JP2015513120A - ズームレンズとリニアエンコーダとを含むカメラシステム - Google Patents

Abstract

カメラシステム（１）は、管状ガイド装置と、光センサ（５１）を含むセンサモジュール（５０）と、少なくとも１つのキャリッジ（２０）と、光軸（４）に沿ってキャリッジを運動させる第１の駆動装置（６０）とを備えており、キャリッジは、少なくとも１つの光学素子（２７−２９）及び光学担体（２００）を含む光学モジュールを有しており、かつ、管内室で光軸に沿って線形に運動可能に配置されており、かつ、光軸に対して垂直な平面で見て実質的に遊びなしに管体によって支承されている。本発明によれば、キャリッジは第１の位置符号化素子（２１，２１’）を含み、第１の位置符号化素子を検出して、キャリッジの線形位置に関連する位置依存性の第１の走査信号を形成することにより、キャリッジの線形位置を導出可能にするように構成された、第１の走査センサ（７１，７１’）がさらに設けられている。

Description

本発明は、特に測定装置で使用される、ズームレンズ及び可動ズーム光学系とリニアエンコーダとを含むカメラシステム、並びに、こうしたカメラシステムを備えたレーザートラッカに関する。

こうしたタイプのカメラシステムは、特に、レーザートラッカで使用される。従来技術のレーザートラッカは、大抵の場合、２次元の光感応アレイ、例えばＣＣＤカメラもしくはＣＩＤカメラもしくはＣＭＯＳアレイベースのカメラを含む光学画像検出ユニットを備えているか、又は、ピクセルアレイセンサ及び画像処理ユニットを備えている。この場合、レーザートラッカ及びカメラは、特に、相互の位置が相対的に変化しないように取り付けられている。カメラは、例えば、レーザートラッカとともにほぼ垂直の軸を中心として回転可能であり、また、レーザートラッカから独立に上下方向に旋回可能であって、特にレーザービームの光学系から分離されて配置されている。特にカメラに魚眼光学系が設けられる場合には、カメラの画像検出領域がきわめて大きいため、カメラの旋回は回避されるか又は少なくとも低減される。さらに、カメラを、例えばそのつどの適用分野に応じて、唯一の軸を中心として回転可能に構成することもできる。同様に、カメラとレーザービーム学系とを共通のケーシングに組み込んで構成してもよい。

画像検出ユニット及び画像処理ユニットを用いて、いわゆる測定補助ツールの、相対位置が既知となっている複数のマークの画像を検出及び評価することにより、測定補助ツールに配置された対象物（例えばプローブ）の空間内の配向を推定することができる。また、目標点の空間位置とともに、対象物の絶対空間位置及び絶対空間配向、及び／又は、レーザートラッカに対する対象物の相対空間位置及び相対空間配向も正確に求めることができる。

上述した測定装置によって位置及び配向が測定される物体は、対象物そのものではなく、測定補助ツールでなくてはならない。測定補助ツールは、測定装置の要素として、測定の際に、目標対象物に対して機械的に定義された位置、又は、測定中に検出可能な位置へ移動される。ここで、測定された位置及び配向から、対象物（例えば測定プローブ）の位置乃至配向を推定することができる。

こうした測定補助ツールは、その接触点が目標対象物の所定ポイント上に位置決めされる、いわゆるテストツールによって実現される。テストツールは、複数のマーク（例えば複数の光点）と１つのリフレクタとを有しており、リフレクタはテストツールでの目標点を表し、レーザートラッカのレーザービームによって照準可能である。ここで、テストツールの接触点に対する各マーク及びリフレクタの位置は正確に既知となっている。測定補助ツールは、例えば、非接触式の表面測定のための、距離測定部を有するハンドヘルドスキャナであり、スキャナに配置された光点及びリフレクタに対する、距離測定に使用されたスキャナ測定ビームの方向及び位置が正確に既知となる。こうしたスキャナは例えばＥＰ０５５３２６６Ａ１に記載されている。

測定補助ツールの配向を求めるために、レーザートラッカのトラッキングビームの方向の画像が検出されるよう、カメラの検出方向が連続的に配向される。

カメラ（可変対物カメラ）にはさらにズーム機能が設けられており、レーザートラッカから目標点乃至測定補助ツールまでの求められた距離に依存して増幅度が調整される。こうした２つの適合化機能（配向及び増幅）により、カメラは連続的に、測定補助ツール（特にその光点）を結像した画像を検出できる。これにより、電子的に評価可能な光点の空間配置の２次元画像が得られる。

この種のレーザートラッカ及び画像検出ユニットを備えた測定装置は、光点及びリフレクタが配置された空間における対象物の位置及び方向を求めるために構成されており、こうした測定装置は、例えばＵＳ５９７３７８８に記載されている。

ＥＰ１５１０８４６Ａ１には、レンズもしくはレンズ群などの光学素子がズーム系の光軸に沿って移動可能に構成されたズーム系に対するガイド装置が開示されている。この場合、光学素子、特にレンズもしくはレンズ群を収容するキャリッジが設けられており、キャリッジの外面は、レンズチューブの内側に当接する当接面となっている。キャリッジの定義された運動に対し、駆動ユニットとしてスピンドルカーブが設けられている。実際の線形位置は、直接には報知されず、モータのステップを計数することによって導出されるので、摩耗によってモータステップが僅かでも増減してしまうと、モータの劣化過程に起因する不正確性が生じる。同様に、例えば装置の振動によって、計数されないステップが生じることもある。これらのことから、キャリッジがシステムによって想定されているのとは異なる位置に動いてしまい、一方では不鮮明な画像及び測定誤差が発生し、他方では装置の損傷が発生するという事態にいたる。

ここで、本発明の課題は、ズームレンズを含むカメラに対して、キャリッジの線形位置を定める際の精度の高い、改善されたガイド装置を提供することである。

また、特別の課題として、特に正確な、改善された位置フィードバックを行えるガイド装置を提供することが挙げられる。

さらなる課題として、レーザートラッカのカメラに対して、こうしたガイド装置を提供することも挙げられる。

これらの課題は、本発明の請求項１及び／又は他の請求項記載の特徴を有するカメラシステムによって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明のカメラシステムは、レンズ系と、このレンズ系に後置されたカメラセンサ（特にＣＭＯＳセンサ）とを含むズームレンズを含む。レンズ系は１つもしくは複数の固定の光学モジュールと、１つもしくは複数の可動ズームレンズ群とを含む。有利には、レンズ系は２つの固定の光学モジュールと２つの可動の光学モジュールとを含み、可動の光学モジュールは固定の光学モジュールの間に配置されている。

可動ズームレンズ群はそれぞれ遊びなしに光学担体に支承されている。光学担体及び光学モジュールは、ここでは、キャリッジの形態の構造ユニットを形成しており、キャリッジはそれぞれ１つずつほぼ円形の断面を有する。

キャリッジはレンズチューブ内でガイドされており、特に、ボールケージ又はスライドエレメントによってレンズチューブとの当接点乃至接触点が形成されることによって、キャリッジ乃至そこに支承されているズームレンズ群が軸方向に運動可能となる。スライドエレメントによるガイドが行われる場合、プリテンションエレメントによって、キャリッジの上面でのスライドエレメントのプリテンションが保証され、ねじ込まれている回転位置合わせスライドエレメントが実質的に遊びなしにレンズチューブの内面に支承される。

レンズチューブとは、本発明では、側面が閉じた中空円筒状の形状だけでなく、光軸に沿ったキャリッジのガイドを保証するチューブ状のガイド装置の機能を意味すると理解されたい。特に、レンズチューブの断面は、円形だけに限られず、楕円形もしくは多角形であってもよい。同様に、レンズチューブは、開口、特に長手スリットの形状の開口を有しているか、又は、光軸の方向に配置された個々の長手セグメントから成っている。個々の長手セグメントは配置によって実質的に中空円筒を取り巻いている。

キャリッジは、レンズチューブのガイド装置とは別個のそれぞれ１つずつの駆動ユニットにより、光軸に沿って運動可能である。駆動ユニットは、モータと運動伝達素子とを有しており、キャリッジはそれぞれ伝導体によって運動伝達素子の運動に結合される。キャリッジに固定されている伝導体により、伝導体のガイドのために管体に設けられている長手方向ガイドスリットに関連して、管体をガイドしている期間中のキャリッジの回転防止が保証される。

伝導体は、有利にはキャリッジの要素として構成される。つまり、伝導体は、例えば、特にはねじ込みによって光学担体に固定に取り付けられるか、又は、光学担体と共通のユニットとして構成される。伝導体は、特にボールジョイントによって運動可能に、駆動ユニットの運動伝達素子に配置されている。これに代えて、伝導体を、運動伝達素子に固定に取り付け、キャリッジで運動可能となるように配置してもよい。伝導体には有利にはスライドエレメントが設けられ、レンズチューブの長手方向ガイドスリット内をガイドされて、光軸に対して平行な平面におけるキャリッジの回転が防止される。これに代えて、伝導体を、１つもしくは２つの磁石によって、作用の点でキャリッジに結合してもよい。このようにすれば、伝導体のための開口を管体に設ける必要がなくなる。

モータについても種々のバリエーションが考えられ、特に、直流モータ又は線形の圧電モータが利用される。運動伝達素子は、例えば、直流モータによって駆動されるベルト、特に歯付ベルト又はフラットベルトに固定されるか、又は、圧電モータによって運動可能なセラミックロッドとして構成される。

本発明によれば、各キャリッジは、特に光学的にもしくは容量的に検出可能な位置コードを含む位置符号化素子を含む。位置符号化素子は、有利には、接合されたガラススケールの形態で光学担体上に配置される。

さらに、有利には、管内室の外部で管体上もしくは管体内に配置される走査センサが設けられている。走査センサは特に、位置符号化素子もしくはその位置コードを検出し、そこから走査信号を形成して、キャリッジの線形位置を導出できるように構成されている。走査センサが管体上に配置されている場合、管体は、コード要素を走査できるよう、内部又は上方に走査センサを配置するのに適した開口を有する。この開口は、特には完全に走査モジュールによって覆われてもよい。ガラススケールを含むリニアエンコーダとして、例えば、MicroE社製の“Mercury 1500P”タイプのエンコーダが用いられる。走査センサからガラススケールまでの距離は、有利には２ｍｍから３ｍｍまで、特に有利には２．２５ｍｍから２．５５ｍｍまでである。

同様に、伝導体がキャリッジの要素として構成されている場合、又は、キャリッジに固定に実装されている場合、位置符号化素子は伝導体上に配置され、特には固定にねじ止めされる。走査センサはこの場合、伝導体上の位置コードを検出できるよう、特にレンズチューブの外側に配置される。これに代えて、伝導体そのものを位置符号化素子として構成することもできる。例えば、３つの光源により、光感応性走査センサの方向へ光を放出させ、伝導体によって走査センサ上に影を投じさせて、この影の位置から、伝導体ひいてはキャリッジの線形位置を導出することができる。

各位置符号化素子は、同じキャリッジの光学モジュールに対して不変の空間関係で、特には１つのキャリッジの全ての要素、又は、少なくとも光学モジュール及び位置符号化素子を担持する要素が、遊びなしで相互に接続されるように、配置されている。これにより、走査センサで形成された信号から、直接に、光学モジュールの位置変化が導出される。当該空間関係から、さらに、光学モジュールの一義的な実際位置も導出可能である。

キャリッジの光学担体は、ＥＰ１５１０８４６Ａ１に記載されているように、有利には１２０°又は９０°の円弧を描いて配置される複数のスリーブセグメントを有しており、これらのスリーブセグメントに複数のスライドエレメントが配置されている。これにより、一方では、光軸の方向での大きなガイド長さが得られ、他方では、スリーブセグメント相互の挿入によって、隣り合うキャリッジの光学素子どうしを相互にきわめて接近させることができる。

光学担体及びレンズチューブは、有利にはアルミニウムから製造される。光学担体及び伝導体は、この場合、特にアルミニウム材を用いた成形によって例えば共通ユニットとして構成され、そうでない場合には、伝導体は有利には鋼合金から製造される。レンズチューブは、調整作業及びメンテナンス作業のための開口を有している。管内室の壁は、キャリッジのガイドを改善するために、有利には表面コーティングされている。回転位置合わせスライドエレメントは、有利には鋼合金又は銅合金、特には鋼又は青銅から形成される。

有利には、暗補償のために、モータ駆動される旋回可能なシャッタ絞りを設けることができる。

特に、レーザートラッカの要素として、可変対物カメラ（バリオカメラ）で使用されるガイド装置が適している。可変対物カメラとは、ここでは、ズーム機能を備え、カメラから目標までの距離に依存して増幅度を調整可能なカメラのことであると理解されたい。これにより特に、距離から独立に、つねに同じ大きさで、目標を結像することができる。

本発明のカメラシステムを以下に概略的な実施例に則して説明する。本発明のさらなる特徴及びその利点は、有利な実施例及び添付図から理解されるはずである。

本発明のカメラシステムを第１の側から見た側面図である。 本発明のカメラシステムの別の状態を第１の側から見た側面図である。 本発明のカメラシステムを第３の側から見た側面図である。 第１の実施例のキャリッジの種々の形態を示す側面図及び断面図である。 第２の実施例のキャリッジを示す側面図である。 レンズチューブ及び２つの駆動ユニットを示す断面図である。 第１の実施例の伝導体の種々の形態を示す図である。 第２の実施例の伝導体を示す図である。 位置符号化素子（エンコーダ）としての伝導体の実施形態を示す側面図及び断面図である。 本発明のカメラシステムの縦断面図である。 キャリッジ及び光学モジュールを含むレンズチューブを第１の側から見た縦断面図である。 キャリッジ及び光学モジュールを含むレンズチューブを第２の側から見た縦断面図である。 本発明のカメラシステムを備えた２つのレーザートラッカの実施例を示す図である。

図１ａから図１ｃには、本発明のカメラシステム１が示されている。ここで、図１ａ，図１ｂはカメラシステム１の第１の側面を表しており、図１ｃは反対側の第２の側面を表している。

図１ａに示されている本発明のカメラシステム１は管体２を有するレンズチューブを含み、この管体２は、一方端部にレンズの形態の光学素子１７が設けられ、他方端部にセンサモジュール５０が設けられることで、区切られている。管体２の外面は、この実施例に示されているように円筒形状を有してもよいが、直方体状又は他の形状を有してもよい。ここには図示されていないが、管体２によって定められるレンズチューブの内室（管内室）は、有利には実質的な円筒形状を有する。

管内室には第１のキャリッジ２０が線形に運動可能に配置されている。第１のキャリッジ２０は光学素子と光学担体２００とを有しており、第１の駆動ユニット６０により、レンズチューブの長手軸線に沿って運動可能である。第１の駆動ユニット６０は、特に直流駆動モータの形態のモータ６１と、プリテンション可能な偏向ローラ６２と、対応偏向ローラ６３と、これらの偏向ローラ６２，６３に架けわたされた歯付ベルト６４とを有する。

歯付ベルト６４には運動伝達素子６５が例えばクランプによって固定されており、この運動伝達素子６５は伝導体２５を介して運動を第１のキャリッジ２０へ伝達する。伝導体２５をガイドするために、管体２は長手方向ガイドスリット２６を有している。当該長手方向ガイドスリット２６での良好なスライド運動のために、伝導体２５には図示されていない複数のスライドエレメントが設けられている。

さらに、管体２上には、位置コードを検出して第１のキャリッジ２０の位置を導出するための走査モジュール７０が配置されている。

図１ｂには、見やすくするために、走査モジュール７０が管体２から取り外された状態のカメラシステム１が示されている。走査モジュール７０の下方では、管体２に開口２２が設けられている。管体２の壁内の第１のキャリッジ２０の輪郭は点線によって示されており、第１のキャリッジ２０上、開口２２の高さのところに、例えばガラススケールの形態の位置符号化素子２１が設けられている。当該位置符号化素子２１は、走査モジュール７０の走査センサ７１によって検出可能な位置コードを担持しており、検出された位置コードから第１のキャリッジ２０の線形位置が導出される。

図１ｃには、カメラシステム１の反対側の第２の側面が示されており、管内室に配置された第２のキャリッジ３０が見えている。第２のキャリッジ３０は第２の駆動ユニット８０によって駆動される。第２の駆動ユニット８０は、モータ８１と、プリテンション可能な偏向ローラ８２と、対応偏向ローラ８３と、歯付ベルト８４と、運動伝達素子８５とを有している。運動伝達素子８５は伝導体３５を介して運動を第２のキャリッジ３０へ伝達する。管体２の当該第２の側面には、伝導体３５に対する長手方向ガイドスリット３６が設けられている。さらに、管体２には、位置コードを検出して第２のキャリッジ３０の位置を導出する第２の走査モジュール９０も配置されている。

図２のａ−ｃには、本発明の図１ａ−図１ｃのカメラシステムのキャリッジの構造の実施例が第１のキャリッジ２０に則して示されている。本発明のキャリッジは、相互に固定された複数の素子から成るユニットである。

図２のａにはキャリッジ２０の側面図が示されている。ここに示されているのは、キャリッジの光学モジュールの一部としての、レンズの形態の光学素子２７である。複数の光学素子を包囲する光学担体２００は、有利にはアルミニウムから形成されている。光学担体２００には位置コードを担持した位置符号化素子２１が配置されており、当該位置コードが走査センサによって検出され、そこからキャリッジ２０の線形位置が導出される。位置符号化素子２１は特にはガラススケールであり、光学担体２００に接着されている。伝導体２５は、例えばねじ止めによって光学担体２００に固定されているか、又は、光学担体２００と一体のユニットとして構成されており、図示されていない駆動ユニットの運動伝達素子への接続部となっている。光学担体２００には２種のスライドエレメント２３，２４、すなわち、２つのプリテンション可能なスライドエレメント２３と、複数の回転位置合わせスライドエレメント２４とが配置されている。後者は特に鋼もしくは青銅から形成される。

図２のｂには、レンズチューブ内に配置された図２のａと同じキャリッジ２０の断面図が示されている。一対のプリテンション可能なスライドエレメント２３と２対の回転位置合わせスライドエレメント２４とにより、キャリッジ２０が光軸に対して垂直な平面で見て遊びなく管内室３に支承されかつスライドガイド可能となることが保証される。管体２はアルミニウムから形成されており、管内室３の壁はキャリッジ２０の良好なガイドのために表面コーティングされている。

管体２上には、走査センサ７１を含む走査モジュール７０が配置されている。走査センサ７１は、光学担体２００上に配置された位置符号化素子２１の位置コードを検出して、キャリッジ２０の線形位置に関連する位置依存性の走査信号を形成することにより、キャリッジ２０の線形位置を導出できるように構成されている。

図２のｃには、図２のａ，ｂのキャリッジ２０が別様の管体２に配置される様子が示されている。管内室３はこの実施例においても円形断面の円筒形状を有しているが、長方形断面を有していたり直方体状であったりしてもよい。走査センサ７１は、この実施例では管体２に組み込まれている。また、長手方向ガイドスリット２６における線形スライドのための伝導体２５及びスライドエレメント２６ａも示されている。

図３には、キャリッジ２０の代替実施例が示されている。ここでは、キャリッジ２０の光学担体２００が一方側に複数のセグメント２０１，２０２を有しており、これらのセグメントがそれぞれ１つずつスライドエレメント２３，２４を有している。位置符号化素子２１はその一部が上方のセグメント２０１上に配置されている。

光学担体２００の各セグメント２０１，２０２により、キャリッジ２０のガイド長さが増大される。なお、図示の第１のキャリッジ２０の右方に（ここでは見えない）第２のキャリッジ３０が配置される場合、２つのキャリッジの接近時に第２のキャリッジ３０の各セグメントが第１のキャリッジ２０の各セグメント２０１，２０２の中間に嵌合するように第２のキャリッジ３０をずらして配置すれば、２つのキャリッジ間の最小距離を保ったまま、ガイド長さを増大させることができる。なお、セグメントの個数は２つに限定されない。キャリッジ当たり１つずつ、又は、３つ以上のセグメントを設けることもできる。

図４には、側方に２つの駆動ユニット６０，８０が配置された図２ｃのレンズチューブの断面図が示されている。２つの駆動ユニット６０，８０はそれぞれ１つずつのモータ６１，８１と、モータ駆動可能かつプリテンション可能な偏向ローラ６２，８２と、（ここでは見えない）対応偏向ローラと、これらのローラに架けわたされた歯付ベルト６４，８４と、歯付ベルトにクランプされた運動伝達素子６５，８５とを有している。各運動伝達素子６５，８５には、それぞれボールジョイント６６，８６を介して、キャリッジの要素である伝導体２５，３５が取り付けられている。

図５のａ−ｃには、図２のｂのキャリッジ２０の断面図に基づいて、伝導体２５及びそこに取り付けられる運動伝達素子６５の実施形態が示されている。

図５のａには、伝導体２５の第１の実施形態が示されている。ここでは、伝導体２５は、キャリッジ２０の要素として構成されている。このために、伝導体２５は、特に光学担体２００へのねじ込みによって光学担体２００に固定に接続されているか、又は、アルミニウム材を用いた成形によって光学系ホルダを含む共通ユニットとして製造されている。伝導体２５は、ボールジョイント６６を介して、歯付ベルト６４に固定された運動伝達素子６５に接続されている。

図５のｂには、伝導体２５を運動伝達素子６５に固定する第２の実施形態が示されている。運動伝達素子６５は、歯付ベルト６４にクランプされており、さらに、伝導体２５に固定されたボールジョイント６６を対応位置に固定するＶ字状軸受６７を有している。

図５のｃには、伝導体２５の変形形態が示されている。ここでは、位置符号化素子２１が伝導体２５上に配置されており、走査センサ７１が対応位置に配置されている。伝導体２５はキャリッジ２０の要素として構成されており、遊びなく光学担体２００に接続されているので、伝導体２５の線形位置から、キャリッジ２０の線形位置を導出することができる。

図６には、別の実施形態の伝導体２５’が示されている。ここでは、伝導体２５’は、一方側では、特にねじ止めによって運動伝達素子６５に固定に接続されているか、又は、一体成形されており、他方側では、ボールジョイント６６を介してキャリッジ２０に接続されている。

図７のａ，ｂには、伝導体のさらに別の実施形態が示されている。ここでは、光学担体２００に遊びなく接続されている伝導体が位置符号化素子２１’として機能する。キャリッジ２０では、位置符号化素子２１’の上方に、キャリッジ２０の移動方向に沿って３つの光源７５が配置されている。さらに、これらの光源に対向する１つの光感応性走査センサ７１’が配置されている。３つの光源７５が走査センサ７１’へ向かって光を放出すると、位置符号化素子２１’としての伝導体によって走査センサ７１’に３つの影が生じ、これらの影が位置符号化素子２１’によって検出される。３つの影の位置から位置符号化素子２１’の位置ひいてはキャリッジ２０の位置が導出される。

図８には、本発明のカメラシステム１の縦断面図が示されている。管体２によって管内室３と光軸４とが定められる。レンズチューブの端部には、光ビームを受信する光センサ５１を含むセンサモジュール５０が配置されている。

管内室３には、純粋に例示的にではあるが、光軸４に沿って、可動に固定された光学モジュールが配置されている。レンズチューブの前端では、２つの光学素子１７，１８を含む固定の第１の光学モジュール１０が管体２に接続されており、レンズチューブの後端には、光学素子４７を含む固定の第２の光学モジュール４０が取り付けられている。固定の２つの光学モジュール１０，４０は有利には位置調整可能である。

２つの固定の光学モジュール１０，４０間では、２つのキャリッジ２０，３０が、複数のスライドエレメント２３，３３を介して、光軸４に沿って可動に支承されている。第１のキャリッジ２０及び第２のキャリッジ３０は、それぞれ３つずつの光学素子２７−２９，３７−３９を光学担体２００に配置した光学モジュールを１つずつ有する。２つずつのスライドエレメント２３，３３は、光学担体２００に配置されたプリテンションエレメント２３ａ，３３ａによってプリテンション可能である。なお、光学素子はシンボリックに示されているのみであり、当業者に周知の種々の形態を有することができる。

図９ａ，図９ｂには、管内室３に配置されたキャリッジ２０，３０と固定の光学モジュール１０，４０とを２つの側面から見た管体２の縦断面図が示されている。キャリッジ２０，３０では、それぞれ１つずつの位置符号化素子２１，３１と、１つずつの伝導体２５，３５と、一対のプリテンション可能なスライドエレメント２３，３３と、２対の回転位置合わせスライドエレメント２４，３４とが光学担体２００に配置されている。

図１０には、本発明のカメラシステムの適用例として、レーザートラッカ１００，１１０の２つの実施例が示されている。また、接触式測定装置として構成された測定補助ツール１２０も示されている。

各レーザートラッカ１００，１１０は、特に本発明のカメラシステムとして構成されているか又は本発明のカメラシステムを含む画像検出ユニットを有している。

第１のレーザートラッカ１００は、ベース１０４と支持部１０３とを備えており、支持部１０３は、ベース１０４を通って定められる旋回軸５を中心として、ベース１０４に対して相対的に旋回可能又は回転可能に配置されている。さらに、照準ユニット１０２が、傾斜軸（トランジット軸）を中心として、支持部１０３に対して相対的に旋回可能に、支持部１０３に配置されている。照準ユニット１０２がこのように２つの軸を中心として配向可能であることにより、照準ユニット１０２から放出されるレーザービーム６をフレキシブルに配向して、目標を照準できる。この場合、旋回軸５と傾斜軸とは相互にほぼ直交するように配置されている。なお、「ほぼ直交する」とは、厳密な軸直交性からわずかに偏差していてもよいが、例えばこの偏差が予め定められており、偏差に起因して生じる測定誤差を補償できるよう、システムに格納されていることを意味する。

図示の構成では、レーザービーム６は、測定補助ツール１２０のリフレクタ１２１へ配向され、そこで後方反射されてレーザートラッカ１００へ戻る。測定レーザービーム６により、リフレクタ１２１までの距離が、特に走行時間測定又は位相測定又はフィゾー方式測定によって、求められる。レーザートラッカ１００には、当該レーザートラッカ１００からリフレクタ１２１までの距離を角度センサによって求める精密距離測定ユニットが設けられている。この角度センサは、レーザービーム６を定義された状態で配向及び案内する照準ユニット１０２の位置を検出するので、ここからレーザービーム６の伝搬方向を求めることができる。

さらに、レーザートラッカ１００、特にその照準ユニット１０２乃至画像検出ユニットは、センサ上又は検出画像内のセンサ照明位置を特定するために、ＣＭＯＳを含むか、又は、特にＣＣＤカメラもしくはピクセルセンサアレイカメラとして構成されている。こうしたセンサにより、検出器上で検出された照明の位置識別が可能となる。さらに、測定補助ツール１２０は接触式センサを含み、この接触式センサは、その接触点１２３が測定すべき目標対象物に接触するように配置される。接触ツール１２０と目標対象物とが接触している間、接触点１２３の空間内位置ひいては目標対象物の所定点の座標を正確に求めることができる。これは、リフレクタ１２１に対する接触点１２３の所定の相対位置と、測定補助ツール１２０に配置された複数のマーク１２２に対する接触点１２３の所定の相対位置とを用いて求められる。なお、各マーク１２２は例えば発光ダイオードとして構成される。これに代えて、各マーク１２２が、例えば所定波長のビームで照明が行われる際に、（後方反射性リフレクタである複数の補助点マーク１２２として）到来するビームを反射し、特に所定の発光特性を呈するように、又は、所定のパターンもしくは色符号を有するように構成してもよい。このようにすれば、画像検出ユニットのセンサで検出された画像における複数のマーク１２２の位置及び分布から、接触ツール１２０の配向を求めることができる。

第２のレーザートラッカ１１０は、画像検出ユニット１１５と、これとは別個に、同様に第２のレーザービーム７を放出してリフレクタ１２１へ配向する光案内ユニット１１６とを備えている。第２のレーザービーム７及び画像検出ユニット１１５も、それぞれ２つの軸を中心としてモータ駆動によって旋回可能であり、これにより、第２のレーザービーム７で照準される目標１２１と測定補助ツール１２０の複数のマーク１２２とが画像検出ユニット１１５によって検出可能となるように配向される。したがって、この場合も、リフレクタ１２１までの正確な距離と測定補助ツール１２０の配向とを、マーク１２２の空間位置に基づいて求めることができる。

各レーザービーム６，７をリフレクタ１２１へ配向するために、レーザートラッカ１００，１１０には、リフレクタ１２１を所定波長のビーム（特に赤外波長領域のビーム）で照明する照明手段がそれぞれ設けられており、さらに、位置感応性検出器を含む少なくとも２つのカメラが配置されている。リフレクタ１２１で反射されてレーザートラッカ１００，１１０へ戻る照明光はカメラによって検出され、各位置感応性検出器にリフレクタ１２１の位置が結像される。こうして、第１のレーザートラッカ１００及び第２のレーザートラッカ１１０の双方によって、２つのリフレクタ結像位置が求められ、当該結像位置に依存して、例えば一般に知られている写真測量法の方式にしたがって、目標（リフレクタ１２１）が見出される。なお、照準ユニット１０２及び光案内ユニット１１６は、目標が測定ビーム６，７によって照準されるように配置される。

また、レーザートラッカ１００，１１０のそれぞれ２つの画像に基づいて、リフレクタの１つずつの粗位置を求めることもできる。これらの位置は、一般的な幾何学定理又は三角公式によって、例えば三角形の構造の幾何学定理又は正弦法則及び／又は余弦法則によって求めることができる。さらに、粗位置を求めるために、一般に知られている写真測量法（ステレオフォトグラメトリ）を利用してもよい。このために、各レーザートラッカ１００，１１０のカメラ相互の相対位置、特に相対配向は既知となっている。

このことに関連して、照明手段及びカメラを、例えば画像検出ユニット１１５又は光案内ユニット１１６又は照準ユニット１０２又は支持部１０３又はベース１０４のそれぞれ所定の位置に配置することができる。

それぞれのレーザービーム６，７の放出方向に対するカメラの位置が既知であることにより、レーザービーム６，７は、求められたリフレクタ１２１の粗位置へ配向され、そこに結合（ロックオン）される。これにより、構造に起因してレーザーの放出方向がカメラの検出方向に対してずれていても、各レーザービーム６，７を迅速に配向し、カメラの光軸とレーザービーム６，７とから生じる視差を解消することができる。特には、レーザービーム６，７を直接に、つまり中間ステップの反復なしに、目標１２１へ配向することができる。

特に、リフレクタ１２１の粗位置を求めることに代えてもしくはこれに加えて、レーザートラッカ１００，１１０の各検出器に結像及び検出された目標位置から、リフレクタ１２１までの粗距離を求めることができる。これは、一般に妥当する幾何学法則、例えば三角形の高さを求める公式及び／又は正弦法則及び／又は余弦法則によって求めることができる。

なお、各図は可能な実施例を概略的に表したのみであることを理解されたい。また、本発明の装置及び方法の種々のアプローチは、単独でも、相互に組み合わせても、また、従来技術と組み合わせても、本発明の対象となりうる。

Claims (15)

1. 例えば測定装置で使用される、ズームレンズを含むカメラシステム（１）であって、
   管内室（３）及び光軸（４）を定める管体（２）を有する管状ガイド装置と、
   前記ガイド装置に後置された、光ビームを検出する光センサ（５１）を含むセンサモジュール（５０）と、
   少なくとも１つの第１のキャリッジ（２０）と、
   前記ガイド装置から分離され、前記光軸（４）に沿って前記第１のキャリッジ（２０）を運動させる第１の駆動装置（６０）と
   を備え、
   前記第１のキャリッジ（２０）は、少なくとも１つの光学素子（２７−２９）及び光学担体（２００）を含む光学モジュールを有しており、かつ、前記管内室（３）で前記光軸に沿って線形に運動可能に配置されており、かつ、前記光軸（４）に対して垂直な平面で見て実質的に遊びなしに前記管体（２）によって支承されている、
   カメラシステム（１）において、
   前記第１のキャリッジ（２０）は第１の位置符号化素子（２１，２１’）を含み、
   さらに、前記第１の位置符号化素子（２１，２１’）を検出して、前記第１のキャリッジ（２０）の線形位置に関連する位置依存性の第１の走査信号を形成することにより、前記第１のキャリッジ（２０）の線形位置を導出可能にするように構成された第１の走査センサ（７１，７１’）が設けられている
   ことを特徴とするカメラシステム（１）。
2. 前記光学担体（２００）は、球軸受によって、例えば、ボールケージによって支承されているか、又は、前記第１のキャリッジ（２０）を遊びなくスライドガイド可能に支承するために、少なくとも２つ、例えば少なくとも３つの、スライドエレメント（２３，２４）を備えており、
   例えば、前記光学担体（２００）は、少なくとも、回転位置合わせスライドエレメント（２４）、例えば鋼合金もしくは銅合金、特には鋼もしくは青銅から成るスライドエレメント、及び／又は、プリテンションエレメント（２３ａ）によってプリテンション可能なスライドエレメント（２３）を有する、
   請求項１記載のカメラシステム（１）。
3. 前記第１の位置符号化素子（２１）は前記光学担体（２００）上に配置されており、例えば、前記第１の位置符号化素子（２１）を検出する前記第１の走査センサ（７１）が前記管体（２）の第１の検出開口（２２）の箇所に配置されており、及び／又は、
   前記第１の位置符号化素子（２１）はガラススケールとして構成されている、
   請求項１又は２記載のカメラシステム（１）。
4. 前記管内室（３）で前記光軸（４）に沿って配置されたそれぞれ少なくとも１つの光学素子（１７，１８，４７）を含む少なくとも１つの固定の光学モジュール（１０，４０）が設けられており、例えば前記光学モジュールは位置調整可能である、
   請求項１から３までのいずれか１項記載のカメラシステム（１）。
5. 前記少なくとも１つの固定の光学モジュール（１０，４０）は、前記管内室（３）の入口側に取り付けられた、少なくとも１つの光学素子（１７，１８）を含む第１の光学モジュール（１０）として構成されている、及び／又は、
   前記少なくとも１つの固定の光学モジュール（１０，４０）は、前記センサモジュール（５０）に近い側の前記管内室（３）の端部に取り付けられた、少なくとも１つの光学素子（４７）を含む第２の光学モジュール（４０）として構成されている、
   請求項４記載のカメラシステム（１）。
6. 前記第１の駆動装置（６０）は、少なくとも、第１のモータ（６１）、例えば直流モータとして構成されたモータと、第１の運動伝達素子（６５）とを含み、
   前記第１の運動伝達素子（６５）と前記第１のキャリッジ（２０）との間の接続部が第１の伝導体（２５，２５’）によって形成されており、例えば、前記第１の運動伝達素子（６５）と前記第１のキャリッジ（２０）との双方に前記第１の伝導体（２５，２５’）が取り付けられており、
   前記管体（２）は前記第１の伝導体（２５，２５’）のための第１の長手方向ガイドスリット（２６）を有しており、例えば前記第１の長手方向ガイドスリットは前記光軸（４）に対して平行に延在している、
   請求項１から５までのいずれか１項記載のカメラシステム（１）。
7. 前記第１の駆動装置（６０）は、さらに、前記第１のモータ（６１）によって回転可能な第１の偏向ローラ（６２）と、第１のベルト（６４）とを含み、
   例えば、前記第１の偏向ローラはプリテンション可能であり、
   例えば、前記第１のベルト（６４）は、例えば前記第１の偏向ローラ（６２）の回転によって運動可能な歯付ベルトとして構成されており、
   前記第１の運動伝達素子（６５）は前記第１のベルト（６４）に固定されている、
   請求項６記載のカメラシステム（１）。
8. 前記第１の伝導体（２５）は、前記第１のキャリッジ（２０）の一部であって、前記光学担体（２００）に遊びなしに接続されており、例えば、前記第１の伝導体（２５）は前記光学担体（２００）にねじ止めされており、
   例えば、前記第１の伝導体（２５）は、第１のボールジョイント（６６）を介して前記第１の運動伝達素子（６５）に接続されており、及び／又は、前記第１の長手方向ガイドスリット（２６）の高さにスライドエレメントを有しており、及び／又は、主としてアルミニウムもしくは鋼合金から形成されている、
   請求項６又は７記載のカメラシステム（１）。
9. 前記第１の位置符号化素子（２１）が前記第１の伝導体（２５）上に配置されている、又は、前記第１の伝導体（２５）が前記第１の位置符号化素子（２１’）として構成されている、
   請求項８記載のカメラシステム（１）。
10. 前記第１の伝導体（２５’）は、前記第１の運動伝達素子（６５）に、遊びなしに接続されており、
    前記第１の伝導体（２５’）は、前記第１のボールジョイント（６６）を介して前記第１のキャリッジ（２０）に接続されているか、又は、磁気引力によって前記第１のキャリッジ（２０）に作用の点で結合されており、
    前記第１の伝導体（２５’）は、前記第１の長手方向ガイドスリット（２６）の高さにスライドエレメントを有しており、及び／又は、主としてアルミニウムもしくは鋼合金から形成されている、
    請求項６又は７記載のカメラシステム（１）。
11. 前記光学担体（２００）は、主としてアルミニウムから形成されており、及び／又は、円筒状であり、及び／又は、
    前記光学素子（１７−１８，２７−２９，４７）はレンズもしくはレンズ群である、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載のカメラシステム（１）。
12. 第２のキャリッジ（３０）と、前記ガイド装置から分離されて、前記光軸（４）に沿って前記第２のキャリッジ（３０）を運動させる第２の駆動装置（６０）と、前記第２のキャリッジ（３０）に配置された第２の位置符号化素子（３１）と、第２の走査センサ（９１）とが設けられており、
    前記第２のキャリッジ（３０）は、少なくとも１つの光学素子（３７−３９）及び光学担体（２００）を含む光学モジュールを有しており、かつ、前記管内室（３）で前記光軸（４）に沿って線形に運動可能に配置されており、かつ、前記光軸（４）に対して垂直な平面で見て実質的に遊びなしに前記管体（２）によって支承されており、
    前記第２の走査センサ（９１）は、前記第２の位置符号化素子（３１）を検出して、前記第２のキャリッジ（３０）の線形位置に関連する位置依存性の第２の走査信号を形成することにより、前記第２のキャリッジ（３０）の線形位置を導出可能にする、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載のカメラシステム（１）。
13. 前記光センサ（５１）が、ＣＭＯＳセンサもしくはＣＣＤセンサもしくはピクセルアレイセンサとして構成されている、
    請求項１から１２までのいずれか１項記載のカメラシステム（１）。
14. 前記ズームレンズが、前記カメラシステムから目標までの求められた距離に依存して増幅度を調整するための可変対物レンズとして構成されており、例えば前記可変対物レンズにはズーム機能が設けられている、
    請求項１から１３までのいずれか１項記載のカメラシステム（１）。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項記載のカメラシステム（１）を備えている
    ことを特徴とするレーザートラッカ（１００，１１０）。

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