JP6581210B2 - 可変の作動距離用の入射光照明 - Google Patents

Description

本発明は、照明アセンブリ用のレンズ装置に関する。さらに本発明は、光学センサによりワークを測定する測定機用の照明アセンブリに関する。さらに本発明は、光学センサによりワークを測定する座標測定機に関する。さらに本発明は、座標測定機の暗視野トップライト照明の照明作動距離を変更する方法に関する。

例えば、座標測定機用の照明モジュールは、欧州特許出願公開第０ ３６２ ６２５号から既知である。

座標測定機は、従来技術において既知である。座標測定機は、例えば品質保証の部分としてワークを確認するため、又はリバースエンジニアリングとして既知である工程の部分としてワークのジオメトリを全体的に決定するために、使用される。その上、多様な更なる適用可能性が考えられる。

この種の座標測定機において、測定されるワークの座標を捉えるために、異なる種類のセンサを使用することができる。例えば、こうした観点において、触覚的に測定するセンサが知られている。こうしたセンサは、例えば本出願人により、「ＶＡＳＴ」、「Ｖａｓｔ ＸＴ」又は「ＶＡＳＴ ＸＸＴ」の名称の製品として販売されている。ここで、測定されるワークの表面は、スタイラスを備えるプローブで探査される。このスタイラスの座標は、測定スペースにおいて常に既知である。そうしたスタイラスは、ワークの表面に沿って移動することもできる。そのため、そうした測定プロセスの間に、多数の測定ポイントを、既定の時間間隔で、「走査法」として既知の範囲で捉えることができる。

さらに、ワークの座標の非接触捕捉を促進する光学センサを使用することも、既知である。そうした光学センサの一例として、本出願人が製品名「ＶｉＳｃａｎ」、で販売する光学センサが挙げられる。

センサは、異なる種類の測定構成において使用できる。そうした測定構成の一例として、本出願人による製品「Ｏ−Ｉｎｓｐｅｃｔ」がある。この種の機器おいては、光学センサ及び接触センサの両方が使用され、機器において多様な検査課題を、理想的には測定されるワークのセットアップを単一として実行する。

光学センサを備えるセンサシステムは、座標測定技術において益々重要となっている。この場合光学センサは、特に測定プロセスが高スピードであることを特徴とする。そのようにすることで、例えば医用工学、プラスチック技術、電子工学及び精密工学において、多くの検査課題を実行可能である。もちろん、更に多様な他の構成も考えることができる。

従来、光学センサヘッド又は光学センサは、支持システムに接続される。支持システムは、光学センサシステムを支持し、及び移動させる。多様な支持システムが、従来技術から既知である。例えば、ポータルシステム、スタンドシステム、水平アームシステム、アームシステム、及び全ての種類のロボットシステム等がある。この場合、支持システムは更に、センサヘッドの位置決めを促進し、可及的に柔軟性に富むシステム構成部品を備えることができる。こうした例としては、本出願人が「RDS」の名前で市販する関節がある。さらに、支持システムの多様なシステム構成部品を相互接続し、及びこれらのシステム構成部品をセンサシステムと接続させるための、多様なアダプタを装備可能である。

さらに座標測定技術においては、対象物を測定する際に、通常は、異なる種類の照明で測定を実行できる。例えば、反射光照明を備えることができる。反射光照明は、例えば明暗視野照明として構成できる。その場合、対応する光学センサは、ビデオカメラ及び／又は画像カメラ、そしてワークに適した照明を備える。さらに通常は、固定結像光学ユニットが備えられる。この固定結像光学ユニットは、測定されるワークを、カメラ又は、カメラの光学センサ上に結像する。この場合、一般には、各適用例又は各測定種類用の、特殊な光学センサが備えられる。光学センサは、固定的に一体化された照明及び結像光学ユニットを備える。

例えば、導入部で引用された欧州特許出願公開第０ ３６２ ６２５号は、光学センシングプローブ用の、交換可能な前面光学ユニットを開示する。この前面光学ユニットは、特定の作動距離及び特定の照明種類用に具体化されている。さらにこの前面光学ユニットは、ワークに反射された光線を光学センサ上に結像する全体レンズを備える。

しかしながら、そうした前面光学ユニットは、結像を目的とする光学素子のために重量が比較的重く、及び体積が比較的大きい。さらに、そうした前面光学ユニットは、特定用途、つまり特定の作動距離及び特定の照明種類のためにのみ使用可能である。

さらに、欧州特許出願公開第０ ３８５ ２６２号及び欧州登録特許第１ ３７３ ８２７号は、同様に座標測定機用の照明装置を明示する。この照明装置は、第一に結像光学ユニットを備え、及び第二に比較的複雑な、例えば旋回可能又は移動可能な照明素子を備え、照明装置を異なる作動距離に調整する。しかしながら、これらの場合にも、そうした照明素子は結果的に構造が比較的複雑となり、そして重量と体積も比較的高くなる場合がある。これに伴い、慣性がより高いため、光学センサヘッドの調節が、特に迅速な測定プロセスにおいてはより困難になる。

国際出願第２０１３／１６７１６８号は、光学センサを使用してワークを測定する座標測定機用の照明モジュールを開示する。照明モジュールは、センサ側及びワーク側を有する本体を備える。照明モジュールは、ワークを照明する少なくとも１つの照明配置を、本体上に備える。少なくとも１つの照明配置は、放射角及び放射角内部の光度曲線を有する放射特性を備える。少なくとも１つの照明配置の光度曲線は、放射角度内部で非対称である。

ワークは、検査されるワーク及び光学センサに適用される測定方法に応じて、異なる方法で照明されるべきである。プロセスにおいては、例えば測定プロセスに着手する作動距離を、変更可能である。さらに場合によっては、ワーク表面上で異なる入射角の照明が所望されることもある。従って実際には、複数の照明アセンブリを交換可能とすべきであり、又は照明アセンブリが複数の交互に切り替え可能な光源を備え、異なる種類の照明を供給する。しかしながら、そうした配置により、照明アセンブリは一方ではより重くなり、及び他方では照明アセンブリの費用が増加する。しかし原則的には、１つの照明アセンブリにより、異なる作動距離及び／又は異なる入射角の照明を供給可能とすることが望ましい。特に、反射光暗視野照明が可変の作動距離で望まれる場合、異なる入射角を可及的に容易に設定可能とすることが望まれる。

欧州特許出願公開第０ ３６２ ６２５号 欧州特許出願公開第０ ３８５ ２６２号 欧州登録特許第１ ３７３ ８２７号 国際出願第２０１３／１６７１６８号

従って、本発明の課題は、レンズ装置、光学センサを備える座標測定機用の照明アセンブリ、座標測定機、及び方法を明示することである。これらにより、構造が単純化され、及び座標測定機の光学センサを使用する際、特に暗視野トップライト照明の場合に異なる作動距離を使用する際に、最大限の柔軟性が促進される。

従って、本発明の第１態様により、照明アセンブリ用のレンズ装置が提案される。このレンズ装置は、光入射面及び光出射面を備える。レンズ装置は、少なくとも１つのリング領域を備える。各リング領域は、レンズ装置の中心軸まわりに周方向に沿って延在する。各リング領域は、複数のエリアセグメントを備える。各エリアセグメントは、各リング領域の円弧部分を形成する。及び各エリアセグメントは、周方向に第１端部、及び周方向に第１端部に対向する第２端部を備える。第１端部おいて、光出射面は、光入射面に対して任意の第１角度で、中心軸の方向に傾斜される。及び第２端部において、光出射面は、光入射面に対して任意の第２角度で、中心軸の方向に傾斜される。この第２角度は、第１角度と異なる。

従ってレンズ装置は、光学レンズ素子、すなわち屈折光学素子である。こうした素子は、屈折光学素子用の従来のガラス材料又はプラスチック材料のうちの一つの材料から製造可能である。基本的に、そうしたレンズ装置は２つの光学有効面を備える。これらの光学有効面は、光入射面及び光出射面と称される。

光出射面は、少なくとも１つのリング領域を備える。基本的に光射出面は、ただ１つのリング領域、又は１つを超えるリング領域を備える。各リング領域は、リングの部分若しくはセグメント、又は完全に閉じたリングである。従って、リングの中心において、レンズ装置は、刳り部又は空き領域を備える。光線は、特に座標測定機の光学センサに到達するために、この刳り部又は空き領域を通過可能である。その結果、各リング領域は、特にリング形状で、中心軸まわりに周方向に沿って延在する。従って中心軸の位置は、リング領域が中心軸まわりに周方向に沿って延在する半径から決定される。その結果、少なくとも１つのリング領域が完全に閉じた状態でリングとして延在する場合に、中心軸はリングの中心点に存在する。各リング領域は、中心軸まわりに周方向に沿って延在する。その結果、各リング領域の中心面、又は光入射面が平面構成である場合の光入射面は、中心軸に垂直となる。従って中心軸は、放射がレンズ装置を通過する方向に、平行して延在可能である。

さらに各リング領域は、複数のエリアセグメントを備える。この場合各エリアセグメントは、各リング領域の円弧部分である。その結果、周方向に見て、エリアセグメントは連続して並び、及び共に各リング領域を形成する。その結果各エリアセグメントは、周方向に、第１端部、及び対向する第２端部を備える。この場合光出射面は、第１端部において、この光出射面が、光入射面に対して第１角度で、中心軸の方向に傾斜され、及び第２端部において、この光出射面が、光入射面に対して第２角度で、中心軸の方向に傾斜されるよう、構成される。この場合、第１角度及び第２角度は相互に異なる。従って、光入射面と光出射面の間の角度差が、中心軸の方向で各レンズセグメントに亘って変化する。その結果、プリズム偏向が対応して中心軸の方向に変化する。従って、各エリアセグメントにおいて、光出射面の光入射面に対する中心軸の方向の傾斜角度が、第１角度と第２角度の間で変化する。

提起された問題への基本的な解決策は、例えば、暗視野反射光照明を測定対象物に対して確実に組立てることにあるであろう。しかしながら当然、このようにして解決した場合、異なる作動距離での測定を可能にする、という利点が排除されるであろう。更なる代替案は、各照明配置、例えばＬＥＤ（発光ダイオード：light-emitting diode）を、作動距離に応じて個別に旋回させることにあるであろう。しかしながら、この場合、多数のアクチュエータが必要となる。又は、照明配置よりもアクチュエータが少ない場合、機械的視点からみて比較的複雑な１つの運動システムが必要となる。従って、そうした解決策は、高額である場合が多く、実際には実行不能である。

しかしながら提案されたレンズ装置を使用すれば、光射出面の、光入射面に対する入射角又は傾斜角を、中心軸の方向で変更可能である。これは、レンズ装置が中心軸まわりに回転されることで実行される。例えば、照明配置は各エリアセグメントに割り当て可能である。そして第１位置において、レンズ装置又は各エリアセグメントは、照明配置に対して、実質的に第１角度が有効であるよう配置される。レンズ装置を中心軸まわりに回転させると、第２角度が生じる。第２角度は第１角度と異なり、実質的に第２位置において有効である。このようにして、少なくとも２つの作動距離での照明、又は多様な作動距離の間での変更、が可能である。

「作動距離」とは、第一には機械的距離、すなわち観察されるべき測定対象物と測定機の間の距離を意味する、と理解可能である。しかしながら「作動距離」とは、光学的作動距離、すなわち測定対象物と、例えばレンズ又は結像光学ユニットへの入射の際のストップ位置である、光学センサのビーム路内の第１干渉輪郭線の間のクリアスペースを意味する、とも理解可能である。

レンズ装置は、単一のアクチュエータで回転可能に構成可能である。例えば、これにより、レンズを回転させることで、費用対効果に優れて及び制御光学的な観点から単純に、作動距離を変化させることが可能である。

さらに、少なくとも１つのレンズ装置及び／又は照明アセンブリの更なる素子を、結像光学ユニットに対して、結像光学ユニットの光軸に平行に、及び／又は中心軸に対して平行に移動させるよう具体化された、駆動装置を備えることができる。例えば、これによって、機械的な作動距離を変化させながら、光学的作動距離を維持可能であり、及び照明放射の中心軸に対する入射角を変更可能である。

従って、更なる態様により、ワークを測定する測定機用の照明アセンブリが提供される。この照明アセンブリは、少なくとも１つの照明配置、及び第１態様によるレンズ装置又は第１態様の構成のうちの１つの構成を備える。照明アセンブリは、更に駆動装置を備える。駆動装置は、レンズ装置を照明配置に対して回転させるよう具体化されることが可能である。

これにより、照明放射の入射角が変更可能である。及びこれにより、例えば暗視野反射光照明配置の作動距離を、測定されるべきである作動距離を可変とする光学センサの視野が、暗視野反射光照明配置により良好に又は理想的に照明されるよう、調整可能である。

回転対称なフレネルレンズが、光路偏向を目的に使用される場合、照明放射の中心軸に対する入射角または傾斜角は一定である。レンズ装置の作用角度は、異なる角度を有するエリアセグメントを提案することにより変更可能である。その場合、レンズ装置を回転させることで、レンズ装置において、変更可能な作用角度を備えることが可能である。従って、特に各エリアセグメントが、自由曲面として具体化される。ここで「自由曲面」とは、表面がいかなる対称性をも有さないことを意味する。特にエリアセグメントを、各光源又は各照明配置に割り当て可能である。このようにして、レンズ装置を僅かに移動させることでも、作動距離において所望の変化を設定させるために十分となる。例えば、全周に亘って分布された２４個の光源を備える反射光照明配置の場合には、第１角度と第２角度の間を切り替えるためには、レンズ装置を約１５°だけ回転させるのみであろう。例えば、第１角度が小さく構成され、及び第２角度が、これらの角度の間の線形移行部を備えて大きく構成される場合、最小作動距離から最大作動距離への切り替えを、１５°のみを通る回転により実行可能である。

第３態様により、光学センサによりワークを計測する座標測定機が提案される。この座標測定機は、第２態様による照明アセンブリ又は第２態様の構成のうちの１つの構成を備える。及び光学センサの測定コーンは、中心軸に沿って延在する。特に中心軸は、光学センサのレンズの中心軸と同一とすることが可能である。しかしながら測定機械を、座標測定機に加えて、顕微鏡、又は任意の他の種類の測定機械とすることも可能である。

第４態様により、座標測定機の暗視野トップライト照明の、照明作動距離を変化させる方法が提案される。座標測定機は照明アセンブリを備える。照明アセンブリはレンズ装置を備える。レンズ装置は、特にリング形状で、レンズ装置の中心軸まわりに周方向に沿って延在する。方法は、レンズ装置を中心軸まわりに回転させるステップを含む。特に照明アセンブリは、少なくとも１つの照明配置を備える。その場合、特にレンズセグメントは、少なくとも１つの照明配置に対して、中心軸まわりに回転される。

このようにして、レンズ装置を単に回転させることで、作動距離を変化させることが可能である。

従って、当初述べた課題が完全に達成される。

レンズ装置の実施形態において、同一のリング領域の全てのエリアセグメントが、第１端部において、中心軸の方向に同一の第１角度を備え、及び第２端部において、中心軸の方向に同一の第２角度を備えることが可能である。特に、リング領域の各第１角度は相互に異なり、及びリング領域の各第２角度は相互に異なる。

このようにして、最小角度と最大角度の間の全角度範囲を、各エリアセグメント上で、通過可能である。及びエリアセグメントにおいて、周方向に沿った全長手方向の延在を、最小角度を最大角度に転換するエリアセグメントの表面を形成するために、使用可能である。

レンズ装置の更なる実施形態において、各リング領域のエリアセグメントは、相互に直に隣接して配置可能である。

特にこの構成は、リング領域が完全に閉じたリングである場合に、備えられることが可能である。しかしながらエリアセグメントは、相互に直に隣接せずにも配置可能である。その場合、隣接するエリアセグメントの間に、例えば間隙が形成される。

レンズ装置の更なる実施形態において、各エリアセグメントは、周方向に第１角度から第２角度への連続的な移行部を備えて具体化される。特に第２角度は第１角度よりも大きい。

第１角度及び第２角度の間の連続的な移行部により、レンズ装置の所望の作用屈折角を中心軸に対して設定するために、レンズ装置を回転させる際の制御が、簡素化される。

レンズ装置の更なる実施形態において、連続的な移行部は、第１角度から第２角度へ、連続的に増加して及び／又は線形に、延在する。

しかしながら、第１角度から第２角度への連続的な線形移行部により、レンズ装置を回転させる際に起こりうる制御が、更に簡素化される。さらに、そうした移行部は、製造的観点から、より容易に製造可能である。

レンズ装置の更なる実施形態において、少なくとも１つのリング領域は完全に閉じたリングである、及び／又は少なくとも１つのリング領域はリングの部分である。

従ってリング領域は、完全に又は３６０°を通って、中心軸まわりに移動される必要がない。実際には、リング領域は閉じたリングの部分又はセグメントのみとすることが可能である。これは常に、照明配置の種類又は配置にも左右される。例えば、照明配置は、全周に均一に分布させずに配置可能である。例えば、中心軸から第１半径距離で、複数の照明配置を半円形に配置し、及び第１半径距離と異なる第２半径距離で、第２個数の照明配置を半円形に配置することも可能である。そうして例えば、リング領域は、１８０°を通って延在するリングの部分のみ、とすることだけが必要であろう。その場合、そうしたリング領域が第１半径距離で配置され、及び更なるリング領域が第２半径距離で配置されるであろう。代替的に、これら全てに関わらず、２つのリング領域を異なる半径距離で備え、各リング領域を完全に閉じたリングとすることも可能である。

レンズ装置の更なる実施形態において、各リング領域は完全に閉じたリングとすることが可能である。

従って、この実施形態において、完全に閉じたリングである単一のリング領域が備えられるか、又は中心軸まわりに異なる半径距離で、同心で配置された複数のリング領域が備えられる。

さらにレンズ装置の実施形態は、従って、中心軸周りに同心で配置された、複数のリング領域を備えることができる。

ここで、各リング領域は完全に閉じたリングですることができる。複数のエリアセグメントが、各リング領域に備えられる。その場合、各リング領域は、相互に直に隣接して配置されるか、エリアセグメントの間に間隙を有して相互に隣接して配置される。特に、複数のリング領域を備えることが可能であり、これらのリング領域は、相互に直に隣接するエリアセグメントを備えた完全に閉じたリングである。エリアセグメントが相互に境を接する表面は、光学有効面ではない。そのため例えば、エリアセグメントを個々に製造し、その後これらのエリアセグメントを組み合わせてリング領域を形成し、及びリング領域を組み合わせて完全なレンズ装置を形成可能である。例えば、エリアセグメントは相互に散乱させることが可能である。接着接合も、考えることができる。

更なる実施形態において、レンズ装置は一体的に構成されることが可能である。

当然ながら、後に相互に接続されるエリアセグメントを個々に製造する代わりに、全レンズ装置を一体的に具体化することも可能である。光出射面は、研削又は研磨により、所望の範囲で備えることができる。

レンズ装置の更なる実施形態において、レンズ装置は、全体的に、中心軸まわりに配置された閉じたリング形状を備えることができる。

この場合レンズ装置は、少なくとも１つのリング領域、又は複数のリング領域から形成される。これらのリング領域は各々が、完全に閉じたリングである。

レンズ装置の更なる実施形態において、リング領域のうちの少なくとも１つのリング領域の、特に全てのリング領域の、第１角度の絶対値は、０°と４４．９°を含めて０°から４４．９°までの範囲にあり、及びリング領域のうちの少なくとも１つのリング領域の、特に全てのリング領域の、第２角度の絶対値は、２０°と９０°を含めて２０°から９０°までの範囲にある。特に、リング領域のうちの少なくとも１つのリング領域の、特に全てのリング領域の、第１角度の絶対値は、５°から１９．９°までの範囲にあり、及びリング領域のうちの少なくとも１つのリング領域の、特に全てのリング領域の、第２角度の絶対値は、２０°から４５°までの範囲にある。

特に、第１角度の絶対値は、５°から１５°、５°から１０°、７．５°から１５°、又は７．５°から１２．５°の範囲とすることもできる。特に、第１角度は、５°、７．５°、１０°、１２．５°、１５°、１７．５°、５°、６°、７°、８°、９°、１０°、１１°、１２°、１３°、１４°、１５°、１６°、１７°、１８°又は１９°とすることができる。特に、第２角度は、２０°から４０°、２０°から３５°、２５°から３５°、２５°から４５°又は３０°から４５°の範囲とすることができる。特に、第２角度は、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、２７．５°又は３２．５°とすることができる。特に、第２角度は、４５°から８０°又は４５°から８５°の範囲とすることもできる。従って、各範囲の上限は又、７５°に代えて、８０°又は８５°とすることができる。

レンズ装置の更なる実施形態において、レンズ装置は、空いた中央領域を、少なくとも１つのリング領域の内部に径方向で備える。空いた中央領域は、「刳り部」又は「空きスペース」と称することもできる。

従って放射は、プロセスで屈折されることなく、この空いた中央領域において、レンズ装置を通過して光学センサへと達することが可能である。

更なる実施形態において、各エリアセグメントは、自由曲面として具体化可能である。

ここで自由曲面とは、表面が対称性を有さないことを意味する、と理解される。例えば、第１角度から第２角度への移行部が連続的に線形で備えられた場合に、表面を回転させることで、そうした自由曲面が発生する。

レンズ装置の更なる実施形態において、エリアセグメントのうちの少なくとも１つ、特に全てのエリアセグメントが、フレネル化される。

従って、少なくとも１つのレンズセグメント、又は全てのレンズセグメントが、フレネルレンズのスタイルで具体化されるか、又はフレネル化可能である。この場合、光入射面又は光出射面は、フレネル化される。このようにして、レンズ装置を特に厚みをより低減して具体化可能である。その場合、第１角度又は第２角度は、レンズセグメントにおいて、中心軸の方向へのプリズム偏向の作用角度又は有効角度である。

照明アセンブリの更なる実施形態において、照明アセンブリは複数の照明配置を備え、及び照明配置が各エリアセグメントに割り当てられる。

このようにして、複数の照明配置を、例えば全周に亘って分布された照明配置を、備えることができる。各エリアセグメントは照明配置に作用する。そのため、レンズ装置が最大限に利用される。

照明アセンブリの更なる実施形態において、照明配置は、光源、特にＬＥＤ（発光ダイオード）を備えることができる。または、照明配置を光源ガイドの光射出面とすることができる。

基本的に「照明配置」は、必ずしも光源を備えた照明配置である必要はない。基本的に、任意の個々の光出射面が照明配置である、と理解されるべきである。照明アセンブリの照明配置は、専用の光源を備えることができる。しかしながら基本的に、座標測定機において、外部光源も又備えることが可能である。そして光放射は、光源ガイドを介して、照明配置の発光素子となる。従って照明配置は、能動照明配置、すなわち専用の光源を備える照明配置、又は受動照明配置、すなわち照明配置に属さない外部光源から給光される照明配置、とすることが可能である。一般に照明配置は、光がレンズ装置上に入射する前に、発光素子に加えてコリメータをも備える。これにより、レンズ装置に入射する、又はレンズ装置の光入射面に入射する光放射がコリメートされる。当然ながらＬＥＤに加えて、例えばＯＬＥＤ、レーザ、任意の白色光源、又は他の種類の光放射を発光する源等である、他の光源も考えることができる。

照明配置の更なる実施形態において、照明配置は駆動装置を更に備える。駆動装置は、レンズ装置を、少なくとも１つの照明アセンブリに対して、中心軸まわりに回転させる。少なくとも１つの駆動装置を備えることができる。特に、例えば全周に均一に分布された、複数の駆動装置を備えることができる。この場合、駆動装置は、例えばレンズ装置と接触するホイールを介する圧力嵌めにより、レンズ装置を回転可能である。スリップに起因するステップの損失を避けるために、他の接続も備えることができる。例えばレンズ装置は、歯刻みにより保持可能である。及びこれらの歯刻みは、直接的又は間接的に駆動装置と係合可能である。

方法の更なる実施形態において、レンズ装置は、光入射面及び光出射面を備える。レンズ装置は、少なくとも１つのリング領域を備える。各リング領域は、レンズ装置の中心軸まわりに周方向に沿って延在する。各リング領域は、複数のエリアセグメントを備える。各エリアセグメントは、各リング領域の円弧部分を形成する。及び各エリアセグメントは、周方向に第１端部、及び周方向に第１端部に対向する第２端部を備える。第１端部おいて、光出射面は、光入射面に対して任意の第１角度で、中心軸の方向に傾斜される。及び第２端部において、光出射面は、光入射面に対して任意の第２角度で、中心軸の方向に傾斜される。この第２角度は、第１角度と異なる。

このようにして、第１の態様によるレンズ装置を備える方法が提供される。このレンズ装置により、費用対効果が促進され、及び方法の実行が簡単となる。

言うまでもなく、上述の特徴、及び以下に詳説される特徴は、特定された各組み合わせのみでなく、他の組み合わせ、または単独で、本発明の範囲を逸脱することなく使用可能である。

本発明の実施形態は、図面に示され、及び以下の記載において詳述される。

座標測定機の実施形態を示す図である。 照明アセンブリを備える座標測定機の光学センサの側面図である。 光学センサに連結された照明アセンブリの拡大図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。 照明アセンブリの実施形態の図である。 照明アセンブリの実施形態の図である。 照明アセンブリの実施形態の図である。 レンズ装置の実施形態の等角図である。 レンズ装置の更なる実施形態の等角図である。 レンズ装置の更なる実施形態の、概略的な平面図である。 レンズ装置の又更なる実施形態の、概略的な平面図である。 複数の照明配置に対する第１位置におけるレンズ装置を示す図である。 複数の照明配置に対する第２位置における、図９ａのレンズ装置を示す図である。 複数の照明配置に対して回転するレンズ装置の進行を示す図である。 複数の照明配置に対して回転するレンズ装置の進行を示す図である。 複数の照明配置に対して回転するレンズ装置の進行を示す図である。 多様なリング領域の、複数のエリアセグメントの拡大図である。 図１１ａのエリアセグメントを、反対方向から見た図である。 レンズ装置の更なる実施形態における多様なリング領域の、複数のエリアセグメントの拡大図である。 レンズ装置を回転させる効果を、概略的に視覚化した図である。 反射光暗視野照明を異なる作動距離で供給するレンズ装置の回転を、概略的に視覚化した図である。 方法の実施形態を示す図である。

図１は、座標測定機１０の実施形態を示す。座標測定機１０は、調節装置１２を備える。調節装置１２は、自動で座標測定機１０を制御するよう、具体化されている。この目的を達成するために、調節装置１２はデータ処理ユニット１４を備えることができる。さらに調節装置１２は、選択された作動モード、測定結果等に関する情報項目を、座標測定機１０のユーザに対して表示する表示装置も備えることができる。座標測定機１０は更に、操作装置１６を備える。ユーザは、操作装置１６により、座標測定機１０を制御可能である。この場合、操作装置１６は単に概略的に図示される。一方、操作装置１６により、座標測定機１０の手動の移動が促進される。操作装置１６は更に、操作モード等を選択するために、ユーザがシステムインプットを調節装置１２中に入力可能であるよう具体化される。調節装置１２は更に、座標測定機１０を自動的に調節することもできる。

座標測定機１０は、ワーク１８を測定する役割を果たす。この目的を達成するために、座標測定機１０は光学センサヘッド２０を備える。光学センサヘッド２０は、光学センサ２２及び照明アセンブリ２４を備える。照明アセンブリ２４は、光学センサ２２に連結される。

光学センサヘッド２０をワーク１８に対して移動可能とするために、座標測定機は、図１に示す実施形態において、ポータル２６を備える。このポータル２６は、Ｙ方向に移動可能である。キャリッジ２８は、Ｘ方向に移動可能に、ポータル２６のクロスビーム３０に据え付けられる。このようにして、光学センサヘッド２０は、キャリッジ２８をクロスビーム３０上で移動させることで、Ｘ方向に移動可能である。クイル３２はキャリッジ２８に備えられる。このクイル３２は、キャリッジ２８に対してＺ方向に移動可能である。そして光学センサヘッド２０は、クイル３２に取り付けられる。このようにして、光学センサヘッド２０を全ての３つの空間方向Ｘ、Ｙ及びＺに移動可能である。ポータル２６、キャリッジ２８及びクイル３２は、例えばいわゆる空気軸受けを使用して、相互に取り付け可能である。座標測定機１０は、ポータル２６、キャリッジ２８及びクイル３２の位置を捉えるために、スケールを備えることができる。例えば、Ｘ方向へのスケール３４、Ｙ方向へのスケール３６、及びＺ方向へのスケール３８を備えることができる。

さらに、座標測定機１０は保持装置４０を備えることができる。少なくとも１つの置場、特に複数の置場が、保持装置４０に備えられる。第１置場４２、第２置場４４、及び第３置場４６が図示される。特定の照明アセンブリ２４を保持するために、各置場４２、４４、４６を備えることが可能である。その際、例えば調節装置１２が、現に連結されている照明アセンブリ２４を、置場４２、４４、４６のいずれか１つの中にまで下降させ、及び（図示されていない）更なる照明アセンブリを別の置場４２、４４、４６からピックアップするようにして、照明アセンブリ２４を自動的に交換できる。

図示の実施形態において、保持装置４０はポータル２６に取り付けられる。保持装置４０は、クロスビーム３０の下で、Ｘ方向でクロスビーム３０に平行して延在する。代替的に、例えば保持装置４０をクロスビーム３０に直接取り付けることも可能である。照明アセンブリ２４を交換するための走行路は、保持装置４０を適切に配置することにより、特に短く保つことが可能である。しかしながら、図から明らかなように、図示の装置において、光学センサ２２及び保持装置４０を、Ｙ方向に相互に移動させる他の選択肢は、当初から存在しない。従って図示の実施形態において、保持装置４０は、ポータル２６のキャリッジ４８上に据え付けられる。それにより保持装置４０は、Ｙ方向で光学センサ２２に対して移動可能となる。この場合保持装置４０は、キャリッジ４８のポータル２６に対して、Ｙ方向で移動される。

当然ながら、保持装置４０の更なる代替的な配置を、考えることができる。例えば保持装置４０は、概略的に図示された配置ポイント５０、５２に位置可能である。その場合保持装置４０は、座標測定機１０において自由に屹立する。その場合光学センサ２２は、照明アセンブリ２４を降ろす又はピックアップするために、置場４２、４４、４６に対して自由にアプローチが可能である。

図２は、座標測定機１０の部分の詳細図を概略的に示す。再び、キャリッジ２８及びクイル３２が概略的に図示される。図２から見て取れるように、例えば、いわゆる関節ユニット５４を、クイル３２上に配置可能である。この関節ユニット５４は、２本の軸まわりの、特に、例えば図示のＺ方向及びＹ方向の両方向まわりの、光学センサ２２の回転を促進する。このようにして光学センサ２２は、ワーク１８を所望の観察角度から観察するために、複数の方向に整列可能である。Iこの場合、多様なシステム構成部品が、交換面５６を経由して連結される。例えば光学センサ２２は、交換面５６により関節ユニット５４に連結される。給電ライン、通信インタフェース、光学インタフェース等が、第一に光学センサ２２に電力を供給するため、第２にワーク１８を照射可能とするために、交換面５６を介して備えられる。さらに、光学センサ２２に捉えられたデータは、交換面５６及び交換面５６に備えられた複数のインタフェースを介して、調節装置１２及び調節装置１２のデータ処理ユニット１４へと導かれる。

照明アセンブリ２４は、第１インタフェース装置５８に沿って光学センサ２２に連結される。図示の実施形態において、照明アセンブリ２４は円形リング形状を有する。さらに光学センサ２２は、結像光学ユニット６０も備える。結像光学ユニット６０は、ワーク１８に受光された光放射を、光学センサ２２上に結像する役割を果たす。

照明アセンブリ２４の構成は、以下に更なる図面を参照して説明される。

図３は、照明アセンブリ２４を概略的に示す。照明アセンブリ２４は、光学センサ２２に連結される。照明アセンブリ２４は、本体６１を備える。そして本体６１は、光学センサ２２に面するセンサ側６２を備える。本体６１は、センサ側６２の反対側に、作動中にワーク１８に面するワーク側６４を備える。ワーク側６４は、作動中にワーク１８に面する。例えば、連結された状態で、本体６１のセンサ側６２は、センサ２２の連結側６６に対向する。さらに、照明アセンブリ２４はレンズ装置１２０を備える。レンズ装置１２０は以下に詳説される。さらに、レンズ装置１２０を、特に少なくとも１つの照明配置に対して回転させるよう具体化された駆動装置１２２を備えることができる。さらに、少なくとも１つのレンズ装置１２０及び／又は照明アセンブリの更なる素子を、結像光学ユニット６０に対して、結像光学ユニットの光軸に平行に、及び／又は中心軸１２４に対して平行に、移動させるよう具体化された駆動装置１２３を備えることができる。このようにして、光学的作動距離を維持可能であり、及び照明放射の中心軸に対する入射角を変更可能である。

三点式ベアリング６８が、光学センサ２２の連結側６６と本体６１のセンサ側６２を連結するために備えられる。基本的に、そうした三点式ベアリングは、平均的な当業者にとって既知であり、及び照明アセンブリ２４を、明確な位置で、光学センサ６２に対して連結する役割を果たす。この目的を達成するために、三点式ベアリング６８が照明アセンブリ２４のセンサ側６２に備えられる。及び三点式ベアリング素子７２が、光学センサ２２の連結側６６に備えられる。この場合には、例えばボール対、ボール‐ローラ対によるベアリング、又は三点式ベアリングの、第１ボールに対して窪んだベアリング、第２ボールに対してＶ溝のベアリング、及び第３ボールに対して面上のベアリングが、備えられる。

照明アセンブリ２４及び光学センサ２２を共に保持するために必要な保持力を加えるために、本体６１内に永久磁石７４を備えることができる。この場合永久磁石７４は、磁力線が第１インタフェース装置５８を経て、光学センサ２２を通り延在するよう配置される。そのため、適切な保持力が、照明アセンブリ２４と光学センサ２２の間に提供される。当然ながら磁力線は、プロセスにおいて、光学センサ２２内の強磁性物質を通り延在する必要がある。更なる永久磁石又は（この場合には図示されない）電磁石も、必要な保持力を永久磁石７４と共に加えるために、光学センサ内に存在してもよい。当然ながら、追加的な永久磁石を、照明アセンブリ２４及び／又は光学センサ内に備えることも可能である。当然ながら、永久磁石７４を光学センサ２２内のみに備えることも可能である。

さらに光学センサ２２は、切り替え可能な電磁石７６を備えることが可能である。この場合電磁石７６は、永久磁石７４により加えられた磁界を、少なくとも部分的に中和するよう構成される。そのため照明アセンブリ２４を、光学センサ２２からより容易に分離可能である。当然ながら、１つ又は複数の電磁石を、照明アセンブリ２４内に配置可能である。照明アセンブリ２４へのエネルギ供給が必要となるのを、回避可能であるよう、電磁石を光学センサ２２内に備えることができる。

さらに受電装置７７も、照明アセンブリ２４に備えることができる。この受電装置７７は、第１インタフェース装置５８を経て、無線又は有線で光学センサ２２に連結され、照明アセンブリ２４に電力供給部を備える。

図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。

図４の断面図で確認できるように、本体６１は環形を有する。換言すると、本体６１は実質的に、中央に刳り部を有する円筒形である。この点で、照明アセンブリ２４の本体６１は、空いた中央領域７８を備える。中央領域７８は、刳り部を形成する。さらに本体６１は、周辺領域８０を備える。図において、レンズ装置１２０は、本体６１に覆われる。そして周辺領域８０は、第１インタフェース装置５８を備える。第１インタフェース装置５８は、図示の実施形態においては、例えば３つの永久磁石７４、及び光学センサ２２からの光を照明アセンブリ２４中へ導く更なる光学インタフェース８２、及び照明アセンブリ２４に電力を供給する電気的インタフェース８４を備える。図４及び続く図面において、三点式ベアリングは概略的にのみ示される。

当然ながら、図４に示す実施形態は、単に例示的であると理解されるべきである。例えば、受動照明配置のみを備える照明アセンブリ２４は、周辺領域に電気的インタフェース８４を備えずともよい。さらに、能動照明配置のみを備える照明アセンブリ２４は、周辺領域に光学インタフェース８２を備えずともよい。

照明アセンブリ２４の第１実施形態は、例示的に図５ａに示される。同一素子は、同一の符号が付され、及び以下に繰り返して説明されることはない。

図示の実施形態において、光学センサ２２は、少なくとも１つの光源８６を備える。例えば光源８６は、例えばＬＥＤ又はＯＬＥＤ又はレーザとして、複数の点状光源として具体化可能である。これらの光源は、リング形状に配置され、特に中心軸１２４の全周に亘って均一に分布される。

照明アセンブリ２４は、複数の照明配置８８を備える。照明配置８８は、受動的にのみ具体化される。例えば、各照明配置８８は光導波路８９を備える。さらに各照明配置８８は、例えば屈折光学素子、回折光学素子、反射する光学素子、及び／又はホログラフィック光学素子等の、光学素子９０を備えることができる。しかしながら、これらはそうすべき、というものではない。所望の照明を照明配置８８により供給するために、そうした光学素子の任意の組み合わせが考えられる。さらに、光導波路８９に代えて、当然ながら、回転対称的に又は円形に配置された複数の照明配置を、考えることもできる。この場合、照明配置は、能動的又は受動的とすることができる。光源８６に放射される光は、光導波路８９中に結合されると、照明アセンブリ２４を通して導かれ、及び所望通りに偏向され、最終的に、ワーク１８への適切な照明が照明アセンブリ２４により供給される。さらに照明アセンブリ２４は、交換インタフェース装置９６を備える。交換インタフェース装置９６は、図示の実施形態において、周方向突起部として具体化される。その場合周方向突起部は、例えば保持装置４０の置場４２、４４、４６の周方向溝と相互作用可能である。そのため例えば照明アセンブリ２４を、そうした置場中に押し込むことが可能である。

照明アセンブリ２４の更なる実施形態が、図５ｂに示される。再び、同一素子は同一の符号に表示される。従って、差異のみが議論される。

照明アセンブリ２４は、識別装置９８を備える。識別装置９８は、識別読取装置１００により読み取り可能である。この場合、読み取りは有線又は無線で実行可能である。識別読取装置１００は、光学センサ２２内に配置可能である。しかしながら識別読取装置１００は、座標測定機１０の任意の他の素子内にも配置可能である。識別読取装置１００は直接的に、調節装置１２又はデータ処理ユニット１４の部分とすることも可能である。このようにして、照明アセンブリ２４を一意的に識別可能であり、及びこの情報を調節装置１２中へ提供可能である。これにより第一に、連結された照明アセンブリ２４及びその照明の種類を識別し、第二に、例えば照明アセンブリ２４の寸法を、識別装置９８に記憶させることも可能である。そして照明アセンブリ２４の寸法を読み出し可能とし、このようにして、照明アセンブリ２４に連結された光学センサ２２の動きを、衝突しないよう調節することが促進される。

図示の実施形態において、照明アセンブリ２４は、いわゆる能動照明アセンブリとして構成される。照明アセンブリ２４は、２つの光源１０２を備える。従って、図５ｂの照明アセンブリ２４は、２つの照明配置８８を備える。

特に、光源１０２は省エネルギのＬＥＤ／ＯＬＥＤ技術を使用して、又はレーザとして、具体化可能である。例えば光源１０２は、グループで、色に従って分離されて、連続波作動又はパルス作動で、作動される。多数の異なる光源を使用することが意図される場合、制御装置を、直接的に照明アセンブリ２４に備えることが有利である。従って、そうした制御装置に電力及び制御信号を供給する電気的インタフェースが、第１インタフェース装置５８を介して備えられるべきである。その場合、電力の供給は、実施形態において無線又は有線で具体化可能である。特に更には、制御装置に対するエネルギ供給及び光源１０２に対するエネルギ供給を、相互に分離させて構成可能である。さらに、コリメータ１２１を備えることができる。コリメータ１２１は、放射光を、レンズ装置１２０上に入射する前にコリメートする。

照明アセンブリ２４の更なる実施形態が、図５ｃに示される。図５ｃの照明アセンブリ２４は、組み合わされた能動及び受動照明配置８８の両方を備える。例えば図示の例において、２つの照明配置８８が、２つのみの光導波路８９、１０３によって備えられる。光導波路８９、１０３は、光学センサ２２の光源８６により放射された光を、照明アセンブリ２４を通して導く。さらに、各々能動光放射光源１０２として装備された２つの照明配置８８が、補助的に備えられる。

従って、本発明による照明アセンブリ２４は、受動照明配置を備える、能動照明配置を備える、又は能動及び受動照明配置８８の両方を備える、ことが可能である。

図６ａは、レンズ装置の実施形態を示す。図示のレンズ装置１２０は、リング形状で、中心軸１２４まわりに延在する。レンズ装置１２０は、光入射面１２６及び光出射面１２８を備える。光入射面１２６及び光出射面１２８は、レンズ装置１２０の光学有効面である。図示の実施形態において、レンズ装置１２０は４つのリング領域１３０、１３２、１３４及び１２６を備える。一般にレンズ装置１２０は、少なくとも１つのリング領域１３０を備える。各リング領域１３０乃至１３６は、完全に閉じたリングの単に部分、又は完全に閉じたリング、とすることができる。全ての４つのリング領域１３０乃至１３６は、図示の実施形態においては、完全に閉じたリングである。リング領域１３０乃至１３６は、中心軸１２４まわりに異なる半径距離で、同心で延在する。中心軸１２４まわりの周方向は、矢印１３８により表示される。各リング領域は、中心軸まわりに周方向１３８に延在する。

各リング領域１３０乃至１３６は、複数のエリアセグメント１４０を備える。エリアセグメント１４０は、各リング領域の円弧部分１４２を形成する。例えば、完全に閉じた領域において、エリアセグメント１４０が相互に直に隣接して配置されている場合、完全に閉じたリング領域は、合計で２４のエリアセグメントを備える。これらのエリアセグメントのうちの各１つのエリアセグメントは、１５°の円弧角度に亘って延在する。しかしながら、これは単に例示的、と理解されるべきである。当然ながら、他の細分化も実施可能である。

各エリアセグメント１４０は適宜、周方向１３８に第１端部１４４及び第２端部１４６を備える。各エリアセグメント１４０の第１端部１４４において、光出射面１２８は、光入射面１２６に対して任意の第１角度１４８で、中心軸１２４方向に傾斜される。従ってこの角度又は傾斜角度は、光出射面が第１端部１４４において、中心軸１２４を含む面内の想像上の線において、中心軸１２４と共に含む角度である。この角度が９０°である場合、光出射面は第１端部において、中心軸１２４に垂直である。この角度が０°である場合、光出射面は第１端部１４４において、中心軸１２４に平行に延在する。動内容が、当然ながら対応して第２端部１４６にも適用される。第２端部１４６において、光出射面１２８は、光入射面１２６に対して任意の第２角度で、中心軸１２４の方向に傾斜される。この第２角度は、第１角度１４８と異なる。従って各エリアセグメント１４０の光出射面１２８は、第１端部１４４及び第２端部１４６において、光入射面１２６に対して異なる角度で、中心軸の方向に傾斜される。特に、各エリアセグメントの光出射面１２８は、周方向１３８に垂直な径方向１６４に、いかなる湾曲をも有さない。光出射面１２８は、各エリアセグメント１４０において、第１端部１４４から第２端部１４６に向かい、いわば「ねじれる」のである。従って、第１角度１４８から第２角度１５０への移行部が存在する。特にこの移行部は、特に線形プロファイルである、連続プロファイルを備えることができる。

基本的に、各エリアセグメント１４０の第１角度１４８及び第２角度１５０は、任意に選択可能である。従って、これらの角度は、各エリアセグメントに関して相互に異なることが可能である。しかしながら、特に各リング領域１３０乃至１３６のうち、同一のリング領域のエリアセグメント１４０は、同一のリング領域の第１端部１４４において同一の第１角度１４８を、及び同一のリング領域の第２角度１４６において同一の第２角度１５０を備える。しかしながらリング領域１３０乃至１３６の間で、各第１角度１４８及び各第２角度１５０が、相互に異なることが可能である。そうした設定は、中心軸１２５からの半径距離が異なることを理由として、得策となりえる。しかしながら、各第１角度１４８及び各第２角度１５０を、全てのリング領域１３０乃至１３６及び全てのエリアセグメント１４０に対して、同一とすることも可能である。

特に、照明配置８８は各エリアセグメント１４０に割り当て可能である。照明配置８８は、例えばＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はレーザのような光源であり、「能動」的とすることが可能である。基本的に、コリメータ等のような更なる光学素子を、光源とレンズ装置の間に、各々配置可能である。しかしながら照明配置８８を、例えば、離れて位置する発光素子から光を供給する光導波路の光出射面である、「受動」照明配置とすることも可能である。例えば、単一の発光素子に由来する複数の光導波路を備え、この複数の光導波路が照明配置に光を供給することも可能である。

従って、照明配置８８は各エリアセグメント１４０に割り当てられる。ここで、レンズ装置１２０が中心軸１２４まわりに回転することで、レンズ装置１２０が、照明配置８８からの光を中心軸１２４に対して偏向する角度を、変更可能である。例えば全ての照明配置は、第一位置において、各エリアセグメント１４０の各第１端部１４４の近傍に配置される。回転により、各照明配置８８がエリアセグメント１４０の各第２端部１４６の近傍に配置される、第２位置に到達可能である。従って、第１角度１４８は第１位置において、及び第２角度１５０は第２位置において作用する。このようにして、異なる作動距離が照明されることが可能である。従って、例えば暗視野トップライト照明を、測定対象物の距離へ理想的に調整可能である。作動距離の変更の最に、例えば照明アセンブリを変える必要がない。

図６ａに示す実施形態において、レンズ装置が最大で１５°回転することにより、照明は、第１角度１４８と第２角度１５０の間の全角度範囲を通過可能である。このようにして、対応する照明距離範囲を通過可能であり、及び、特に暗視野トップライト照明である反射光照明を、所望通りに設定可能である。暗視野トップライト照明は、設定照明距離又は中心軸１２４への入射角に対して、極めて鋭敏である。従って、特に暗視野トップライト照明である場合に、可変の作動距離に対して、照明を繊細に調整可能である。この点で、レンズ装置１２０を照明配置８８に対して回転させる単一のアクチュエータで、十分とすることが可能である。

図６ｂは、レンズ装置１２０の更なる実施形態を示す。同一素子は、同一の符号が付され、及び以下に繰り返して説明されることはない。この実施形態において、各レンズセグメント１４０は、フレネル化される、つまりフレネルレンズとして具体化される。このため、光出射面１２８はこの実施形態においてフレネル化される。基本的に、代替的又は累積的に、光入射面１２６をフレネル化することも可能である。

図７は、レンズ装置１２０の更なる実施形態の概略的な平面図である。レンズ装置は、３つのリング領域１３０、１３２、１３４を備える。これらのリング領域１３０、１３２、１３４は、中心軸１２４まわりに空いた中央領域７８のまわりに、同心で延在する。角度１４８及び１５０は、平面図において概略的に示される。図に見られるように、第１端部１４４及び第２端部１５０での角度は、中心軸１２４を含む面において延在する。各角度は、光出射面１２８の想像上の延長部分が、中心軸１２４と共に含む角度である。結局のところ、中心軸１２４を含む面の内部のこの角度が、照明配置８８の光がどのくらい強く中心軸１２４に向かって屈折されるかを決定し、及びそれにより照明距離を決定する。図７の平面図においては、全てのエリアセグメント１４０が、相互に直に隣接していることを確認できる。これは、全ての３つのリング領域１３０、１３２、１３４の場合についても同様である。

図８は、レンズ装置１２０’’の更なる概略的な平面図である。差異のみが、以下に議論される。同一素子は引き続き、同一の符号に表示される。エリアセグメントは再び、第３リング領域１３４において、相互に直に隣接して配置される。しかしながら、第１リング領域１３０及び第２リング領域１３２においては、エリアセグメントは、エリアセグメントの間に、間隔又は間隙１６０を有して配置される。従って各リング領域１３０乃至１３６は、この場合には、関連するエリアセグメント１４０の間が同一の半径距離１５２であることを特徴とする。しかしながら全てのリング領域は、図８の実施形態において、完全なリングである。

しかしながら、場合によっては、例えば照明配置８８を非対称配置とすることも可能である。例えば、第１リング領域１３０の各半径距離１５２で備えられた２つのみの照明配置が、符号１４０’で示されたエリアセグメントに割り当てられる。そうすると、対応して第１リング領域１３０は、完全なリングの部分のみとなるであろう。しかし、エリアセグメント１４０’は依然として中心軸１２４から同一の半径距離１５２で配置されることになろう。

図９ａ及び図９ｂは、再び、レンズ装置１２０の中心軸１２４まわりの回転を視覚化する。図９ａにおいて照明配置は、レンズ装置１２０に対する第１位置に配置される。図９ｂにおいて照明配置は、第２位置に配置される。３つの照明配置８８、８８’及び８８’’は、割り当てられたエリアセグメント１４０、１４０’及び１４０’’と共に、例示的に符号が付される。対応する素子は、図９ｂにおいても符号が付される。照明配置８８は、固定して配置される。従って、レンズ装置１２０が中心軸１２４まわりに周方向１３８に回転すると、基本的に、レンズ装置１２０の有効屈折角が変化する。有効屈折角は、第１角度１４８から第２角度１５０へと変化する。異なる作動距離が照明される。

図１０ａ及び図１０ｃは一連として、照明配置８８、８８’及び８８’’を、関連するエリアセグメント１４０、１４０’及び１４０’’と共に拡大した図を示す。図１０ａは第１位置を、及び図１０ｃは第２位置を示す。図１０ｂは、レンズ装置１２０が照明配置８８、８８’及び８８’’に対して周方向に回転する間の中間位置を示す。

図１１ａ及び図１１ｂは、４つの個別のエリアセグメントを、４つの異なるリング領域から分離させて、対向する視点で例示的に示す。各エリアセグメント１４０が、対応するリング領域の円弧部分１５２であることが確認できる。各エリアセグメント１４０は適宜、径方向外面１６８、径方向内面１７０、第１端部１４４の側面１７２、及び第２端部１４６の側面１７４を備える。従って、側面１７２及び１７４は同様に、中心軸１２４まわりを含む面に位置する。従ってここで、光出射面１２８は、第１端部１４４において、光入射面１２６に対して中心軸１２４の方向に第１角度を備え、及び第２端部１４６において、光入射面１２６に対して中心軸の方向に第２角度１５０を備える。図１１ａにおいて、中心軸１２４は、概略的にオフセット配置されて示される。確認できるように、第１角度１２８から第２角度１５０への連続的な線形移行部を、特にエリアセグメント１４０又は光出射面１２８を、特に周方向１３０まわりに回転させることにより、得ることが可能である。このようにして、光出射面１２８が各エリアセグメント１４０において自由曲面となる。これは、光出射面１２８がいかなる対称性をも有さないことを意味する。

図１１ｃは、レンズ装置の更なる実施形態を示す。同一素子は、同一の符号が付され、及び以下に繰り返して説明されることはない。この実施形態において、各レンズセグメント１４０は、フレネル化される、つまりフレネルレンズとして具体化される。このために光出射面１２８は、この実施形態においてフレネル化される。基本的に、代替的又は累積的に、光入射面１２６をフレネル化することも可能である。この目的を達成するために、各レンズセグメント１４０は多数の表面部分１６８を備える。表面部分１６８は、相互に平行して延在し、及び光入射面１２６に対して同一の角度で傾斜される。その結果、表面部分１６８において、各第１角度１４８及び第２角度１５０が相互に対応する。また第１角度１４８から第２角度１５０への角度プロファイルも、表面部分１６８において、各々が対応する。その結果、各フレネル化レンズセグメント１４０は、例えば図１１ａで示された非フレネル化レンズセグメント１４０のような、中心軸１２４の方向への各作用角度又はプリズム偏向を発生させる。

図１２は、レンズ装置１２０の第１位置（Ｉ）と第２位置（ＩＩ）の間の回転の効果を、真に概略的に図解する。光源１０２、コリメーション素子１２１、及びフレネル例１６６の形状であるレンズ装置１２０の屈折効果が、真に概略的に示される。第１位置において、第１角度１４８が中心軸１２４の方向に、光入射面１２６に対して与えられる。さもなければ、従来技術に従った場合、この第１角度には、例えば第１レンズ１６６が必要となる。第２位置においては、第２角度１５０が与えられることになり、さもなければ、第２角度には、例えば第２レンズ１６６’が必要となる。しかしながらそれは、本発明によるレンズ装置１２０には不要である。レンズ装置を単に回転させることで、異なる角度１４８及び１５０を提供することができる。

これは、図１３に再度概略的に示される。第１位置において第１作動距離１５６を、本発明による照明アセンブリ２４により、暗視野トップライト照明として照明可能である。照明アセンブリ２４は、レンズ装置１２０を備える。作動距離が第２作動距離１５８へと変更されても、照明アセンブリ２４を交換する必要なはい。レンズ装置１２０を第２位置へと回転させることで、反射光暗視野照明を、新たな作動距離１５８へと理想的に設定可能である。及び、従って測定対象物１８は、再度暗視野において照明される。

従って図１４は、測定対象物１８を、特に暗視野トップライト照明で照明する方法の実施形態を示す。方法は概して、符号２００で示される。方法において、照明アセンブリを備える座標測定機が備えられる。照明アセンブリはレンズ装置を備える。レンズ装置は、特にリング形状で、レンズ装置の中心軸１２４まわりに周方向に沿って延在する。及び最終的に、ステップ２０４を実行する。ステップ２０４において、レンズ装置を、中心軸１２４まわりに回転させる。特に中心軸１２４は、座標測定機の光学センサの、結像光学ユニットの光学軸とすることが可能である。これは、本発明の全ての構成における中心軸１２４に関して、そうすることが可能である。

さらに、事前にステップ２０２を実行可能である。ステップ２０２に従い、レンズ装置１２０が備えられる。このレンズ装置は、光入射面１２６及び光出射面１２８を備える。光出射面１２８は、少なくとも１つのリング領域１３０、１３２、１３４、１３６を備える。各リング領域１３０、１３２、１３４、１３６は、レンズ装置１２０の中心軸１２４まわりに周方向１３８に沿って延在する。各リング領域１３０、１３２、１３４、１３６は、複数のエリアセグメント１４０を備える。各エリアセグメント１４０は、各リング領域１３０、１３２、１３４、１３６の円弧部分１４２を形成する。及び各エリアセグメント１４０は、周方向１３８に第１端部１４４、及び周方向１３８に第１端部１４４に対向する第２端部１４６を備える。第１端部１４４において、光出射面１２８は、光入射面１２６に対して任意の第１角度１４８で、中心軸１２４の方向に傾斜される。及び第２端部１４６において、光出射面１２８は、光入射面１２６に対して任意の第２角度１５０で、中心軸１２４の方向に傾斜される。この第２角度は、第１角度１４８と異なる。

Claims (23)

1. 照明アセンブリ（２４）用のレンズ装置（１２０）であって、該レンズ装置は、光入射面（１２６）及び光出射面（１２８）を備え、前記レンズ装置（１２０）は、少なくとも１つのリング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）を備え、各リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）は、前記レンズ装置（１２０）の中心軸（１２４）まわりに周方向（１３８）に沿って延在し、前記各リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）は、複数のエリアセグメント（１４０）を備え、各エリアセグメント（１４０）は、各リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）の円弧部分（１４２）を形成し、及び各エリアセグメント（１４０）は、前記周方向（１３８）に第１端部（１４４）、及び前記周方向（１３８）に前記第１端部（１４４）に対向する第２端部（１４６）を備え、前記第１端部（１４４）において、前記光出射面（１２８）は、前記光入射面（１２６）に対して任意の第１角度（１４８）で、前記中心軸（１２４）の方向に傾斜され、及び前記第２端部（１４６）において、前記光出射面（１２８）は、前記光入射面（１２６）に対して任意の第２角度（１５０）で、前記中心軸（１２４）の方向に傾斜され、前記第２角度は前記第１角度（１４８）と異なり、同一の前記リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）の全てのエリアセグメント（１４０）が、前記第１端部（１４４）において、前記中心軸（１２４）の方向に同一の前記第１角度（１４８）を備え、及び前記第２端部（１４６）において、前記中心軸（１２４）の方向に同一の前記第２角度（１５０）を備える、レンズ装置（１２０）。
2. 前記リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）の間で、各前記第１角度（１４８）が相互に異なり、及び前記リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）の間で、各前記第２角度（１５０）が相互に異なることを特徴とする、請求項１に記載のレンズ装置（１２０）。
3. 各リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）の前記エリアセグメント（１４０）は、相互に直に隣接して配置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレンズ装置（１２０）。
4. 各エリアセグメント（１４０）は、前記周方向（１３８）に前記第１角度（１４８）から前記第２角度（１５０）への連続的な移行部を備えて具体化され、前記第２角度（１５０）は前記第１角度（１４８）よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
5. 前記連続的な移行部は、前記第１角度（１４８）から前記第２角度（１５０）へ、連続的に増加して及び／又は線形に、延在することを特徴とする、請求項４に記載のレンズ装置（１２０）。
6. 少なくとも１つのリング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）は完全に閉じたリングであること、及び／又は少なくとも１つのリング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）はリングの部分であること、を特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
7. 各リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）は完全に閉じたリングであること、を特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
8. 前記レンズ装置（１２０）は複数のリング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）を備え、該複数のリング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）は、前記中心軸（１２４）まわりに同心で配置されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
9. 少なくとも２つの前記リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）が、前記中心軸（１２４）から異なる半径距離（１５２）で配置されることを特徴とする、請求項８に記載のレンズ装置（１２０）。
10. 一体的に構成されていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
11. 全体として閉じたリングの形状を有し、該リングは前記中心軸（１２４）まわりに配置されることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
12. 前記リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）のうちの少なくとも１つのリング領域の前記第１角度（１４８）の絶対値は、０°と４４．９°を含めて０°から４４．９°までの範囲にあり、及び前記リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）のうちの少なくとも１つのリング領域の前記第２角度（１５０）の絶対値は、２０°と９０°を含めて２０°から９０°までの範囲にあることを特徴とする、請求項２乃至１１のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
13. 前記リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）のうちの少なくとも１つのリング領域の前記第１角度（１４８）の絶対値は、５°から１９．９°までの範囲にあり、及び前記リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）のうちの少なくとも１つのリング領域の前記第２角度（１５０）の絶対値は、２０°から４５°までの範囲にあることを特徴とする、請求項１２に記載のレンズ装置（１２０）。
14. 空いた中央領域（７８）を、少なくとも１つのリング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）の内部に径方向で備えることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
15. 各エリアセグメント（１４０）が、自由曲面として具体化されていることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
16. 前記エリアセグメント（１４０）のうちの少なくとも１つのエリアセグメントが、フレネル化されることを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
17. 少なくとも１つのリング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）の各リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）のエリアセグメントが、同一であることを特徴とする、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）。
18. 光学センサ（２２）によりワーク（１８）を測定する座標測定機（１０）用の照明アセンブリ（２４）であって、少なくとも１つの照明配置（８８）を備え、及び請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のレンズ装置（１２０）を備えることを特徴とする、照明アセンブリ（２４）。
19. 複数の照明配置（８８）を備え、及び該照明配置（８８）が各エリアセグメント（１４０）に割り当てられることを特徴とする、請求項１８に記載の照明アセンブリ（２４）。
20. 少なくとも１つの照明配置（８８）が光源を備えること、及び／又は前記照明配置（８８）が光導波路（８９、１０３）の光出射面（１２８）であること、を特徴とする、請求項１８又は１９に記載の照明アセンブリ（２４）。
21. 少なくとも１つの駆動装置（１２２）を更に備え、該駆動装置（１２２）が、前記レンズ装置（１２０）を、少なくとも１つの照明アセンブリ（２４）に対して、前記中心軸（１２４）まわりに回転させることを特徴とする、請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の照明アセンブリ（２４）。
22. 光学センサ（２２）によりワーク（１８）を測定する座標測定機（１０）であって、請求項１８乃至２１のいずれか一項に記載の照明アセンブリ（２４）を備え、及び前記光学センサの測定コーンが前記中心軸（１２４）に沿って延在することを特徴とする、座標測定機（１０）。
23. 座標測定機（１０）の暗視野トップライト照明の照明作動距離（１５６、１５８）を変化させる方法（２００）であって、前記座標測定機（１０）は照明アセンブリ（２４）を備え、該照明アセンブリ（２４）はレンズ装置（１２０）を備え、該レンズ装置（１２０）はリング形状で、前記レンズ装置（１２０）の中心軸（１２４）まわりに周方向（１３８）に沿って延在し、前記方法は、前記レンズ装置（１２０）を前記中心軸（１２４）まわりに回転させるステップ（２０４）を含み、
    前記レンズ装置（１２０）は、光入射面（１２６）及び光出射面（１２８）を備え、前記レンズ装置（１２０）は、少なくとも１つのリング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）を備え、各リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）は、前記レンズ装置（１２０）の中心軸（１２４）まわりに周方向（１３８）に沿って延在し、各リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）は、複数のエリアセグメント（１４０）を備え、各エリアセグメント（１４０）は、各リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）の円弧部分（１４２）を形成し、及び各エリアセグメント（１４０）は、前記周方向（１３８）に第１端部（１４４）、及び前記周方向（１３８）に前記第１端部（１４４）に対向する第２端部（１４６）を備え、前記第１端部（１４４）において、前記光出射面（１２８）は、前記光入射面（１２６）に対して任意の第１角度（１４８）で、前記中心軸（１２４）の方向に傾斜され、及び前記第２端部（１４６）において、前記光出射面（１２８）は、前記光入射面（１２６）に対して任意の第２角度（１５０）で、前記中心軸（１２４）の方向に傾斜され、前記第２角度は前記第１角度（１４８）と異なり、同一の前記リング領域（１３０、１３２、１３４、１３６）の全てのエリアセグメント（１４０）が、前記第１端部（１４４）において、前記中心軸（１２４）の方向に同一の前記第１角度（１４８）を備え、及び前記第２端部（１４６）において、前記中心軸（１２４）の方向に同一の前記第２角度（１５０）を備える、方法（２００）。

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