DE102006054148A1 - Disturbance detection device, has beam splitter, where light which is emitted from examination area within interior of body in direction of field lens is guided over lens and splitter to entrance pupil of objective of image recording unit - Google Patents

Disturbance detection device, has beam splitter, where light which is emitted from examination area within interior of body in direction of field lens is guided over lens and splitter to entrance pupil of objective of image recording unit Download PDF

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Abstract

The device has an illumination device (21) with a punctiform light source, which is arranged in proximity of a focal plane (20) of a field lens (4) i.e. Fresnel lens, with an optical axis (5) standing perpendicular to a boundary surface (1). A beam splitter (6) is arranged between the device (21) and the lens, where the device (21) has LEDs. Light emitted parallel to the axis from an examination area within interior of a body (8) in a direction of the lens is guided over the lens and the splitter to an entrance pupil (13) of an objective (12) of an image recording unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Erfassen von Störungen an Körpern aus transparentem Material mit wenigstens einer ebenen Grenzfläche optischer Güte.The The invention relates to a device for optically detecting disturbances bodies of transparent material with at least one planar interface optical Quality.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 34 002 A1 ist ein Verfahren zur Inspektion einer Glasoberfläche bekannt, bei der ein oberflächlicher Fehler mit einer Linsenwirkung, beispielsweise eine an der Glasoberfläche im geschmolzenen Zustand geplatzte und später erstarrte Gasblase, mit diffusem Licht beleuchtet wird der Fehler mit einem optischen Inspektionssystem untersucht wird.From the German patent application DE 102 34 002 A1 For example, in a method of inspecting a glass surface in which a surface defect with a lens effect, such as a gas bubble burst on the glass surface in the molten state and subsequently solidified, is illuminated with diffused light, the defect is inspected with an optical inspection system.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 08 693 A1 ist ein Verfahren zur Codierung von Konstruktionselementen, insbesondere Fensterscheiben von Kraftfahrzeugen bekannt, bei der ein Code, vorzugsweise ein Strichcode auf die Fensterscheibe aufgebracht wird. Es sind Material auf- und abtragende Verfahren sowie Einlagerungen oder dergleichen Veränderungen einer Zwischenschicht bei Verbundscheiben vorgesehen. Ferner ist vorgesehen, die Codes mit einem nicht näher beschriebenen Scanner zu lesen und die gelesenen Daten einer Zeichenerkennungseinrichtung zuzuführen.From the German patent application DE 195 08 693 A1 is a method for coding of construction elements, in particular windowpanes of motor vehicles is known in which a code, preferably a bar code is applied to the window pane. There are provided material up and down processes and inclusions or the like changes an intermediate layer in composite discs. It is further provided to read the codes with a scanner not described in detail and to supply the read data to a character recognition device.

Aus der deutschen Patentschrift DE 21 52 510 C3 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von Oberflächenfehlern an glatten, vorzugsweise ebenen Oberflächen, wobei die Oberfläche mit einem Laserstrahl punktweise abgescannt wird und aus der Analyse der Beugungsmuster des reflektierten Laserstrahls auf die Art der Oberflächenfehler geschlossen wird.From the German patent DE 21 52 510 C3 is a method and a device for detecting surface defects on smooth, preferably flat surfaces, wherein the surface is scanned pointwise with a laser beam and is concluded from the analysis of the diffraction pattern of the reflected laser beam on the type of surface defects.

Aus der deutschen Patentschrift DE 353 40 180 C2 ist eine Vorrichtung zum optischen Erfassen von Fehlern auf einer Materialbahn, insbesondere einer Flachglasbahn bekannt, wobei die Materialbahn mit einem Lichtpunkt gescannt wird und das von einer Oberflächenstörung reflektierte Licht mittels eines Photoempfängers mit Dunkelfeldblende detektiert wird.From the German patent DE 353 40 180 C2 a device for optically detecting defects on a material web, in particular a flat glass sheet is known, wherein the material web is scanned with a light spot and the light reflected from a surface disturbance light is detected by means of a photoreceiver with dark field stop.

Bei der optischen Erkennung von Störungen, wie Fehlern oder Codes im Material oder auf einer ebenen Grenzfläche eines Körpers aus transparentem Materials ist es oft wünschenswert, diese Störungen in einem Auflichtverfahren zu untersuchen. Dabei wirkt sich Streulicht von Objekten hinter der letzten zur ersten ebenen Grenzfläche parallelen Grenzfläche oder einer nicht-optischen, unregelmäßigen zweiten Grenzfläche eines Körpers aus transparentem Material häufig negativ auf den Kontrast und die Erkennbarkeit der Störung aus.at the optical detection of disturbances, such as Errors or codes in the material or on a flat interface of a body Of transparent material, it is often desirable to eliminate these disturbances to investigate an incident light method. This scattered light affects from objects behind the last to the first plane boundary parallel interface or a non-optical, irregular second interface of a body made of transparent material frequently negative for the contrast and the recognizability of the disorder.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum optischen Erfassen von Störungen auf und innerhalb von Körpern aus transparentem Material mit wenigstens einer ebenen Grenzfläche optischer Güte zu schaffen, die eine Erkennung der Störungen weitestgehend unabhängig von den optischen Eigenschaften des Raumes hinter der der Erfassungsvorrichtung abgewandten Grenzfläche des Körpers (8) aus transparentem Material ermöglicht.The object of the invention is to provide a device for optically detecting disturbances on and within bodies of transparent material having at least one planar interface optical quality, the detection of the disturbances largely independent of the optical properties of the space behind the detection device facing away from the interface of the body ( 8th ) made of transparent material.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die eine Beleuchtungseinrichtung und eine Bildaufnahmeeinrichtung mit einem Bildverarbeitungsrechner aufweist, wobei es sich bei der Beleuchtungseinrichtung um eine nahezu punktförmige Lichtquelle handelt, die im Brennpunkt einer Feldlinse angeordnet ist, deren optische Achse senkrecht auf einer ersten Grenzfläche des Körpers steht, wobei die erste Grenzfläche die der Feldlinse zugewandte Grenzfläche des Körpers ist. Im optischen Weg zwischen der Lichtquelle und der Feldlinse ist ein Strahlteiler angeordnet. Das senkrecht auf die erste Grenzfläche des Körpers auffallende Lichtbündel wird an der ersten und gegebenenfalls an der zweiten Grenzfläche des Körpers zu einem Teil reflektiert und über die Feldlinse und den Strahlteiler auf die Bildaufnahmeeinrichtung geleitet, deren Eintrittspupille in der Fokalebene der Feldlinse liegt. Sind auf der ersten Grenzfläche, im Inneren des Körpers oder auf der zweiten Grenzfläche des Körpers Störungen vorhanden, die eine Linsen-, prismatische oder streuende Wirkung für das einfallende Licht haben, so ergibt sich in der Bildaufnahmeeinheit im Untersuchungsbereich, der im wesentlichen der Außenkontur der Feldlinse in der Ebene senkrecht zur optischen Achse entspricht, ein Kontrast zwischen den Störungen und der ungestörten Umgebung. Der telezentrische Strahlengang für Beleuchtung und Bildaufnahme bewirkt, daß nur solche Lichtstrahlen in die Bildaufnahmeeinrichtung gelangen, die annähernd parallel zum Eingangsstrahlenbündel verlaufen. Da die betrachteten Störungen das einfallende Licht aus dem einfallenden Bündel weg reflektieren (Linsen- oder prismatische Wirkung) oder streuen (streuende Wirkung) ist die Leuchtdichte in der Ebene des Bildaufnehmers an den Bildpunkten der Störungen kleiner als Leuchtdichte der Umgebung der Störungen.The The object is achieved by a device, which is a lighting device and an image pickup device with an image processing computer , wherein the illumination device is a almost punctiform Light source is disposed at the focal point of a field lens is, whose optical axis perpendicular to a first interface of the body stands, with the first interface which is the field lens facing interface of the body. In the optical way between the light source and the field lens is a beam splitter arranged. The beam of light incident perpendicular to the first interface of the body becomes at the first and optionally at the second interface of the body reflected in part and over the field lens and the beam splitter on the image pickup device whose entrance pupil is in the focal plane of the field lens lies. Are on the first interface, inside the body or on the second interface the body has disorders, which has a lens, prismatic or scattering effect on the incident Have light, this results in the image acquisition unit in the examination area, the essentially the outer contour corresponds to the field lens in the plane perpendicular to the optical axis, a contrast between the disorders and the undisturbed Surroundings. The telecentric beam path for illumination and image acquisition causes only such light rays enter the image recording device, the nearly parallel to the input beam run. Since the considered disturbances the incident light from the incoming bundle Reflect away (lens or prismatic effect) or scatter (scattering effect) is the luminance in the plane of the image sensor at the pixels of the disturbances less than the luminance of the environment of the disturbances.

Die Funktion der Vorrichtung basiert auf dem bekannten Zusammenhang der Intensitäten von einfallendem, durchgelassenem und reflektiertem Strahl bei einem senkrechten Strahleneinfall auf einen Körper aus transparentem Material an der Grenzfläche zu Luft oder Vakuum. Im Beispiel einer Grenzfläche Glas/Luft tritt eine Intensität von 96% der einfallenden Intensität durch die Grenzfläche hindurch, während 4% senkrecht zurück reflektiert werden. Befindet sich beispielsweise eine lichtabsorbierende Störung auf der ersten Grenzfläche, so läuft der einfallende Strahl zunächst an der ersten Grenzfläche durch die lichtabsorbierende Störung und der Teil des durchgelassenen Strahles, der an der zweiten Grenzfläche reflektiert wird, läuft ebenso durch die lichtabsorbierende Störung. Im Beispiel einer 10%igen Lichtabsorption wird im Bereich der Störung 7,0% der einfallenden Lichtintensität zurück reflektiert, während außerhalb der Störung eine Intensität von 7,7% der einfallenden Lichtintensität reflektiert werden. Der Unterschied der Intensitäten ergibt einen 10%igen Kontrast, der die Erkennung einer Störung in einem Bildverarbeitungsrechner ermöglicht. Störungen auf den Grenzflächen oder auf dazu parallelen Zwischenflächen werden von der Vorrichtung erfaßt und werden in der Ebene der Bildaufnahmeeinheit dunkler als die Umgebung dargestellt, sofern es sich nicht um spiegelnde Störungen handelt. Die optischen Eigenschaften des von der Lichtquelle aus gesehen hinter der letzten Grenzfläche liegenden Raumes sind weitgehend ohne Einfluß auf den Bildkontrast, solange sich dort keine spiegelnden Elemente befinden, deren Grenzfläche parallel zu der ersten Grenzfläche ausgerichtet sind. Auch die Beschaffenheit der zweiten Grenzfläche hat einen sehr geringen Einfluß auf die Detektierbarkeit von Störungen auf der ersten ebenen Grenzfläche.The function of the device is based on the known relationship of the intensities of incident, transmitted and reflected beam at a vertical incident radiation on a body of transparent material at the interface to air or vacuum. In the example of a glass / air interface, an intensity of 96% of the incident intensity passes through the interface while 4% is reflected back vertically. For example, if a light absorbing perturbation is on the first interface, then the incident beam travels first at the first interface through the light absorbing perturbation and the portion of the pass through NEN beam, which is reflected at the second interface, also passes through the light-absorbing disturbance. In the example of a 10% light absorption, 7.0% of the incident light intensity is reflected back in the area of the disturbance, while outside the disturbance an intensity of 7.7% of the incident light intensity is reflected. The difference in intensities gives a 10% contrast that allows detection of a disturbance in an image processing computer. Disturbances on the interfaces or on parallel interfaces are detected by the device and are shown darker in the plane of the image acquisition unit than the environment, unless they are specular disturbances. The optical properties of the space lying behind the last interface seen from the light source are largely unaffected by the image contrast, as long as there are no reflective elements whose boundary surface are aligned parallel to the first interface. Also, the nature of the second interface has very little effect on the detectability of perturbations on the first planar interface.

Die Erfindung wird an Hand der Abbildungen näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to the figures.

In 1 ist eine Ansicht des Strahlenganges senkrecht zu den optischen Achsen von Bildaufnahmeeinrichtung (11) und Feldlinse (4) schematisch dargestellt. Von einer punktförmigen Lichtquelle (21) in der beleuchtungsseitigen Fokalebene (20) der Feldlinse (4) mit der auf einer ersten Grenzfläche (1) des Körpers (8) aus transparentem Material senkrecht stehenden optischen Achse (5) wird ein paralleles Lichtbündel auf die erste Grenzfläche (1) geleitet. Das Licht passiert dabei zwischen Lichtquelle (21) und der Feldlinse (4) einen Strahlteiler (6) mit einer teildurchlässig verspiegelten Grenzfläche (7). Dieser Strahlteiler reflektiert teilweise das von der ersten Grenzfläche (1) parallel zur optischen Achse (5) emittierte Licht um einen Winkel von 90° in die Eintrittspupille (13) des Objektivs (12) der Bildaufnahmeeinheit (11). Die Eintrittspupille (13) liegt dabei in der bildaufnehmerseitigen Fokalebene (10) der Feldlinse (4). Der Körper (8) weist eine erste Grenzfläche (1) mit einer Störung (50), eine zweite Grenzfläche (2) und eine Zwischenfläche (3) auf.In 1 is a view of the beam path perpendicular to the optical axes of image pickup device ( 11 ) and field lens ( 4 ) shown schematically. From a point light source ( 21 ) in the illumination-side focal plane ( 20 ) of the field lens ( 4 ) with the on a first interface ( 1 ) of the body ( 8th ) of transparent material perpendicular optical axis ( 5 ) is a parallel light beam on the first interface ( 1 ). The light passes between light source ( 21 ) and the field lens ( 4 ) a beam splitter ( 6 ) with a partially transparent mirrored interface ( 7 ). This beam splitter partially reflects that from the first interface ( 1 ) parallel to the optical axis ( 5 ) emitted light at an angle of 90 ° in the entrance pupil ( 13 ) of the lens ( 12 ) of the image acquisition unit ( 11 ). The entrance pupil ( 13 ) lies in the image receptor side focal plane ( 10 ) of the field lens ( 4 ). The body ( 8th ) has a first interface ( 1 ) with a fault ( 50 ), a second interface ( 2 ) and an interface ( 3 ) on.

Die in 1 dargestellte Anordnung stellt einen telezentrischen Strahlengang dar. Eigenart dieses telezentrischen Strahlenganges ist es, daß die Feldlinse (4) auf der Seite der ersten Grenzfläche (1) des Körpers (8) aus transparentem Material einen zur optischen Achse (5) parallelen Strahlengang aufweist. Die telezentrische Abbildung gibt die innerhalb des Strahlenbündels liegenden Störungen unabhängig vom Abstand der Feldlinse (4) von der ersten Grenzfläche (1) und unabhängig vom Abstand der Störung von der ersten Grenzfläche (1) mit immer dem gleichen Abbildungsmaßstab wieder. Der durch die Anordnung erfaßte Untersuchungsbereich auf der ersten Grenzfläche (1) wird durch die Projektion der Feldlinse (4) auf die erste Grenzfläche (1) begrenzt. Die Projektion der Feldlinse (4) auf die erste Grenzfläche (1) und damit ihre Außenkontur kann somit der Form des Untersuchungsbereiches angepaßt werden. Wird die Vorrichtung beispielsweise für einen rechteckförmigen Untersuchungsbereich vorgesehen, so können von einer ursprünglich kreisförmigen Feldlinse (4) die Bereiche außerhalb des rechteckförmigen Bereiches weggelassen werden. Als Feldlinse (4) wird vorzugsweise eine sphärische Linse verwendet. Ist bei einem gewählten optischen Aufbau und einer vorgegebenen Ausdehnung eines Untersuchungsbereiches auf der ersten Grenzfläche (1) zur Ausleuchtung des Untersuchungsbereiches ein Öffnungswinkel des von der Lichtquelle (21) emittierten annähernd kegel- oder pyramidenförmigen Lichtbündels von mehr als etwa 30° erforderlich, so kann die Verwendung einer asphärischen Linse als Feldlinse (4) von Vorteil sein. Aus Kosten- und Gewichtsgründen kann an Stelle einer sphärischen Linse auch eine Fresnellinse oder ein holografisch-optisches Element (HOE) verwendet werden.In the 1 arrangement represents a telecentric beam path. The peculiarity of this telecentric beam path is that the field lens ( 4 ) on the side of the first interface ( 1 ) of the body ( 8th ) of transparent material one to the optical axis ( 5 ) has parallel beam path. The telecentric imaging gives the interference within the beam independent of the distance of the field lens ( 4 ) from the first interface ( 1 ) and regardless of the distance of the disturbance from the first interface ( 1 ) with always the same magnification. The area of examination at the first interface ( 1 ) is determined by the projection of the field lens ( 4 ) to the first interface ( 1 ) limited. The projection of the field lens ( 4 ) to the first interface ( 1 ) and thus their outer contour can thus be adapted to the shape of the examination area. If the device is provided, for example, for a rectangular examination area, then an originally circular field lens (FIG. 4 ) the areas outside the rectangular area are omitted. As a field lens ( 4 ), a spherical lens is preferably used. Is at a selected optical structure and a predetermined extent of an examination area on the first interface ( 1 ) for illuminating the examination area, an opening angle of the light source ( 21 ) emitted approximately cone or pyramidal light beam of more than about 30 °, so the use of an aspherical lens as a field lens ( 4 ) be advantageous. For cost and weight reasons, a Fresnel lens or a holographic-optical element (HOE) can be used instead of a spherical lens.

Wird die Vorrichtung für wiederkehrende Meßaufgaben, beispielsweise in einer industriellen Produktion, verwendet, so wird die optische Achse (5) einmalig derart justiert, daß sie auf der ersten Grenzfläche (1) des Körpers (8) senkrecht steht. Für einen automatisierten Meßablauf muß dann nur Sorge getragen werden, daß die ersten Grenzflächen (1) der Körper (8) immer parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Höhenlage der ersten Grenzfläche (1) kann dabei, beispielsweise durch Dickenunterschiede von planparallelen Platten, in weiten Grenzen variieren, ohne daß dies einen Einfluß auf die Meßgenauigkeit hat.If the device is used for recurrent measuring tasks, for example in an industrial production, the optical axis ( 5 ) are adjusted once so that they are at the first interface ( 1 ) of the body ( 8th ) is vertical. For an automated measurement procedure then only care must be taken that the first interfaces ( 1 ) the body ( 8th ) are always aligned parallel to each other. The altitude of the first interface ( 1 ) can vary, for example, by differences in thickness of plane-parallel plates, within wide limits, without this having an influence on the measurement accuracy.

Soll die Vorrichtung als handgeführte Meßeinrichtung fungieren, so ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, das in 1 nicht dargestellte Gehäuse derart auszubilden, daß es einen Tubus aufweist, dessen innerer Querschnitt die Feldlinse (4) umschließt. Es ist vorgesehen, den Tubus auf der der Feldlinse (4) abgewandten Seite mit einem ebenen Rand zu begrenzen, dessen Fläche senkrecht auf der optischen Achse (5) steht. Wird die Vorrichtung mit dem Tubus auf die erste Grenzfläche (1) aufgesetzt, so steht die optische Achse (5) senkrecht auf der ersten Grenzfläche (1).If the device is to function as a hand-held measuring device, it is provided in the context of the invention that is described in 1 Housing not shown in such a way that it has a tube whose inner cross-section of the field lens ( 4 ) encloses. It is intended, the tube on the field lens ( 4 ) facing away from the side with a flat edge whose surface is perpendicular to the optical axis ( 5 ) stands. If the device with the tube on the first interface ( 1 ), the optical axis ( 5 ) perpendicular to the first interface ( 1 ).

In 2a sind Transmission und Reflexion an einem ungestörten Körper (8) mit zwei planparallelen Grenzflächen (1, 2) dargestellt. Ein einfallender Strahl (30) wird an der ersten Grenzfläche (1) in einen an der ersten Grenzfläche reflektierten Strahl (40) und einen eintretenden Strahl (31) aufgeteilt. Der eintretende Strahl (31) wird an der zweiten Grenzfläche (2) in einen austretenden Strahl (32) und einen an der zweiten Grenzfläche reflektierten Strahl (41) aufgeteilt, wobei dieser Strahl (41) an der ersten Grenzfläche (1) teilweise durchgelassen wird und den Körper (8) parallel zum an der ersten Grenzfläche reflektiertem Strahl (49) verläßt. Beide Strahlen werden über die Feldlinse (4) und den Strahlteiler (6) der Bildaufnahmeeinheit (11) zugeführt.In 2a are transmission and reflection on an undisturbed body ( 8th ) with two plane-parallel interfaces ( 1 . 2 ). An incident beam ( 30 ) is at the first interface ( 1 ) into a beam reflected at the first interface ( 40 ) and an incoming beam ( 31 ) divided up. Of the incoming beam ( 31 ) is at the second interface ( 2 ) into an outgoing stream ( 32 ) and a beam reflected at the second interface ( 41 ), this beam ( 41 ) at the first interface ( 1 ) is partially transmitted and the body ( 8th ) parallel to the beam reflected at the first interface ( 49 ) leaves. Both beams are transmitted via the field lens ( 4 ) and the beam splitter ( 6 ) of the image acquisition unit ( 11 ).

In 2b ist ein Körper (8) mit zwei planparallelen Grenzflächen (1, 2) und mit Störungen auf der ersten Grenzfläche (1) und auf der zweiten Grenzfläche (2) schematisch dargestellt. Dabei sind Störungen mit Linsenwirkung (50, 55) und eine Störung mit prismatischer Wirkung (51) dargestellt. Ferner ist die Projektion (56) der Störung mit Linsenwirkung (55) auf die erste Grenzfläche (1) dargestellt. Störungen, die mit der Vorrichtung detektierbar sind, können auch lichtstreuend oder -absorbierend sein.In 2 B is a body ( 8th ) with two plane-parallel interfaces ( 1 . 2 ) and with disturbances on the first interface ( 1 ) and on the second interface ( 2 ) shown schematically. There are interferences with lens effect ( 50 . 55 ) and a prismatic interference ( 51 ). Furthermore, the projection ( 56 ) of the interference with lens effect ( 55 ) to the first interface ( 1 ). Interference detectable with the device may also be light scattering or absorbing.

2c stellt einen Körper (8) mit zwei planparallelen Grenzflächen (1, 2) und einer Zwischenfläche (3) dar, in der sich eine Störung (52) befindet. Die Störung (52) kann sowohl eine Linsen- oder eine prismatische Wirkung als auch eine lichtabsorbierende oder streuende Wirkung besitzen. Eingezeichnet ist die Projektion (57) der Störung (52) auf die erste Grenzfläche (1). 2c represents a body ( 8th ) with two plane-parallel interfaces ( 1 . 2 ) and an interface ( 3 ), in which a fault ( 52 ) is located. The disorder ( 52 ) may have both a lens or a prismatic effect as well as a light-absorbing or scattering effect. The projection is marked ( 57 ) of the fault ( 52 ) to the first interface ( 1 ).

In 2d ist ein Körper (8) aus transparentem Material mit lichtabsorbierenden oder streuenden Störungen (53) und (54) an der ersten Grenzfläche (1) dargestellt. Ferner ist die Winkelverteilung (59) des an einer streuenden Störung (58) gestreuten Lichts des einfallenden Strahls (30) schematisch dargestellt. Von der gesamten gestreuten Lichtintensität, die man durch Integration der gestreuten Intensitäten über alle Streuwinkel erhält, erreicht nur der um einen Winkel von 180° zurückgestreute Anteil der Intensität über die telezentrische Optik die Bildaufnahmeeinrichtung (11). Die zweite Grenzfläche (2) ist beispielhaft als eine nicht-optische, unregelmäßige Fläche dargestellt.In 2d is a body ( 8th ) of transparent material with light-absorbing or scattering disturbances ( 53 ) and ( 54 ) at the first interface ( 1 ). Furthermore, the angular distribution ( 59 ) of a scattering disturbance ( 58 ) scattered light of the incident beam ( 30 ) shown schematically. Of the total scattered light intensity, which is obtained by integrating the scattered intensities over all scattering angles, only the portion of the intensity backscattered by an angle of 180 ° via the telecentric optics reaches the image recording device (FIG. 11 ). The second interface ( 2 ) is exemplified as a non-optical, irregular area.

Als punktförmige Lichtquelle (21) ist im Rahmen der Erfindung vorzugsweise eine Licht emittierende Halbleiterdiode (LED) oder ein Festkörperlaser (Laserdiode) und als Bildaufnahmeeinheit (11) eine CCD-Kamera vorgesehen. Im Falle der LED-Beleuchtung können LED mit engen Farbspektren oder mit Weißlicht-Emissionsspektrum verwendet werden. Die Auswahl des Spektrums der Lichtquelle (21) kann bei Bedarf der wellenlängenabhängigen Absorption der zu untersuchenden Störungen angepaßt werden.As point light source ( 21 ) is within the scope of the invention preferably a light-emitting semiconductor diode (LED) or a solid-state laser (laser diode) and as an image recording unit ( 11 ) provided a CCD camera. In the case of LED lighting, LEDs with narrow color spectrums or white light emission spectrum can be used. The selection of the spectrum of the light source ( 21 ) can, if necessary, be adapted to the wavelength-dependent absorption of the disorders to be investigated.

Sollen mit der Vorrichtung Phasenobjekte auf oder in dem Körper (8) aus transparentem Material detektiert werden, so ist die Verwendung einer Lichtquelle (21) für monochromatisches, kohärentes Licht erforderlich. Vorzugsweise wird in einem solchen Fall eine Laserdiode verwendet, deren Strahl bedarfsweise durch eine Aufweitungsoptik derart aufgeweitet wird, daß die gesamte Querschnittsfläche der Feldlinse (4) und damit der gesamte Untersuchungsbereich auf dem Körper (8) ausgeleuchtet wird. Bei der Aufweitungsoptik kann es sich beispielsweise im Fall eines rechteckigen Untersuchungsbereiches um eine Zylinderoptik handeln. Mit einer derartigen Anordnung ist es beispielsweise möglich, Störungen in der optischen Vergütung der ersten Grenzfläche (1) nachzuweisen.If the device is to be used for phase objects on or in the body ( 8th ) are detected from transparent material, the use of a light source ( 21 ) is required for monochromatic, coherent light. Preferably, in such a case, a laser diode is used whose beam is, if necessary, expanded by an expansion optics such that the entire cross-sectional area of the field lens (FIG. 4 ) and thus the entire examination area on the body ( 8th ) is illuminated. For example, in the case of a rectangular examination region, the expansion optics may be a cylindrical optic. With such an arrangement, it is possible, for example, interference in the optical compensation of the first interface ( 1 ).

In einem herkömmlichen Bildverarbeitungsrechner (14) werden die gewonnenen Aufnahmen der Bildaufnahmeeinrichtung (11) weiterverarbeitet und gegebenenfalls abgespeichert und auf einem Monitor dargestellt. Für den Fall, daß die Störungen Codes darstellen, werden die gewonnenen Aufnahmen der Bildaufnahmeeinrichtung (11) mit einem Zeichenerkennungsprogramm des Bildverarbeitungsrechners (41) vorzugsweise automatisch analysiert. Die Störungen können in diesem Fall die Form von Ziffern oder Buchstaben haben oder beispielsweise eine Anordnung von Punkten oder wie im Falle eines Strichcodes Linien darstellen, die mit einer Decodierungsvorschrift nach bekannten Verfahren decodiert werden können.In a conventional image processing computer ( 14 ), the acquired images of the image recording device ( 11 ) and, if necessary, stored and displayed on a monitor. In the event that the disturbances represent codes, the acquired images of the image recording device ( 11 ) with a character recognition program of the image processing computer ( 41 ) preferably automatically analyzed. The perturbations in this case may take the form of numerals or letters, or may represent, for example, an array of dots or, as in the case of a bar code, lines which may be decoded by a method of decoding according to known methods.

Ein Beispiel für einen Körper (8) aus transparentem Material, der auf einer ersten Grenzfläche automatisch auswertbare Störungen enthält, ist in 3 schematisch dargestellt. Dabei handelt es sich um einen mit einem Identifikationscode (60, 60') versehenen Glas-Probenträger mit einer durch Tauchen, Spritzen, Sprühen oder durch Abscheiden aus der Dampfphase (beispielsweise CVD) aufgebrachten Reaktionsbeschichtung, auf die in einem festgelegten Raster (61) chemische oder biochemische Proben aufgebracht wurden. Chemische oder biochemische Reaktionen der Proben mit Reaktionsbeschichtung, die nach einer Entwicklungszeit oder/und einem Entwicklungsprozeß zu einer Lichtabsorption oder/und -streuung am Reaktionsort führen, können in dem vorgegebenen Raster (61) zusammen mit dem Identifikationscode (60, 60') auf der ersten Grenzfläche (1) des Körpers (8) schnell erkannt und die Daten für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden.An example of a body ( 8th ) of transparent material containing automatically evaluable disturbances on a first interface is 3 shown schematically. This is one with an identification code ( 60 . 60 ' glass sample carrier with a reaction coating applied by dipping, spraying, spraying or by deposition from the vapor phase (for example CVD), onto which in a fixed grid ( 61 ) chemical or biochemical samples were applied. Chemical or biochemical reactions of the reaction-coated samples which result in light absorption or / and scattering at the reaction site after a development time and / or a development process may occur in the given pattern ( 61 ) together with the identification code ( 60 . 60 ' ) on the first interface ( 1 ) of the body ( 8th ) are recognized quickly and the data is made available for further processing.

Verzeichnis der AbbildungenList of pictures

1: Schematische Ansicht des Strahlenganges senkrecht zu den optischen Achsen von Bildaufnahmeeinrichtung und Feldlinse 1 : Schematic view of the beam path perpendicular to the optical axes of image pickup device and field lens

2: Schnitt durch eine Körper (8) aus transparentem Material mit einer ebenen optischen ersten Grenzfläche (1)

  • a) Transmission und Reflexion bei senkrechtem Lichteinfall
  • b) Störungen mit Linsen- und prismatischer Wirkung auf der ersten und zweiten Grenzfläche
  • c) Störung auf der Zwischenfläche
  • d) Lichtabsorbierende oder streuende Störungen auf der ersten Grenzfläche
2 : Section through a body ( 8th ) of transparent material having a planar optical first interface ( 1 )
  • a) Transmission and reflection at normal incidence of light
  • b) Perturbations with lens and prismatic effects on the first and second interfaces
  • c) interference on the interface
  • d) Light-absorbing or scattering perturbations on the first interface

3: Glasprobenträger mit Reaktionsbeschichtung 3 : Glass sample carrier with reaction coating

11
erste Grenzflächefirst interface
22
zweite Grenzflächesecond interface
33
Zwischenflächeinterface
44
Feldlinsefield lens
55
optische Achseoptical axis
66
Strahlteilerbeamsplitter
77
teildurchlässig verspiegelte Grenzflächesemitransparent mirrored interface
88th
Körper aus transparentem MaterialBody out transparent material
1010
bildaufnehmerseitige Fokalebene der Feldlinsebildaufnehmerseitige Focal plane of the field lens
1111
BildaufnahmeeinrichtungImage recording device
1212
Objektivlens
1313
Eintrittspupilleentrance pupil
1414
BildverarbeitungsrechnerImage processing computer
2020
beleuchtungsseitige Fokalebene der Feldlinseillumination-side Focal plane of the field lens
2121
Punktförmige LichtquellePointed light source
3030
Einfallender Strahlincident beam
3131
Strahl im Flachglasbeam in flat glass
3232
Austretender Strahlleaking beam
4040
an der ersten Grenzfläche reflektierter Strahlat the first interface reflected beam
4141
an der zweiten Grenzfläche reflektierter Strahlat the second interface reflected beam
5050
Störung mit LinsenwirkungDisorder with lensing
5151
Störung mit prismatischer WirkungDisorder with prismatic effect
5252
Störung auf der ZwischenebeneFault on the intermediate level
5353
Absorbierende Störung auf der ersten Grenzflächeabsorbent disorder on the first interface
5555
Störung mit Linsenwirkung an der zweiten GrenzflächeDisorder with Lens action at the second interface
5656
Projektion von 55 auf die erste GrenzflächeProjection of 55 on the first interface
5757
Projektion von 52 auf die erste GrenzflächeProjection of 52 on the first interface
5858
streuende Störungstray disorder
5959
Winkelverteilungangular distribution
60, 60'60 60 '
Identifikationscodeidentification code
6161
Rastergrid

Claims (15)

Vorrichtung zum optischen Erfassen von Störungen (50, 51, 53, 58) in einem Untersuchungsbereich auf einer ebenen optischen ersten Grenzfläche (1) eines Körpers (8) aus transparentem Material mit einer Beleuchtungseinrichtung (21), einer Bildaufnahmeeinrichtung (11) mit einem angeschlossenem Bildverarbeitungsrechner (14) zur Auswertung, Speicherung und Darstellung von aufgenommenen Bildern des Untersuchungsbereiches, wobei die Beleuchtungseinrichtung (21) eine im wesentlichen punktförmige Lichtquelle aufweist, die in der Nähe der Fokalebene (20) einer Feldlinse (4) mit einer senkrecht auf einer ersten Grenzfläche (1) stehenden optischen Achse (5) angeordnet ist, wobei zwischen der Beleuchtungseinrichtung (21) und der Feldlinse (4) ein Strahlteiler (6) angeordnet ist und wobei das parallel zur optischen Achse (5) von dem Untersuchungsbereich in Richtung der Feldlinse (4) emittierte Licht über die Feldlinse (4) und den Strahlteiler (6) auf eine in der bildaufnehmerseitigen Fokalebene (10) der Feldlinse (4) liegende Eintrittspupille (13) des Objektivs (12) der Bildaufnahmeeinheit (11) geleitet wird.Device for optically detecting faults ( 50 . 51 . 53 . 58 ) in an examination area on a plane optical first interface ( 1 ) of a body ( 8th ) of transparent material with a lighting device ( 21 ), an image recording device ( 11 ) with a connected image processing computer ( 14 ) for evaluating, storing and displaying recorded images of the examination area, wherein the illumination device ( 21 ) has a substantially punctiform light source, which is in the vicinity of the focal plane ( 20 ) a field lens ( 4 ) with a perpendicular to a first interface ( 1 ) standing optical axis ( 5 ), wherein between the illumination device ( 21 ) and the field lens ( 4 ) a beam splitter ( 6 ) and which is parallel to the optical axis ( 5 ) from the examination area in the direction of the field lens ( 4 ) emitted light via the field lens ( 4 ) and the beam splitter ( 6 ) on a in the image receptor side focal plane ( 10 ) of the field lens ( 4 ) entrance pupil ( 13 ) of the lens ( 12 ) of the image acquisition unit ( 11 ). Vorrichtung zum optischen Erfassen von Störungen (52,55) in einem Untersuchungsbereich im Inneren eines Körpers (8) aus transparentem Material mit zwei zueinander parallelen ebenen optischen Grenzflächen (1, 2) mit einer Beleuchtungseinrichtung (21), einer Bildaufnahmeeinrichtung (11) mit einem angeschlossenem Bildverarbeitungsrechner (14) zur Auswertung, Speicherung und Darstellung von aufgenommenen Bildern des Untersuchungsbereiches, wobei die Beleuchtungseinrichtung (21) eine im wesentlichen punktförmige Lichtquelle aufweist, die in der Nähe der Fokalebene (20) einer Feldlinse (4) mit einer senkrecht auf einer ersten Grenzfläche (1) stehenden optischen Achse (5) angeordnet ist, wobei zwischen der Beleuchtungseinrichtung (21) und der Feldlinse (4) ein Strahlteiler (6) angeordnet ist und wobei das parallel zur optischen Achse (5) von dem Untersuchungsbereich zwischen der ersten Grenzfläche (1) und der zweiten Grenzfläche (2) in Richtung der Feldlinse (4) emittierte Licht über die Feldlinse (4) und den Strahlteiler (6) auf eine in der bildaufnehmerseitigen Fokalebene (10) der Feldlinse (4) liegende Eintrittspupille (13) des Objektivs (12) der Bildaufnahmeeinheit (11) geleitet wird.Device for optically detecting faults ( 52 . 55 ) in an examination area inside a body ( 8th ) of transparent material with two mutually parallel planar optical interfaces ( 1 . 2 ) with a lighting device ( 21 ), an image recording device ( 11 ) with a connected image processing computer ( 14 ) for evaluating, storing and displaying recorded images of the examination area, wherein the illumination device ( 21 ) has a substantially punctiform light source, which is in the vicinity of the focal plane ( 20 ) a field lens ( 4 ) with a perpendicular to a first interface ( 1 ) standing optical axis ( 5 ), wherein between the illumination device ( 21 ) and the field lens ( 4 ) a beam splitter ( 6 ) and which is parallel to the optical axis ( 5 ) from the examination area between the first interface ( 1 ) and the second interface ( 2 ) in the direction of the field lens ( 4 ) emitted light via the field lens ( 4 ) and the beam splitter ( 6 ) on a in the image receptor side focal plane ( 10 ) of the field lens ( 4 ) entrance pupil ( 13 ) of the lens ( 12 ) of the image acquisition unit ( 11 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (21) auf der optischen Achse (5) angeordnet ist und daß das parallel zur optischen Achse (5) von dem Untersuchungsbereich in Richtung der Feldlinse (4) emittierte Licht in dem Strahlteiler (6) um 90° auf die Bildaufnahmeeinheit (11) gespiegelt wird.Device according to one of claims 1-2, characterized in that the illumination device ( 21 ) on the optical axis ( 5 ) and that parallel to the optical axis ( 5 ) from the examination area in the direction of the field lens ( 4 ) emitted light in the beam splitter ( 6 ) by 90 ° to the image acquisition unit ( 11 ) is mirrored. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der Beleuchtungseinrichtung (21) über einen Strahlteiler (6) auf die optische Achse (5) gespiegelt wird und daß das parallel zur optischen Achse (5) von dem Untersuchungsbereich in Richtung der Feldlinse (4) emittierte Licht den Strahlteiler (6) passiert und auf die auf der optischen Achse (5) liegende Bildaufnahmeeinheit (11) geleitet wird.Device according to one of claims 1-2, characterized in that the light of the illumination device ( 21 ) via a beam splitter ( 6 ) on the optical axis ( 5 ) and that parallel to the optical axis ( 5 ) from the examination area in the direction of the field lens ( 4 ) emitted light the beam splitter ( 6 ) and on the optical axis ( 5 ) Ness ( 11 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzflächen (1, 2) den Körper (8) zu einem optisch dünneren Medium, insbesondere Luft abgrenzen.Device according to one of claims 1-4, characterized in that the interfaces ( 1 . 2 ) the body ( 8th ) to a visually thinner medium, in particular air delimit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, daß die Störungen (50, 51, 52, 53, 55, 58) eine Linsen-, prismatische, absorbierende oder streuende Wirkung für einen senkrecht einfallenden Strahl (30) besitzen.Device according to one of Claims 1-5, characterized in that the disturbances ( 50 . 51 . 52 . 53 . 55 . 58 ) has a lens, prismatic, absorbing or scattering effect for a perpendicularly incident beam ( 30 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldlinse (4) eine Außenkontur aufweist, deren Projektion auf die erste Grenzfläche (1) den Untersuchungsbereich begrenzt.Device according to one of claims 1-6, characterized in that the field lens ( 4 ) has an outer contour whose projection onto the first interface ( 1 ) limits the examination area. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldlinse (4) als Fresnellinse ausgebildet ist.Device according to one of claims 1-7, characterized in that the field lens ( 4 ) is designed as a Fresnel lens. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldlinse (4) als holografisch-optisches Element (HOE) ausgebildet ist.Device according to one of claims 1-7, characterized in that the field lens ( 4 ) is designed as a holographic-optical element (HOE). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (21) aus einer Licht emittierenden Halbleiterdiode (LED) mit engem Farbspektrum bestehtDevice according to one of claims 1-9, characterized in that the illumination device ( 21 ) consists of a light-emitting semiconductor diode (LED) with a narrow color spectrum Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (21) aus einer Weißlicht emittierenden Anordnung von Halbleiterdioden (LED) bestehtDevice according to one of claims 1-9, characterized in that the illumination device ( 21 ) consists of a white light emitting array of semiconductor diodes (LED) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, daß Beleuchtungseinrichtung (21) aus einem Halbleiterlaser mit einer Strahlaufweitungsoptik besteht und die Störungen Phasenänderungsstörungen sind.Device according to one of Claims 1-11, characterized in that the illumination device ( 21 ) consists of a semiconductor laser with a beam expanding optics and the disturbances are phase change noise. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Grenzfläche (1) und der Feldlinse (4) eine zur ersten Grenzfläche (1) parallel angeordnete planparallele Platte aus transparentem Material mit optischen Oberflächen angeordnet ist.Device according to one of claims 1-12, characterized in that between the first interface ( 1 ) and the field lens ( 4 ) one to the first interface ( 1 ) arranged in parallel plane-parallel plate made of transparent material with optical surfaces. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Störungen (50, 51, 52, 53, 55, 58) um automatisch analysierbare Identifikationscodes (60) handelt.Device according to one of claims 1-13, characterized in that it is in the disorders ( 50 . 51 . 52 . 53 . 55 . 58 ) automatically identifiable identification codes ( 60 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (21), die Bildaufnahmeeinrichtung (11), der Strahlteiler (6) und die Feldlinse (4) in einem lichtdichten Gehäuse angeordnet sind und daß das Gehäuse einen sich von der Feldlinse (4) in Richtung der ersten Grenzfläche (1) erstreckenden Tubus mit einem ebenen Rand aufweist, der auf die erste Grenzfläche (1) aufsetzbar ist und dessen Fläche senkrecht auf der optischen Achse (5) steht, wobei der innere Querschnitt des Tubus die Feldlinse (4) umschließtDevice according to one of claims 1-14, characterized in that the illumination device ( 21 ), the image recording device ( 11 ), the beam splitter ( 6 ) and the field lens ( 4 ) are arranged in a light-tight housing and that the housing a from the field lens ( 4 ) in the direction of the first interface ( 1 ) extending tube having a planar edge which is on the first interface ( 1 ) and whose surface is perpendicular to the optical axis ( 5 ), wherein the inner cross-section of the tube the field lens ( 4 ) encloses
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