DE102021118327B4

DE102021118327B4 - Messkamera zur zweidimensionalen Vermessung von Gegenständen

Info

Publication number: DE102021118327B4
Application number: DE102021118327.8A
Authority: DE
Inventors: Aksel Göhnermeier
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2041-07-16
Also published as: DE102021118327A1

Abstract

Messkamera zur zweidimensionalen Vermessung von Gegenständen (26), mit einem objektseitig telezentrischen Objektiv (42), das eine Pupillenebene (48) hat, einem zweidimensionalen Bildsensor (56) und mit einem variablen Pupillenfilter,dadurch gekennzeichnet, dassdas Pupillenfilter ein Mikrospiegel-Array (50) aufweist, das in der Pupillenebene (48) angeordnet ist und eine Vielzahl von Mikrospiegeln (51) hat, die jeweils in eine erste und in eine zweite stabile Kippstellung überführbar sind, wobei ein Mikrospiegel (51), der sich in der ersten Kippstellung befindet, Licht, das von dem Gegenstand (26) reflektiert wurde, so reflektiert, dass es auf den Bildsensor (56) gelangen kann, und wobei ein Mikrospiegel (51), der sich in der zweiten Kippstellung befindet, Licht, das von dem Gegenstand (26) reflektiert wurde, so reflektiert, dass es nicht auf den Bildsensor (56) gelangen kann, und dassdie Messkamera ein Beleuchtungssystem (70) zum Beleuchten des Gegenstands (26) aufweist, wobei eine optische Achse (62) des Beleuchtungssystems (70) so angeordnet ist, dass ein Mikrospiegel (51), der sich in der zweiten Kippstellung befindet, das vom Beleuchtungssystem (70) erzeugte Licht auf den Gegenstand (26) richtet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messkamera zur zweidimensionalen Vermessung von Gegenständen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Messkamera ist aus der US 2014 / 0 043 470 A1 bekannt. Solche Messkameras werden als berührungslose Sensoren in der Koordinatenmesstechnik eingesetzt und können beispielsweise an einem Koordinatenmessgerät befestigt werden oder fest an einem Koordinatenmessgerät verbaut sein.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zur Messung der Geometrie von Werkstücken und anderen Gegenständen werden im Stand der Technik Koordinatenmessgeräte eingesetzt. Solche Messungen finden beispiels- weise im Rahmen der Qualitätssicherung oder eines Reverse Engineerings statt. Die teilweise komplexen Messaufgaben werden in aller Regel auf die Messung der räumlichen Koordinaten einer Anzahl von Einzelpunkten reduziert.
Die Koordinatenmessgeräte enthalten einen Sensor, dessen Position relativ zu dem zu vermessenden Werkstück mit Hilfe von Antrieben veränderbar ist. Vor allem bei kleineren Koordinatenmessgeräten befindet sich das Werkstück auf einem Kreuztisch, der entlang zweier horizontaler Koordinatenachsen x, y mit hoher Genauigkeit verfahren werden kann. Der Sensor ist in der Regel an einer Pinole befestigt, die mit ähnlich hoher Genauigkeit vertikal (d.h. in z-Richtung) verfahren werden kann. Wenn besonders große oder schwere Werkstücke vermessen werden sollen, kommen in Portalbauweise ausgeführte Koordinatenmessgeräte zum Einsatz, bei denen das Werkstück ruht und ausschließlich der Sensor verfahren wird.
Bei den Sensoren für Koordinatenmessgeräte unterscheidet man zwischen optischen und taktilen Sensoren. Während bei taktilen Sensoren die Information über die Lage eines Messpunkts durch Berühren des Messpunkts mit einem Antastelement erzeugt wird, wird bei optischen Sensoren die Information über die Lage des Messpunkts durch Licht erfasst. Häufig lassen sich mit den optischen Sensoren die Koordinaten des Werkstücks nur in der Schärfeebene der Sensoren und damit in zwei Dimensionen messen. Wenn sukzessive in mehreren Schärfeebenen gemessen wird, deren Abstand zueinander mit hoher Genauigkeit bekannt ist, kann die Geometrie des Werkstücks - abgesehen von Hinterschneidungen und ähnlichen nicht für den optischen Sensor erkennbaren Strukturen - in drei Dimensionen gemessen werden.
Koordinatenmessgeräte mit optischen Sensoren werden von der Anmelderin z.B. unter der Marke ZEISS O-INSPECT vertrieben und sind in der DE 10 2016 202 928 A1 (entspricht US 2017 / 0 248 768 A1 ) beschrieben.
Kameras in derartigen optischen Sensoren sind üblicherweise zumindest objektseitig telezentrisch. Hauptstrahlen, die von Punkten in der Objektebene ausgehen und von der Apertur der Kamera aufgenommen werden, verlaufen somit parallel zur optischen Achse. Vorteilhaft sind objektseitig telezentrische Objektive in Messkameras vor allem deswegen, weil dadurch der Vergrößerungsmaßstab nicht von der Entfernungen des Objekts abhängt. Ein Objekt, das sich außerhalb der Objektebene befindet, wird zwar unscharf auf die Bildebene abgebildet, aber das resultierende unscharfe Bild hat trotzdem dieselbe Größe wie das scharfe Bild, das man erhält, wenn sich das Objekt in der Objektebene befindet.
Da der Abstand zwischen dem Bildsensor und der Optik der Kamera fixiert ist, könnte auf eine bildseitige Telezentrie grundsätzlich verzichtet werden. Trotzdem sind Messkameras in der Regel beidseitig telezentrisch, um sicherzustellen, dass Driftbewegungen des Bildsensors infolge von Temperaturschwankungen oder Alterungserscheinungen nicht zu Messfehlern führen.
Aus einem Aufsatz mit dem Titel Multi-aperture Telecentric Lens for 3D Reconstruction von Jun-Sik-Kim und Takeo Kanade, OPTICS LETTERS, Vol. 36, No. 7, pp.1050-1052, April 1, 2011 sind beidseitig telezentrische Objektive für Messkameras bekannt, bei denen in der Pupillenebene, die häufig auch als Apertur- oder Blendenebene bezeichnet wird, zusätzlich zu einer ersten Blendenöffnung auf der optischen Achse eine zweite außeraxiale Blendenöffnungen vorgesehen ist. Auf diese Weise lassen sich Abstandsinformationen zwischen der Kamera und dem Objekt bestimmen.
Die Möglichkeit, unterschiedliche Blenden in der Pupillenebene anordnen zu können und damit eine variable Pupillenfilterung zu erzielen, wird auch in anderen Messkameras gelegentlich genutzt. Die unterschiedlichen Blendenelemente sind dabei meist in einer automatischen Austauscheinheit aufgenommen, die z.B. als Revolverhalterung ausgeführt sein kann. Allerdings sind die Austauscheinheiten mechanisch aufwendig, benötigen viel Bauraum und ermöglichen keine schnellen Wechsel der Lichtverteilung in der Pupillenebene.
Aus der US 2008 / 0 239 316 A1 ist eine Messkamera bekannt, die zum Zwecke der Pupillenfilterung ein LCD-Panel verwendet, das in der Pupillenebene angeordnet ist. Solche Panels benötigen nur wenig Bauraum und verfügen über eine Schaltgeschwindigkeit, die meist unter 5 µs liegt. Nachteilig ist jedoch, dass LCD-Panels das auftreffende Licht polarisieren. Dies ist für bestimmte Anwendungen nachteilig und geht außerdem mit Intensitätsverlusten einher, die auf dem Bildsensor zu einem geringeren Signal-Rausch-Verhältnis und damit zu ungenaueren Messergebnissen führen können.
Aus einem Aufsatz mit dem Titel Optical Design and Characterization of an Advanced Com- putationalImaging System von R. H. Shepard et al., Proc. SPIE 9216, Optics and Photonics for Information Processing VIII, 92160A (19 September 2014), ist ein Prüfstand mit einem gleichzeitig pupillen- und zeitcodierten Imager bekannt, der ein DMD (Digital Mirror Device) zum Zwecke der Pupillenapodisierung oder einen deformierbaren Spiegel für Wellenfrontcodierungsexperimente verwendet.
Aus der DE 10 2007 022 218 A1 ist eine Objektivanordnung für eine Bildverarbeitung bekannt, bei der im Abstand der Brennweite eines Objektivs bildseitig eine Aperturblende angeordnet ist, die in LCD- oder DMD-Technik ausgeführt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messkamera zur zweidimensionalen Vermessung von Werkstücken und anderen Gegenständen anzugeben, die ein variables Pupillenfilter hat, wenig Bauraum beansprucht, kurze Schaltzeiten ermöglicht und Licht, das nicht abgeblendet werden soll, mit möglichst geringen Verlusten an den Bildsensor weiterleitet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Messkamera gemäß dem Anspruch 1.
Mikrospiegel-Arrays, deren Mikrospiegel zwei stabile Kippstellungen haben, sind im Stand der Technik an sich bekannt und werden häufig als DMD-Spiegel bezeichnet, wobei DMD für Digital Micromirror Device steht. Wie oben erläutert wurde, ist auch die Verwendung eines Mikrospiegel-Arrays als variables Pupillenfilter im Stand der Technik für sich gesehen bekannt. Neu ist jedoch die Verwendung eines solchen dynamischen Pupillenfilters in einer Messkamera. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass sich die Anforderungen in einer Messkamera hinsichtlich des Lichtleitwertes, der erforderlichen bildseitigen numerischen Apertur und des Beugungsverhaltens mit kommerziell erhältlichen Mikrospiegel-Arrays erfüllen lassen. Zu berücksichtigen ist dabei, dass die Mikrospiegel in den kommerziell erhältlichen Mikrospiegel-Arrays keine stabile Kippstellung haben, bei der die Oberflächen der Mikrospiegel alle in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Die sägezahnartige Oberflächenstruktur, wie man sie von einem Fresnel-Spiegel kennt, ist bei der Auslegung der Messkamera zu berücksichtigen.
Wenn die Messkamera zusätzliche Abstandsinformationen durch Einstellen verschiedener Schärfeebenen erhält, können die Gegenstände nicht nur in zwei, sondern in drei Dimensionen geometrisch vermessen werden.
Um einen kompakten Aufbau zu ermöglichen, ist es in der Regel zweckmäßig, wenn die Messkamera einen im Lichtweg zwischen dem Mikrospiegel-Array und dem Bildsensor angeordneten Umlenkspiegel hat. Dieser ist vorzugsweise plan, kann aber im Prinzip auch abbildende Funktion haben. Mit Blick auf eine günstige Strahlfaltung ohne Abschattungseffekte kann es zweckmäßig sein, wenn die Mikrospiegel in einer Montageebene angeordnet sind, die geneigt zu einer Sensorebene verläuft, in der sich der Bildsensor erstreckt.
Erfindungsgemäß weist die Messkamera ein Beleuchtungssystem zum Beleuchten des Gegenstands auf. Eine optische Achse des Beleuchtungssystems ist so angeordnet, dass ein Mikrospiegel, der sich in der zweiten Kippstellung befindet, das vom Beleuchtungssystem erzeugte Messlicht auf den Gegenstand richtet. Das Mikrospiegel-Array dient somit nicht nur der Pupillenfilterung des vom Gegenstand reflektierten Lichts, sondern auch dazu, die Beleuchtungswinkelverteilung des auf den Gegenstand auftreffenden Lichts in gewissen Grenzen variabel einzustellen. Die üblicherweise verwendeten Strahlteiler, die bei einer Beleuchtung des Objekts unter Verwendung der Messkamera eingesetzt werden und hohe Intensitätsverluste verursachen, lassen sich auf diese Weise vermeiden.
Vorzugsweise weist das Beleuchtungssystem eine Lichtquelle und eine Beleuchtungsoptik auf, welche die Lichtquelle auf das Mikrospiegel-Array abbildet. Wenn die Lichtquelle eine Punktlichtquelle ist, wird in der Pupillenebene dann jedoch nur ein kleiner Bereich ausgeleuchtet, was zu einer stark gerichteten Beleuchtung führt. Bevorzugt ist es deswegen, wenn die Lichtquelle ein Flächenstrahler mit lambertscher Abstrahlcharakteristik ist, damit der zu vermessende Gegenstand gleichmäßig aus unterschiedlichen Richtungen beleuchtet wird.
Da das Mikrospiegel-Array sowohl im Strahlengang des zur Beleuchtung verwendeten Lichts als auch im Strahlengang des vom Gegenstand reflektierten Lichts liegt, sind die Beleuchtungswinkelverteilung für das Beleuchtungslicht und die Pupillenfunktion für das reflektierte Licht nicht unabhängig voneinander einstellbar. Wenn beispielsweise der Gegenstand mit achsparallelem Licht beleuchtet werden soll, was eine Ausleuchtung der Pupillenmitte erfordert, so müssen die dort angeordneten Mikrospiegel sich in der zweiten Kippstellung befinden. Es ist dann nicht möglich, das vom Gegenstand reflektierte Licht so in der Pupillenebene zu filtern, dass nur achsparalleles Licht auf den Bildsensor fällt. Bei vielen Messaufgaben genügt es jedoch, wenn nur eine der beiden Eigenschaften Beleuchungswinkelverteilung und Pupillenfunktion einstellbar sein müssen.
Mit dem erfindungsgemäßen Mikrospiegel-Array in der Pupillenebene lässt sich auch die Neigung einer reflektierenden Oberfläche des Gegenstands leicht messen. Die oben erwähnte Kopplung von Beleuchtungswinkelverteilung und Pupillenfunktion kann hierbei sogar vorteilhaft ausgenutzt werden. Die Messkamera weist zu diesem Zweck eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das Mikrospiegel-Array zur Messung der Neigung einer Oberfläche des Gegenstands so zu steuern, dass während der Aufnahme mehrerer Bilder des Gegenstands die Pupillenebene in unterschiedlichen Bereichen abgeblendet wird. Eine Auswerteeinrichtung der Messkamera ist dazu eingerichtet, aus einem Vergleich der Helligkeit der aufgenommenen Bilder ein Maß für die Neigung der Oberfläche zu berechnen.
Diese Verwendung der erfindungsgemäßen Messkamera basiert auf der Überlegung, dass man mit dem variablen Pupillenfilter und dem Beleuchtungssystem auf einfache Weise die Richtung des zur Beleuchtung verwendeten Lichts festlegen kann. Fällt das Licht senkrecht auf die geneigte Oberfläche, ist die Intensität des Lichts auf dem Bildsensor minimal. Mit dem Mikrospiegel-Array lassen sich die unterschiedlichen Lichtrichtungen innerhalb kürzester Zeit durchstimmen, so dass die Neigung der Oberfläche praktisch instantan bestimmt werden kann. Vorteilhaft ist dieses Vorgehen vor allem bei spekular reflektierenden Oberflächen, bei denen man mit Hilfe des Autofokusverfahrens mangels erkennbarer Strukturen nicht fokussieren kann.
Im Prinzip kann bei der Messung des Neigungswinkels das Mikrospiegel-Array so angesteuert werden, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt das Licht nur aus einer einzigen Richtung auf die Oberfläche des Gegenstands fällt. In diesem Fall befinden sich zu einem gegebenen Zeitpunkt nur die Mikrospiegel in einem annähernd punktförmigen Bereich in ihrer zweiten Kippstellung. Der punktförmige Bereich muss dann während des Messvorgangs über die gesamte Pupillenebene wandern.
Schneller und trotzdem nicht weniger genau lässt sich die Neigung der Oberfläche messen, wenn die abgeblendeten Bereiche so ausgewählt sind, dass bei der Aufnahme eines Bildes für jeden Objektpunkt betrachtet das Licht nur aus Richtungen aus der Messkamera austritt, die in einer Ebene liegen. Die den Bildern zugeordneten Ebenen sind dabei unterschiedlich und schneiden sich in einer ersten Geraden. Breitet sich Licht in einer Ebene aus, die senkrecht zu der geneigten Oberfläche angeordnet ist, kann es nach Reflexion an der Oberfläche nur auf Mikrospiegel treffen, die sich in der zweiten Kippstellung befinden und dadurch eine Weiterleitung an den Bildsensor verhindern.
Eine solche Messung lässt sich durchführen, indem bei der Aufnahme eines Bildes nur ein streifenförmiger Bereich in der Pupillenebene nicht abgeblendet ist, wobei die den Bildern zugeordneten Bereiche parallel zueinander angeordnet sind. Jeder streifenförmige Bereich entspricht dann einer der besagten Ebenen. Durch paralleles Versetzen der Bereiche von Bild zu Bild werden die Ebenen nacheinander ausgewählt.
Wenn die Neigung der Oberfläche in zwei Raumrichtungen bestimmt werden soll, kann ein zweiter Messdurchgang durchgeführt werden, bei dem die abgeblendeten Bereiche so ausgewählt sind, dass bei der Aufnahme eines Bildes für jeden Objektpunkt betrachtet das Licht nur aus Richtungen aus der Messkammer austritt, die in einer Ebene liegen. Die den Bildern zugeordneten Ebenen sind unterschiedlich und schneiden sich in einer zweiten Geraden, die in einem (vorzugsweise rechten) Winkel zu der ersten Geraden verläuft.
Auch in zwei Raumrichtungen ist dieser Messvorgang schneller durchführbar, als wenn ein annähernd punktförmiger Bereich über die gesamte Pupillenebene wandert.
Hervorzuheben ist, dass die Neigungswinkel in der vorstehend beschriebenen Weise pixelweise und nicht etwa gemittelt über das gesamte Bild gemessen werden.
Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Messkamera besteht darin, Abbildungsfehler des Objektivs der Messkamera zu messen. Hierzu kann die Messkamera eine Steuereinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das Mikrospiegel-Array zur Messung von Abbildungsfehlern des Objektivs so zu steuern, dass während der Aufnahme mehrerer Bilder eines Punktmusters die Pupillenebene in unterschiedlichen Bereichen abgeblendet wird, so dass sich die Bilder durch die Richtungen des Lichts unterscheiden, das zur Abbildung des Punktmusters beiträgt. Eine Auswerteeinrichtung der Messkamera ist dazu eingerichtet, aus den Positionen der Punkte des Punktmusters auf den aufgenommenen Bildern, und zwar insbesondere aus dem Versatz der Punkte, jeweils eine Verkippung der Wellenfront für die den Punkten zugeordneten nicht-abgeblendeten Bereiche in der Pupille zu berechnen.
Diese vorteilhafte Anwendung beruht auf der Überlegung, dass etwa dann, wenn in der Pupillenebene nur ein punktförmiger Bereich nicht abgeblendet wird, das Licht nur einen kleinen Teil des Objektivs durchtritt. Die Bereiche der Linsen, die von einem solchen Lichtbündel durchtreten werden, werden häufig auch als Subaperturen bezeichnet. Auf diese Weise kann man für die unterschiedlichen Bereiche des Objektivs unabhängig Abbildungsfehler messen und diese in einem nächsten Schritt zu einem Gesamtabbildungsfehlerverrechnen. Insbesondere kann aus der Verzeichnung des Bildes des Punktmusters der lokale Kipp der Wellenfronten an den einzelnen Punkten des Bildes des Punktmusters berechnet werden. Die Richtung der Verkippung der Wellenfront entspricht der Richtung der Verschiebung des Punktes im Verzeichnungsbild. Hat man für jede Position in der Pupillenebene die Verschiebung der Bildpunkte und somit die lokale Wellenfrontverkippung bestimmt, lässt sich daraus ein Gesamtwellenfrontfehler rekonstruieren. Beschränkt man die Auswertung der Verzeichnung nur auf einen Teilbereich des abgebildeten Punktmusters (oder gar nur auf einen einzelnen Punkt), kann auch eine Variation von Wellenfrontfehlern über das Bildfeld des optischen Sensors erfasst werden.
Die Auswerteeinrichtung kann deswegen ferner dazu eingerichtet sein, aus den Verkippungen aller Wellenfronten die Gesamtwellenfront zu berechnen.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 eine schematisch perspektivische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts mit einem optischen Sensor, der eine erfindungsgemäße Messkamera enthält;
2 einen schematischen Meridionalschnitt durch den optischen Aufbau der Messkamera;
3 eine perspektivische Darstellung eines Mikrospiegel-Arrays, das als variables Pupillenfilter verwendet wird;
4 ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Messkamera mit einem zusätzlichen Beleuchtungssystem in einer an die 2 angelehnten Darstellung;
5a, 5b und 5c jeweils eine Lichtverteilung (oben) in der Pupillenebene der Messkamera, die zur Messung der Neigung einer Planfläche eines Werkstücks verwendet wird, und einen schematischen Strahlengang (unten) zwischen dem Mikrospiegel-Array und dem Werkstück zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Messvorgangs;
6a, 6b und 6c an die 5a, 5b bzw. 5c angelehnte Darstellungen für einen zweiten Messvorgang zur Messung eines zweiten Neigungswinkels;
7: eine Draufsicht auf ein Punktmuster, das für eine Messung von Abbildungsfehlern des Kameraobjektivs verwendet wird;
8 eine Lichtverteilung in der Pupillenebene der Messkamera während der Messung von Abbildungsfehlern zu einem ersten Zeitpunkt;
9: die Lichtverteilung zu drei weiteren nachfolgenden Messzeitpunkten.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Aufbau des Koordinatenmessgeräts
Die 1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Koordinatenmessgerät.
Das Koordinatenmessgerät 10 umfasst eine Basis 12, die einen Tisch 14 trägt, an dem ein Steuerpult 16 befestigt ist. Vom Tisch 14 ausgehend erstreckt sich nach oben ein Ständer 18, der eine Pinole 20 trägt. Wie ein Pfeil 22 andeutet, ist die Pinole 20 mit Hilfe eines nicht dargestellten Antriebs in vertikaler Richtung (z-Richtung) präzise verfahrbar.
An der Unterseite der Pinole 20 ist ein optischer Sensor 24 befestigt, mit dem ein Bild von einem Werkstück 26 aufgenommen werden kann. Das Werkstück 26 ist auf einem Kreuztisch 28 befestigt, mit dem das Werkstück 26 in der horizontalen Ebene (x-Richtung und y-Richtung) präzise verfahren werden kann, wie dies in der 1 durch Pfeile 30 bzw. 32 angedeutet ist. Auf diese Weise ist es möglich, auch größere Werkstücke 26 sukzessive mit Hilfe des Sensors 24 zu vermessen, indem das Werkstück 26 mit Hilfe des Kreuztisches 28 nach und nach in das Messfeld des Sensors 24 eingeführt wird.
Falls noch größere oder besonders schwere Werkstücke 26 vermessen werden sollen, kann das Koordinatenmessgerät 10 auch einen anderen mechanischen Aufbau haben und beispielsweise anstelle des Kreuztisches 28 ein bewegbares Portal aufweisen, an dem die Pinole 20 befestigt ist. Auf diese Weise lässt sich die Pinole 20 nicht nur entlang der z-Richtung, sondern auch entlang der x-Richtung und y-Richtung präzise verfahren, wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist. Das Werkstück 26 muss dann während der Messung nicht bewegt werden.
2. Aufbau des Sensors
Der Sensor 24 enthält eine Messkamera 40, deren optischer Aufbau in der 2 in einem schematischen Meridionalschnitt gezeigt ist.
Die Messkamera 40 enthält ein Objektiv 42, das ein erstes Teilobjektiv 44 und ein zweites Teilobjektiv 46 umfasst. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Teilobjektive 44, 46 jeweils nur durch eine einzige Linse repräsentiert. Sie können jedoch auch aus mehr als nur einer Linse bestehen.
Die Brennweiten der beiden Teilobjektive 44, 46 sind in der 2 mit f₁ bzw. f₂ bezeichnet. Die hintere Brennebene des ersten Teilobjektivs 44 fällt mit der vorderen Brennebene des zweiten Teilobjektivs 46 zusammen. Dadurch entsteht ein optischer Aufbau, der als 4f-Optik bezeichnet wird. Eine 4f-Optik ist afokal, so dass paralleles Licht, das in das Objektiv 42 eintritt, das Objektiv 42 wieder als paralleles Licht verlässt. In der 2 sind Randstrahlen der von zwei Objektpunkten ausgehenden Strahlenbündel paarweise parallel.
4f-Optiken sind beidseitig telezentrisch. Dies bedeutet, dass sowohl die Eintrittspupille als auch die Austrittspupille im Unendlichen liegt und die Hauptstrahlen sowohl im Objektraum als auch im Bildraum parallel zur optischen Achse verlaufen. Die objektseitige Telezentrie führt zu der für Messkameras wichtigen Eigenschaft, dass der Abbildungsmaßstab sich bei einer axialen Objektverschiebung nicht ändert. Das Bild des Objekts erscheint also unabhängig vom Objektabstand immer gleich groß, wird aber selbstverständlich unscharf, wenn das Objekt (Werkstück 26) außerhalb der Objektebene 47 angeordnet ist. Bei einer 4f-Optik ist dies die vordere Brennebene des ersten Teilobjektivs 44.
Bei der dargestellten 4f-Optik befindet sich die Pupillenebene 48 des Objektivs 42 an der Schnittstelle zwischen den beiden Teilobjektiven 44, 46, d.h. in der hinteren Brennebene des ersten Teilobjektivs 44 und damit in der vorderen Brennebene des zweiten Teilobjektivs 46. Parallel in das Objektiv 42 eintretende Lichtstrahlen durchtreten die Pupillenebene 48 an einem Punkt, der im Falle von achsparallelen Strahlen auf der optischen Achse liegt. Umgekehrt übersetzen sich unterschiedliche Orte in der Objektebene 47 in unterschiedliche Winkel in der Pupillenebene 48.
In der Pupillenebene 48 des Objektivs 42 ist ein digitales Mikrospiegel-Array 50 angeordnet. Die 3 zeigt das Mikrospiegel-Array 50 in einer perspektivischen Darstellung. In dem vergrößerten Ausschnitt C ist ein einzelner verkippter Mikrospiegel erkennbar und mit 51 bezeichnet. Derartige Mikrospiegel-Arrays sind an sich im Stand der Technik bekannt, so dass auf eine nähere Erläuterung an dieser Stelle verzichtet wird. Geeignet sind beispielsweise Mikrospiegel-Arrays aus der Produktgruppe DLP9000 des Anbieters Texas Instruments®.
Die Mikrospiegel 51 des Mikrospiegel-Arrays 50 haben jeweils zwei stabile Kippstellungen, bei denen die Mikrospiegel 51 entweder um einen Winkel +α oder -α ausgelenkt sind, wobei α typischerweise in der Größenordnung von etwa 12° liegt. Wenn ein Mikrospiegel 51 spannungsfrei ist, beträgt der Kippwinkel α ungefähr 0°. Die Oberfläche des Mikrospiegels 51 verläuft dann annähernd parallel zu einer Montageebene des Mikrospiegel-Arrays. Allerdings ist diese neutrale Kippstellung nicht definiert, weswegen sie üblicherweise bei Anwendungen des Mikrospiegel-Arrays - und so auch in der Messkamera 40 - nicht verwendet wird.
Aus Bauraumgründen und um Abschattungen zu vermeiden, befindet sich im Strahlengang zwischen der Pupillenebene 48 und dem zweiten Teilobjektiv 46 ein planer Umlenkspiegel 52. Je nach den Abmessungen im Einzelfall kann es zweckmäßig sein, wenn die Montageebene des Mikrospiegel-Arrays 50 nicht senkrecht zur Papierebene der 2, sondern in einem von 90° verschiedenen Winkel dazu angeordnet wird. Die Objektebene 47 ist dann gemäß der Scheimpflug-Bedingung ebenfalls verkippt; das zweite Teilobjektiv 46 befindet sich entsprechend außerhalb der Papierebene der 2. Auf diese Weise lässt sich eine Strahlabschattung wirkungsvoll vermeiden.
In einer Bildebene 54 des Objektivs 42 ist ein zweidimensionaler Bildsensor 56 angeordnet, bei dem es sich beispielsweise um einen CCD- oder CMOS-Bildsensor handeln kann.
Das Mikrospiegel-Array 50 und der Bildsensor 56 werden von einer Steuereinrichtung 58 angesteuert. Mit dem Bildsensor 56 ist außerdem eine Auswerteeinrichtung 60 verbunden, welche die von dem Bildsensor 56 aufgenommenen Bilder des Werkstücks 26 unter Berücksichtigung der vom Mikrospiegel-Array 50 in der Pupillenebene 48 erzeugten Filterfunktion auswertet.
Die mit dem Mikrospiegel-Array 50 erzeugbare Filterfunktion ist digital. Befindet sich ein Mikrospiegel 51 in einer ersten Kippstellung, wird Licht, das von dem Werkstück 26 reflektiert wurde, so von dem Mikrospiegel 51 reflektiert, dass es auf den Bildsensor 56 gelangen kann. Befindet sich der Mikrospiegel 51 hingegen in der zweiten stabilen Kippstellung, wird Licht, das von dem Werkstück 26 reflektiert wurde, so reflektiert, dass es nicht auf den Bildsensor 56 gelangen kann.
Soll mit dem Mikrospiegel-Array 50 beispielsweise eine Filterfunktion realisiert werden, bei der nur der achsparallele Anteil des vom Werkstück 26 ausgehenden Lichtes dem Bildsensor 56 zugeführt werden soll, so werden nur einige wenige Mikrospiegel 51, die sich in der Nähe der optischen Achse 62 des Objektivs 42 befinden, in die erste Kippstellung überführt. Alle übrigen Mikrospiegel 51 befinden sich in der zweiten Kippstellung, so dass das darauf auftreffende Licht nicht auf den Bildsensor 56 gelangen kann.
Soll für ein anderes Bild nur Licht auf den Bildsensor 56 gelangen, das unter einem bestimmten Winkel zur optischen Achse 62 des Werkstücks 26 verlässt, steuert die Steuereinrichtung 58 das Mikrospiegel-Array 50 so an, dass Mikrospiegel 51, die in einem zur optischen Achse 62 zentrierten ringförmigen Bereich der Pupillenebene 48 liegen, sich in der ersten Kippstellung befinden und alle übrigen Mikrospiegel 51 sich in der zweiten Kippstellung befinden. Der Radius des ringförmigen Bereichs hängt dabei von dem gewünschten Winkel ab.
Das variable Pupillenfilter in Form des Mikrospiegel-Arrays 50 benötigt nicht nur wenig Bauraum, sondern ist mit rund 10.000 Schaltvorgängen pro Sekunde auch extrem schnell. Dadurch lassen sich praktisch instantan umfangreiche Bildsequenzen erzeugen, die mit unterschiedlichen Pupillenfilterungen aufgenommen wurden. Aufgrund der hohen Auflösung von rund 4 Millionen Pixeln lässt sich die Filterfunktion des Pupillenfilters sehr exakt einstellen.
Da die Reflektivität der Mikrospiegel 51 bei fast 90% liegt und der Füllfaktor über 90% liegt, sind die optischen Verluste erheblich geringer, als dies bei LCD-Panels mit ihren Polarisationsfiltern der Fall ist.
3. Zweites Ausführungsbeispiel - Beleuchtungssystem
Die 4 zeigt in einer an die 2 angelehnten Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messkamera 40. Die Messkamera 40 entspricht im Wesentlichen der in der 2 gezeigten Messkamera. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind daher mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Steuereinrichtung 58 und die Auswerteeinrichtung 60 nicht dargestellt.
Im Unterschied zu der in der 2 gezeigten Messkamera enthält die in der 4 gezeigte Messkamera 40 zusätzlich ein Beleuchtungssystem 70, mit dem sich das Werkstück 26 beleuchten lässt. Die optische Achse 72 des Beleuchtungssystems 70 ist dabei so angeordnet, dass ein Mikrospiegel 51, der sich in der zweiten Kippstellung befindet, das vom Beleuchtungssystem 70 erzeugte Licht auf das Werkstück 26 richtet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Beleuchtungssystem zwei durch Linsen angedeutete Teilsysteme 73, 75, die identische oder annähernd identische Brennweiten f₃ bzw. f₄ haben. Auf diese Weise lässt sich eine Köhlersche Beleuchtung realisieren, bei der eine Lichtquelle 74 über die Teilsysteme 73, 75 in die Pupillenebene 48 und damit auf das Mikrospiegel-Array 50 abgebildet wird.
Wenn die Lichtquelle 74 als Punktlichtquelle ausgebildet ist, wie dies in der 4 angedeutet ist, so wird nur ein kleiner axialer Bereich der Pupillenebene 48 ausgeleuchtet, was zu einer stark gerichteten Beleuchtung des Werkstücks 26 führt. Soll das zur Beleuchtung verwendete Licht eine breitere Winkelverteilung haben, kann anstelle einer Punktlichtquelle ein Flächenstrahler mit lambertscher Abstrahlcharakteristik verwendet werden, dessen Abmessungen so gewählt sind, dass das Bild der Abstrahlfläche annähernd den Abmessungen des Mikrospiegel-Arrays 50 entspricht.
Mit der in der 4 gezeigten Messkamera ist es möglich, nicht nur Bilder des Werkstücks 26 aufzunehmen, sondern dieses gleichzeitig mit einem koaxialen Auflicht zu beleuchten. Die Beleuchtungswinkelverteilung wird dabei durch die Filterfunktion festgelegt, die durch das Mikrospiegel-Array 50 realisiert wird. Da der Beleuchtungsstrahlengang von der Lichtquelle 74 zum Werkstück 26 und der Abbildungsstrahlengang vom Werkstück 26 zum Bildsensor 56 die gleiche Pupillenebene 48 nutzen, kann die Pupillenfunktion für den Abbildungsstrahlengang nicht unabhängig von der Beleuchtungswinkelverteilung festgelegt werden.
Wenn, wie weiter oben beispielhaft erläutert wurde, nur im Wesentlichen achsparalleles Licht zur Bilderzeugung auf den Bildsensor 56 verwendet werden soll und deswegen nur die Mikrospiegel 51 in der Nähe der optischen Achse 62 sich in der ersten Kippstellung befinden, bedeutet dies zwangsläufig, dass sich alle anderen Mikrospiegel 51 in der zweiten Kippstellung befinden und somit das Werkstück 26 mit einem breiten Beleuchtungswinkelbereich beleuchtet wird, bei dem allerdings achsparallele Beleuchtungsstrahlen fehlen.
Bei vielen Anwendungen ist die Kopplung der Filterfunktion mit der Beleuchtungswinkelverteilung jedoch nicht nachteilig. Im nächsten Abschnitt wird ein Beispiel erläutert, bei dem diese Dopplung sogar vorteilhaft ist.
4. Neigungsmessung
Sehr glatte und daher spekular reflektierende Werkstückoberflächen lassen sich mit herkömmlichen Messkameras nur unzureichend vermessen, da bei solchen Flächen Strukturen fehlen, die sich im Rahmen einer Bildverarbeitung erkennen lassen. Mangels Strukturen ist auch kein Kontrastautofokus-Verfahren möglich.
Mit der in der 4 gezeigten Messkamera hingegen lässt sich die Neigung von spekular reflektierenden Oberflächen einfach und schnell messen. Hierzu wird während der Aufnahme mehrerer Bilder des Werkstücks 26 die Pupillenebene 48 in unterschiedlichen Bereichen abgeblendet. Aus einem Vergleich der Helligkeit der aufgenommenen Bilder lässt sich ein Maß für die Neigung der Oberfläche des Werkstücks 26 berechnen.
Dieses Vorgehen wird im Folgenden näher anhand der 5a, 5b und 5c erläutert, die den Messvorgang zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten illustrieren.
Zu einem ersten Zeitpunkt, der in der 5a illustriert ist, werden die Mikrospiegel 51 des Mikrospiegel-Arrays 50 so von der Steuereinrichtung 58 angesteuert, dass sich nur die Mikrospiegel 51 innerhalb eines streifenförmigen Bereichs 761 in der zweiten Kippstellung befinden. Nur der Anteil des von der Lichtquelle 74 erzeugten Lichts, der in den optisch nutzbaren Bereich 761' innerhalb des Streifens 761 fällt, wird deswegen in Richtung des Werkstücks 26 reflektiert. In der unteren Darstellung der 5a ist der Lichtweg dieses Anteils zwischen dem Mikrospiegel-Array 50 und der geneigten Oberfläche 78 des Werkstücks 26 durch dunkel schraffierte Pfeile P1 angedeutet. Dabei ist zu beachten, dass - anders als die untere Darstellung zu suggerieren scheint - die Oberfläche 78 im Wesentlichen vollständig ausgeleuchtet wird. Das Beleuchtungslicht hat aber nur ein enges und über die Oberfläche 78 konstantes Winkelspektrum, das durch Ort und Größe des Bereichs 761' festgelegt ist.
Nach spekularer Reflexion an der Oberfläche 78 tritt das Licht wieder in das Objektiv 42 ein und trifft in einem schmalen Bereich der Pupillenebene 48, der außerhalb des streifenförmigen Bereichs 761 angeordnet ist. Dort befinden sich alle Mikrospiegel 51 in der ersten Kippstellung, so dass das Licht in Richtung des Bildsensor 56 gerichtet wird und diesen weitgehend vollständig ausleuchtet. Die Intensität wird für jeden Pixel des Bildsensors 56 erfasst.
Während des Messvorgangs wandert der streifenförmige Bereich 761, in dem die Mikrospiegel 51 sich in der ersten Kippstellung befinden, nach und nach über das Mikrospiegel-Array 50 hinweg. Nach jeder Verstellung der Mikrospiegel 51 wird ein Bild von dem Bildsensor 56 aufgenommen und erneut für jeden Pixel des Bildsensors 56 die Intensität erfasst.
Die 5b zeigt den nur mit 762 bezeichneten streifenförmigen Bereich zu einem späteren Zeitpunkt. Wie man in der Darstellung unten erkennen kann, trifft das zur Beleuchtung verwendete Licht nun senkrecht auf die Oberfläche 78 des Werkstücks 26. Infolge der spekularen Reflexion wird das Licht in sich reflektiert und gelangt auf dem gleichen Weg zurück auf die Mikrospiegel 51 des Mikrospiegel-Arrays 50, die sich im streifenförmigen Bereich 762 und damit in der zweiten Kippstellung befinden. Somit wird das von der Oberfläche 78 reflektierte Licht nicht in Richtung des Bildsensors 56, sondern in Richtung der Lichtquelle 74 des Beleuchtungssystems 70 reflektiert. Der Bildsensor 56 wird in dieser Konstellation nicht ausgeleuchtet, so dass man für diese Konstellation ein Intensitätsminimum erfasst.
Bei der in der 5c gezeigten Konstellation liegen wieder Verhältnisse ähnlich wie in der 5a vor. Das von der Oberfläche 78 reflektierte Licht wird vom Mikrospiegel-Array 50 in Richtung des Bildsensors 56 abgelenkt und beleuchtet diesen, so dass erneut hohe Intensitäten gemessen werden.
Da jedem Ort des Streifens 762 in der Pupillenebene 48 ein bestimmtes Winkelspektrum zugeordnet ist, lässt sich durch Verknüpfen des Winkelspektrums mit der vom Bildsensor 56 erfassten Gesamtintensität ermitteln, bei welchen Winkeln das Messlicht senkrecht auf die Oberfläche 78 gefallen ist.
Mit dem anhand der 5a bis 5c erläuterten Messvorgang lässt sich nur der Neigungswinkel der Oberfläche 78 in der Papierebene messen. Tatsächlich ist es zudem nicht so, dass bei den in den 5a bis 5c gezeigten Konstellationen das Licht jeweils nur aus einer einzigen Richtung auf die Oberfläche 78 auftrifft. Dies wäre nur der Fall, wenn der ausgeleuchtete Bereich 761 bis 763 nicht streifenförmig, sondern punktförmig wäre. Bei der dargestellten Streifenform trifft für jeden Objektpunkt Licht aus Richtungen aus der Messkamera 40 aus, die in einer Ebene liegen. Bei den 5a bis 5c verlaufen diese Ebenen senkrecht zur Papierebene. Zu unterschiedlichen Zeitpunkten sind diese Ebenen voneinander verschieden und schneiden sich in einer Geraden, welche in der Objektebene liegt und durch den jeweiligen Feldpunkt läuft.
Für die Funktion spielt es jedoch keine Rolle, ob das Licht nur aus genau einer Richtung oder aus mehreren Richtungen innerhalb einer der besagten Ebenen kommt. Bei der in der 5b gezeigten Konstellation etwa wird Licht, das schräg zur Papierebene auf die Oberfläche 78 auftrifft, innerhalb der betreffenden Ebene reflektiert und trifft daher ebenfalls auf Mikrospiegel 51, die sich in der zweiten Kippstellung befinden. Auch diese außerhalb der Papierebene verlaufenden Lichtstrahlen gelangen somit nicht zum Bildsensor 56.
Bei den in den 5a und 5c gezeigten Konstellationen gelangen Lichtstrahlen, die in den betreffenden Einfallsebenen außerhalb der Papierebene verlaufen, ebenfalls zum Bildsensor 56 und tragen dort zur Intensität bei.
Um auch den Neigungswinkel in einer zur Papierebene senkrechten Ebene ermitteln zu können, kann der Messvorgang wiederholt werden. Die streifenförmigen Bereiche 761 bis 763 sind dann um 90° verdreht ausgerichtet, wie dies die 6a bis 6c illustrieren. Ansonsten läuft der Messvorgang genauso ab, wie dies vorgehend mit Bezug auf die 5a bis 5c geschildert wurde. Die Ebenen, in denen die Richtungen des aus der Messkamera austretenden Lichts liegen, schneiden sich dann in einer zweiten Gerade, die ebenfalls in der Objektebene liegt und in einem rechten Winkel zu der anderen Geraden angeordnet ist, die durch den ersten Messvorgang festgelegt wurde.
Ist für mindestens einen Oberflächenpunkt eine tatsächliche Raumkoordinate bekannt, können in einem weiteren Auswertungsschritt die gemessenen Oberflächenwinkel durch entsprechende Integration in eine geschlossene Oberflächenform überführt werden. Geeignete Verfahren sind im Stand der Technik bekannt, weswegen dies an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt wird.
Die vorstehend erläuterte Messung der Neigungswinkel erfolgt ortsaufgelöst, da jeder Pixel des Bildsensors 56 genau einem Ort auf der Oberfläche 78 des Werkstücks 26 zugeordnet ist und die Intensitäten an den unterschiedlichen Orten unabhängig voneinander sind. Dadurch können auch komplizierte wellenförmige Oberflächenprofile von spekular reflektierenden Oberflächen sehr einfach mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
5. Messung von Abbildungsfehlern des Objektivs
Das Mikrospiegel-Array 50 kann auch dazu verwendet werden, Abbildungsfehler des Objektivs 42 zu messen. Die gemessenen Abbildungsfehler können dann z.B. rechnerisch kompensiert werden, um dadurch die Messgenauigkeit zu erhöhen.
Zu einer solchen Messung von Abbildungsfehlern wird ein Punktmuster 80, wie es beispielhaft in der 7 gezeigt und mit 80 bezeichnet ist, in der Objektebene 47 des Objektivs 42 angeordnet. Das Punktmuster 80 kann auch als Anordnung von kleinen Blendenöffnungen (pin holes) realisiert sein, das von der Rückseite her beleuchtet wird und dadurch keine Beleuchtung durch das in die Messkamera 40 integrierte Beleuchtungssystem 70 erfordert.
Während eines Messvorgangs werden mehrere Bilder des Punktmusters 80 aufgenommen, wobei jeweils unterschiedliche Bereiche des Mikrospiegel-Arrays 50 abgeblendet sind (d.h. die dort angeordneten Mikrospiegel 51 befinden sich in ihrer zweiten Kippstellung). In der 8 ist der nicht abgeblendete Bereich, in dem die Mikrospiegel 51 sich in der ersten Kippstellung befinden, mit 821 bezeichnet. Die 9 illustriert, wie dieser nicht abgeblendete Bereich nach und nach über das Mikrospiegel-Array 50 wandert und dabei Positionen 822 bis 824 überstreicht.
Da die Bereiche 821 bis 824 sehr klein sind, sind die Teilvolumina in den übrigen Teilen des Objektivs 42, die bei einer Bildaufnahme von Licht durchtreten werden, ebenfalls klein. Variiert man die Lage der Bereiche 821 bis 845, wie dies die 8 und 9 illustrieren, so erhält man sukzessive Informationen über Abbildungseigenschaften der Teilvolumina, die jeweils zur Abbildung beitragen.
Um diese Abbildungseigenschaften zu bestimmen, wird auf den aufgenommenen Bildern die Verzeichnung des abgebildeten Punktmusters 80 von der Auswerteeinrichtung 60 ausgewertet. Aus dem Betrag der Verzeichnung Δx kann gemäß der Gleichung $Z_{2 / 3} = Δ x \cdot (\emptyset_{Blende} \cdot NA)$
die lokale Verkippung Z_2/3 der Wellenfront bestimmt werden. Dabei ist ∅_Blende· NA die numerische Apertur der Subapertur, die mit der Größe der Bereiche 821 bis 824 korreliert. Die Richtung der Wellenfrontverkippung entspricht der Richtung, in der das Bild eines Punktes gegenüber der idealen verzeichnungsfreien Lage verschoben ist.
Hat man für alle Bereiche in der nutzbaren Pupillenebene 48 die Verzeichnung der einzelnen Punkte des Punktmusters 80 und somit für jeden einzelnen Punkt die lokale Wellenfrontverkippung in der Pupille bestimmt, lässt sich daraus die Gesamtwellenfront und deren Variation über die Objektkoordinate rekonstruieren. Unbestimmt bleibt dabei lediglich eine Verkippung der Gesamtwellenfront, die aber einer klassischen Verzeichnung entspricht und über bekannte Verfahren leicht ermittelt werden kann.

Claims

Messkamera zur zweidimensionalen Vermessung von Gegenständen (26), mit einem objektseitig telezentrischen Objektiv (42), das eine Pupillenebene (48) hat, einem zweidimensionalen Bildsensor (56) und mit einem variablen Pupillenfilter, dadurch gekennzeichnet, dass das Pupillenfilter ein Mikrospiegel-Array (50) aufweist, das in der Pupillenebene (48) angeordnet ist und eine Vielzahl von Mikrospiegeln (51) hat, die jeweils in eine erste und in eine zweite stabile Kippstellung überführbar sind, wobei ein Mikrospiegel (51), der sich in der ersten Kippstellung befindet, Licht, das von dem Gegenstand (26) reflektiert wurde, so reflektiert, dass es auf den Bildsensor (56) gelangen kann, und wobei ein Mikrospiegel (51), der sich in der zweiten Kippstellung befindet, Licht, das von dem Gegenstand (26) reflektiert wurde, so reflektiert, dass es nicht auf den Bildsensor (56) gelangen kann, und dass die Messkamera ein Beleuchtungssystem (70) zum Beleuchten des Gegenstands (26) aufweist, wobei eine optische Achse (62) des Beleuchtungssystems (70) so angeordnet ist, dass ein Mikrospiegel (51), der sich in der zweiten Kippstellung befindet, das vom Beleuchtungssystem (70) erzeugte Licht auf den Gegenstand (26) richtet.
Messkamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkamera einen im Lichtweg zwischen dem Mikrospiegel-Array (50) und dem Bildsensor (56) angeordneten Umlenkspiegel (52) hat, und dass die Mikrospiegel (51) in einer Montageebene (48) angeordnet sind, die geneigt zu einer Sensorebene (54) verläuft, in der sich der Bildsensor (56) erstreckt.
Messkamera nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem (70) eine Lichtquelle (74) und eine Beleuchtungsoptik (73, 75) aufweist, welche die Lichtquelle (74) auf das Mikrospiegel-Array (50) abbildet.
Messkamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (58), die dazu eingerichtet ist, das Mikrospiegel-Array (50) zur Messung der Neigung einer Oberfläche (78) des Gegenstands (26) so zu steuern, dass während der Aufnahme mehrerer Bilder des Gegenstands (26) die Pupillenebene (48) in unterschiedlichen Bereichen abgeblendet wird, und durch eine Auswerteeinrichtung (60), die dazu eingerichtet ist, aus einem Vergleich der Helligkeit der aufgenommenen Bilder ein Maß für die Neigung der Oberfläche (78) zu berechnen.
Messkamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeblendeten Bereiche so ausgewählt sind, dass bei der Aufnahme eines Bildes für jeden Objektpunkt betrachtet das Licht nur aus Richtungen aus der Messkamera (40) austritt, die in einer Ebene liegen, und wobei die den Bildern zugeordneten Ebenen unterschiedlich sind und sich in einer ersten Geraden schneiden.
Messkamera nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Aufnahme eines Bildes nur ein streifenförmiger Bereich (761, 762, 763) in der Pupillenebene (48) nicht abgeblendet ist, wobei die den Bildern zugeordneten Bereiche parallel zueinander angeordnet sind.
Messkamera nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Messdurchgang die abgeblendeten Bereiche so ausgewählt sind, dass bei der Aufnahme eines Bildes für jeden Objektpunkt betrachtet das Licht nur aus Richtungen aus der Messkamera (40) austritt, die in einer Ebene liegen, und wobei die den Bildern zugeordneten Ebenen unterschiedlich sind und sich in einer zweiten Geraden schneiden, die in einem Winkel zu der ersten Geraden verläuft.
Messkamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (58), die dazu eingerichtet ist, das Mikrospiegel-Array (50) zur Messung von Abbildungsfehlern des Objektivs (42) so zu steuern, dass während der Aufnahme mehrerer Bilder eines Punktmusters (80) die Pupillenebene (48) in unterschiedlichen Bereichen abgeblendet wird, so dass sich die Bilder durch die Richtungen des Lichts unterscheiden, das zur Abbildung des Punktmusters (80) beiträgt, und durch eine Auswerteeinrichtung (60), die dazu eingerichtet ist, aus den Positionen der Punkte des Punktmusters auf den aufgenommenen Bildern jeweils eine Verkippung der Wellenfront für die den Punkten zugeordneten nicht-abgeblendeten Bereiche der Pupille zu berechnen.
Messkamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (60) dazu eingerichtet ist, aus den Verkippungen aller Wellenfronten einen Gesamtwellenfrontfehler zu berechnen.