WO2014094828A1 - Zoom lens having setting error correction - Google Patents

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WO2014094828A1
WO2014094828A1 PCT/EP2012/075968 EP2012075968W WO2014094828A1 WO 2014094828 A1 WO2014094828 A1 WO 2014094828A1 EP 2012075968 W EP2012075968 W EP 2012075968W WO 2014094828 A1 WO2014094828 A1 WO 2014094828A1
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Thomas Engel
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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Abstract

The invention relates to a zoom lens for an optical coordinate measuring instrument (1), which is designed to determine geometric properties of an object to be measured. Arranged on the zoom lens are a first active optical group (14) and at least one second active optical group (16a), which can be moved along a common optical axis (40). At least the second active optical group (16a) can specifically be displaced axially along a guide system (34) parallel to the optical axis (40). Furthermore, the zoom lens has a setting device (20) for positioning the axially displaceable second active group (16a) on the guide system (34), having at least one information carrier (22) which has a defined scale (24) for position determination. The first detector (26) for position determination is coupled to the first active group (14), and at least one second detector (27a) for position determination is coupled to the second active group (16a). Furthermore, the first detector (26) and the second detector (27a) are each designed to read the information carrier (22), in order to permit a position determination of the first and the second active group (14, 16a) relative to a common information carrier (22).

Description

Zoomobjektiv mit Stellfehlerkorrektur  Zoom lens with adjustment error correction
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zoomobjektiv für ein optisches Ko- ordinatenmessgerät, das zum Bestimmen von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts ausgebildet ist, mit einer ersten optischen Wirkgruppe und mindestens einer zweiten optischen Wirkgruppe, die entlang einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind, wobei mindestens die zweite optische Wirkgruppe axial entlang eines Führungssystems parallel zu der optischen Achse gezielt verschiebbar ist, mit einer Einsteilvorrichtung zum Positionieren der axial verschiebbaren zweiten Wirkgruppe auf dem Führungssystem, mit zumindest einem Informationsträger, der einen definierten Maßstab zur Positionsbestimmung aufweist, mit einem ersten Detektor, der zur Positionsbestimmung mit der ersten Wirkgruppe gekoppelt ist, und mit mindestens einem zweiten Detektor, der zur Positionsbestimmung mit der zweiten Wirkgruppe gekoppelt ist. [0001] The present invention relates to a zoom lens for an optical coordinate measuring device, which is designed to determine geometric properties of a measurement object, having a first optical activity group and at least one second optical activity group, which are arranged along a common optical axis, wherein at least the second optical active group is axially displaceable axially along a guide system parallel to the optical axis, with an adjusting device for positioning the axially displaceable second active group on the guide system, with at least one information carrier having a defined scale for position determination, with a first detector for position determination is coupled to the first active group, and with at least one second detector, which is coupled for position determination with the second active group.
[0002] Ein solches Zoomobjektiv ist beispielsweise aus DE 24 10 744 bekannt. Such a zoom lens is known for example from DE 24 10 744.
[0003] In der industriellen Messtechnik werden zunehmend optische Messverfahren eingesetzt, bei denen unter anderem Zoomobjektive verwendet werden, um hochauflösende Messungen zu ermöglichen. Beispielsweise offenbart WO 99/053268 ein Koordinatenmessgerät mit einem Zoomobjektiv. Für Anwendungen in der Messtechnik werden Zoomobjektive benötigt, die sehr präzise und vor allem reproduzierbar die für eine Messung gewünschte Vergrößerung und Fokussierung einstellen können. Abweichungen in der Vergrößerung/Fokussierung vergrößern die minimal erreichbare Messunsicherheit und führen daher zu einer Verringerung der Messgenauigkeit. Eine Fehlpositionierung der optischen Wirkgruppen, wie sie etwa durch Stell- bzw. Zählfehler der elektrischen Antriebe, Fertigungsungenauigkeiten in der mechanischen Ablaufführung oder aber durch thermische Effekte, wie Veränderung der Umgebungstemperatur und/oder Eigenerwärmung des Objektivs durch die elektrischen Antriebe, auftreten kann, trägt erheblich zur Messunsicherheit bei. Bekannte Zoomobjektive sind in dieser Hinsicht und insbesondere für Anwendungen im Bereich der Messtechnik noch nicht optimal. [0004] Die eingangs genannte DE 24 10 744 beschreibt ein Zoomobjektiv mit veränderbarer Brennweite bestehend aus mehreren beweglichen optischen Wirkgruppen (dort als Glieder bezeichnet), die mit Lagedetektoren gekoppelt sind. Des Weiteren besitzt das Objektiv eine Einrichtung zur Durchführung von mathematischen Operationen und eine Einsteileinrichtung, mit der die Position einer optischen Wirkgruppe entlang der optischen Achse geändert werden kann. Für die Tätigung von Aufnahmen, bei denen ein Zoombetrieb erfolgt, wird zunächst eine Wirkgruppe zu Fokussierungszwecken verschoben. Anschließend wird mit einer anderen Wirkgruppe die Vergrößerung eingestellt und der Verschiebungsbetrag von dem ersten Detektor ermittelt. Danach wird die zunächst verschobene Wirkgruppe in Abhängigkeit des ermittelten Verschiebungsbetrages nochmals verschoben und somit der veränderten Vergrößerung nachgeführt. Der Verschiebemechanismus ist so ausgelegt, dass bei einer Änderung in der Vergrößerung die beweglichen Wirkgruppen so nachgestellt werden, dass keine Bildverschiebung der Bildebene auftritt. In industrial metrology optical measuring methods are increasingly being used in which, inter alia, zoom lenses are used to enable high-resolution measurements. For example, WO 99/053268 discloses a coordinate measuring machine with a zoom lens. For applications in metrology, zoom lenses are required, which can set the desired magnification and focusing very precisely and, above all, reproducibly. Deviations in the magnification / focusing increase the minimum achievable measurement uncertainty and therefore lead to a reduction of the measurement accuracy. A mispositioning of the optical active groups, as may occur, for example, by setting or counting errors of the electric drives, manufacturing inaccuracies in the mechanical drainage or by thermal effects, such as changes in ambient temperature and / or self-heating of the lens by the electric drives, contributes significantly for measuring uncertainty. Known zoom lenses are not optimal in this regard, and especially for applications in the field of measurement technology. The aforementioned DE 24 10 744 describes a zoom lens with variable focal length consisting of several movable optical groups of action (referred to therein as links) which are coupled to position detectors. Furthermore, the objective has a device for performing mathematical operations and an adjusting device with which the position of an optical active group along the optical axis can be changed. In order to make recordings in which a zoom operation takes place, an effect group is first moved for focusing purposes. Subsequently, the magnification is set with another active group and the shift amount is determined by the first detector. Thereafter, the first shifted active group is shifted again as a function of the determined shift amount and thus tracks the changed magnification. The shift mechanism is designed so that when the magnification changes, the moving groups are adjusted so that no image shift occurs on the image plane.
[0005] DE 24 25 645 beschreibt eine weitere Einsteileinrichtung für Zoomobjektive mit veränderbarer Brennweite. Hierbei wird eine verschiebbare optische Wirkgruppe mit einer Abtasteinrichtung verbunden, die durch Abtastung einer auf einem Informationsträger angebrachten digitalen Steuerspur auf optisch-elektronischem Wege Impulse an einen Motor zur automatischen Steuerung der anderen Wirkgruppe schickt. DE 24 25 645 describes a further adjustment device for zoom lenses with variable focal length. In this case, a displaceable optical action group is connected to a scanning device that sends pulses to a motor for automatic control of the other action group by scanning a mounted on an information carrier digital control track in an opto-electronic way pulses.
[0006] Aus DE 26 1 1 639 ist ein weiteres Zoomobjektiv bekannt, bei dem die zueinander abhängigen Verstellwege der axial verschiebbaren optischen Wirkgruppen in einem Speicher in digitaler Form fest eingespeichert sind. Durch eine Steuerschaltung werden die Informationen aus dem Speicher ausgelesen und über elektromechanische Mittel auf die abhängige Verstellbewegung der ausführenden optischen Schiebeglieder übertragen. From DE 26 1 1 639 a further zoom lens is known in which the mutually dependent adjustment paths of the axially displaceable optical active groups are stored in a memory in digital form. By a control circuit, the information is read from the memory and transmitted via electromechanical means to the dependent adjustment of the exporting optical sliding elements.
[0007] Generell beruhen die bekannten Zoomobjektive auf dem Prinzip, die optischen Wirkgruppen des Zoom objektives entlang einer optischen Achse zu positionieren, um eine gewünschte Vergrößerung und/oder Fokussierung einzustellen. Die optischen Wirkgruppen werden hierzu relativ zueinander in vordefinierte Positionen verfahren, beispielsweise durch mechanische oder elektrische Antriebe. Mechanische Antriebe können durch mechanische Kopplungen, Getriebe, Hebelverbindung oder mechanische Kurvenscheiben oder Walzen mit Ablaufkurven realisiert werden. Elektrische Antriebe können mit Schrittmotoren mit Spindeln, Riemen und/oder Zahnstangen aufgebaut sein. Die Positionierung der einzelnen Wirkgruppen entlang der optischen Achse kann bei elektrischen Antrieben mit Schrittmotoren durch das Zählen von Stellschritten ausgehend von einem Referenzpunkt erfolgen. Alternativ können auch DC-Motorantriebe (bürstenbehaftete oder bürstenlose Motoren) eingesetzt werden, die z.B. mit einem Encoder oder Zähler entweder absolut messend oder bezogen auf Referenzpunkte zählen. Die erreichbare Abbildungsgüte ist maßgeblich von der genauen Positionierung der einzelnen Wirkgruppen abhängig und somit unmittelbar von der Fertigungsgenauigkeit der mechanischen Ablaufführung bzw. der Stellgenauigkeit der Motoren. In general, the known zoom lenses based on the principle of positioning the optical groups of the zoom objective along an optical axis to set a desired magnification and / or focusing. For this purpose, the optical active groups are moved relative to one another into predefined positions, for example by mechanical or electrical drives. Mechanical drives can be realized by mechanical couplings, gears, lever connection or mechanical cams or rollers with flow curves. Electric drives can be constructed with stepper motors with spindles, belts and / or racks. The positioning of the individual active groups along the optical axis can be done in electric drives with stepper motors by counting Stellstellten starting from a reference point. Alternatively, DC motor drives (brushed or brushless motors) can be used which, for example with an encoder or counter, either measure absolutely or refer to reference points. The achievable image quality is significantly dependent on the exact positioning of the individual groups of action and thus directly on the manufacturing accuracy of the mechanical flow control and the positioning accuracy of the motors.
[0008] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zoomobjektiv für die Verwendung an Koordinatenmessgeräten bereitzustellen, das eine sehr präzise und vor allem sehr exakt reproduzierbare Positionierung der optischen Wirkgruppen ermöglicht. Against this background, it is an object of the present invention to provide a zoom lens for use on coordinate measuring machines, which allows a very precise and above all very precisely reproducible positioning of the optical groups.
[0009] Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Zoomobjektiv eingangs genannter Art dadurch gelöst, dass der erste Detektor und der zweite Detektor jeweils dazu ausgebildet sind, den Informationsträger auszulesen, um eine Positionsbestimmung der ersten und der zweiten Wirkgruppe relativ zu einem gemeinsamen Informationsträger zu ermöglichen. According to one aspect of the invention, this object is achieved with a zoom lens of the type mentioned in that the first detector and the second detector are each adapted to read the information carrier to a position determination of the first and the second active group relative to a common To enable information carriers.
[0010] Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, innerhalb des Zoomobjektivs ein gemeinsames Referenzelement, den gemeinsamen Informationsträger, einzuführen, auf das sich die Wirkgruppen des Zoomobjektives einheitlich beziehen. The present invention is thus based on the idea to introduce within the zoom lens a common reference element, the common information carrier, to which the active groups of the zoom lens relate uniformly.
Hierzu sind an den Wirkgruppen Detektoren zum Auslesen des Informationsträgers angeordnet, wobei der Informationsträger einen auslesbaren und/oder abtastbaren Maßstab aufweist. In vorteilhaften Varianten weist das Zoomobjektiv definierte Betriebsstellungen auf, in denen sich die optischen Wirkgruppen in definierten Positionen oder in definierten Abständen zueinander befinden, um gewünschte Abbildungseigenschaften bereitzustellen. Während und/oder nach der Einnahme einer Betriebsstellung wird die tatsächliche Position der ersten, zweiten und/oder jeder weiteren Wirkgruppe durch die jeweiligen Detektoren im Bezug auf den Informationsträger bestimmt. Durch Abgleichen der Messwerte mit Erwartungswerten kann ein Stell- oder Positionierungsfehler ermittelt werden. Die Verwendung eines gemeinsamen Informationsträgers für eine Vielzahl von optischen Wirkgruppen in einem Objektiv führt dabei zu einer sehr hohen Reproduzierbarkeit und infolge dessen zu einer geringen Messunsicherheit. For this purpose, detectors for reading out the information carrier are arranged on the active groups, wherein the information carrier has a readable and / or scannable scale. In advantageous variants, the zoom lens has defined operating positions in which the optical active groups are in defined positions or at defined distances from one another in order to provide desired imaging properties. During and / or after the assumption of an operating position, the actual position of the first, second and / or each further active group is determined by the respective detectors with respect to the information carrier determined. By adjusting the measured values with expected values, a positioning or positioning error can be determined. The use of a common information carrier for a plurality of optical groups in a lens leads to a very high reproducibility and as a result to a low measurement uncertainty.
[0011] In einigen bevorzugten Ausgestaltungen ist der Informationsträger nicht ein notwendiger Teil der Einsteilvorrichtung, sondern ein zusätzliches Bauelement, das in erster Linie zum Überprüfen einer bereits eingestellten Position dient. Die Einstelleinrich- tung kann in diesen Fällen unabhängig vom gemeinsamen Informationsträger agieren und die Wirkgruppe(n) in die gewünschte Position verschieben. Beispielsweise wird die Position der Wirkgruppen eingestellt, indem die Schritte der verwendeten Schrittmotoren bis zu einem Sollwert gezählt werden. Erst dann folgt in diesen Ausgestaltungen die Überprüfung der eingestellten Position anhand des gemeinsamen Informationsträgers. In anderen Ausgestaltungen können der Informationsträger und die Detektoren an den Wirkgruppen jedoch unmittelbar zur Einstellung der jeweiligen Position verwendet werden. In diesen Fällen ist der Informationsträger vorteilhafter Weise Teil eines geschlossenen Regelkreises, mit dem die Position der Wirkgruppen eingestellt wird. In some preferred embodiments, the information carrier is not a necessary part of the adjusting device, but an additional component that serves primarily to check an already set position. In this case, the setting device can act independently of the common information carrier and shift the action group (s) into the desired position. For example, the position of the active groups is set by counting the steps of the stepper motors used up to a setpoint. Only then follows in these embodiments, the review of the set position based on the common information carrier. In other embodiments, however, the information carrier and the detectors on the active groups can be used directly for setting the respective position. In these cases, the information carrier is advantageously part of a closed loop with which the position of the active groups is set.
[0012] Der Vorteil des neuen Zoomobjektivs liegt darin, Stell- und Positionsfehler messtechnisch erfassen zu können, um diese anschließend zu kompensieren. Neben Stell- und Positionsfehlern, die durch die begrenzte Führungsgenauigkeit der Einsteilvorrichtung hervorgerufen werden, können insbesondere auch Fehler durch thermische Effekte und/oder Verschleiß erkannt werden. Im Gegensatz zu bekannten Zoomobjektiven können daher im neuen Zoomobjektiv auch Wirkgruppen einen Detektor aufweisen, die von der Konstruktion her eigentlich feststehende Wirkgruppen sind, d.h. die nicht gezielt bewegt werden. Auch solche Wirkgruppen können durch thermische bedingte Materialdehnungen oder -Schrumpfungen Ortveränderungen durchlaufen. Insbesondere beim Einsatz des Zoomobjektives bei unterschiedlichen Temperaturen wird daher mit der vorliegenden Erfindung eine hohe Reproduzierbarkeit der Abbildung erreicht. The advantage of the new zoom lens is to be able to detect actuation and position errors by measurement, in order to compensate for these subsequently. In addition to positioning errors and position errors, which are caused by the limited guiding accuracy of the adjusting device, in particular also errors due to thermal effects and / or wear can be detected. In contrast to known zoom lenses, therefore, in the new zoom lens, active groups can also have a detector which is structurally actually fixed active groups, i. which are not moved specifically. Such active groups can also undergo changes in location as a result of thermal-induced material expansions or shrinkages. In particular, when using the zoom lens at different temperatures therefore a high reproducibility of the image is achieved with the present invention.
[0013] Insgesamt ermöglicht das neue Zoomobjektiv also, mithilfe eines gemeinsamen Referenzelements Stell- und Positionsfehler der optischen Wirkgruppen zu erkennen. Der für mehrere Wirkgruppen gemeinsame Informationsträger ermöglicht dabei eine hohe Genauigkeit bei der Positionierung der Wirkgruppen relativ zu einander. Daher besitzt das neue Zoomobjektiv eine sehr hohe Reproduzierbarkeit und eignet sich sehr gut für die Verwendung an einem optisch messenden Koordinatenmessgerät. Die oben genannte Aufgabe ist vollständig gelöst. Overall, the new zoom lens thus allows, using a common reference element, positioning and position errors of the optical groups of action detect. The information carrier which is common for several active groups enables a high degree of accuracy in the positioning of the active groups relative to one another. Therefore, the new zoom lens has a very high reproducibility and is very well suited for use on an optically measuring coordinate measuring machine. The above task is completely solved.
[0014] In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Informationsträger einstückig. In a preferred embodiment, the information carrier is in one piece.
[0015] Vorzugsweise ist der Informationsträger hier aus einem einzigen Materialstück gefertigt, insbesondere in Form eines länglichen Stabes. Prinzipiell kann der Informationsträger aber auch aus mehreren Teilstücken bestehen, die zu einem einstückigen Informationsträger zusammengefügt sind. Generell ist es bevorzugt, wenn sich der Informationsträger über die Länge des Zoomobjektivs in Richtung der optischen Achse erstreckt, so dass sich alle Wirkgruppen auch in ihrer größtmöglichen Auslenkung an dem gemeinsamen Informationsträger referenzieren können. Besonders bevorzugt ist der Informationsträger über seine gesamte Länge aus einem einheitlichen Material gefertigt und in seiner Längsrichtung gleichförmig. Die einteilige Realisierung des Informationsträgers ist vorteilhaft, da sie eine noch höhere Genauigkeit ermöglicht. Fertigungstoleranzen an Stoßstellen und/oder separaten Montagepositionen werden vermieden. Preferably, the information carrier is made here of a single piece of material, in particular in the form of an elongated rod. In principle, however, the information carrier can also consist of several sections, which are joined together to form a one-piece information carrier. In general, it is preferred if the information carrier extends over the length of the zoom lens in the direction of the optical axis, so that all active groups can also refer to the common information carrier in their greatest possible deflection. Particularly preferably, the information carrier is made over its entire length of a uniform material and uniform in its longitudinal direction. The one-part realization of the information carrier is advantageous because it allows an even higher accuracy. Manufacturing tolerances at joints and / or separate mounting positions are avoided.
[0016] In einer weiteren Ausgestaltung verläuft der Informationsträger parallel zu der optischen Achse in einer Symmetrielinie des Führungssystems. In a further embodiment, the information carrier extends parallel to the optical axis in a symmetry line of the guide system.
[0017] In dieser Ausgestaltung erstreckt sich der Informationsträger unterhalb, oberhalb oder seitlich von der optischen Achse, je nachdem wie man das Zoomobjektiv bei der Betrachtung hält. Vorteilhaft sitzt der Informationsträger weitgehend mittig zwischen zwei Führungsbahnen des Führungssystems und somit in einer Symmetrieebene des Führungssystems. Vorzugsweise sind die Halter, mit denen die Wirkgruppen an den Führungsbahnen befestigt werden, spiegelsymmetrisch zu der optischen Achse und somit auch spiegelsymmetrisch zu dem Informationsträger angeordnet. Bei einer gleichmäßigen Erwärmung des Führungssystems bleibt die Lage der Bewegungsachse in Bezug auf die optische Achse somit erhalten. Da die Positionsbestimmung hiernach im Wesentlichen entlang der optischen Achse erfolgt, trägt diese Anordnung zur Vermeidung von Kippfehlern bei. Alternativ könnte bei einfachen Zoomsystemen, die lediglich eine Führungsschiene aufweisen, der Informationsträger auf oder an dieser Führungsschiene liegen, um Kippfehler zu vermeiden. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, um die Abbildungsgüte und die Messgenauigkeit weiter zu erhöhen. In this embodiment, the information carrier extends below, above or to the side of the optical axis, depending on how to hold the zoom lens when viewing. Advantageously, the information carrier sits largely centrally between two tracks of the guide system and thus in a plane of symmetry of the guide system. Preferably, the holders, with which the active groups are attached to the guideways, arranged mirror-symmetrically to the optical axis and thus also mirror-symmetrical to the information carrier. With a uniform heating of the guide system, the position of the movement axis with respect to the optical axis is thus retained. Since the position determination hereinafter essentially along the optical axis, this arrangement helps to avoid tilting errors. Alternatively, in simple zoom systems which have only one guide rail, the information carrier could rest on or on this guide rail in order to avoid tilting errors. This refinement is particularly advantageous in order to further increase the imaging quality and the measuring accuracy.
[0018] In einer weiteren Ausgestaltung weist das Zoomobjektiv ein Gehäuse auf, indem die erste und die zweite Wirkgruppe angeordnet sind, wobei das Gehäuse einen ersten thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei der Informationsträger einen zweiten thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, und wobei der zweite thermische Längenausdehnungskoeffizient kleiner als der erste thermische Längenausdehnungskoeffizient ist. In a further embodiment, the zoom lens has a housing by the first and the second active group are arranged, wherein the housing has a first coefficient of thermal expansion, wherein the information carrier has a second thermal expansion coefficient, and wherein the second thermal expansion coefficient is smaller than is the first thermal expansion coefficient.
[0019] In dieser Ausgestaltung ist der Informationsträger aus einem Material hergestellt, das eine hohe Formstabilität bei Temperaturänderungen besitzt. In jedem Fall sind die temperaturbedingten Längenänderungen kleiner als die entsprechenden Längenänderungen des Objektivkörpers. Vorzugsweise ist der Informationsträger aus Graphit mit einem Temperaturkoeffizienten α von < 2,9 x 10"6 x K"1 oder aus Glas mit einem Temperaturkoeffizienten α von < 2,6 x 10"6 x K"1 hergestellt. In einigen Ausführungsbeispielen ist der Informationsträger ein Glasmaßstab aus Zerodur®. Alternativ kann der Informationsträger auch aus anderen keramischen Werkstoffen mit niedrigen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt sein, so z.B. Sialon von Krosaki Harima Corporation. Ferner sind auch Metalle möglich, wie z.B. Invar. Allgemein werden diese Materialien als LTE- (Low Thermal Expansion)-Materialien bezeichnet. Die geringe Temperaturabhängigkeit des Informationsträgers ist vorteilhaft, um eine hohe Positioniergenauigkeit und Reproduzierbarkeit bei wechselnden Umgebungsbedingungen zu ermöglichen. Wird das Zoomobjektiv in der Messtechnik verwendet, kann das Zoomobjektiv daher auch außerhalb eines klimatisieren Referenzraums, beispielsweise in einer Fertigungshalle, verwendet werden. Generell kann das Führungssystem für die optischen Wirkgruppen auch als Halter für den Informationsträger dienen oder gar den Maßstab beinhalten. In diesen Fällen ist es von Vorteil, wenn das Führungssystem überwiegend aus einem der oben genannten LTE- Materialen hergestellt ist, z.B. aus Invar, Sialon oder Zerodur. In diesen Fällen besitzt das Führungssystem einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten, der kleiner ist als der thermische Längenausdehnungskoeffizient des Gehäuses. In this embodiment, the information carrier is made of a material which has a high dimensional stability with temperature changes. In any case, the temperature-related changes in length are smaller than the corresponding changes in length of the lens body. Preferably, the information carrier made of graphite with a temperature coefficient α of <2.9 x 10 "6 x K " 1 or made of glass with a temperature coefficient α of <2.6 x 10 "6 x K " 1 . In some embodiments, the information carrier is a Zerodur® glass scale. Alternatively, the information carrier can also be made of other ceramic materials with low coefficients of expansion, such as Sialon from Krosaki Harima Corporation. Furthermore, metals are possible, such as Invar. Generally, these materials are referred to as LTE (Low Thermal Expansion) materials. The low temperature dependence of the information carrier is advantageous in order to enable a high positioning accuracy and reproducibility under changing environmental conditions. If the zoom lens is used in measurement technology, the zoom lens can therefore also be used outside of an air-conditioned reference space, for example in a production hall. In general, the guide system for the optical groups can also serve as a holder for the information carrier or even include the scale. In these cases, it is advantageous if the guide system is made predominantly of one of the abovementioned LTE materials, for example from Invar, Sialon or Zerodur. In these cases, that owns Guide system has a thermal expansion coefficient, which is smaller than the thermal expansion coefficient of the housing.
[0020] In einer weiteren Ausgestaltung weist das Zoomobjektiv ein Gehäuse auf, in dem die erste optische Wirkgruppe ortsfest angeordnet ist. In a further embodiment, the zoom lens has a housing in which the first optical effect group is arranged stationary.
[0021] Die ortsfeste Anordnung der ersten optischen Wirkgruppe am Gehäuse des Zoomobjektives ist vorteilhaft, um eine konstante Störkontur beim Verfahren des Objektivs relativ zu einem Messobjekt zu gewährleisten. Kollisionen zwischen Messobjekt und Zoomobjektiv lassen sich einfacher vermeiden. Darüber hinaus kommen die Vorteile des neuen Zoomobjektivs besonders gut zur Geltung, wenn die Bestimmung der tatsächlichen Positionen der Wirkgruppen auch an sich feststehende Wirkgruppen einschließt. The fixed arrangement of the first optical active group on the housing of the zoom lens is advantageous in order to ensure a constant interference contour when moving the lens relative to a measured object. Collisions between the object to be measured and the zoom lens can be avoided more easily. In addition, the advantages of the new zoom lens are particularly effective if the determination of the actual positions of the active groups also includes fixed active groups.
[0022] In einer weiteren Ausgestaltung ist der Informationsträger an einem definierten Fixpunkt mit einem Festlager schwimmend gelagert. In a further embodiment, the information carrier is mounted floating at a defined fixed point with a fixed bearing.
[0023] Ein schwimmend gelagerter Informationsträger kann sich bei Temperaturänderungen frei ausdehnen bzw. zusammenziehen, ohne dass er sich aufgrund einer Einspannung an mehreren Punkten in unerwünschter Weise verformt. Der Informationsträger ist jedoch nicht„völlig frei" schwimmend gelagert, sondern an (genau) einem definierten Fixpunkt befestigt. Vorzugsweise ist der definierte Fixpunkt an einer feststehenden Wirkgruppe innerhalb des Zoomobjektivs angeordnet, die so für alle weiteren Wirkgruppen als Referenzpunkt dient. Eine definierte Relativposition der Wirkgruppen zueinander kann mit dieser Ausgestaltung besonders einfach gewährleistet werden. A floating information carrier can expand or contract freely with temperature changes, without deforming due to a clamping at several points in an undesirable manner. However, the information carrier is not "floating freely" but mounted on (exactly) a defined fixed point Preferably, the defined fixed point is arranged on a fixed active group within the zoom lens, which serves as a reference point for all further active groups Active groups to each other can be ensured particularly simple with this configuration.
[0024] In einer weiteren Ausgestaltung ist im Bereich des Informationsträgers mindestens ein Temperaturfühler angeordnet. In a further embodiment, at least one temperature sensor is arranged in the region of the information carrier.
[0025] In dieser Ausgestaltung weist der Informationsträger mindestens einen Temperaturfühler auf, der die Temperatur des Informationsträgers bestimmt. Anhand der gemessenen Temperatur wird eine Ausdehnung mittels des Temperaturkoeffizienten des Informationsträgers ermittelt. Beim Bestimmen der Position der Wirkgruppen wird die Ausdehnung des Informationsträgers berücksichtigt. Vorzugsweise sind mehrere Temperaturfühler über die gesamte Länge des Informationsträgers verteilt, um den Temperaturverlauf über den Informationsträger festzustellen. Aus dem Temperaturverlauf lassen sich Korrekturparameter für die einzelnen Detektoren ermitteln, wodurch die Messgenauigkeit weiter erhöht wird. In this embodiment, the information carrier has at least one temperature sensor which determines the temperature of the information carrier. Based on the measured temperature, an expansion is determined by means of the temperature coefficient of the information carrier. When determining the position of the active groups, the Extension of the information carrier considered. Preferably, several temperature sensors are distributed over the entire length of the information carrier to determine the temperature profile over the information carrier. From the temperature curve correction parameters for the individual detectors can be determined, whereby the measurement accuracy is further increased.
[0026] In einer weiteren Ausgestaltung weist das Zoomobjektiv einen Speicher auf, in dem Kalibrierdaten gespeichert sind, die Führungsfehler des Führungssystems und/oder thermische Korrekturparameter und/oder Maßstabsfehler des Maßstabs repräsentieren. In a further embodiment, the zoom lens has a memory in which calibration data are stored that represent guide errors of the guidance system and / or thermal correction parameters and / or scale errors of the scale.
[0027] In dieser Ausgestaltung verfügt das Zoomobjektiv über einen Speicher, in dem die oben genannten Kalibrierdaten abgelegt sind. Mit diesen Kalibrierdaten, die in bevorzugten Ausführungsbeispielen vom Hersteller des Zoomobjektivs bereitgestellt werden, kann die Positioniergenauigkeit durch eine rechnerische Korrektur anhand der Kalibrierdaten weiter erhöht werden. Die Kalibrierdaten werden vorteilhaft mittels Messung mit einem bezogen auf die zu vermessenden Elemente präziseren Messinstrument ermittelt und können auch nachträglich durch regelmäßiges Vermessen angepasst werden. In einigen vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist der Speicher in oder an dem Gehäuse des Zoomobjektivs angeordnet und somit in das Zoomobjektiv integriert. In anderen Ausführungsbeispielen ist der Speicher separat von dem Zoomobjektiv realisiert, etwa in Form einer Speicherkarte, die mit der Auswerte- und Steuereinheit eines Koordi- natenmessgerätes gelesen werden kann. In einigen Ausführungsbeispielen erfolgt eine gemittelte Korrektur für mehrere oder alle Detektoren. In anderen Ausführungsbeispielen erfolgt mit den Kalibrierdaten eine Einzelkorrektur für jede Wirkgruppe bzw. jeden Detektor. Generell kann mit den Kalibrierdaten die tatsächliche Position der einzelnen Wirkgruppen relativ zueinander korrigiert werden. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die Auswerte- und Steuereinheit des Koordinatenmessgerätes mit Hilfe der Kalibrierdaten eine rein rechnerische Korrektur der durch das Zoomobjektiv aufgenommenen Bilder ausführt. In this embodiment, the zoom lens has a memory in which the above-mentioned calibration data are stored. With these calibration data, which are provided in preferred embodiments by the manufacturer of the zoom lens, the positioning accuracy can be further increased by a computational correction based on the calibration data. The calibration data are advantageously determined by means of measurement with a more precise with respect to the elements to be measured measuring instrument and can also be subsequently adjusted by regular surveying. In some advantageous embodiments, the memory is arranged in or on the housing of the zoom lens and thus integrated into the zoom lens. In other embodiments, the memory is realized separately from the zoom lens, for example in the form of a memory card, which can be read by the evaluation and control unit of a coordinate measuring device. In some embodiments, an average correction is made for multiple or all detectors. In other embodiments, the calibration data is used to perform a single correction for each active group or detector. In general, the calibration data can be used to correct the actual position of the individual active groups relative to one another. Alternatively or additionally, it is possible for the evaluation and control unit of the coordinate measuring machine, with the aid of the calibration data, to perform a purely mathematical correction of the images taken by the zoom lens.
[0028] In einer weiteren Ausgestaltung weist das Zoomobjektiv eine dritte optische Wirkgruppe, insbesondere in Form einer Aperturblende, und zumindest eine weitere optische Wirkgruppe auf, die jeweils entlang des Führungssystems verschiebbar sind. Ferner weist das Zoomobjektiv einen dritten und zumindest einen weiteren Detektor auf, wobei der dritte und der zumindest eine weitere Detektor jeweils dazu ausgebildet sind, den Informationsträger auszulesen, um eine Positionsbestimmung der dritten und der zumindest einen weiteren Wirkgruppe relativ zu dem gemeinsamen Informationsträger zu ermöglichen. In a further embodiment, the zoom lens has a third optical effect group, in particular in the form of an aperture stop, and at least one further optical active group, which are each displaceable along the guide system. Furthermore, the zoom lens has a third and at least one further detector, wherein the third and the at least one further detector are each designed to read out the information carrier to enable a position determination of the third and the at least one further active group relative to the common information carrier.
[0029] In dieser Ausgestaltung weist das Zoomobjektiv weitere Wirkgruppen auf, insbesondere eine entlang der optischen Achse verschiebbare Aperturblende. Die weiteren Wirkgruppen sind vorteilhaft mit einem eigenen Detektor gekoppelt, um ihre jeweilige Position bezüglich des gemeinsamen Informationsträges zu bestimmen. Je mehr Wirkgruppen den gemeinsamen Informationsträger referenzieren, desto genauer kann das Zoomobjektiv abgestimmt werden. Vorzugsweise ist jede relevante Wirkgruppe mit einem Detektor zum Auslesen des Informationsträgers versehen. In this embodiment, the zoom lens further active groups, in particular a displaceable along the optical axis aperture. The further active groups are advantageously coupled with their own detector in order to determine their respective position with respect to the common information carrier. The more active groups reference the common information carrier, the more accurate the zoom lens can be tuned. Preferably, each relevant active group is provided with a detector for reading out the information carrier.
[0030] In einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest der zweite Detektor dazu ausgebildet, sowohl eine Verschiebung als auch eine Rotation der Wirkgruppe zu bestimmen. In a further embodiment, at least the second detector is designed to determine both a displacement and a rotation of the active group.
[0031] Neben einer Verschiebung kann auch eine Rotation einer Wirkgruppe um eine Achse, die quer zu der optischen Achse liegt, einen Positionsfehler hervorrufen, der die optischen Eigenschaften des Zoomobjektivs negativ beeinflusst. In dieser Ausgestaltung ist der Detektor dazu ausgebildet auch solche Rotationsfehler zu detektieren. In einigen Ausführungsbeispielen ist hierzu ein weiterer Informationsträger im Zoomobjektiv integriert, der zusätzlich zum gemeinsamen Informationsträger ausgelesen werden kann, um einen Rotationsfehler zu erkennen. In addition to a shift and a rotation of an active group about an axis which is transverse to the optical axis, cause a position error, which adversely affects the optical properties of the zoom lens. In this embodiment, the detector is designed to detect such rotation errors. In some embodiments, this is another information carrier integrated in the zoom lens, which can be read in addition to the common information carrier to detect a rotation error.
[0032] In einer weiteren Ausgestaltung werden die Detektoren induktiv mit Energie versorgt. In a further embodiment, the detectors are supplied with energy inductively.
[0033] In dieser Ausgestaltung wird die Energie, die die Detektoren zum Auswerten des Informationsträgers und/oder zum Übertragen von Messwerte benötigen, durch Induktion übertragen. Eine zusätzliche Verkabelung für die Energieversorgung der Detektoren entfällt. Vorzugsweise ist eine Induktionsschiene entlang des Informationsträgers angeordnet, wobei die Detektoren einen definierten Abstand zu dieser Schiene aufweisen unabhängig davon, in welcher Position sich die Wirkgruppe zusammen mit dem Detektor befindet. Eine induktive Spannungsübertragung ist so in jeder Position der Wirkgruppe möglich. Die Energieversorgung der Detektoren lässt sich so besonders einfach realisieren. In this embodiment, the energy which the detectors need for evaluating the information carrier and / or for transmitting measured values, transmitted by induction. An additional wiring for the energy supply of the detectors is eliminated. Preferably, an induction rail is arranged along the information carrier, wherein the detectors have a defined distance to this rail regardless of the position in which the active group is located together with the detector. An inductive voltage transfer is possible in any position of the active group. The energy supply of the detectors can be realized particularly easily.
[0034] In einer weiteren Ausgestaltung weist der Informationsträger mehrere Maßstäbe mit unterschiedlicher Auflösung auf. In a further embodiment, the information carrier on several scales with different resolution.
[0035] In dieser Ausgestaltung ist der Informationsträger in verschiedene Abschnitte unterteilt. Die einzelnen Abschnitte weisen dabei unterschiedliche Maßstäbe auf. Hochauflösende Teilungsmaßstäbe werden nur in Abschnitten aufgetragen, in denen sie benötigt werden. Dies ermöglicht in einzelnen Abschnitten eine höhere Auflösung als an anderen Stellen. Dies ist besonders vorteilhaft, da nicht auf allen Abschnitten ein hochauflösender Teilungsmaßstab aufgebracht werden muss, wodurch die Kosten für die Herstellung des Informationsträgers gesenkt werden können. Alternativ sind neben unterschiedlichen Auflösungen auch verschiedene Skalierungen, beispielsweise logarithmische Skalierungen, realisierbar. In this embodiment, the information carrier is divided into different sections. The individual sections have different scales. High-resolution graduation scales are only applied in sections where they are needed. This allows a higher resolution in some sections than at other locations. This is particularly advantageous since it is not necessary to apply a high-resolution graduation scale on all sections, as a result of which the costs for producing the information carrier can be reduced. Alternatively, in addition to different resolutions, different scalings, for example logarithmic scalings, can be realized.
[0036] 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 not only in the combination specified, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
[0037] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
Figur 1 ein Koordinatenmessgerät, in dem das neue Zoomobjektiv zur Anwendung kommt, Figur 2 eine perspektivische Darstellung von Teilen des neuen Zoomobjektivs, 1 shows a coordinate measuring machine in which the new zoom lens is used, FIG. 2 is a perspective view of parts of the new zoom lens;
Figur 3 eine schematische Darstellung des neuen Zoomobjektivs in einer seitlichen Ansicht, und Figure 3 is a schematic representation of the new zoom lens in a side view, and
Figur 4 eine schematische Darstellung des neuen Zoomobjektivs in Draufsicht. Figure 4 is a schematic representation of the new zoom lens in plan view.
[0038] In Fig. 1 ist ein Koordinatenmessgerat mit einem Ausführungsbeispiel des neuen Zoomobjektivs in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Das Koordinatenmessgerat 1 besitzt eine Werkstückaufnahme, die hier in Form eines Kreuztisches 2 ausgebildet ist. Oberhalb von dem Kreuztisch 2 ist eine Pinole 3 angeordnet. Die Pinole 3 trägt einen Messkopf 4, der in diesem Fall einen optischen Sensor 5 und einen taktilen Sensor 6 hält. Das hier dargestellte Koordinatenmessgerät 1 ist ein bevorzugtes Beispiel eines Multisensorik-Koordinatenmessgerätes, bei dem zusätzlich zu dem optischen Sensor 5 noch ein taktiler Sensor 6 zur Vermessung eines Messobjekts genutzt werden kann. Alternativ kann ein Koordinatenmessgerät in anderen Ausführungsbeispielen nur den einen optischen Sensor 5 oder mehrere optische Sensoren 5 besitzen, die jeweils das nachfolgend näher erläuterte Zoomobjektiv beinhalten. In Fig. 1, a Koordinatenmessgerat is designated with an embodiment of the new zoom lens in its entirety by the reference numeral 1. The coordinate measuring machine 1 has a workpiece holder, which is designed here in the form of a cross table 2. Above the cross table 2 a quill 3 is arranged. The sleeve 3 carries a measuring head 4, which in this case holds an optical sensor 5 and a tactile sensor 6. The coordinate measuring machine 1 shown here is a preferred example of a multi-sensor coordinate measuring machine in which, in addition to the optical sensor 5, a tactile sensor 6 can also be used for measuring a measuring object. Alternatively, in other embodiments, a coordinate measuring machine may have only one optical sensor 5 or a plurality of optical sensors 5, each of which contains the zoom lens explained in greater detail below.
[0039] Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung nicht nur bei Koordina- tenmessgeräten verwendet werden, die den in Fig. 1 dargestellten Maschinenaufbau besitzen. Prinzipiell kann das Koordinatenmessgerät in Brückenbauweise, Portalbauweise, Horizontalarmbauweise oder einer beliebigen anderen Maschinenbauweise ausgebildet sein. Darüber hinaus kann das neue Zoomobjektiv prinzipiell auch für andere Anwendungen genutzt werden, bei denen ein Zoomobjektiv mit einer sehr hohen Reproduzierbarkeit hinsichtlich Vergrößerung und Fokussierung benötigt wird. Furthermore, the present invention can be used not only in coordinate measuring machines having the machine structure shown in FIG. In principle, the coordinate measuring machine can be designed in bridge construction, gantry design, horizontal arm construction or any other mechanical design. In addition, the new zoom lens can be used in principle for other applications in which a zoom lens with a very high reproducibility in terms of magnification and focusing is needed.
[0040] Mit der Bezugsziffer 7 ist eine Auswerte- und Steuereinheit bezeichnet, die hier einerseits die Antriebe (nicht gesondert dargestellt) des Koordinatenmessgerätes 1 steuert, um den Messkopf 4 relativ zu dem Messobjekt zu verfahren. Andererseits liest die Auswerte- und Steuereinheit 7 Sensordaten des optischen und/oder taktilen Sensors 5, 6 ein, und sie bestimmt in Abhängigkeit von diesen Sensordaten und in Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Messkopfes und des Kreuztisches Raumkoordinaten für einen oder mehrere Messpunkte an dem Messobjekt und/oder andere Eigenschaften des Messobjekts. Die grundsätzliche Arbeitsweise eines solchen Koordinatenmessgerätes ist den einschlägigen Fachleuten bekannt und daher im Detail nicht weiter erläutert. Reference numeral 7 designates an evaluation and control unit, which on the one hand controls the drives (not shown separately) of the coordinate measuring machine 1 in order to move the measuring head 4 relative to the measurement object. On the other hand, the evaluation and control unit 7 reads sensor data of the optical and / or tactile sensor 5, 6, and determines in dependence on this sensor data and in dependence from the respective position of the measuring head and the cross table spatial coordinates for one or more measuring points on the measuring object and / or other properties of the measuring object. The basic operation of such a coordinate measuring machine is known to those skilled in the art and therefore not explained in detail.
[0041] Der optische Sensor 5 beinhaltet vorzugsweise einen Bildsensor, der Bilder des Messobjekts aufnimmt und der Auswerte- und Steuereinheit zum Auswerten zur Verfügung stellt. Die Bilder können in der Auswerte- und Steuereinheit mit klassischen Methoden der Bildverarbeitung auswertet werden, etwa mit einer Mustererkennung und/oder Kantendetektion. Vorzugsweise kann die Bildaufnahme mit verschiedenen, wahlweise aktivierbaren Beleuchtungen erfolgen, etwa mit einem Durchlicht von unten oder einem Auflicht von oben. Damit kann wahlweise eine Dunkelfeld- oder eine Hellfeldmessung realisiert werden. In bevorzugten Ausführungsbeispielen beinhaltet der optische Sensor 5 außerdem einen konfokalen Weißlichtsensor, der die Entfernung zu einem Messpunkt am Messobjekt anhand einer spektralen Analyse des vom Messobjekt reflektierten Lichts bestimmt. Des Weiteren kann der optische Sensor 5 einen Streifenprojektor (hier nicht dargestellt) beinhalten, der ein Streifenmuster auf das Messobjekt projiziert, um in Abhängigkeit davon geometrische Eigenschaften des Messobjekts zu bestimmen. In den bevorzugten Fällen beinhaltet der optische Sensor 5 ferner ein Zoomobjektiv, das Bilder von dem Messobjekt wahlweise auf den Bildsensor und/oder auf den konfokalen Weißlichtsensor abbilden kann. Des Weiteren erfolgt auch die Streifen Projektion in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch das Zoomobjektiv. Details eines Koordinatenmessgerätes mit einem solchen Zoomobjektiv, das zusammen mit verschiedenen optischen Messverfahren verwendet werden kann, sind in einer älteren internationalen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen PCT/EP2012/065396 und in einer U.S. Anmeldung mit dem Aktenzeichen 61/680,350 beschrieben, die hier durch Bezugnahme jeweils aufgenommen sind. The optical sensor 5 preferably includes an image sensor which receives images of the measurement object and provides the evaluation and control unit for evaluation. The images can be evaluated in the evaluation and control unit with classical methods of image processing, such as pattern recognition and / or edge detection. Preferably, the image recording with different, optionally activatable lights can be done, such as a transmitted light from below or incident light from above. Thus, either a dark field or a bright field measurement can be realized. In preferred embodiments, the optical sensor 5 also includes a confocal white-light sensor which determines the distance to a measurement point on the measurement object based on a spectral analysis of the light reflected by the measurement object. Further, the optical sensor 5 may include a fringe projector (not shown) that projects a fringe pattern onto the measurement object to determine geometric properties of the measurement object depending thereon. In the preferred cases, the optical sensor 5 further includes a zoom lens that can selectively image images of the measurement object on the image sensor and / or on the confocal white light sensor. Furthermore, the strip projection also takes place in the preferred embodiment by the zoom lens. Details of a coordinate measuring machine having such a zoom lens that can be used in conjunction with various optical measuring methods are disclosed in an earlier International Patent Application Serial No. PCT / EP2012 / 065396 and in U.S. Pat. Application with reference 61 / 680,350, which are hereby incorporated by reference respectively.
[0042] In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Zoomobjektivs in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Baugruppen im Inneren des Zoomobjektivs sind von einem Gehäuse 12 umschlossen. Das Gehäuse 12 ist hier halboffen dargestellt, vorzugsweise ist dieses jedoch vollständig geschlossen, um die inneren Baugruppen zu schützen. Das Zoomobjektiv 10 weist in diesem Ausführungsbei- spiel eine feststehende Wirkgruppe 14 und zumindest drei bewegliche Wirkgruppen 16a, 16b, 16c auf. Wirkgruppen sind hier ganz allgemein Linsengruppen, einzelne Linsen, Blenden, aber auch Strahlteiler, Beugungsgitter, diffraktive Elemente, Lichtquellen oder andere optisch wirksame Baugruppen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Wirkgruppe 16a eine Linsengruppe, die relativ zu der ortsfesten Linsengruppe 14 axial verschiebbar ist, um eine definierte Vergrößerung einzustellen. Die Wirkgruppe 16b ist eine Aperturblende, die ebenfalls relativ zu der feststehenden Wirkgruppe 14 axial verschiebbar ist, um auf einfache Weise eine objektseitige Telezentrie über alle Vergrößerungen zu realisieren. Die Wirkgruppe 16c ist eine weitere Linsengruppe, die axial verschiebbar ist, um das Bild in Abhängigkeit von der gewählten Vergrößerung auf eine einheitliche Bildebene zu fokussieren. Prinzipiell könnte die Funktion der Wirkgruppen aber anders verteilt sein, indem beispielsweise die Wirkgruppe 16a die Fokussierung auf die Bildebene gewährleistet und die Wirkgruppe 16c die Vergrößerung einstellt. 2, an embodiment of the new zoom lens is designated in its entirety by the reference numeral 10. The assemblies inside the zoom lens are enclosed by a housing 12. The housing 12 is shown here half-open, but preferably this is completely closed to protect the inner assemblies. The zoom lens 10 has in this embodiment play a fixed active group 14 and at least three movable active groups 16a, 16b, 16c. In this case, groups of agents are generally lens groups, individual lenses, diaphragms, but also beam splitters, diffraction gratings, diffractive elements, light sources or other optically active assemblies. In the preferred embodiment, the active group 16a is a lens group which is axially displaceable relative to the stationary lens group 14 to set a defined magnification. The active group 16b is an aperture stop, which is also axially displaceable relative to the fixed active group 14 in order to easily realize an object-side telecentricity over all magnifications. The effect group 16c is another lens group which is axially displaceable in order to focus the image on a uniform image plane as a function of the selected magnification. In principle, however, the function of the active groups could be distributed differently, for example by the active group 16a ensuring the focusing on the image plane and the active group 16c setting the magnification.
[0043] Die beweglichen Wirkgruppen 16a, 16b, 16c sind an einem Führungssystem 34 (hier in Form einer Führungsschiene) beweglich gelagert und entlang der optischen Achse 40, die durch die Wirkgruppen definiert wird, axial verstellbar. Eine Einsteilvorrichtung mit elektrischen Antrieben 20a, 20b steuert in diesem Ausführungsbeispiel die Positionierung der einzelnen Wirkgruppen 16a, 16b, 16c an dem Führungssystem 34. The movable active groups 16a, 16b, 16c are mounted on a guide system 34 (here in the form of a guide rail) movable and along the optical axis 40, which is defined by the active groups, axially adjustable. An adjusting device with electric drives 20a, 20b controls the positioning of the individual active groups 16a, 16b, 16c on the guide system 34 in this exemplary embodiment.
[0044] Das Gehäuse 12 weist eine Lichteintrittsöffnung auf, die vorzugsweise durch die feste Wirkgruppe 14 lichtdurchlässig verschlossen ist, beispielsweise durch eine Sammellinse. Die feste Wirkgruppe 14 ist vorzugsweise fest mit dem Gehäuse 12 verbunden. Zum Fokussieren und zum Einstellen des gewünschten Zoomfaktors bezogen auf ein aufzunehmendes Objekt werden die beweglichen Wirkgruppen 16a, 16b, 16c mit Hilfe der elektrischen Antriebe 20a, 20b in jeweils vordefinierte Positionen entlang dem Führungssystem 34 bewegt. The housing 12 has a light inlet opening, which is preferably closed by the transparent active group 14 translucent, for example by a converging lens. The fixed action group 14 is preferably fixedly connected to the housing 12. For focusing and setting the desired zoom factor with respect to an object to be recorded, the movable active groups 16a, 16b, 16c are moved into predefined positions along the guide system 34 with the aid of the electric drives 20a, 20b.
[0045] Ferner weist das Zoomobjektiv 10 in diesem Ausführungsbeispiel einen stabförmigen Informationsträger 22 auf, welcher parallel zur optischen Achse 40 durch das Gehäuse 12 verläuft. Der Informationsträger 22 ist vorzugsweise nur in einem Punkt fest mit dem Gehäuse 12 verbunden. Der Informationsträger 22 kann sich bei Erwärmung folglich frei von Spannungen ausdehnen und verformt sich nicht in ungewünschter Weise. Vorzugsweise besteht der Informationsträger jedoch aus einem Material, das einen sehr geringen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, insbesondere aus Keramik und/oder Glas, wie etwa das unter der Bezeichnung Zerodur® vertriebene Glasmaterial. Besonders bevorzugt ist der Fixpunkt, an dem der Informationsträger 22 einseitig gelagert und/oder mit dem Gehäuse 12 verbunden ist, an der festen Wirkgruppe 14 oder zumindest im Bereich der festen Wirkgruppe 14 angeordnet. Die feste Wirkgruppe 14 kann so in einem noch näher zu erläuternden Mess- bzw. Korrekturverfahren als Referenzpunkt verwendet werden. Auf dem Informationsträger 22 ist in einigen Ausführungsbeispielen ein Maßstab mit einer absoluten und/oder relativen Längeninformation aufgetragen (hier nicht im Detail dargestellt). Der Maßstab kann eine regelmäßige Struktur in Form eines Teilungsmaßstabs zeigen, beispielsweise in Form eines Gitters oder mit einem periodischen Muster, oder alternativ auch stochastische Strukturen enthalten. Further, the zoom lens 10 in this embodiment, a rod-shaped information carrier 22 which extends parallel to the optical axis 40 through the housing 12. The information carrier 22 is preferably firmly connected to the housing 12 only at one point. The information carrier 22 may be heated consequently, it is free from stress and does not deform undesirably. Preferably, however, the information carrier is made of a material which has a very low thermal coefficient of linear expansion, in particular of ceramic and / or glass, such as the glass material marketed under the name Zerodur®. Particularly preferably, the fixed point at which the information carrier 22 is mounted on one side and / or connected to the housing 12, arranged on the fixed active group 14 or at least in the region of the fixed active group 14. The fixed action group 14 can thus be used as a reference point in a measurement or correction process to be explained in more detail below. On the information carrier 22, in some embodiments, a scale with an absolute and / or relative length information is plotted (not shown here in detail). The scale may exhibit a regular structure in the form of a pitch scale, for example in the form of a grid or with a periodic pattern, or alternatively also contain stochastic structures.
[0046] Mit den Bezugsziffern 26 und 27a, 27b, 27c sind in diesem Ausführungsbeispiel Detektoren bezeichnet, von denen jeweils einer mit einer der Wirkgruppen gekoppelt ist. In einigen Ausführungsbeispielen können die Detektoren an den Wirkgruppen befestigt sein. Eine Bewegung der Wirkgruppen relativ zu dem Informationsträger 22 führt folglich dazu, dass auch der gekoppelte Detektor 26, 27a, 27b, 27c an dieser Wirkgruppe mitbewegt wird. Ferner sind die Detektoren 26, 27a, 27b, 27c dazu ausgebildet, den Informationsträger 22 abzutasten. Je nach Beschaffenheit des Informationsträgers 22 bzw. des auf dem Informationsträger aufgetragenen Maßstabs 24 handelt es sich bei den Detektoren 26, 27a, 27b, 27c um optische, induktive, kapazitive, ferromagnetische und allgemein um aktive oder passive Detektoren. Die Detektoren machen es möglich, die Position der einzelnen Wirkgruppen 14, 16a, 16b, 16c in Bezug auf den Informationsträger 22 individuell und mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Anhand der erhaltenen Position kann dann ermittelt werden, ob die Wirkgruppen 14, 16a, 16b, 16c bezogen auf den Informationsträger 22 die erwartete Sollposition für eine definierte Betriebsstellung eingenommen haben oder nicht. Damit ist es möglich, die Position der einzelnen Wirkgruppen relativ zueinander optimal einzustellen, um eine gleichbleibend hohe Messgenauigkeit zu gewährleisten. Insbesondere ist es mit Hilfe des gemeinsamen Informationsträgers 22 möglich, die einzelnen Wirkgruppen mit einer gleichbleibend hohen Reproduzierbarkeit relativ zueinander zu positionieren und/oder unerwünschte Verschiebungen aufgrund thermischer Effekte, Alterung und/oder Verschleiß zu kompensieren. Reference numerals 26 and 27a, 27b, 27c designate detectors in this embodiment, one of which is coupled to one of the active groups. In some embodiments, the detectors may be attached to the functional groups. Consequently, a movement of the active groups relative to the information carrier 22 results in the coupled detector 26, 27a, 27b, 27c also being moved along this active group. Furthermore, the detectors 26, 27a, 27b, 27c are designed to scan the information carrier 22. Depending on the nature of the information carrier 22 or of the scale 24 applied to the information carrier, the detectors 26, 27a, 27b, 27c are optical, inductive, capacitive, ferromagnetic and generally active or passive detectors. The detectors make it possible to determine the position of the individual active groups 14, 16a, 16b, 16c with respect to the information carrier 22 individually and with high accuracy. Based on the position obtained can then be determined whether the active groups 14, 16a, 16b, 16c based on the information carrier 22 have assumed the expected target position for a defined operating position or not. This makes it possible to optimally adjust the position of the individual active groups relative to each other in order to ensure a consistently high measuring accuracy. In particular, it is possible with the help of the common information carrier 22, the individual groups of action with a consistently high Positioning reproducibility relative to each other and / or to compensate for undesirable shifts due to thermal effects, aging and / or wear.
[0047] Die Detektoren 26, 27a, 27b, 27c weisen in einem Ausführungsbeispiel kabellose Verbindungen zum Übertragen der Messwerte und/oder zur Energieversorgung auf. Aktive Detektoren können beispielsweise induktiv mit Energie versorgt werden. In einem Ausführungsbeispiel sind die Antriebe 20a, 20b isoliert vom Gehäuse 12 und/oder den Führungssystemen 34, 34a angeordnet, wobei das Gehäuse 12 und/oder die The detectors 26, 27a, 27b, 27c have, in one embodiment, wireless connections for transmitting the measured values and / or for the energy supply. Active detectors can be powered inductively, for example. In one embodiment, the actuators 20a, 20b are arranged in isolation from the housing 12 and / or the guide systems 34, 34a, wherein the housing 12 and / or the
Führungssysteme 34, 34a als Massepol für die Energiezuführung und/oder Datenübertragung fungieren. Dies reduziert die Anzahl an Kabeln, die zur Versorgung der Antriebe 20a, 20b benötigt werden. Derartige Kabel können die Laufeigenschaften der beweglichen Wirkgruppen ungünstig beeinflussen, beispielsweise durch Hystereseeffekte. In einigen Ausführungsbeispielen besitzt das Zoomobjektiv eine elektrische und/oder elektromagnetische und/oder optische Schnittstelle, die dazu ausgebildet ist, die Positionsinformationen der Detektoren an die Auswerte- und Steuereinheit des Koordinaten- messgerätes zu übertragen. Beispielsweise könnte die Datenübertragung per Funk oder optisch z.B. über Freistrahloptik auf Basis von IR Technologie erfolgen. Des Weiteren kann die Auswerte- und Steuereinheit die Position der Wirkgruppen relativ zueinander mit Hilfe von Steuersignalen für die Antriebe 20a, 20b einstellen, wobei die Steuersignale in Abhängigkeit von einer gewünschten Vergrößerung, einer gewünschten Fokussierung und in Abhängigkeit von Korrekturwerten bestimmt werden, die mit Hilfe der Positionsinformationen der Detektoren ermittelt sind. Guiding systems 34, 34a act as Massepol for the energy supply and / or data transmission. This reduces the number of cables needed to power the drives 20a, 20b. Such cables can adversely affect the running properties of the mobile active groups, for example by hysteresis effects. In some embodiments, the zoom lens has an electrical and / or electromagnetic and / or optical interface, which is designed to transmit the position information of the detectors to the evaluation and control unit of the coordinate measuring device. For example, the data transmission by radio or optically e.g. using free-beam optics based on IR technology. Furthermore, the evaluation and control unit can adjust the position of the active groups relative to one another by means of control signals for the drives 20a, 20b, the control signals being determined as a function of a desired magnification, a desired focusing and in dependence on correction values which are determined by means of the position information of the detectors are determined.
[0048] Zusätzlich zu den Detektoren an den beweglichen Wirkgruppen 16a, 16b, 16c können in einigen Ausführungsbeispielen auch Detektoren 26 an den eigentlich feststehenden Wirkgruppen angeordnet sein. Feststehende Wirkgruppen, wie in diesem Beispiel die Lichteintrittslinse 14, bleiben bei jeder Betriebsstellung des Zoomobjektivs in einer gleichbleibenden, festen Position. Die festen Wirkgruppen können jedoch durch thermische Effekte, beispielsweise durch die Ausdehnung des Gehäuses 12, in Bezug auf die anderen Wirkgruppen versetzt werden. Daher sind vorzugsweise auch die festen Wirkgruppen mit Detektoren gekoppelt, um etwaige Abweichungen hervorgerufen durch äußere Bedingungen zu detektieren. Zur Kompensation dieser Fehler können die beweglichen Wirkgruppen ausgleichend verstellt werden. Aufnahmen mit dem Zoomobjektiv werden hierdurch hochgradig reproduzierbar und nahezu unabhängig von äußeren Bedingungen. Weiterhin werden die Abbildungsgüte und die Genauigkeit des Zoomobjektivs maßgeblich erhöht. In addition to the detectors on the movable active groups 16a, 16b, 16c, detectors 26 may also be arranged on the actually fixed active groups in some embodiments. Fixed active groups, such as the light inlet lens 14 in this example, remain in a constant, fixed position at each operating position of the zoom lens. However, the fixed groups of action can be offset by thermal effects, for example by the expansion of the housing 12, with respect to the other active groups. Therefore, preferably also the fixed groups of agents are coupled to detectors to detect any deviations caused by external conditions. To compensate for these errors, the movable active groups can be adjusted compensating. Shooting with the zoom lens become highly reproducible and almost independent of external conditions. Furthermore, the image quality and the accuracy of the zoom lens are significantly increased.
[0049] Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche Elemente wie bereits in Fig. 2. Die Führungssystem 34, 34a, die Antriebe 20a, 20b sowie eine Steuereinheit 42 mit einem Speicher 38 sind hier schematisch angedeutet. Der Speicher 38 und die Steuereinheit 42 können in einigen Ausführungsbeispielen in oder an dem Gehäuse 12 des Objektivs angeordnet sein, so dass sie Teil des neuen Zoomobjektivs sind. In anderen Ausführungsbeispielen sind der Speicher 38 und die Steuereinheit 42 räumlich getrennt von dem Objektiv angeordnet, etwa in der Auswerte- und Steuereinheit 7 des Koordinatenmessge- rätes 1 . Mittels der schematisch angedeuteten Antriebe 20a, 20b können die beweglichen, nicht-ortsfesten Wirkgruppen 16a, 16b, 16c entlang der Führungssysteme 34, 34a verfahren werden. Fig. 3 shows a further embodiment in a schematic representation. The same reference numerals designate the same elements as in FIG. 2. The guide system 34, 34a, the drives 20a, 20b and a control unit 42 with a memory 38 are indicated schematically here. The memory 38 and the control unit 42 may, in some embodiments, be disposed in or on the housing 12 of the lens so that they are part of the new zoom lens. In other exemplary embodiments, the memory 38 and the control unit 42 are arranged spatially separated from the objective, for example in the evaluation and control unit 7 of the coordinate measuring apparatus 1. By means of the schematically indicated drives 20a, 20b, the movable, non-stationary active groups 16a, 16b, 16c can be moved along the guide systems 34, 34a.
[0050] Fig. 3 zeigt eine stark vereinfachte Seitenansicht eines neuen Zoomobjektivs. Wie in Fig. 2 ist auch hier die objektseitige vorderste (hier unterste) Wirkgruppe 14 eine an sich feststehende Wirkgruppe, die hier nicht mit dem Führungssystem 34 verbunden ist. Wie die beweglichen Wirkgruppen 16a, 16b, 16c verfügt jedoch auch die feste Wirkgruppe 14 hier über einen Detektor 26, mit dessen Hilfe die tatsächliche Position der Wirkgruppe 14 relativ zu dem Informationsträger 22 bestimmt werden kann. Die Detektoren 26, 27a, 27b, 27c sind dazu ausgebildet, den Maßstab 24, der auf den Informationsträger 22 aufgebracht ist, auszulesen. Schematisch angedeutet ist hier ein linearer Maßstab mit einer absoluten Positionsinformation. Alternativ könnte je nach Aufgabe auch ein anderer Maßstab verwendet werden, etwa mit einer relativen Positionsinformation, die ausgehend von einem definierten Referenzpunkt in Inkrementalschritten ausgelesen wird. Der Informationsträger 22 ist vorteilhaft mit einem Festlager 44 in einem Fixpunkt am Gehäuse befestigt und im Übrigen schwimmend gelagert. Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist dieser Fixpunkt hier vorteilhaft an der festen Wirkgruppe 14 angeordnet. Diese bevorzugte Anordnung hat den Vorteil, dass die feste Wirkgruppe 14 als Referenz dienen kann. Ermittelte Stell- und Positionsfehler können so bezogen auf die feststehende Wirkgruppe als Referenz kompensiert werden. [0051] Alternativ können Stell- und Positionsfehler auch über andere Methoden zur Entfernungsmessung ermittelt werden. Beispielsweise könnte eine Abstandsmessung auch mittels eines Interferometers erfolgen, um die Positionen der Baugruppen 14 und 16a, 16b, 16c zu erfassen. Dabei müsste der Eindeutigkeitsbereich auch nur so groß sein, dass zusammen mit der grob bekannten Position aus den Antrieben 20a, 20b die exakte Position eindeutig bestimmt werden kann. Eine weitere Messmethode zur Abstandsmessung könnte durch eine Laufzeitmessung eines von einem Referenzpunkt zur Baugruppe ausgesendeten Signals realisiert werden. Mittels dieser Messwerte könnte zusammen mit den groben Positionsdaten der Antriebe eine präzise Ermittlung der Position der Baugruppen erreicht werden. Fig. 3 shows a greatly simplified side view of a new zoom lens. As in FIG. 2, the object-side foremost (here lowermost) active group 14 is also an active group which is fixed per se and which is not connected to the guide system 34 here. However, like the movable action groups 16a, 16b, 16c, the fixed action group 14 also has a detector 26 with the aid of which the actual position of the action group 14 relative to the information carrier 22 can be determined. The detectors 26, 27a, 27b, 27c are designed to read the scale 24, which is applied to the information carrier 22. Schematically indicated here is a linear scale with an absolute position information. Alternatively, depending on the task, a different scale could also be used, for example with relative position information which is read out starting from a defined reference point in incremental steps. The information carrier 22 is advantageously attached to a fixed bearing 44 in a fixed point on the housing and stored floating in the rest. As can be seen from FIG. 3, this fixed point is advantageously arranged on the fixed active group 14. This preferred arrangement has the advantage that the fixed active group 14 can serve as a reference. Determined positioning and position errors can thus be compensated with reference to the fixed active group as a reference. Alternatively, positioning and position errors can also be determined by other methods for distance measurement. For example, a distance measurement could also be performed by means of an interferometer in order to detect the positions of the assemblies 14 and 16a, 16b, 16c. The uniqueness range would also have to be so great that, together with the roughly known position from the drives 20a, 20b, the exact position can be determined unambiguously. Another measuring method for distance measurement could be realized by a transit time measurement of a signal transmitted from a reference point to the module. By means of these measured values, together with the coarse position data of the drives, a precise determination of the position of the assemblies could be achieved.
[0052] Der Speicher 38 kann Korrekturwerte für die Sollposition einzelner Wirkgruppen bei bestimmten Betriebsstellungen oder andere positionsbezogene Daten der Wirkgruppen beinhalten. Diese Korrekturwerte sind in den bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand einer Kalibrierung mit externen Messgeräten ermittelt, insbesondere beim Hersteller des Zoomobjektivs. Die Korrekturwerte werden in Form von Kalibrierdaten in dem Speicher 38 bereitgestellt. Damit kann in vorteilhaften Ausführungsbeispielen eine von der Betriebsposition und/oder von der Umgebungstemperatur abhängige Positionskorrektur erfolgen, wie dies unter dem Begriff CAA (Computer Aided Accuracy) zur Kalibrierung und Korrektur von Führungsfehlern bei Koordinatenmessgeräten bekannt ist. Vorzugsweise erfolgt die Positionskorrektur automatisch in einem geschlossenen Regelkreis im Betrieb des Zoomobjektivs. The memory 38 may include correction values for the target position of individual active groups in certain operating positions or other position-related data of the active groups. These correction values are determined in the preferred exemplary embodiments by means of a calibration with external measuring devices, in particular by the manufacturer of the zoom lens. The correction values are provided in the memory 38 in the form of calibration data. Thus, in advantageous embodiments, a position correction dependent on the operating position and / or on the ambient temperature can take place, as is known by the term CAA (Computer Aided Accuracy) for calibrating and correcting guide errors in coordinate measuring machines. Preferably, the position correction is carried out automatically in a closed loop during operation of the zoom lens.
[0053] Ferner kann die Steuereinheit 42 aktuelle Positionsdaten der Detektoren, die im Betrieb des Zoomobjektivs bestimmt werden, in dem Speicher 38 abspeichern, um die aktuellen Positionsdaten für eine schnelle Wiederinbetriebnahme des Koordina- tenmessgeräts nach einem Ausschalten zur Verfügung zu stellen. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit 42 eine„Referenzfahrt" der beweglichen Wirkgruppen zu Beginn jeder Inbetriebnahme durchführen, um die jeweils aktuellen Positionen der Wirkgruppen zu ermitteln. Furthermore, the control unit 42 can store current position data of the detectors, which are determined during operation of the zoom lens, in the memory 38 in order to provide the current position data for rapid restarting of the coordinate measuring device after switching off. Alternatively or additionally, the control unit 42 may carry out a "reference run" of the movable active groups at the beginning of each start-up in order to determine the respectively current positions of the active groups.
[0054] Weiterhin vorteilhaft sind daher in der Fig. 3 Temperaturfühler 32 am Informationsträger 22 angeordnet. Vorzugsweise sind die Temperaturfühler 32 über die gesamte Länge des Informationsträgers 22 verteilt. Über die Temperaturfühler 32 wird die Temperatur des Informationsträgers 22 bzw. der Temperaturverlauf über dem Informationsträger 22 ermittelt. Bei bekannten Temperaturkoeffizienten des verwendeten Materials ist eine mögliche Ausdehnung aufgrund von Temperaturveränderungen berechenbar. Die hierbei ermittelten Werte können in die Berechnung der Stell- oder Positionsfehler mit eingehen. Durch die Temperaturmessung kann das Zoomobjektiv auch bei unterschiedlichen äußeren Bedingungen reproduzierbare Ergebnisse liefern. Also advantageous in FIG. 3 temperature sensor 32 are arranged on the information carrier 22. Preferably, the temperature sensor 32 via the entire length of the information carrier 22 distributed. About the temperature sensor 32, the temperature of the information carrier 22 and the temperature profile over the information carrier 22 is determined. For known temperature coefficients of the material used, a possible expansion due to temperature changes can be calculated. The values determined in this case can be included in the calculation of the positioning error or position error. By measuring the temperature, the zoom lens can deliver reproducible results even under different external conditions.
[0055] Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Informationsträger 22 mittig unterhalb der Wirkgruppen 14, 16a, 16b, 16c entlang der optischen Achse 40 angeordnet. Der Informationsträger 22 liegt somit in einer Symmetrielinie 28 des Führungssystems 34. Die Wirkgruppen 14, 16a, 16b, 16c sind vorzugsweise spiegelsymmetrisch zum Informationsträger 22 mit Haltern 30 an dem Führungssystem 34 oder dem Gehäuse befestigt. Die Detektoren befinden sich in dieser Darstellung verdeckt hinter den Wirkgruppen 14, 16a, 16b, 16c. Die Anordnung des Informationsträgers 22 in einer Symmetrielinie 28 des Führungssystems 34 ist vorteilhaft, um Messfehler beim Auslesen des Informationsträgers 22 durch die Detektoren 26, 27a, 27b, 27c zu vermindern. Die Anordnung entspricht dem Abbe'schen Komparatorprinzip, welches besagt, dass eine zu messende Strecke und der Maßstab eines Messgerätes auf einer Achse liegen müssen, um Kippfehler erster Ordnung zu verringern. Weiterhin trägt die symmetrische Anordnung dazu bei, dass bei einer gleichmäßigen Erwärmung die Position der einzelnen Wirkgruppen relativ zur optischen Achse erhalten bleibt. 4 shows a further exemplary embodiment in a schematic representation. In this exemplary embodiment, the information carrier 22 is arranged centrally below the active groups 14, 16a, 16b, 16c along the optical axis 40. The information carrier 22 thus lies in a symmetry line 28 of the guide system 34. The active groups 14, 16a, 16b, 16c are preferably mirror-symmetrically attached to the information carrier 22 with holders 30 on the guide system 34 or the housing. In this illustration, the detectors are hidden behind the active groups 14, 16a, 16b, 16c. The arrangement of the information carrier 22 in a line of symmetry 28 of the guide system 34 is advantageous in order to reduce measurement errors during reading of the information carrier 22 by the detectors 26, 27a, 27b, 27c. The arrangement corresponds to the Abbe's comparator principle, which states that a distance to be measured and the scale of a measuring device must lie on an axis in order to reduce first order tilting errors. Furthermore, the symmetrical arrangement contributes to the fact that with uniform heating, the position of the individual active groups is maintained relative to the optical axis.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Zoomobjektiv für ein optisches Koordinatenmessgerät (1 ), das zum Bestimmen von geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts ausgebildet ist, mit einer ersten optischen Wirkgruppe (14) und mindestens einer zweiten optischen Wirkgruppe (16a), die entlang einer gemeinsamen optischen Achse (40) angeordnet sind, wobei mindestens die zweite optische Wirkgruppe (16a) axial entlang eines Führungssystems (34) parallel zu der optischen Achse (40) gezielt verschiebbar ist, mit einer Einsteilvorrichtung (20) zum Positionieren der axial verschiebbaren zweiten Wirkgruppe (16a) auf dem Führungssystem (34), mit zumindest einem Informationsträger (22), der einen definierten Maßstab (24) zur Positionsbestimmung aufweist, mit einem ersten Detektor (26), der zur Positionsbestimmung mit der ersten Wirkgruppe (14) gekoppelt ist, und mit mindestens einem zweiten Detektor (27a), der zur Positionsbestimmung mit der zweiten Wirkgruppe (16a) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (26) und der zweite Detektor (27a) jeweils dazu ausgebildet sind, den Informationsträger (22) auszulesen, um eine Positionsbestimmung der ersten und der zweiten Wirkgruppe (14, 16a) relativ zu einem gemeinsamen Informationsträger (22) zu ermöglichen. 1 . A zoom lens for an optical coordinate measuring machine (1), which is designed to determine geometric properties of a measurement object, having a first optical activity group (14) and at least one second optical activity group (16a) arranged along a common optical axis (40), wherein at least the second optical active group (16a) is displaceable axially along a guide system (34) parallel to the optical axis (40), with an adjusting device (20) for positioning the axially displaceable second active group (16a) on the guide system (34). , comprising at least one information carrier (22) having a defined scale (24) for position determination, with a first detector (26) which is coupled to the first active group (14) for position determination, and with at least one second detector (27a) , which is coupled to the position determination with the second active group (16a), characterized in that the first detector (26) and the second detector (27a) are each designed to read the information carrier (22) in order to enable a position determination of the first and the second active group (14, 16a) relative to a common information carrier (22).
2. Zoomobjektiv nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das der Informationsträger (22) einstückig ist. 2. zoom lens according to claim 1, characterized in that the information carrier (22) is in one piece.
3. Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsträger (22) parallel zu der optischen Achse (40) in einer Symmetrielinie (28) des Führungssystems (34) verläuft. 3. Zoom lens according to one of claims 1 or 2, characterized in that the information carrier (22) parallel to the optical axis (40) in a symmetry line (28) of the guide system (34).
4. Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12), in dem die erste und die zweite Wirkgruppe (14, 16a) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (12) einen ersten thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei der Informationsträger (22) einen zweiten thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aufweist, und wobei der zweite thermische Län- genausdehnungskoeffizient kleiner ist als der erste thermische Längenausdehnungskoeffizient. 4. Zoom lens according to one of claims 1 to 3, characterized by a housing (12) in which the first and the second active group (14, 16 a) are arranged, wherein the housing (12) has a first thermal expansion coefficient, wherein the information carrier (22) has a second thermal expansion coefficient, and wherein the second thermal expansion coefficient Genausdehnungskoeffizient is smaller than the first thermal expansion coefficient.
5. Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12), in dem die erste optische Wirkgruppe (14) ortsfest angeordnet ist. 5. zoom lens according to one of claims 1 to 4, characterized by a housing (12) in which the first optical effect group (14) is arranged stationary.
6. Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsträger (22) an einem definierten Fixpunkt mit einem Festlager (44) schwimmend gelagert ist. 6. zoom lens according to one of claims 1 to 5, characterized in that the information carrier (22) is mounted floating at a defined fixed point with a fixed bearing (44).
7. Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Informationsträgers (22) mindestens ein Temperaturfühler (32) angeordnet ist. 7. zoom lens according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the region of the information carrier (22) at least one temperature sensor (32) is arranged.
8. Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 oder 7, gekennzeichnet durch einen Speicher (38), in dem Kalibrierdaten gespeichert sind, die Führungsfehler des Führungssystems (34) und/oder Maßstabsfehler des Maßstabs (24) repräsentieren. 8. Zoom lens according to one of claims 1 or 7, characterized by a memory (38), are stored in the calibration data representing the guide error of the guide system (34) and / or scale error of the scale (24).
9. Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine dritte optische Wirkgruppe (16b), insbesondere in Form einer Aperturblende, und zumindest eine weitere optische Wirkgruppe (16c), die jeweils entlang des Führungssystems (34) verschiebbar sind, ferner mit einem dritten und zumindest einem weiteren Detektor (27b, 27c), wobei der dritte und der zumindest eine weiteren Detektor (27b, 27c) jeweils dazu ausgebildet sind, den Informationsträger (22) auszulesen, um eine Positionsbestimmung der dritten und der zumindest einen weiteren Wirkgruppe (16b, 16c) relativ zu dem gemeinsamen Informationsträger (22) zu ermöglichen. 9. zoom lens according to one of claims 1 to 8, characterized by a third optical action group (16b), in particular in the form of an aperture diaphragm, and at least one further optical action group (16c), each along the guide system (34) are displaceable, further with a third and at least one further detector (27b, 27c), wherein the third and the at least one further detector (27b, 27c) are respectively adapted to read the information carrier (22) to a position determination of the third and the at least one further active group (16b, 16c) relative to the common information carrier (22).
10. Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der zweite Detektor (26a) dazu ausgebildet ist, sowohl eine Verschiebung als auch eine Rotation der zweiten Wirkgruppe (16a) zu bestimmen. 10. Zoom lens according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least the second detector (26 a) is adapted to determine both a displacement and a rotation of the second active group (16 a).
1 1 . Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren (26, 27) induktiv mit Energie versorgt werden. 1 1. Zoom lens according to one of claims 1 to 10, characterized in that the detectors (26, 27) are inductively supplied with energy.
12. Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Informationsträger (22) mehrere Maßstäbe (24) mit unterschiedlicher Auflösung aufweist. 12. Zoom lens according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that the information carrier (22) has a plurality of scales (24) with different resolution.
13. Verfahren zum Ermitteln eines Stell- oder Positionsfehlers eines Zoomobjektivs mit einer ersten optischen Wirkgruppe (14) und mindestens einer zweiten optischen Wirkgruppen (16), die entlang einer optischen Achse (40) angeordnet sind, wobei mindestens die zweite optische Wirkgruppe axial entlang eines Führungssystems (34) verschiebbar ist, mit einer Einsteilvorrichtung (20), zum Positionieren der axial verschiebbaren zweiten Wirkgruppen (14) auf dem Führungssystem (34), mit einem ersten Detektor (26), der an der ersten Wirkgruppe (14) angeordnet ist und mindestens einem zweiten Detektor (27), der an der zweiten Wirkgruppe (16) angeordnet ist, mit einem ersten Informationsträger (22), der einen definierten Maßstab (24) aufweist, und mit mindestens einer ersten Betriebsstellung, in der sich die erste optische Wirkgruppe in einer definierten ersten Position befindet und die zweite optische Wirkgruppe sich in einer definierten zweiten Position befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Detektor (26) und der zweite Detektor (27a) jeweils dazu ausgebildet sind, den Informationsträger (22) auszulesen, um eine Positionsbestimmung der ersten und der zweiten Wirkgruppe (14, 16a) relativ zu einem gemeinsamen Informationsträger (22) zu ermöglichen. 13. A method for determining a positioning or positional error of a zoom lens having a first optical active group (14) and at least one second optical active groups (16), which are arranged along an optical axis (40), wherein at least the second optical active group axially along a Guiding system (34) is displaceable, with an adjusting device (20) for positioning the axially movable second active groups (14) on the guide system (34), with a first detector (26) which is arranged on the first active group (14) and at least one second detector (27), which is arranged on the second active group (16), with a first information carrier (22), which has a defined scale (24), and with at least one first operating position, in which the first optical active group is in a defined first position and the second optical action group is in a defined second position, characterized in that the first detector (26) and the second detector (27a) are each designed to read the information carrier (22) in order to enable a position determination of the first and the second active group (14, 16a) relative to a common information carrier (22).
14. Koordinatenmessgerät (1 ) zur Bestimmung von Raumkoordinaten an einem Messobjekt, mit einer Werkstückaufnahme (2) zur Aufnahme des Messobjekts, und mit einem Messkopf (4), der relativ zu der Werkstückaufnahme verfahrbar ist, wobei der Messkopf (4) ein Zoomobjektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist. 14. Coordinate measuring device (1) for determining spatial coordinates on a measurement object, with a workpiece holder (2) for receiving the measurement object, and with a measuring head (4) which is movable relative to the workpiece holder, wherein the measuring head (4) according to a zoom lens one of claims 1 to 12.
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