method in which an image of the object to be measured is not used directly, such as, for example, fringe projection, deflectometry or photogrammetry.

Die Steuereinheit 32, die vorliegend lediglich schematisch dargestellt ist, dient im allgemeinen nicht nur zur Steuerung der Positioniereinrichtung und damit zur Steuerung der einzelnen Antriebe 34, sondern auch zur Auswertung der von dem Messkopf 18 gewonnenen Daten und zur Bestimmung der Raumkoordinaten des zu vermessenden Werkstücks 14 anhand der ausgewerteten Messdaten.The control unit 32 , which is shown here only schematically, generally serves not only to control the positioning and thus to control the individual drives 34 but also for the evaluation of the measuring head 18 obtained data and to determine the spatial coordinates of the workpiece to be measured 14 based on the evaluated measurement data.

Mit der Bezugsziffer 36 sind mehrere Messskalen bezeichnet, die ebenfalls zu der Positioniereinrichtung des Koordinatenmessgeräts 10 gehören. Diese Messskalen 36 sind in Verbindung mit entsprechenden Leseköpfen (hier nicht gezeigt) dazu ausgebildet, die jeweils aktuelle Position des Portals 16 relativ zu der Basis 12, die relative Position des Schlittens 24 relativ zu den Querbalken 22 und die Position der Pinole 26 relativ zu dem Schlitten 24 zu bestimmen. Der Messkopf 18 kann mit einem Dreh- Schwenk-Gelenk ausgestattet sein, das Encoder aufweist, mit deren Hilfe in ähnlicher Weise die jeweils aktuelle Dreh- und Schwenkposition des Messkopfes 18 relativ zu der Pinole 26 bestimmbar ist. Die genannten Positionswerte werden der Steuereinheit 32 zugeführt, die dann die aktuellen Raumkoordinaten eines Messpunktes an dem zu vermessenden Werkstück 14 anhand der Skalen- und Encoderwerte bestimmt. Des Weiteren ist die Steuereinheit 32 in der Lage, die Antriebe zum Verfahren des Portals 16, des Schlittens 24 und der Pinole 26 sowie die Antriebe des Gelenks des Messkopfes 18 anzusteuern, um den Messkopf in eine definierte Position relativ zu dem zu vermessenden Werkstück 14 zu bringen. With the reference number 36 are designated several measurement scales, which also to the positioning of the coordinate measuring machine 10 belong. These scales 36 are in connection with corresponding read heads (not shown here) adapted to the current position of the portal 16 relative to the base 12 , the relative position of the carriage 24 relative to the crossbeams 22 and the position of the quill 26 relative to the carriage 24 to determine. The measuring head 18 can be equipped with a rotary swivel joint, the encoder has, with their help in the same way the current rotation and pivot position of the measuring head 18 relative to the quill 26 is determinable. The stated position values become the control unit 32 fed, then the current spatial coordinates of a measuring point on the workpiece to be measured 14 determined by the scale and encoder values. Furthermore, the control unit 32 capable of driving the drives to the portal 16 , the sled 24 and the quill 26 as well as the drives of the joint of the measuring head 18 to control the measuring head in a defined position relative to the workpiece to be measured 14 bring to.

Wie bereits erwähnt, ist der Messkopf 18 als optischer Messkopf ausgebildet, der ein optisches System aufweist, von dem nachfolgend mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben werden.As already mentioned, the measuring head is 18 formed as an optical measuring head having an optical system, of which several embodiments are described below.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Systems 40, das der optische Messkopf 18 des Koordinatenmessgeräts 10 in 1 aufweisen kann, in einem Linsenschnitt. 2 shows a first embodiment of an optical system 40 , which is the optical measuring head 18 of the coordinate measuring machine 10 in 1 may have, in a lens cut.

Das optische System 40 weist ein erstes optisches Abbildungssystem 42 und ein zweites optisches Abbildungssystem 44 auf. Das erste optische Abbildungssystem 42 bildet entlang eines ersten Abbildungsstrahlengangs 46 aus einem ersten Blickfeld bzw. Objektbereich 48 in einer ersten objektseitigen Fokusebene 50 auf einen Bildbereich 52 eines hier nur allgemein bezeichneten Bildaufnehmers 54 ab, der in einer Bildebene 56 angeordnet ist. Der Bildaufnehmer 54 ist stationär. Das erste optische Abbildungssystem 42 hat eine fixe erste Vergrößerung bzw. einen fixen Abbildungsmaßstab. Die relative Lage zwischen der Fokusebene 50 und der Bildebene 56 ist dabei ebenfalls fix. Das erste optische Abbildungssystem 42 weist ausschließlich relativ zueinander stationäre optische Elemente O1 bis O7 auf. Die optischen Elemente O1, O3 bis O7 sind optisch abbildende Linsen.The optical system 40 has a first optical imaging system 42 and a second optical imaging system 44 on. The first optical imaging system 42 forms along a first imaging beam path 46 from a first field of view or object area 48 in a first object-side focal plane 50 on a picture area 52 a here only generally designated image receptor 54 off, in an image plane 56 is arranged. The imager 54 is stationary. The first optical imaging system 42 has a fixed first magnification or a fixed magnification. The relative position between the focal plane 50 and the picture plane 56 is also fixed. The first optical imaging system 42 has only relative to each other stationary optical elements O1 to O7 on. The optical elements O1 . O3 to O7 are optically imaging lenses.

Das zweite optische Abbildungssystem 44 bildet entlang eines zweiten Abbildungsstrahlengangs 58 aus einem zweiten Blickfeld bzw. Objektbereich 60 in einer zweiten Fokusebene 62 ebenfalls auf den Bildbereich 52 des Bildaufnehmers 54 ab. Das zweite optische Abbildungssystem 44 bildet dabei mit einer zweiten Vergrößerung ab, die um einen Faktor von zumindest 5, vorzugsweise von etwa 10, kleiner ist als die erste Vergrößerung. Das zweite optische Abbildungssystem 44 ist ausschließlich aus relativ zueinander stationären optischen Elementen gebildet, und zwar aus den optischen Elementen O1 und O2 sowie den optischen Elementen O8 bis 013. Die optischen Elemente O1 und O2 werden somit von beiden Abbildungsstrahlengängen 46 und 48 bzw. beiden Abbildungssystemen 42 und 44 genutzt. Die optischen Elemente O8, O9 und O11 bis 013 sind optisch abbildende Linsen.The second optical imaging system 44 forms along a second imaging beam path 58 from a second field of view or object area 60 in a second focal plane 62 also on the picture area 52 of the image recorder 54 from. The second optical imaging system 44 forms with a second magnification, which is smaller by a factor of at least 5, preferably of about 10, than the first magnification. The second optical imaging system 44 is formed exclusively of relatively stationary optical elements, namely of the optical elements O1 and O2 as well as the optical elements O8 to 013 , The optical elements O1 and O2 are thus of both imaging beam paths 46 and 48 or both imaging systems 42 and 44 used. The optical elements O8 . O9 and O11 to 013 are optically imaging lenses.

Das erste optische Abbildungssystem 42 und das zweite optische Abbildungssystem 44 weisen keine optischen Elemente auf, deren optischen Eigenschaften veränderbar bzw. schaltbar sind.The first optical imaging system 42 and the second optical imaging system 44 have no optical elements whose optical properties are changeable or switchable.

Die beiden Blickfelder bzw. Objektbereiche 48 und 60 sind zueinander bezüglich einer Achse 64 zwischen dem Bildaufnehmer 54 und der ersten und zweiten Fokusebene 50, 62 zentriert.The two fields of view or object areas 48 and 60 are related to each other with respect to an axis 64 between the imager 54 and the first and second focal plane 50 . 62 centered.

Das erste optische Abbildungssystem 42 dient zur Bildgebung mit hoher Auflösung oder mit anderen Worten für eine Detailabbildung eines Objektes, und das zweite optische Abbildungssystem 44 dient für eine Übersichtsabbildung mit großem Blickfeld, wie aus einem Vergleich der beiden Objektbereiche 60 und 48 in 2 hervorgeht.The first optical imaging system 42 is used for high-resolution imaging, or in other words for a detail image of an object, and the second optical imaging system 44 is used for an overview image with a large field of view, as from a comparison of the two object areas 60 and 48 in 2 evident.

Die Fokusebene 62 weist wie die Fokusebene 50 einen festen Abstand zur Bildebene 56 auf.The focal plane 62 points like the focal plane 50 a fixed distance to the image plane 56 on.

Die Fokusebene 62 ist entlang der Achse 64 von der Fokusebene 50 axial beabstandet. Der Abstand zwischen den beiden Fokusebenen 50 und 62 ist dabei mindestens so groß, dass ein Objekt, das in der ersten Fokusebene 50 angeordnet ist, von dem zweiten optischen Abbildungssystem 44 nicht scharf auf den Bildbereich 52 des Bildaufnehmers 54 abgebildet wird, und ein Objekt, das in der Fokusebene 62 angeordnet ist, von dem ersten optischen Abbildungssystem 42 nicht scharf auf den Bildbereich 52 des Bildaufnehmers 54 abgebildet wird.The focal plane 62 is along the axis 64 from the focal plane 50 axially spaced. The distance between the two focal planes 50 and 62 is at least so great that an object in the first focal plane 50 is arranged by the second optical imaging system 44 not keen on the picture area 52 of the image recorder 54 is imaged, and an object that is in the focal plane 62 is arranged from the first optical imaging system 42 not keen on the picture area 52 of the image recorder 54 is shown.

Um zwischen der Übersichtsabbildung mit dem zweiten optischen Abbildungssystem 44 und einer Detailabbildung mit dem ersten optischen Abbildungssystem 42 umzuschalten, ist hierzu der optische Messkopf 18 des Koordinatenmessgeräts 10 in 1 in Richtung der Achse 64 verfahrbar, wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben wurde.To switch between the overview image with the second optical imaging system 44 and a detail map with the first optical imaging system 42 To switch, this is the optical measuring head 18 of the coordinate measuring machine 10 in 1 in the direction of the axis 64 movable as above with respect to 1 has been described.

Aufgrund der Beabstandung der Fokusebenen 62 und 50 ist es nicht erforderlich, einen der beiden Abbildungsstrahlengänge 46 und 58 zu blockieren, um zwischen den beiden Vergrößerungen umzuschalten.Due to the spacing of the focal planes 62 and 50 it is not necessary, one of the two imaging beam paths 46 and 58 to block to toggle between the two magnifications.

Die Fokusebenen 50 und 62 sind zueinander parallel und jeweils auch parallel zur Bildebene 56. The focal planes 50 and 62 are parallel to each other and also parallel to the image plane 56 ,

Das optische Element O2 ist ein Strahlteiler bzw. -kombinierer, der den von der Fokusebene 62 kommenden zweiten Abbildungsstrahlengang 58 im ersten Abbildungsstrahlengang 46 überlagert. Zwischen dem optischen Element O2 und dem Bildaufnehmer 54 verlaufen beiden Abbildungsstrahlengänge 46, 58 somit einander überlagert.The optical element O2 is a beam splitter or combiner, that of the focal plane 62 next second imaging beam path 58 in the first imaging beam path 46 superimposed. Between the optical element O2 and the imager 54 run both imaging beam paths 46 . 58 thus superimposed on each other.

Im übrigen Bereich verlaufen die Abbildungsstrahlengänge 46 und 48 getrennt voneinander, wie aus 2 hervorgeht.In the remaining area, the imaging beam paths run 46 and 48 separated from each other, like out 2 evident.

Das optische Element 013, das nur von dem zweiten Abbildungsstrahlengang 58 genutzt wird, wird von dem zweiten Abbildungsstrahlengang 58 bezüglich einer optischen Achse des optischen Elements 013, die hier mit der Achse 64 zusammenfällt, asymmetrisch bzw. außeraxial durchtreten. Das optische Element 013 ist beispielsweise eine Linse mit großem Durchmesser, die in ihrem Zentrum eine Durchbrechung aufweist, in der die optischen Elemente O5, O6, O7 des ersten optischen Abbildungssystems 42 angeordnet sind.The optical element 013 that only from the second imaging beam path 58 is used is from the second imaging beam path 58 with respect to an optical axis of the optical element 013 that here with the axle 64 coincides, asymmetric or off-axis pass through. The optical element 013 is for example a lens with a large diameter, which has an opening in its center, in which the optical elements O5 . O6 . O7 of the first optical imaging system 42 are arranged.

Das optische Element O10 des zweiten optischen Abbildungssystems 44 ist ein Faltspiegel, der den von der Fokusebene 62 kommenden Abbildungsstrahlengang 58 auf den Strahlkombinierer O2 richtet.The optical element O10 of the second optical imaging system 44 is a folding mirror, that of the focal plane 62 coming imaging beam path 58 to the beam combiner O2 directed.

Durch den bezüglich der Achse 64 außeraxialen bzw. asymmetrischen Lichtdurchtritt des zweiten Abbildungsstrahlengangs durch das optische Element 012 wird es ermöglicht, dass die Fokusebene 62 parallel zur Bildebene 56 und zur Fokusebene 50 ausgerichtet sein kann.By referring to the axis 64 off-axis or asymmetric light passage of the second imaging beam path through the optical element 012 it will allow the focal plane 62 parallel to the picture plane 56 and to the focal plane 50 can be aligned.

Der erste Abbildungsstrahlengang 46 verläuft zwischen der Fokusebene 50 und der Bildebene 56 gerade und achsensymmetrisch bezüglich der Achse 64 zwischen dem Bildaufnehmer 54 und der Fokusebene 50.The first imaging beam path 46 runs between the focal plane 50 and the picture plane 56 straight and axisymmetric with respect to the axis 64 between the imager 54 and the focal plane 50 ,

Der zweite Abbildungsstrahlengang 58 verläuft hingegen zwischen dem Strahlkombinierer O2 und der zweiten Fokusebene 62 asymmetrisch bezüglich der Achse 64.The second imaging beam path 58 on the other hand runs between the beam combiner O2 and the second focal plane 62 asymmetric with respect to the axis 64 ,

In einem Beispiel beträgt der Abstand zwischen den beiden festen Fokusebenen 50 und 62 bei etwa 85 mm. Ein Objekt in der einen der beiden Fokusebenen 50 oder 62 ist bezüglich der anderen der beiden Fokusebenen 50 oder 62 deutlich außer Fokus. Der freie Arbeitsabstand des ersten Abbildungssystems 42 liegt beispielsweise bei etwa 80 mm. Das Vergrößerungsverhältnis der beiden Abbildungssysteme 42 und 44 liegt bei etwa 10. Die kleine Vergrößerung des zweiten Abbildungssystems 44 liegt bei etwa 0,3.In one example, the distance between the two fixed focal planes is 50 and 62 at about 85 mm. An object in one of the two focal planes 50 or 62 is with respect to the other of the two focal planes 50 or 62 clearly out of focus. The free working distance of the first imaging system 42 is for example about 80 mm. The magnification ratio of the two imaging systems 42 and 44 is about 10. The small magnification of the second imaging system 44 is about 0.3.

Das optische System 40 liefert somit zwei feste Vergrößerungen der Abbildung, wie sie für ein Koordinatenmessgerät wie das in 1 gezeigte geeignet sind.The optical system 40 thus provides two fixed magnifications of the image, as for a coordinate measuring machine like the one in 1 shown are suitable.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems 40a, das in dem optischen Messkopf 18 des Koordinatenmessgeräts 10 in 1 eingesetzt werden kann. 3 shows a further embodiment of an optical system 40a that in the optical measuring head 18 of the coordinate measuring machine 10 in 1 can be used.

In 3 sind solche Elemente, die mit Elementen in 2 identisch oder vergleichbar sind, mit den gleichen Bezugszeichen, ergänzt um ein a versehen. Die optischen Elemente sind jedoch unabhängig davon, ob sie mit optischen Elementen des Systems 40 identisch oder vergleichbar sind, neu nummeriert.In 3 are such elements with elements in 2 are identical or comparable, provided with the same reference numerals, supplemented by an a. However, the optical elements are independent of whether they are with optical elements of the system 40 identical or comparable, renumbered.

Das erste Abbildungssystem 42a weist die optischen Elemente 014 bis 019 auf, wobei das Element 014 ein Strahlteiler bzw. -kombinierer und die übrigen Elemente 015 bis 019 Linsen sind. Das zweite Abbildungssystem 44a weist die optischen Elemente 014 sowie O20 bis O24 auf, wobei das Element O22 ein Faltspiegel und die übrigen Elemente O20, 021, 023, O24 Linsen sind.The first imaging system 42a has the optical elements 014 to 019 on, where the element 014 a beam splitter and the other elements 015 to 019 Lenses are. The second imaging system 44a has the optical elements 014 such as O20 to O24 on, where the element O22 a folding mirror and the other elements O20 . 021 . 023 . O24 Lenses are.

Bezüglich des optischen Systems 40a werden nachfolgend vorrangig die Unterschiede zu dem optischen System 40 in 2 beschrieben.Regarding the optical system 40a In the following, the differences to the optical system will be given priority 40 in 2 described.

Bei dem optischen System 40a werden nicht nur alle optischen Elemente des ersten Abbildungssystems symmetrisch vom Abbildungsstrahlengang 46a durchtreten, sondern auch das zweite optische Abbildungssystem 44a weist ausschließlich optische Elemente auf, die bezüglich ihrer jeweiligen optischen Achse symmetrisch vom zweiten Abbildungsstrahlengang 58a durchtreten werden. Hierzu ist das optische Element 013 des optischen Systems 40 in 2 nicht mehr vorhanden, und die optischen Elemente O23/O24 (Dublett) sind in der Zeichenebene von 3 gedreht und geringfügig zur zweiten Fokusebene 62a hin verschoben. Dafür ist nunmehr die zweite Fokusebene 62a nicht mehr parallel zur ersten Fokusebene 50a und zur Bildebene 56a, sondern gekippt bzw. geneigt. Der Neigungswinkel der zweiten Fokusebene 62a sollte so gering wie möglich sein und maximal 20° betragen. Beide Objektbereiche 48a und 60a werden scharf auf den Bildbereich 52a abgebildet, die Objektbereiche 48a und 60a sind nur gegeneinander geneigt. Dies kann vorteilhaft dazu genutzt werden, durch Einführen einer weiteren geneigten Ebene über Bildverarbeitung ein für eine Autofokusregelung geeignetes Signal zu generieren.In the optical system 40a Not only are all the optical elements of the first imaging system symmetrical from the imaging beam path 46a pass through, but also the second optical imaging system 44a has only optical elements which are symmetrical with respect to their respective optical axis from the second imaging beam path 58a will pass through. This is the optical element 013 of the optical system 40 in 2 no longer available, and the optical elements O23 / O24 (Doublet) are in the drawing plane of 3 rotated and slightly to the second focal plane 62a postponed. This is now the second focal plane 62a no longer parallel to the first focal plane 50a and to the picture plane 56a but tilted or inclined. The angle of inclination of the second focal plane 62a should be as low as possible and not exceed 20 °. Both object areas 48a and 60a be sharp on the picture area 52a shown, the object areas 48a and 60a are only inclined against each other. This can advantageously be used to generate a signal suitable for autofocus control by introducing a further inclined plane via image processing.

Ein weiterer Unterschied zwischen dem optischen System 40a zu dem optischen System 40 besteht darin, dass mit Ausnahme des Strahlkombinierers/-teilers 014 das optische System 42a und das optische System 44a keine gemeinsam genutzten optischen Elemente aufweisen.Another difference between the optical system 40a to the optical system 40 is that with the exception of the beam combiner / divider 014 the optical system 42a and the optical system 44a have no shared optical elements.

In einem Beispiel ist die Vergrößerung des Abbildungssystems 42a etwa 5-fach, und diejenige des Abbildungssystems 44a etwa 0,35-fach, die Spreizung liegt hier demnach bei etwa 14. Der freie Arbeitsabstand des Abbildungssystems 42a liegt bei etwa 80 mm, der Fokusabstand zwischen den Ebenen 50a und 62 a (in der Mitte) liegt bei etwa 50 mm.In one example, the magnification of the imaging system 42a about 5 times, and that of the imaging system 44a about 0.35-fold, the spread here is therefore about 14. The free working distance of the imaging system 42a is about 80 mm, the focal distance between the planes 50a and 62 a (in the middle) is about 50 mm.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems 40b in einer Modifikation des optischen Systems 40a in 3. Das optische System 40b kann ebenfalls in dem optischen Messkopf 18 des Koordinatenmessgeräts 10 in 1 eingesetzt werden. 4 shows a further embodiment of an optical system 40b in a modification of the optical system 40a in 3 , The optical system 40b can also be in the optical probe 18 of the coordinate measuring machine 10 in 1 be used.

Bei dem optischen System 40b sind Elemente, die mit Elementen vorheriger Ausführungsbeispiele identisch oder vergleichbar sind, mit den gleichen Bezugszeichen, ergänzt bzw. ersetzt durch ein b versehen. Die optischen Elemente sind jedoch unabhängig davon, ob sie mit optischen Elementen des Systems 40 oder 40a identisch oder vergleichbar sind, neu nummeriert.In the optical system 40b are elements that are identical or comparable with elements of previous embodiments, with the same reference numerals, supplemented or replaced by a b provided. However, the optical elements are independent of whether they are with optical elements of the system 40 or 40a identical or comparable, renumbered.

Bei dem optischen System 40b sind die optischen Elemente O34/O35 des zweiten Abbildungssystems 44b im Vergleich zu den Elementen O23/O24 in 3 in der Zeichenebene wieder zurückgedreht, werden jedoch nun vom zweiten Abbildungsstrahlengang 58b bezüglich der eigenen optischen Achse asymmetrisch durchtreten, wodurch die Fokusebene 62b parallel zur Fokusebene 50b und zur Bildebene 56b ausgerichtet ist. Die Elemente O34/O35 sind des Weiteren noch näher zur Objektseite hin verschoben, wodurch zusätzlich der Abstand der beiden Fokusebenen 52b und 50b verringert ist. Der Fokusabstand der beiden Fokusebenen 50b und 62b ist jedoch immer noch groß genug, um eine Abstandsselektion der beiden Abbildungsstrahlengänge 46b und 58b wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben zu erreichen.In the optical system 40b are the optical elements O34 / O35 of the second imaging system 44b compared to the elements O23 / O24 in 3 turned back in the plane, but now from the second imaging beam path 58b asymmetrically with respect to its own optical axis, causing the focal plane 62b parallel to the focal plane 50b and to the picture plane 56b is aligned. The Elements O34 / O35 are further moved closer to the object side, which in addition the distance between the two focal planes 52b and 50b is reduced. The focal distance of the two focal planes 50b and 62b however, it is still large enough to provide a distance selection of the two imaging beam paths 46b and 58b as above with respect to 2 described to achieve.

In einem Beispiel liegt liegt die Vergrößerung des Abbildungssystems 42b bei etwa 5-fach, diejenige des Abbildungssystems 44b bei etwa 0,3-fach. Der freie Arbeitsabstand des Abbildungssystems 42b liegt bei etwa 80 mm, die Fokusdifferenz liegt bei etwa 50 mm.In one example, there is the magnification of the imaging system 42b at about 5 times, that of the imaging system 44b at about 0.3 times. The free working distance of the imaging system 42b is about 80 mm, the focus difference is about 50 mm.

Bei den optischen Systemen 40, 40a und 40b ist jeweils ein Strahlkombinierer bzw. -teiler vorhanden.In the optical systems 40 . 40a and 40b in each case a beam combiner or divider is present.

5, 6 und 8 zeigen Ausführungsbeispiele von optischen Systemen, bei denen kein Strahlkombinierer bzw. -teiler für die Überlagerung der beiden Abbildungsstrahlengänge der beiden optischen Abbildungssysteme vorhanden ist. 5 . 6 and 8th show embodiments of optical systems in which no beam combiner or divider for the superimposition of the two imaging beam paths of the two optical imaging systems is present.

Bei den Ausführungsbeispielen in 2 bis 4 ist der Strahlkombinierer in umgekehrter Richtung des Lichtstrahlengangs als Strahlteiler für koaxiales Auflicht in beiden Abbildungssystemen gleichberechtigt ohne Erhöhung des Lichtleitwertes nutzbar. Wenn auf diese Eigenschaft verzichtet wird, kann dieses optische Element O2 bzw. 014 bzw. O25 entfallen, und die zweite Abbildung mit der kleinen Vergrößerung kann gefaltet werden, und der Abstand zwischen dem Bildaufnehmer 54 und den Fokusebenen reduziert werden.In the embodiments in 2 to 4 is the beam combiner in the reverse direction of the light beam path as a beam splitter for coaxial incident light in both imaging systems equally usable without increasing the Lichtleitwertes. If this property is waived, this optical element O2 or. 014 or. O25 can be omitted, and the second image with the small magnification can be folded, and the distance between the image receptor 54 and the focal planes are reduced.

5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Systems 40c, das in dem optischen Messkopf 18 des Koordinatenmessgeräts 10 in 1 eingesetzt werden kann. Bei dem optischen System 50c sind Elemente, die mit Elementen vorheriger Ausführungsbeispiele identisch oder vergleichbar sind, mit den gleichen Bezugszeichen ergänzt bzw. ersetzt durch ein c versehen. Die optischen Elemente sind jedoch unabhängig davon, ob sie mit optischen Elementen des Systems 40 identisch oder vergleichbar sind, neu nummeriert. 5 shows an embodiment of an optical system 40c that in the optical measuring head 18 of the coordinate measuring machine 10 in 1 can be used. In the optical system 50c are elements that are identical or comparable with elements of previous embodiments, supplemented with the same reference numerals or replaced by a c provided. However, the optical elements are independent of whether they are with optical elements of the system 40 identical or comparable, renumbered.

Das erste optische Abbildungssystem 42c für die Detailabbildung aus dem Objektbereich 48c in der Fokusebene 50c in den Bildbereich 52c des Bildaufnehmers 54c in der Bildebene 56c weist die optischen Elemente O36 bis 040 auf, die allesamt als Linsen ausgebildet sind.The first optical imaging system 42c for the detail image from the object area 48c in the focal plane 50c in the picture area 52c of the image recorder 54c in the picture plane 56c has the optical elements O36 to 040 all of which are designed as lenses.

Das zweite optische Abbildungssystem 44c weist einen gefalteten Abbildungsstrahlengang 58c auf, wobei das optische Abbildungssystem 44c die optischen Elemente 041 bis 046 umfasst. Die optischen Elemente 041 und O44 sind jeweils Faltspiegel. Die beiden Fokusebenen 62c und 50c der beiden Abbildungssysteme 42c und 44c weisen einen geringeren Abstand voneinander auf als bei den bisherigen Ausführungsbeispielen, der in einem Beispiel bei etwa 15 mm liegt. Jedoch kann dieser Abstand immer noch ausreichend sein, um zwischen den beiden Abbildungen (Detailabbildung und Übersichtsabbildung) durch die Abstandsselektion der beiden Fokusebenen 50c und 62c umzuschalten.The second optical imaging system 44c has a folded imaging beam path 58c on, wherein the optical imaging system 44c the optical elements 041 to 046 includes. The optical elements 041 and O44 are each folding mirror. The two focal planes 62c and 50c of the two imaging systems 42c and 44c have a smaller distance from each other than in the previous embodiments, which in one example is about 15 mm. However, this distance may still be sufficient to between the two images (detail and overview image) by the distance selection of the two focal planes 50c and 62c switch.

Das zweite optische Abbildungssystem 44c weist zwei Gruppen von optisch abbildenden Elementen auf, und zwar eine erste Gruppe aus den Elementen O42 und O43 und eine zweite Gruppe aus den Elementen O45 und O46, die jeweils als Linsendublett ausgebildet sind.The second optical imaging system 44c has two groups of optically imaging elements, namely a first group of the elements O42 and O43 and a second group of the elements O45 and O46 , which are each formed as a lens doublet.

Die erste Gruppe O42/O43 ist um den Bildaufnehmer 54c gedreht, und die zweite Gruppe O45/O46 ist auf dem gefalteten Abbildungsstrahlengang zwischen dem Faltspiegel O44 und der Fokusebene 62c angeordnet.The first group O42 / O43 is around the imager 54c turned, and the second group O45 / O46 is on the folded imaging beam path between the folding mirror O44 and the focal plane 62c arranged.

In einem Beispiel liegt der freie Arbeitsabstand des Abbildungssystems 42c bei etwa 80 mm, die Spreizung der Vergrößerungen liegt bei etwa 15.In one example, the free working distance of the imaging system is 42c at about 80 mm, the spread of the magnifications is about 15.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems 40d ähnlich zu dem optischen System 40c in 5. Das optische System 40d kann in dem optischen Messkopf 18 des Koordinatenmessgeräts 10 in 1 eingesetzt werden. Elemente des optischen Systems 40d, die mit Elementen der bisherigen Ausführungsbeispiele identisch oder vergleichbar sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen ersetzt bzw. ergänzt durch ein d versehen. Die optischen Elemente sind jedoch unabhängig davon, ob sie mit optischen Elementen des Systems 40c identisch oder vergleichbar sind, neu nummeriert. 6 shows a further embodiment of an optical system 40d similar to the optical system 40c in 5 , The optical system 40d can in the optical measuring head 18 of the coordinate measuring machine 10 in 1 be used. Elements of the optical system 40d , which are identical or comparable with elements of the previous embodiments, are replaced by the same reference numerals or supplemented by a d provided. However, the optical elements are independent of whether they are with optical elements of the system 40c identical or comparable, renumbered.

Das optische Abbildungssystem 42d mit der großen Vergrößerung weist die optischen Elemente 047 bis 051 auf, die allesamt als optisch abbildende Linsen ausgebildet sind. Das zweite Abbildungssystem 44d mit der kleinen Vergrößerung weist die optischen Elemente 052 bis O57 auf, von denen die Elemente O52 und O55 Faltspiegel und die Elemente O53/O54 und O56/O57 Linsendubletts sind.The optical imaging system 42d with the big magnification has the optical elements 047 to 051 all of which are designed as optically imaging lenses. The second imaging system 44d with the small magnification has the optical elements 052 to O57 on, of which the elements O52 and O55 Folding mirrors and the elements O53 / O54 and O56 / O57 Lens doublets are.

Während das erste optische Abbildungssystem 42d gegenüber dem ersten optischen Abbildungssystem 42c in 5 unverändert ist, ist bei dem zweiten optischen Abbildungssystem 44d, abgesehen davon, dass der zweite Abbildungsstrahlengang 58d am Faltspiegel O52 im Vergleich zu 5 in Richtung zur Achse 64d zwischen dem Bildaufnehmer 54d und den Objektbereichen 60d/48d hin umgelenkt wird, ist die zweite Gruppe O56/O57 des zweiten Abbildungssystems 44d bezüglich der zugehörigen optischen Achse dieser Gruppe zentriert positioniert, wodurch die Fokusebene 62d gegenüber der Fokusebene 50d und der Bildebene 56d geneigt ist.While the first optical imaging system 42d opposite the first optical imaging system 42c in 5 is unchanged is in the second optical imaging system 44d , except that the second imaging beam path 58d on the folding mirror O52 compared to 5 towards the axis 64d between the imager 54d and the object areas 60d / 48d is redirected, is the second group O56 / O57 of the second imaging system 44d positioned centered relative to the associated optical axis of this group, reducing the focal plane 62d opposite the focal plane 50d and the picture plane 56d is inclined.

7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems 40e, das in dem optischen Messkopf 18 des Koordinatenmessgerätes 10 in 1 eingesetzt werden kann. Elemente des optischen Systems 50e, die mit Elementen der bisherigen Ausführungsbeispiele identisch oder vergleichbar sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen ergänzt bzw. ersetzt durch ein e versehen. Die optischen Elemente sind jedoch unabhängig davon, ob sie mit optischen Elementen des Systems 40 identisch oder vergleichbar sind, neu nummeriert. 7 shows a further embodiment of an optical system 40e that in the optical measuring head 18 of the coordinate measuring machine 10 in 1 can be used. Elements of the optical system 50e , which are identical or comparable with elements of the previous embodiments are supplemented with the same reference numerals or replaced by an e provided. However, the optical elements are independent of whether they are with optical elements of the system 40 identical or comparable, renumbered.

Das optische System 40e weist ein erstes Abbildungssystem 42e für die Detailabbildung und ein zweites optisches Abbildungssystem 44e für die Übersichtsabbildung auf. In 7 ist das erste Abbildungssystem 42e der besseren Übersichtlichkeit halber im unteren Teilbild nochmals separat dargestellt.The optical system 40e has a first imaging system 42e for the detail image and a second optical imaging system 44e for the overview picture. In 7 is the first imaging system 42e for better clarity, shown separately again in the lower part of the picture.

Das Abbildungssystem 42e weist die optischen Elemente O58 bis O63 auf, und das Abbildungssystem 44e weist die optischen Elemente O64 bis O68 sowie die optischen Elemente O60 bis O63 auf. Das Element O60 ist ein Strahlkombinierer bzw. -teiler, das Element O66 ist ein Faltspiegel. Alle übrigen optischen Elemente sind Linsen.The imaging system 42e has the optical elements O58 to O63 on, and the imaging system 44e has the optical elements O64 to O68 as well as the optical elements O60 to O63 on. The element O60 is a beam combiner, the element O66 is a folding mirror. All other optical elements are lenses.

Nachfolgend werden hauptsächlich die Unterschiede zu dem optischen System 40 in 2 beschrieben.Below are mainly the differences to the optical system 40 in 2 described.

Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen ist der Aufbau des jeweiligen optischen Systems im Objektraum asymmetrisch. Bei dem optischen System 50e in 7 wird hingegen dieser asymmetrische Aufbau durch einen im Objektraum symmetrischen Aufbau ersetzt, indem beide Abbildungsstrahlengänge 46e und 58e durch den objektseitigen Frontteil des ersten optischen Abbildungssystems 42e (Elemente 061 bis O63) geführt werden. Bildseitig wird der Abbildungsstrahlengang 58e des zweiten Abbildungssystems 44e von dem Abbildungsstrahlengang 46e des ersten Abbildungssystems 42e durch den Strahlkombinierer bzw. -teiler O60 separiert und dann am Faltspiegel O66 gefaltet. Der objektseitige Aufbau des Systems 40e ist hier besonders kompakt.In the previous embodiments, the structure of the respective optical system in the object space is asymmetrical. In the optical system 50e in 7 On the other hand, this asymmetric structure is replaced by a structure symmetrical in the object space, in that both imaging beam paths 46e and 58e by the object-side front part of the first optical imaging system 42e (Elements 061 to O63 ). On the image side, the imaging beam path 58e of the second imaging system 44e from the imaging beam path 46e of the first imaging system 42e by the beam combiner or divider O60 separated and then at the folding mirror O66 folded. The object-side structure of the system 40e is particularly compact here.

Das zweite Abbildungssystem 44e weist ein vom Abbildungsstrahlengang 58e asymmetrisch durchtretene sammelnde Gruppe auf, die die optischen Elemente O64/O65 aufweist. Die Fokusebene 62e des zweiten Abbildungssystems 42e ist parallel zur ersten Fokusebene 50e des ersten Abbildungssystems 42e sowie parallel zur Bildebene 56e des Bildaufnehmers 54e.The second imaging system 44e indicates one of the imaging beam path 58e asymmetrically passed collecting group on which the optical elements O64 / O65 having. The focal plane 62e of the second imaging system 42e is parallel to the first focal plane 50e of the first imaging system 42e as well as parallel to the image plane 56e of the image recorder 54e ,

In einem Beispiel hat das System 40e eine Spreizung von etwa 15, und der freie Arbeitsabstand des Abbildungssystems mit hoher Vergrößerung liegt bei etwa 80 mm, der Fokusabstand zwischen beiden Fokusebenen liegt bei etwa 55 mm.In one example, the system has 40e a spread of about 15, and the free working distance of the imaging system with high magnification is about 80 mm, the focal distance between two focal planes is about 55 mm.

Mit Bezug auf 8 und 9 werden nachfolgend zwei optische Systeme beschrieben, die so ausgelegt sind, dass die Fokusebenen der beiden Abbildungssysteme zumindest näherungsweise zusammenfallen.Regarding 8th and 9 two optical systems are described below, which are designed so that the focal planes of the two imaging systems coincide at least approximately.

8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Systems 40f, das in dem optischen Messkopf 18 des Koordinatenmessgeräts 10 in 1 eingesetzt werden kann. 8th shows an embodiment of an optical system 40f that in the optical measuring head 18 of the coordinate measuring machine 10 in 1 can be used.

Elemente des optischen Systems 40f, die mit Elementen vorheriger Ausführungsbeispiele identisch oder vergleichbar sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen ergänzt bzw. ersetzt durch ein f versehen. Die optischen Elemente sind jedoch unabhängig davon, ob sie mit optischen Elementen des Systems 40 identisch oder vergleichbar sind, neu nummeriert.Elements of the optical system 40f that with elements of previous embodiments are identical or comparable, are supplemented with the same reference numerals or replaced by a f provided. However, the optical elements are independent of whether they are with optical elements of the system 40 identical or comparable, renumbered.

Das optische System 40f weist ein erstes Abbildungssystem 42f für die Detailabbildung mit großer Vergrößerung auf, das dem ersten Abbildungssystem 42c des optischen Systems 40c in 5 sehr ähnlich bzw. identisch mit diesem ist.The optical system 40f has a first imaging system 42f for the detail image with high magnification, the first imaging system 42c of the optical system 40c in 5 is very similar or identical to this.

Das erste optische Abbildungssystem 42f weist die optischen Elemente O69 bis O73 auf, die allesamt als Linsen ausgebildet sind. Das zweite optische Abbildungssystem 44f für die Übersichtsabbildung weist die optischen Elemente O74 bis O79 auf, von denen die Elemente O74/O75, O78/O79 Linsen und die optischen Elemente O76 und O77 Faltspiegel sind.The first optical imaging system 42f has the optical elements O69 to O73 all of which are designed as lenses. The second optical imaging system 44f for the overview image has the optical elements O74 to O79 on, of which the elements O74 / O75 . O78 / O79 Lenses and the optical elements O76 and O77 Folding mirrors are.

Die Fokusebenen 50f, 62f des ersten und zweiten optischen Abbildungssystems 44f sind zumindest näherungsweise parallel zur Bildebene 56f des Bildaufnehmers 54f.The focal planes 50f . 62f the first and second optical imaging systems 44f are at least approximately parallel to the image plane 56f of the image recorder 54f ,

Um bei dem optischen System 40f zwischen der Detailabbildung mittels des Abbildungssystems 42f und der Übersichtsabbildung mittels des Abbildungssystems 44f umzuschalten, ist in jedem der beiden Abbildungsstrahlengänge 58f und 46f ein Shutter oder ein lichtundurchlässiges Element vorgesehen, wie mit Pfeilen 70 für den Abbildungsstrahlengang 58f und 72 für den Abbildungsstrahlengang 46f angedeutet ist. Ein derartiger Shutter kann ein zwischen Durchlässigkeit und Undurchlässigkeit schaltbares Element sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein lichtundurchlässiges Element zum Sperren des Abbildungsstrahlengangs in den jeweiligen Abbildungsstrahlengang 46f bzw. 58f zum Umschalten zwischen den beiden Abbildungen einzubringen bzw. wieder heraus zu verfahren.To the optical system 40f between the detail image by means of the imaging system 42f and the overview image by means of the imaging system 44f Switching is in each of the two imaging beam paths 58f and 46f a shutter or an opaque element provided, as with arrows 70 for the imaging beam path 58f and 72 for the imaging beam path 46f is indicated. Such a shutter may be a switchable element between permeability and impermeability. Another possibility is an opaque element for blocking the imaging beam path in the respective imaging beam path 46f or. 58f to switch between the two images to bring in or out again.

Es versteht sich, dass derartige lichtblockierende Elemente auch an anderen Positionen als an den Positionen 70 und 72 in 8 vorgesehen sein können, allerdings nur an solchen Positionen, in denen die beiden Abbildungsstrahlengänge getrennt voneinander verlaufen. Eine weitere Möglichkeit der Umschaltung zwischen beiden Vergrößerungen besteht in einer Wellenlängenselektion, indem für die Abbildungsstrahlengänge unterschiedliche Spektralbereiche für die Abbildungen verwendet werden, bspw. mittels Filtern, die im jeweiligen Abbildungsstrahlengang verbleiben, wobei der Bildaufnehmer zwischen den Spektralbereichen elektronisch umgeschaltet wird. Auch eine Polarisationsselektion ist Umschaltung zwischen beiden Vergrößerungen möglich, indem polarisationsselektive Elemente in den Strahlengängen angeordnet werden oder sind.It is understood that such light-blocking elements also at other positions than at the positions 70 and 72 in 8th may be provided, but only at those positions in which the two imaging beam paths are separated. Another way of switching between the two magnifications is to select a wavelength by using different spectral ranges for the images for the imaging beam paths, for example by means of filters which remain in the respective imaging beam path, wherein the image sensor is electronically switched between the spectral ranges. Also a polarization selection is possible switching between both magnifications by polarization-selective elements are arranged in the beam paths or are.

In einem Beispiel liegt der freie Arbeitsabstand beider Abbildungssystem 42f, 44f bei etwa 80 mm. Die Spreizung liegt bei etwa 10, die kleine Vergrößerung bei etwa 0,5.In one example, the free working distance of both imaging systems 42f . 44f at about 80 mm. The spread is about 10, the small magnification at about 0.5.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems 40g ist in 9 gezeigt, das in dem optischen Messkopf 18 des Koordinatenmessgeräts 10 in 1 eingesetzt werden kann.Another embodiment of an optical system 40g is in 9 shown in the optical measuring head 18 of the coordinate measuring machine 10 in 1 can be used.

Elemente des optischen Systems 40g, die mit Elementen vorheriger Ausführungsbeispiele vergleichbar oder identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen ergänzt bzw. ersetzt durch ein g versehen.Elements of the optical system 40g , which are comparable or identical to elements of previous embodiments, are supplemented with the same reference numerals or replaced by a g provided.

Im Unterschied zu dem optischen System 40f in 8 weist das optische System 40g wieder einen Strahlteiler bzw. -kombinierer O80 auf.Unlike the optical system 40f in 8th has the optical system 40g again a beam splitter or combiner O80.

Das erste optische Abbildungssystem 42g für die Detailabbildung weist die optischen Elemente O80 bis O85 auf. Das zweite optische Abbildungssystem 44g weist die optischen Elemente O80 und O86 bis O90 auf, wobei die optischen Elemente O86/O87 und O89/O90 Linsendubletts sind, und das optische Element O88 ein Faltspiegel ist.The first optical imaging system 42g for the detail picture has the optical elements O80 to O85 on. The second optical imaging system 44g has the optical elements O80 and O86 to O90 on, with the optical elements O86 / O87 and O89 / O90 Lens doublets are, and the optical element O88 a folding mirror is.

Die Fokusebene 62g des zweiten Abbildungssystems 44g ist gegenüber der Bildebene 56g geneigt. Beide Fokusebenen haben den gleichen Aufpunkt, fallen also im Wesentlichen zusammen. Wie bei allen vorherigen Ausführungsbeispielen sind die Blickfelder bzw. Objektbereiche 48g, 60g zueinander zentriert auf der Achse 64g.The focal plane 62g of the second imaging system 44g is opposite the picture plane 56g inclined. Both focal planes have the same point of reference, so they essentially coincide. As with all previous embodiments, the fields of view or object areas 48g . 60g centered on each other on the axis 64g ,

Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen der optischen Systeme 40 bis 40g liegt ein Verhältnis aus der ersten größeren Vergrößerung und der zweiten kleineren Vergrößerung bei größer als etwa 10. Ein Vergrößerungsverhältnis bzw. eine Spreizung bezeichnet wird, liegt vorzugsweise im Bereich von größer als 8, wobei eine Spreizung bis etwa 20 möglich ist.In all embodiments of the optical systems shown 40 to 40g If a ratio of the first larger magnification and the second smaller magnification is greater than about 10. A magnification ratio or a spread is referred to, is preferably in the range of greater than 8, wherein a spread to about 20 is possible.

Dabei ist die erste größere Vergrößerung in den Beispielen etwa 3- bis etwa 5-fach, wobei die zweite Vergrößerung im Bereich von etwa 0,3- bis etwa 0,5-fach liegt. Andere Vergrößerungen sind ebenso denkbar.Here, the first larger magnification in the examples is about 3 to about 5 times, the second magnification being in the range of about 0.3 to about 0.5 times. Other magnifications are also conceivable.

Die freien Arbeitsabstände der Abbildungssysteme mit der größeren Vergrößerung liegen im Bereich von etwa 60 mm bis etwa 100 mm. Im Falle voneinander beabstandeter Fokusebenen kann der Fokusabstand im Bereich von etwa 10 mm bis etwa 80 mm liegen.The free working distances of the larger magnification imaging systems range from about 60 mm to about 100 mm. In the case of spaced-apart focal planes, the focal distance may be in the range of about 10 mm to about 80 mm.

Die numerische Apertur der Abbildungssysteme mit der größeren Vergrößerung gemäß den obigen Ausführungsbeispielen können im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,2, und die numerische Apertur der Abbildungssysteme mit der kleineren Vergrößerung im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,03 liegen.The numerical aperture of the larger magnification imaging systems according to the above embodiments may range from about 0.1 to about 0.2, and the numerical aperture of the smaller magnification imaging systems may range from about 0.01 to about 0.03 ,

Claims (21)

Koordinatenmessgerät, mit einem optischen Messkopf (18) zum Bestimmen von Raumkoordinaten an einem zu vermessenden Werkstück (14), wobei der optische Messkopf (14) ein optisches System (40; ...; 40g) aufweist, das ein erstes optisches Abbildungssystem (42; ...; 42g) und ein zweites optisches Abbildungssystem (44; ...; 44g) aufweist, wobei das erste optische Abbildungssystem (42; ...; 42g) entlang eines ersten Abbildungsstrahlengangs (46; ...; 46g) aus einem ersten Objektbereich (48; ...; 48g) in einer ersten objektseitigen Fokusebene (50; ...; 50g) auf einen Bildbereich (52; ...; 52g) eines in einer Bildebene (56; ...; 56g) angeordneten stationären Bildaufnehmers (54; ...; 54g) mit einer ersten Vergrößerung abbildet, und wobei das zweite optische Abbildungssystem (44; ...; 44g) entlang eines zweiten Abbildungsstrahlengangs (58; ...; 58g) aus einem zweiten Objektbereich (60; ...; 60g) in einer zweiten Fokusebene (62; ...; 62g) auf den Bildbereich (52; ...; 52g) des Bildaufnehmers (54; ...; 54g) mit einer zweiten Vergrößerung abbildet, wobei die erste Vergrößerung um einen Faktor von zumindest 5 größer ist als die zweite Vergrößerung, wobei die erste Fokusebene (50; ...; 50g) und die zweite Fokusebene (62; ...; 62g) einen fixen Abstand zur Bildebene (56; ...; 56g) aufweisen, und wobei der erste Objektbereich (48; ...; 48g) und der zweite Objektbereich (60; ...; 60g) zueinander zentriert sind.Coordinate measuring machine comprising an optical measuring head (18) for determining spatial coordinates on a workpiece (14) to be measured, the optical measuring head (14) having an optical system (40; ...; 40g) comprising a first optical imaging system (42 ; 42g) and a second optical imaging system (44; ...; 44g), the first optical imaging system (42; ...; 42g) being arranged along a first imaging beam path (46; ...; 46g). from a first object area (48; ...; 48g) in a first object-side focal plane (50; ...; 50g) onto an image area (52; ...; 52g) of an image plane (56; 56g) at a first magnification, and wherein the second imaging optical system (44; ...; 44g) is formed along a second imaging beam path (58; ...; 58g) from a second imaging beam path (58; second object area (60; ...; 60g) in a second focal plane (62; ...; 62g) on the image area (52; ...; 52g) of the image sensor (60; 54; ...; 54g) at a second magnification, wherein the first magnification is greater than the second magnification by a factor of at least 5, the first focal plane (50; ...; 50g) and the second focal plane (62; ...; 62g ) are at a fixed distance from the image plane (56; ...; 56g), and wherein the first object region (48; ...; 48g) and the second object region (60; ...; 60g) are centered to each other. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, wobei die erste Fokusebene (50; ...; 50e) von der zweiten Fokusebene (62; ...; 62e) axial um einen Abstand entfernt ist, der mindestens so groß ist, dass ein Objekt, das in der ersten Fokusebene (50; ...; 50e) angeordnet ist, von dem zweiten optischen Abbildungssystem (44; ...; 44e) nicht scharf auf den Bildbereich (52; ...; 52e) des Bildaufnehmers (54; ...; 54e) abgebildet wird, und umgekehrt.Coordinate measuring device according to Claim 1 wherein the first focal plane (50; ...; 50e) is axially spaced from the second focal plane (62; ... 62e) by a distance at least equal to an object located in the first focal plane (62; 50; ...; 50e) is not sharply focused on the image area (52; ...; 52e) of the image receptor (54; ...; 54e) by the second optical imaging system (44; ...; is pictured, and vice versa. Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, wobei die erste Fokusebene (50f; 50g) und die zweite Fokusebene (62f; 62g) zumindest näherungsweise zusammenfallen.Coordinate measuring device according to Claim 1 wherein the first focal plane (50f; 50g) and the second focal plane (62f; 62g) at least approximately coincide. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Fokusebene (62a; 62d; 62g) gegenüber der ersten Fokusebene (50a; 50d; 50g) geneigt ist.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 3 wherein the second focal plane (62a; 62d; 62g) is inclined with respect to the first focal plane (50a; 50d; 50g). Koordinatenmessgerät nach Anspruch 4, wobei ein Neigungswinkel der zweiten Fokusebene (62a; 62d; 62g) zur ersten Fokusebene (50a; 50d; 50g) im Bereich von 1° bis maximal 20° liegt.Coordinate measuring device according to Claim 4 wherein an angle of inclination of the second focal plane (62a; 62d; 62g) to the first focal plane (50a; 50d; 50g) is in the range of 1 ° to a maximum of 20 °. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Fokusebene (62; 62b; 62c; 62e; 62f) parallel zur ersten Fokusebene (50; 50b; 50c; 50e; 50g) und parallel zur Bildebene (56; 56b; 56c; 56e; 56f) ist.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 3 wherein the second focal plane (62; 62b; 62c; 62e; 62f) is parallel to the first focal plane (50; 50b; 50c; 50e; 50g) and parallel to the image plane (56; 56b; 56c; 56e; 56f). Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der zweite Abbildungsstrahlengang (58; 58a; 58b; 58e; 58g) zumindest teilweise dem ersten Abbildungsstrahlengang (46; 46a; 46b; 46e; 46g) überlagert ist.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 6 wherein the second imaging beam path (58; 58a; 58b; 58e; 58g) is at least partially superimposed on the first imaging beam path (46; 46a; 46b; 46e; 46g). Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der zweite Abbildungsstrahlengang (58c; 58d; 58f) von dem ersten Abbildungsstrahlengang (46c; 46d; 46f) im Wesentlichen vollständig getrennt verläuft.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 6 wherein the second imaging beam path (58c; 58d; 58f) is substantially completely separated from the first imaging beam path (46c; 46d; 46f). Koordinatenmessgerät nach Anspruch 7, wobei das optische System (40; 40a; 40b; 40g) einen Strahlkombinierer oder -teiler aufweist, und wobei der zweite Abbildungsstrahlengang (58; 58a; 58b; 58g) von dem Strahlkombinierer oder -teiler bis zum Bildaufnehmer (54; 54a; 54b; 54g) dem ersten Abbildungsstrahlengang (46; 46a; 46b; 46g) überlagert ist.Coordinate measuring device according to Claim 7 wherein the optical system (40; 40a; 40b; 40g) comprises a beam combiner or divider, and wherein the second imaging beam path (58; 58a; 58b; 58g) from the beam combiner or divider to the imager (54; 54a; 54b 54g) is superimposed on the first imaging beam path (46; 46a; 46b; 46g). Koordinatenmessgerät nach Anspruch 7, wobei das erste Abbildungssystem (42e) und das zweite Abbildungssystem (44e) eine gemeinsam vom ersten und zweiten Abbildungsstrahlengang (46e, 58e) durchtretene objektseitige Gruppe von optisch abbildenden Elementen (061, ..., O63) aufweist, und dass der erste und der zweite Abbildungstrahlengang (46e, 58e) zumindest von dieser Gruppe bis zur ersten Fokusebene (50e) einander überlagert sind.Coordinate measuring device according to Claim 7 wherein the first imaging system (42e) and the second imaging system (44e) have an object-side group of optically imaging elements (061, ..., O63) passed in common by the first and second imaging beam paths (46e, 58e); the second imaging beam path (46e, 58e) are superimposed on one another at least from this group to the first focal plane (50e). Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste optische Abbildungssystem (42; 42e) und das zweite optische Abbildungssystem (44; 44e) zumindest ein gemeinsam genutztes optisch abbildendes Element aufweisen.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 10 wherein the first optical imaging system (42; 42e) and the second optical imaging system (44; 44e) comprise at least one shared optical imaging element. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste optische Abbildungssystem (42a; ...; 42d; 42f; 42g) und das zweite optische Abbildungssystem (44a; ...; 44d; 44f; 44g) kein gemeinsam genutztes optisch abbildendes Element aufweisen.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 10 wherein the first optical imaging system (42a; ...; 42d; 42f; 42g) and the second optical imaging system (44a; ...; 44d; 44f; 44g) do not share a common optical imaging element. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das zweite optische Abbildungssystem (44; 44b; 44e) zumindest ein optisch abbildendes Element aufweist, das bezüglich einer optischen Achse des optisch abbildenden Elements asymmetrisch vom zweiten Abbildungsstrahlengang (58; 58b; 58e) durchtreten wird. Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 12 wherein the second optical imaging system (44; 44b; 44e) comprises at least one optically imaging element that is asymmetric with respect to an optical axis of the optically imaging element from the second imaging beam path (58; 58b; 58e). Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das zweite optische Abbildungssystem (42; ...; 42g) zumindest einen Faltspiegel zum Falten des zweiten Abbildungsstrahlengangs (58; ...; 58g) aufweist.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 13 wherein the second optical imaging system (42; ...; 42g) comprises at least one folding mirror for folding the second imaging beam path (58; ...; 58g). Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei im ersten Abbildungsstrahlengang (46f; 46g) und im zweiten Abbildungsstrahlengang (58f; 58g) jeweils ein Shutter angeordnet ist oder ein undurchlässiges Element einbringbar ist.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 14 , wherein in each case a shutter is arranged in the first imaging beam path (46f; 46g) and in the second imaging beam path (58f; 58g) or an impermeable element can be introduced. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei im ersten Abbildungsstrahlengang (46f; 46g) und/oder im zweiten Abbildungsstrahlengang (58f; 58g) ein wellenlängenselektives Element zur farblichen Trennung der Abbildungsstrahlengänge angeordnet ist.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 15 , wherein in the first imaging beam path (46f; 46g) and / or in the second imaging beam path (58f; 58g) a wavelength-selective element for color separation of the imaging beam paths is arranged. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei im ersten Abbildungsstrahlengang (46f; 46g) und/oder im zweiten Abbildungsstrahlengang (58f; 58g) ein polarisationsselektives Element zur polarisationsoptischen Trennung der Abbildungsstrahlengänge angeordnet ist.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 16 , wherein in the first imaging beam path (46f; 46g) and / or in the second imaging beam path (58f; 58g) a polarization-selective element for polarization-optical separation of the imaging beam paths is arranged. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei ein Verhältnis aus der ersten Vergrößerung und der zweiten Vergrößerung im Bereich von etwa 8 bis etwa 20 liegt.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 17 wherein a ratio of the first magnification and the second magnification is in the range of about 8 to about 20. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die erste Vergrößerung etwa 3- bis etwa 5-fach ist, und/oder die zweite Vergrößerung etwa 0,3- bis etwa 0,5-fach ist.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 18 wherein the first magnification is about 3 to about 5 times, and / or the second magnification is about 0.3 to about 0.5 times. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei ein freier Arbeitsabstand des ersten Abbildungssystems (42; ...; 42g) im Bereich von etwa 60 mm bis etwa 100 mm liegt.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 19 wherein a free working distance of the first imaging system (42; ...; 42g) is in the range of about 60 mm to about 100 mm. Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei eine numerische Apertur des ersten Abbildungssystems (42; ...; 42g) im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,2 liegt, und/oder wobei eine numerische Apertur des zweiten Abbildungssystems (44; ...; 44g) im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 0,03 liegt.Coordinate measuring machine according to one of Claims 1 to 20 wherein a numerical aperture of the first imaging system (42; ...; 42g) is in the range of about 0.1 to about 0.2, and / or wherein a numerical aperture of the second imaging system (44; ...; 44g) is in the range of about 0.01 to about 0.03.
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DE102011008212A1 (en) 2010-01-12 2011-07-14 Given Imaging Ltd. In-vivo double-vision imaging apparatus and method of use
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