DE102011106688A1 - Visualization device for visualizing spatially resolved measurement result, comprises projector that projects image derived from measurement result in visible spectrum along projection beam path to object - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Visualisierungseinrichtung mit einem Messgerät, welches einen Detektor und einen Messstrahlengang aufweist und welches zur Erstellung eines ortsauflösenden Messergebnisses aus entlang des Messstrahlengangs in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich von einem Objekt erfasster Messstrahlung eingerichtet ist, und mit einem im sichtbaren Spektralbereich projizierenden Projektor, wobei der Projektor zur Projektion eines aus dem Messergebnis abgeleiteten Bildes im sichtbaren Spektralbereich entlang eines Projektionsstrahlengangs auf das Objekt eingerichtet ist.The invention relates to a visualization device with a measuring device, which has a detector and a measurement beam path and which is set up to generate a spatially resolving measurement result from measurement radiation detected along an object spectrum along the measurement beam path in a non-visible spectral range, and with a projector projecting in the visible spectral range, wherein the projector is arranged to project an image derived from the measurement result in the visible spectral range along a projection beam path onto the object.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Visualisierung eines ortsaufgelösten Messergebnisses, wobei entlang eines Messstrahlengangs in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich Messstrahlung von einem Objekt erfasst und aus der erfassten Messstrahlung ein ortsauflösendes Messergebnis erstellt wird, wobei aus dem Messergebnis ein Bild in einem sichtbaren Spektralbereich abgeleitet wird und wobei das Bild entlang eines Projektionsstrahlengangs auf das Objekt projiziert wird.The invention further relates to a method for visualizing a spatially resolved measurement result, wherein measuring radiation is detected by an object along a measuring beam path in a non-visible spectral range and a spatially resolving measurement result is produced from the detected measuring radiation, wherein an image in the visible spectral range is derived from the measurement result and wherein the image is projected onto the object along a projection beam path.
Eine derartige Visualisierungseinrichtung und ein derartiges Verfahren können verwendet werden, um die erfassten ortsauflösenden Messergebnisse direkt an dem untersuchten Objekt sichtbar zu machen.Such a visualization device and such a method can be used to visualize the acquired spatially resolving measurement results directly on the examined object.
Bei derartigen kombinierten Messgeräten und Projektoren besteht generell das Problem, dass aufgrund einer Parallaxe, also eines Abstandes der optischen Achsen der jeweiligen Geräte voneinander, das projizierte Bild nicht für alle Abbildungsabstände zwischen Projektor und Objekt mit dem Original, also dem Objekt, zur Deckung gebracht ist. Der Benutzer kann dies beispielsweise umgehen, indem er während der Messung und Projektion immer eine fest vorgegebene Entfernung zum Objekt einhält, für welche das projizierte Bild mit dem Objekt in Deckung gebracht ist. Dies ist allerdings für viele Anwendungsfälle unpraktisch.In such combined measuring devices and projectors there is generally the problem that due to a parallax, ie a distance of the optical axes of the respective devices from each other, the projected image is not brought to all imaging distances between the projector and object with the original, so the object , For example, the user can avoid this by always maintaining a fixed distance to the object during measurement and projection for which the projected image is aligned with the object. However, this is impractical for many applications.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Handhabung einer Visualisierungseinrichtung zu vereinfachen.The invention has for its object to simplify the handling of a visualization device.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Visualisierungseinrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass im Messstrahlengang und/oder im Projektionsstrahlengang ein Strahlumlenker angeordnet ist, durch welchen der Projektionsstrahlengang zwischen dem Strahlumlenker und dem Objekt mit dem Messstrahlengang zur Deckung gebracht ist. Von Vorteil ist dabei, dass zwischen den Strahlengängen des Messgeräts und des Projektors keine Parallaxe auftreten kann, so dass auf einfache Weise das projizierte Bild mit dem Objekt für nahezu beliebige Abbildungsentfernungen zur Deckung bringbar ist.To achieve this object, a visualization device of the type mentioned is provided according to the invention that in the measurement beam path and / or in the projection beam path, a beam deflector is arranged, through which the projection beam path between the beam deflector and the object with the measurement beam path is brought to coincide. The advantage here is that between the beam paths of the measuring device and the projector no parallax can occur, so that in a simple way the projected image with the object for almost any imaging distances can be brought to cover.
Hierbei wird unter einer ortsaufgelösten Messung generell ein Messverfahren verstanden, welches als Messergebnis eine zweidimensionale bildhafte Anordnung von Messwerten ergibt. Bevorzugt wird Messstrahlung in einem Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums erfasst. Die Ortsauflösung kann dadurch erreicht werden, dass die aus unterschiedlichen Raumwinkelbereichen auf den Detektor einfallende Messstrahlung getrennt ausgemessen wird.In this case, a spatially resolved measurement is generally understood to mean a measuring method which produces a two-dimensional pictorial arrangement of measured values as a measurement result. Preferably, measuring radiation is detected in a spectral range of the electromagnetic spectrum. The spatial resolution can be achieved by measuring the measuring radiation incident on the detector from different solid angle ranges separately.
Der erfindungsgemäße optische Strahlumlenker bewirkt, dass der Projektionsstrahlengang hinter dem Strahlumlenker, also zwischen dem Strahlumlenker und dem Objekt, mit dem Messstrahlengang vor dem Strahlumlenker, also ebenfalls zwischen dem Strahlumlenker und dem Objekt zur Deckung gebracht ist. Der Strahlumlenker wirkt hierbei ähnlich einem Strahlteiler, nur mit dem Unterschied, dass bei dem Strahlumlenker die Ausbreitungsrichtung der Projektionsstrahlen des Projektionsstrahlengangs entgegengesetzt der Ausbreitungsrichtung der Messstrahlung entlang des Messstrahlengangs ausgerichtet ist, während bei den bekannten Strahlteilern die aufgeteilten Strahlengänge gleichsinnig durchlaufen werden.The optical beam deflector according to the invention causes the projection beam path behind the beam deflector, ie between the beam deflector and the object, to coincide with the measuring beam path in front of the beam deflector, ie likewise between the beam deflector and the object. The beam deflector acts in this case similar to a beam splitter, with the only difference that in the beam deflector, the propagation direction of the projection beams of the projection beam is opposite to the direction of propagation of the measuring radiation aligned along the measuring beam path, while in the known beam splitters, the split beam paths are traversed in the same direction.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Strahlumlenker als dichroitischer Spiegel ausgebildet ist. Unter einem dichroitischem Spiegel wird hierbei ein Spiegel verstanden, welcher für elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich zumindest überwiegend durchlässig und für elektromagnetische Strahlung in einem weiteren Spektralbereich zumindest vorwiegend reflektierend ist. Von Vorteil ist dabei, dass auf einfache Weise eine Vereinigung des Messstrahlengangs mit dem Projektionsstrahlengang zwischen Strahlumlenker und Objekt möglich ist, indem beispielsweise der Strahlumlenker in dem sichtbaren Spektralbereich vollständig oder überwiegend reflektierend und in dem nicht-sichtbaren Spektralbereich vollständig oder überwiegend durchlässig ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise durch spezielle Materialwahl oder durch Verwendung eines dichroitischen Gitters mit entsprechendem Gitterabstand erreicht sein.For example, it can be provided that the beam deflector is designed as a dichroic mirror. In this case, a dichroic mirror is understood as meaning a mirror which is at least predominantly transparent to electromagnetic radiation in one spectral range and at least predominantly reflective to electromagnetic radiation in a further spectral range. The advantage here is that in a simple way a combination of the measuring beam path with the projection beam path between the beam deflector and object is possible, for example, the beam deflector in the visible spectral range is completely or predominantly reflective and formed completely or predominantly transparent in the non-visible spectral range. This can be achieved for example by special choice of material or by using a dichroic grating with a corresponding grid spacing.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Strahlumlenker als elektrisch oder mechanisch schaltbarer Spiegel ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine aufwendige Materialauswahl zur Erlangung der gewünschten optischen Eigenschaften verzichtbar ist. Bevorzugt ist der Spiegel sowohl in dem nicht-sichtbaren Spektralbereich als auch in dem sichtbaren Spektralbereich reflektierend ausgebildet. Durch die Schaltbarkeit können Messstrahlengang und Projektionsstrahlengang abwechselnd betrieben werden, so dass eine unterschiedliche Strahlführung für Messstrahlengang und Projektionsstrahlengang einfach realisierbar ist.In one embodiment of the invention can be provided that the beam deflector is designed as electrically or mechanically switchable mirror. The advantage here is that a complex selection of materials to achieve the desired optical properties is dispensable. Preferably, the mirror is designed to be reflective both in the non-visible spectral range and in the visible spectral range. By the Switchability, the measurement beam path and projection beam path can be operated alternately, so that a different beam guidance for measurement beam path and projection beam path is easy to implement.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Detektor als IR-Detektor ausgebildet ist. Somit sind auf einfache Weise Wärmebilder erfassbar und auf dem untersuchten Objekt darstellbar. Dies hat den Vorteil, dass Wärmequellen oder sonstige auffällige Temperaturverteilungen an dem Objekt direkt aus der Distanz erkennbar und sichtbar gemacht sind.For example, it can be provided that the detector is designed as an IR detector. Thus, thermal images can be detected in a simple manner and displayed on the examined object. This has the advantage that heat sources or other conspicuous temperature distributions are made visible and visible on the object directly from a distance.
Zur besonders genauen Projektion des Bildes kann vorgesehen sein, dass der Projektor als Laserprojektor für farbiges oder monochromes Laserlicht ausgebildet ist. Von Vorteil ist dabei, dass das projizierte Bild über weite Entfernungen scharf bleibt, ohne dass der Projektionsstrahlengang optisch nachgeführt werden muß.For particularly accurate projection of the image can be provided that the projector is designed as a laser projector for colored or monochrome laser light. The advantage here is that the projected image remains sharp over long distances, without the projection beam path must be tracked optically.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Messstrahlengang zwischen dem Strahlumlenker und dem Detektor ein optisches Element angeordnet ist, mit welchem ein Öffnungswinkel und/oder ein Fokus des Messstrahlengangs einstellbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass mit dem optischen Element ein untersuchter Bereich an dem zu untersuchenden Objekt ausgewählt werden kann beziehungsweise dass mit dem optischen Element die Auflösung des ortsauflösenden Messergebnisses durch Fokussierung, also Scharfstellung, veränderbar ist.In one embodiment of the invention can be provided that in the measuring beam path between the beam deflector and the detector, an optical element is arranged, with which an opening angle and / or a focus of the measuring beam path is adjustable. The advantage here is that with the optical element, an examined area can be selected on the object to be examined or that with the optical element, the resolution of the spatially resolving measurement result by focusing, so focus is changeable.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass im Projektionsstrahlengang zwischen dem Strahlumlenker und dem Projektor ein optisches Element angeordnet ist, mit welchem ein Öffnungswinkel und/oder ein Fokus des Projektionsstrahlengangs einstellbar ist. Somit kann mittels des optischen Elements die Bildgröße auf die Objektgröße abgestimmt werden beziehungsweise das projizierte Bild scharfgestellt werden.Alternatively or additionally, it can be provided that in the projection beam path between the beam deflector and the projector, an optical element is arranged, with which an opening angle and / or a focus of the projection beam path is adjustable. Thus, by means of the optical element, the image size can be matched to the object size or the projected image can be focused.
Vorzugsweise ist das optische Element zwischen dem Strahlumlenker und dem Projektor angeordnet.Preferably, the optical element is disposed between the beam deflector and the projector.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Projektionsstrahlengang ein in dem sichtbaren und in dem nicht-sichtbaren Spektralbereich optisch wirkendes optisches Element angeordnet ist, mit welchem ein Öffnungswinkel und/oder ein Fokus des Projektionsstrahlengangs und ein Öffnungswinkel und/oder ein Fokus des Messstrahlengangs einstellbar sind. Vorzugsweise ist das optische Element so eingerichtet, dass die Öffnungswinkel und/oder Fokusse gemeinsam einstellbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Auswahl des Messbereichs am untersuchten Objekt und/oder die Fokussierung der Messstrahlung durch entsprechende Justierung des Projektors auf einfache Weise erfolgen kann. Vorzugsweise ist das optische Element zwischen dem Strahlumlenker und dem Objekt angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das optische Element in dem Bereich angeordnet ist, in welchem der Messstrahlengang und der Projektionsstrahlengang räumlich zusammenfallen.In one embodiment of the invention it can be provided that in the visible and in the non-visible spectral region optically acting optical element is arranged in the projection beam, with which an opening angle and / or focus of the projection beam and an opening angle and / or a focus of Measuring beam path are adjustable. Preferably, the optical element is arranged so that the opening angle and / or foci are adjustable together. This has the advantage that the selection of the measuring range on the object under examination and / or the focusing of the measuring radiation can be effected in a simple manner by appropriate adjustment of the projector. Preferably, the optical element is arranged between the beam deflector and the object. The advantage here is that the optical element is arranged in the region in which the measuring beam path and the projection beam path coincide spatially.
Um von den herrschenden Umgebungsbedingungen wie Beleuchtungsverhältnisse und dergleichen bei der Erstellung des ortsauflösenden Messergebnisses möglichst unabhängig zu sein, kann bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung und/oder Durchleuchtung des Objektes mit Strahlung zur Erstellung des ortsauflösenden Messergebnisses ausgebildet und eingerichtet ist. Beispielsweise kann die Strahlungsquelle zur Erzeugung der im Anschluss ausgemessenen Strahlung im nicht-sichtbaren Spektralbereich eingerichtet sein. Die Strahlungsquelle kann in das Messgerät integriert oder separat von dem Messgerät ausgebildet sein.In order to be as independent as possible from the prevailing ambient conditions such as lighting conditions and the like in the generation of the spatially resolving measurement result, it can be provided in one embodiment of the invention that a radiation source for irradiation and / or fluoroscopy of the object is formed and set up with radiation for generating the spatially resolving measurement result is. For example, the radiation source for generating the subsequently measured radiation in the non-visible spectral range can be set up. The radiation source can be integrated into the measuring device or be formed separately from the measuring device.
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Messstrahlengang und/oder der Projektionsstrahlengang mit einem Strahlumlenker derart umgelenkt wird/werden, dass der Projektionsstrahlengang mit dem Messstrahlengang zwischen dem Strahlumlenker und dem Objekt zur Deckung gebracht wird. Von Vorteil ist dabei, dass automatisch sichergestellt ist, dass das projizierte Bild mit dem untersuchten Objekt zur Deckung gebracht ist, dass also die einzelnen Bestandteile des ortsaufgelösten Messergebnisses beziehungsweise des daraus abgeleiteten Bildes auf diejenigen Teile des untersuchten Objektes projiziert werden, von denen die zugehörige Messstrahlung ausging. Somit kann der Benutzer auf einfache Weise die erzielten Messergebnisse den jeweiligen Teilen des untersuchten Objekts zuordnen, was die Handhabung einer Visualisierungseinrichtung und die Durchführung eines Verfahrens der eingangs genannten Art erheblich vereinfacht.To solve the problem is provided according to the invention in a method of the type mentioned that the beam path and / or the projection beam path is / are deflected with a beam deflector so that the projection beam is brought to coincide with the measuring beam path between the beam deflector and the object. The advantage here is that it is automatically ensured that the projected image with the examined object is made to coincide, so that the individual components of the spatially resolved measurement result or the image derived therefrom are projected onto those parts of the examined object, of which the corresponding measurement radiation ran out of. Thus, the user can easily assign the measurement results obtained to the respective parts of the examined object, which considerably simplifies the handling of a visualization device and the implementation of a method of the type mentioned in the introduction.
Es kann vorgesehen sein, dass der Projektionsstrahlengang und der Messstrahlengang gleichzeitig betrieben werden. Von Vorteil ist dabei, dass keine Unterbrechung der Messung während der Projektion nötig ist.It can be provided that the projection beam path and the measurement beam path are operated simultaneously. The advantage here is that no interruption of the measurement during the projection is necessary.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Projektionsstrahlengang und der Messstrahlengang abwechselnd betrieben werden. Von Vorteil ist dabei, dass eine Strahlvereinigung des Projektionsstrahlengangs und des Messstrahlengangs zumindest in der Nähe des zu untersuchten Objekts mit schaltbaren Strahlumlenkern realisierbar ist.It can also be provided that the projection beam path and the measurement beam path are operated alternately. The advantage here is that a beam combination of the projection beam path and the measurement beam path at least in the Near the object to be examined with switchable beam deflectors can be realized.
Es kann vorgesehen sein, dass das Bild helligkeitskodiert projiziert wird. Von Vorteil ist dabei, dass das visualisierte Messergebnis nicht durch einen farbigen Untergrund verfälscht wird. Von Vorteil ist weiter, dass zur Projektion monochromes Licht verwendet werden kann. Beispielsweise hat sich grünes oder rotes Laserlicht als besonders günstig erwiesen.It can be provided that the image is projected brightness-coded. The advantage here is that the visualized measurement result is not falsified by a colored background. Another advantage is that monochromatic light can be used for projection. For example, green or red laser light has proven to be particularly favorable.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Bild farbkodiert projiziert wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine höhere Informationsdichte gegenüber einer lediglich helligkeitskodierten Projektion bereitsteht.It can also be provided that the image is color-coded projected. The advantage here is that a higher information density compared to a merely brightness-coded projection is available.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Bild mit einem Laserprojektor projiziert wird. Von Vorteil ist dabei, dass eine Divergenz im Projektionsstrahlengang weitgehend vermeidbar ist, so dass das projizierte Bild auch bei Veränderung der Projektionsentfernung automatisch scharf bleibt.In one embodiment of the invention can be provided that the image is projected with a laser projector. The advantage here is that a divergence in the projection beam path is largely avoidable, so that the projected image automatically remains sharp even when changing the projection distance.
Zur Abstimmung des projizierten Bildes auf das untersuchte Objekt kann vorgesehen sein, dass ein Öffnungswinkel und/oder ein Fokus des Projektionsstrahlengangs und ein Öffnungswinkel und/oder ein Fokus des Messstrahlengangs gemeinsam oder separat voneinander eingestellt werden. Bevorzugt erfolgt die Einstellung durch in den Strahlengängen angeordnete optische Elemente, beispielsweise Blenden, Linsen, Spiegel, Gitter, Strahlformer und/oder dergleichen optisch im jeweiligen Spektralbereich wirkende Elemente.In order to tune the projected image to the examined object, it may be provided that an aperture angle and / or a focus of the projection beam path and an aperture angle and / or a focus of the measurement beam path are set together or separately from one another. The adjustment preferably takes place by optical elements arranged in the beam paths, for example diaphragms, lenses, mirrors, gratings, beam shaper and / or the like elements which act optically in the respective spectral range.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Erstellung des ortsauflösenden Messergebnisses das Objekt mit einer Strahlungsquelle bestrahlt oder durchleuchtet wird. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die oder eine von dem Objekt reflektierte oder transmittierte Messstrahlung erfasst wird, zu welcher das ortsauflösende Messergebnis erstellt wird. Bevorzugt wird das Objekt in demjenigen nicht-sichtbaren Spektralbereich bestrahlt, für welchen das ortsauflösende Messergebnis erstellt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Messstrahlung unabhängig von den jeweils vorliegenden oder herrschenden Umgebungsbedingungen verfügbar ist.In one embodiment of the invention can be provided that the object is irradiated with a radiation source or transilluminated to produce the spatially resolving measurement result. In this case, it can be provided that the or a measuring radiation reflected or transmitted by the object is detected, to which the spatially resolving measurement result is produced. Preferably, the object is irradiated in the non-visible spectral range for which the spatially resolving measurement result is created. The advantage here is that the measuring radiation is available regardless of the prevailing or prevailing environmental conditions.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ist aber nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination einzelner oder mehrerer Merkmale der Patentansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Ausführungsbeispiele.The invention will now be described in more detail with reference to embodiments, but is not limited to these embodiments. Further embodiments result from combining one or more features of the claims with each other and / or with one or more features of the embodiments.
Es zeigt:It shows:
Die Visualisierungseinrichtung
An dem Messgerät
Die Messstrahlung kann als natürliche oder vom Objekt
Die Messstrahlung kann alternativ auch von anderen Objekten oder vom Messgerät
Diese Messstrahlung wird am Detektor
Im Ausführungsbeispiel ist der Detektor
Der Detektor
In der Visualisierungseinrichtung
Die Datenverarbeitungseinheit
Beispielsweise kann dies durch eine Falschfarbendarstellung des Messergebnisses erfolgen.For example, this can be done by a false color representation of the measurement result.
Die Visualisierungseinrichtung
Hierzu ist an dem Projektor
Um das projizierte Bild mit dem Objekt
Dies wird gemäß der Erfindung durch einen in
Der Strahlumlenker
Beispielsweise kann der Strahlumlenker
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird durch den Strahlumlenker
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist der umgekehrte Fall realisiert, bei welchem der Messstrahlengang
Die in
Hierzu ist gemäß
Das optische Element
Das optische Element
Bei der Anordnung gemäß
Hierbei ist das optische Element
Das optische Element
Zur Abstimmung zwischen Messstrahlengang
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Strahlumlenker
Da der Strahlumlenker
Der Detektor
Ein gemeinsames optisches Element
Alternativ ist auch eine Anordnung gemäß
Bei dem Projektor
Mit der Visualisierungseinrichtung
Aus dieser erfassten Messstrahlung wird in einer Datenverarbeitungseinheit
Dieses Messergebnis wird ebenfalls in der Datenverarbeitungseinheit
Das so errechnete Bild wird dem Projektor
Um den in die Visualisierungseinrichtung
Die Visualisierungseinrichtung
Bei der Visualisierungseinrichtung
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