DE19851176B4 - Arrangement for determining radii of curvature - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Bestimmung von Krümmungsradien einer gewölbten Fläche (8),
mit mehreren Lichtquellen (10, 11), die sich beidseits einer Symmetrieachse (12) jeweils paarweise gegenüberliegen, die unter einem Winkel α gegen die Symmetrieachse (12) über der gewölbten Fläche stehen und deren einander gegenüberliegende Paare jeweils einer Meßebene angehören,
mit einer Empfangseinrichtung (19) für die Reflexbilder der Lichtquellen (10, 11) und
mit einer Auswerteeinheit (21), die jeweils den Abstand auf der Empfangseinrichtung bestimmt, der zwischen zwei Reflexbildern solcher Lichtquellen vorliegt, die derselben Meßebene angehören,
dadurch gekennzeichnet,
– daß der Empfangseinrichtung (19) eine Strahlumlenkeinrichtung mit drei Paaren von reflektierenden Flächen vorgeordnet ist, wobei die reflektierenden Flächen jedes der drei Paare einen Winkel von 90° und die Symmetrieachse (12) als Winkelhalbierende einschließen,
– daß drei Lichtquellenpaare (10, 11) vorhanden sind und
– daß jeweils einem Paar reflektierender Flächen ein Lichtquellenpaar (10, 11) und eine Meßebene zugeordnet sind.Arrangement for determining radii of curvature of a curved surface (8),
with a plurality of light sources (10, 11) which are opposite in pairs on both sides of an axis of symmetry (12), which are at an angle α to the symmetry axis (12) over the curved surface and whose mutually opposite pairs each belong to a measuring plane,
with a receiving device (19) for the reflection images of the light sources (10, 11) and
with an evaluation unit (21) which respectively determines the distance on the receiving device which is present between two reflex images of such light sources which belong to the same measuring plane,
characterized,
- That the receiving means (19) is preceded by a beam deflecting device with three pairs of reflective surfaces, wherein the reflective surfaces of each of the three pairs include an angle of 90 ° and the axis of symmetry (12) as an angle bisector,
- That three pairs of light sources (10, 11) are present and
- That each pair of reflective surfaces, a pair of light sources (10, 11) and a measuring plane are assigned.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bestimmung der Krümmungsradien einer gewölbten Fläche.The The invention relates to an arrangement for determining the radii of curvature a domed one Area.
Anordnungen zur Ermittlung von Krümmungsradien an gewölbten Flächen sind im Stand der Technik beispielsweise bekannt im Zusammenhang mit der Vermessung parabolisch gekrümmter Satalitenantennen, der Vermessung von Fahrzeugkarosserieformen, zur Bestimmung von Krümmungsradien der Hornhaut des Auges und auch zur Vermessung von Kontaktlinsen.arrangements for determining radii of curvature at arched surfaces are known in the art, for example, in connection with the measurement of parabolically curved satalite antennas, the Measurement of vehicle body shapes, for determination of radii of curvature the cornea of the eye and also for the measurement of contact lenses.
Insbesondere für die beiden letztgenannten Anwendungen haben sich Anordnungen durchgesetzt, bei denen in mehreren Meßebenen jeweils zwei optische Testmarken auf die zu vermessende Fläche gerichtet, die Abstände der von der Fläche reflektierten Bilder der Testmarken für die einzelnen Meßebenen bestimmt und aus den Abständen beider Testmarken in den Meßebenen die Krümmungsradien errechnet werden.Especially for the In both latter applications, orders have prevailed where in multiple measurement levels two optical test marks each directed at the surface to be measured, the distances the of the area reflected images of the test marks for the individual measurement levels determined and from the distances Both test marks in the measurement levels the radii of curvature be calculated.
Zur Vermessung der Augenhornhaut sind automatische Keratometer entwickelt worden, bei denen mehrere, bevorzugt durch Infrarot-LEDs erzeugte Testmarken auf die Hornhaut abgebildet werden. Die Lage ihrer Spiegelbilder wird von optoelektronischen Empfangseinrichtungen erfaßt und die Positionswerte werden an einen Rechner weitergegeben, wo mit Hilfe entsprechender Rechenprogramme aus den Positionen der Spiegelbilder die Radien der Cornea für die Hauptkrümmungsrichtungen ermittelt werden. Als Empfangseinrichtungen kommen vorwiegend CCD-Zeilen oder auch komplette CCD-Kameras zum Einsatz. Um die Krümmungen in verschiedenen Meßebenen auswerten zu können, erfolgt bei bekannten Anordnungen dieser Art in der Regel eine Drehung der Reflexbilder bei feststehenden Lichtquellen und feststehender Empfangseinrichtung.to Measurement of the cornea are automatic keratometers developed in which several, preferably generated by infrared LEDs Test marks can be imaged on the cornea. The location of their mirror images is detected by optoelectronic receiving devices and the Position values are passed on to a computer, where with help appropriate computer programs from the positions of the mirror images the radii of the cornea for the main curvature directions be determined. The reception devices are predominantly CCD lines or even complete CCD cameras are used. To the bends in different measurement levels to be able to evaluate In known arrangements of this type is usually a rotation the reflex images with fixed light sources and fixed Receiving device.
Eine
solche keratometrische Anordnung ist beispielsweise in der
Eine
Anordnung zur Ermittlung von Krümmungen
der Augenhornhaut ist in der
Hier gelangt paralleles Licht aus zwei schlitzförmigen Lichtquellen über eine optische Einheit, die um eine Referenzachse drehbar ist, sowie über ein Objektiv auf die Cornea. Die beiden Lichtbündel sind vor dem Auftreffen auf die Cornea axialsymmetrisch zur Referenzachse ausgerichtet und um gleiche Winkel α zur Referenzachse geneigt. Das von der Cornea reflektierte Licht wird, wiederum über das Objektiv- und die zwischen den Lichtquellen und dem Objektiv angeordnete drehbare optische Einheit, auf einen linearen Empfänger abgebildet.Here Parallel light from two slit-shaped light sources passes through a optical unit which is rotatable about a reference axis, and via a lens on the cornea. The two light bundles are before the impact aligned to the cornea axisymmetric to the reference axis and by equal angles α to Reference axis inclined. The light reflected from the cornea becomes turn over the lens and the arranged between the light sources and the lens rotatable optical unit, mapped to a linear receiver.
Dabei ist ebenfalls von Nachteil, daß mechanisch bewegte und gegeneinander gleitende Teile vorhanden sind, wobei hier noch dazukommt, daß die drehbare optische Einheit sowie das Objektiv große Abmessungen aufweisen müssen, weil die volle Beleuchtungsapertur in die optische Einheit übertragen wird. Außerdem ist die hier beschriebene Anordnung nicht für punktförmige Lichtquellen geeignet, sondern es ist erforderlich, schlitzförmige Lichtquellen zu erzeugen, um ein Auswandern der Strahlengänge seitlich zur Empfängerzeile zu kompensieren, was wiederum erhöhten Aufwand bedeutet.there is also a disadvantage that mechanically moving and mutually sliding parts are present, wherein here is added that the rotatable optical unit and the lens must have large dimensions, because the full illumination aperture is transmitted to the optical unit. Furthermore the arrangement described here is not suitable for punctiform light sources, but it is necessary to produce slit-shaped light sources, to an emigration of the beam paths laterally to the recipient line to compensate, which in turn means increased effort.
In
der
Hier sind auf Grund des nicht telezentrischen Strahlenganges zusätzliche Mittel erforderlich, mit denen die Focuslage der Abbildung überprüft wird, was sich wiederum nachteilig auf die Baugröße eines nach diesen Prinzip arbeitenden Gerätes auswirkt. Außerdem sind auch hier wieder mechanisch bewegte Teile erforderlich.Here are additional due to the non-telecentric beam path Means required to check the focus of the figure, what is needed In turn, disadvantageous to the size of one according to this principle working device effect. Furthermore Here again mechanically moving parts are required.
Aus
der
Die
Ausgehend vom dargelegten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Anordnung so weiterzubilden, daß unter Beibehaltung der vorteilhaften Möglichkeit einer automatischen Meßwerterfassung und Auswertung der Gesamtaufbau der Anordnung weiter vereinfacht und die Baugröße weiter verringert wird.outgoing Of the stated prior art, the invention has the object at the bottom, a generic arrangement educate so that under Maintaining the advantageous possibility of a automatic measured value acquisition and evaluation of the overall structure of the arrangement further simplified and the size continues is reduced.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst.The Task is achieved by an arrangement with the features of claim 1 solved.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist als Umlenkeinrichtung eine Prismenanordnung mit drei Paar Prismenflächen vorgesehen. Diese Prismenanordnung hat die Form des Pyramidenstumpfes einer sechsseitigen Pyramide, deren gegenüberliegende Seiten miteinander jeweils einen Winkel von 90° einschließen. Auf Grund dieses charakteristischen Aufbaues wird die Prismenanordnung im folgenden als „Hexaprisma” bezeichnet.In A preferred embodiment of the invention is as a deflection a prism arrangement provided with three pairs of prism faces. This prism arrangement has the shape of the truncated pyramid of a six-sided pyramid, their opposite Each side at an angle of 90 °. Because of this characteristic Construction, the prism arrangement is hereinafter referred to as "hexaprism".
Von jedem der drei vorgesehenen Lichtquellenpaare, die erfindungsgemäß auf die zu vermessende Fläche gerichtet sind, erreicht ein Paar Reflexbilder das Hexaprisma. Die Reflexbilder der Lichtquellenpaare werden über die jeweils zugeordneten Prismenflächenpaare auf die Empfangseinrichtung abgebildet und dienen dort als Testmarken in der dem betreffenden Lichtquellenpaar bzw. dem Prismenflächenpaar zugeordneten Meßebene.From each of the three light source pairs provided, which according to the invention to the area to be measured a pair of reflex images reaches the hexaprism. The Reflex images of the pairs of light sources are transmitted via the respectively assigned prism surface pairs imaged on the receiving device and serve there as test marks in the respective light source pair or the prism surface pair assigned measuring plane.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß jedes Lichtquellenpaar getrennt ansteuerbar ist. Dazu ist eine Ansteuerschaltung zur periodisch aufeinanderfolgenden Ansteuerung der einzelnen Lichtquellenpaare vorgesehen, wobei die Ansteuerschaltung wie auch die Auswerteeinheit mit einer Synchronisiereinrichtung verbunden sind.It can also be provided that each pair of light sources separated is controllable. For this purpose, a drive circuit for periodic successive control of the individual light source pairs provided, wherein the drive circuit as well as the evaluation unit are connected to a synchronizer.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die drei Lichtquellenpaare gesondert zeitlich nacheinander ein- bzw., ausgeschaltet und damit zeitlich nacheinander die Testmarken bzw. Reflexbilder für die drei Meßebenen erzeugt werden können. Dabei sorgt die Synchronisiereinrichtung dafür, daß synchron mit der Einschaltung eines der Lichtquellenpaare die Abstände der Reflexbilder auf der Empfangseinrichtung durch die Auswerteeinheit erfaßt und gespeichert werden.On this way is achieved that the three pairs of light sources, one after the other, switched off and thus successively the test marks or Reflex pictures for the three measurement levels can be generated. In this case, the synchronizer ensures that synchronous with the switching one of the light source pairs the distances of the reflection images on the Receiving device detected and stored by the evaluation.
Zu diesem Zweck verfügt die Auswerteeinheit über einen Speicher, in den die Abstandswerte der Reflexbilder, der jeweiligen Meßebene zugeordnet, abgelegt werden. Weiterhin ist in der Auswerteeinheit eine Rechenschaltung zur Ermittlung der Krümmungsradien aus den gespeicherten Abstandswerten vorgesehen.To has this purpose the evaluation unit via a memory in which the distance values of the reflex images, the respective measuring plane assigned, be stored. Furthermore, in the evaluation unit an arithmetic circuit for determining the radii of curvature from the stored Distance values provided.
Beim Betreiben dieser Anordnung liegen, nachdem jedes der Lichtquellenpaare zeitlich nacheinander angesteuert worden ist, für jede der drei Meßebenen Abstandswerte der Reflexbilder bzw. als Rechenergebnis die Krümmungsradien in den Meßebenen vor. Aus diesen können die Lage der Hauptebenen und die Krümmungsradien in den beiden Halbachsen einer zu vermessenden torischen Fläche berechnet werden. Die Verfahrensweise hierzu entspricht dem Stand der Technik und muß deshalb an dieser Stelle nicht näher erläutert werden.At the Operate this arrangement after each of the light source pairs timed consecutively, for each of the three measurement levels Distance values of the reflex images or as arithmetic result the radii of curvature in the measurement levels in front. Out of these can the position of the main planes and the radii of curvature in the two semi-axes to be measured toric surface to be measured. The procedure this corresponds to the prior art and must therefore at this point not closer explained become.
In bevorzugten Ausgestaltungsvarianten der Erfindung ist als Empfangseinrichtung ein CCD-Zeilenempfänger vorgesehen und die Lichtquellen sind jeweils unter einem Winkel α = 18° auf die zu vermessende Fläche gerichtet.In preferred embodiments of the invention is as a receiving device a CCD line receiver provided and the light sources are each at an angle α = 18 ° on the area to be measured directed.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist im Strahlengang zwischen der zu vermessenden Fläche und der Prismenanordnung ein Objektiv zur Abbildung der Reflexbilder auf die Empfangseinrichtung vorgesehen. Weiterhin kann ein Strahlteilerwürfel vorhanden sein, der zur Auskopplung eines auf die Empfangseinrichtung gerichteten Strahlungsanteiles aus dem vom Hexaprisma zurückgeworfenen Licht dient.In a particularly preferred embodiment is in the beam path between the area to be measured and the prism arrangement, a lens for imaging the reflection images provided on the receiving device. Furthermore, a beam splitter cube may be present be, which is for decoupling a directed to the receiving device Part of the radiation from the light reflected by the hexaprism serves.
Zwischen Strahlteilerwürfel und Empfangseinrichtung können weiterhin eine telezentrische Blende und eine Zylinderlinse vorgesehen sein. Denkbar ist auch, zwischen Objektiv und Hexaprisma eine rotierende Blende oder eine als Flüssigkristall-Modulator ausgeführte, abschnittweise ansteuerbare Blende anzuordnen, durch die bei entsprechender Ansteuerung vorgegebene Prismenflächenpaare zeitweise abgedeckt werden können. Die Ansteuerung kann zum vorgesehenen Zeitpunkt z. B. synchron zur Ansteuerung der Lichtquellenpaare von der Synchronisiereinrichtung veranlaßt werden.Between Beam splitter cube and receiving device can furthermore provided a telecentric diaphragm and a cylindrical lens be. It is also conceivable between lens and hexaprism a rotating Aperture or as a liquid crystal modulator executed, to arrange sections controllable aperture, by the corresponding Control predetermined prism surface pairs temporarily covered can be. The control can at the scheduled time z. B. synchronous to Control of the light source pairs of the synchronizer causes become.
Die Ansteuerung der einzelnen Lichtquellenpaare dient der Unterscheidbarkeit der Reflexbilder auf der Empfangseinrichtung bzw. ihrer Zuordnung zu den betreffenden Meßebenen. Diese Unterscheidung kann alternativ zum Ein-/Ausgeschalten der Lichtquellenpaare auch dadurch erzielt werden, daß Wellenlänge, Polarisation und/oder Intensität der Lichtquellen in zeitlicher Folge moduliert werden oder die Lichtquellenpaare im Hinblick auf Wellenlänge oder Intensität unterschiedlich ausgebildet sind.The Control of the individual light source pairs serves to distinguish the reflection images on the receiving device or their assignment to the relevant measurement levels. This distinction may alternatively be used to turn on / off the pairs of light sources can also be achieved by wavelength, polarization and / or intensity the light sources are modulated in chronological order or the light source pairs in terms of wavelength or intensity are formed differently.
Werden beispielsweise als Lichtquellen LED's unterschiedlicher Wellenlängen benutzt und die Prismenflächen mit entsprechenden Farbfilterschichten versehen, können anhand der Wellenlängen unterscheidbare Reflexbilder in der Ebene der Empfängerzeile erzeugt werden.Become for example, used as light sources LED's of different wavelengths and the prism surfaces provided with corresponding color filter layers, can be based on the wavelengths distinguishable reflex images in the plane of the receiver line be generated.
Denkbar ist weiterhin auch eine Unterscheidung der Lichtquellen anhand polarisationsoptischer Maßnahmen, wodurch jeweils die Reflexbilder eines ausgewählten Lichtquellenpaares in unverminderter Helligkeit von den zugeordneten Prismenflächen transmittiert werden, während die Reflexbilder, die den anderen beiden Meßebenen zugeordnet sind, abgeschwächt transmittiert werden. Auch eine Unterscheidung aufgrund farbselektiver Beschichtungen der reflektierenden Flächen des Hexaprisma ist möglich.Also conceivable is a difference tion of the light sources by polarization-optical measures, whereby each of the reflection images of a selected pair of light sources are transmitted in undiminished brightness from the associated prism surfaces, while the reflection images, which are assigned to the other two measurement levels, transmitted attenuated. A distinction due to color-selective coatings of the reflective surfaces of the hexaprism is also possible.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe Invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the associated Drawings show
In
In
Von
diesen drei Lichtquellenpaaren ist in
Die
beiden übrigen,
nicht dargestellten Lichtquellenpaare sind in Bezug auf die Symmetrieachse
In
dem von der Oberfläche
Symbolisch
sind weiterhin dargestellt eine Ansteuerschaltung
Wird
nun beim Betreiben der Anordnung von der Ansteuerschaltung
Die
Synchronisiereinrichtung
Hiernach
erfolgt das Ausschalten der Lichtquellen
Durch
die Prismenflächen
In
der Folge wird in gleicher Weise die Ansteuerung des dritten Lichtquellenpaares
vorgenommen, das ebenso wie die Prismenflächen
Im
Gegensatz zum Stand der Technik ist in der erfindungsgemäßen Anordnung
kein rotierendes Prisma erforderlich, da die gekrümmte Fläche
- 11
- Prismenanordnungprism assembly
- 2, 3, 4, 5, 6, 72, 3, 4, 5, 6, 7
- Prismenflächenprism faces
- 88th
- gekrümmte Flächecurved surface
- 99
- Objektobject
- 10, 1110 11
- LichtquellenpaarPair of light sources
- 1212
- Symmetrieachseaxis of symmetry
- 1313
- Strahlengangbeam path
- 1414
- Strahlteilerbeamsplitter
- 1515
- Objektivlens
- 1616
- Strahlengangbeam path
- 1717
- Blendecover
- 1818
- Zylinderlinsecylindrical lens
- 1919
- Empfangseinrichtungreceiver
- 2020
- Ansteuerschaltungdrive circuit
- 2121
- Auswerteeinheitevaluation
- 2222
- Synchronisiereinrichtungsynchronizer
Claims (7)
Priority Applications (1)
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DE19851176A1 DE19851176A1 (en) | 2000-05-11 |
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