DE29724139U1

DE29724139U1 - Vorrichtung für die Ermittlung von optischen Fehlern in grossflächigen Scheiben

Info

Publication number: DE29724139U1
Application number: DE29724139U
Authority: DE
Original assignee: Innomess Gesellschaft fuer Messtechnik mbH
Current assignee: Isra Glass Vision GmbH
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2007-10-18

Description

Vorrichtung für die Ermittlung von optischen Fehlern in grossflächigen Scheiben

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

EP-A-O 416 302 zeigt ein bekanntes Verfahren und eine bekannte Vorrichtung. In diesem Verfahren wird ein beleuchtetes Flächenraster über ein Objektiv auf ein Referenzraster abgebildet, eine zu überprüfende Scheibe in den Strahlengang zwischen Flächenraster und Referenzraster angeordnet und das Superponat aus dem Bild des Flächenrasters und dem Referenzraster untersucht; dabei wird das Flächenraster auf ein Referenzraster abgebildet, dessen Flächengrösse kleiner ist als die zu untersuchende Scheibe, und das Superponat wird durch eine Videokamera mehrfach aufgenommen, um anschliessend mit einem Phasenshiftverfahren ausgewertet zu werden, wobei die aufgenommene Helligkeitsverteilung als Mass für die Brechkraft der Scheibe dient.

Die Durchführung dieses Verfahrens ist ausgesprochen aufwendig. Bei dem Flächenraster handelt es sich im allgemeinen in der Praxis um ein Kreuzraster, das gebildet wird aus alternierenden opaken Streifen und transparenten Streifen, wobei die transparenten Streifen genau so breit sind wie die opaken Streifen, wobei zwei derartige Streifenmuster um 90° versetzt einander überlagert sind. Die zu untersuchende Scheibe wird in den Strahlengang angeordnet und auf das Referenzraster, bei dem es sich um ein Linienraster handelt, das ebenfalls transparente und opake Linien anordnet, und zwar in demselben Breitenverhältnis wie das Flächenraster, abgebildet. Ein erstes praktisches Problem entsteht dann, wenn sich Linien der beiden Raster exakt decken; um diesem Fall vorzubeugen, werden in der Praxis als Flächenraster in der Regel nicht opake Linien verwendet, sondern halbopak, halbdurchlässige Linien. Dadurch wird der Kontrast herabgesetzt.

Um eine Auswertung des sich ergebenden Moire-Bildes nach dem Phasenshiftverfahren zu ermöglichen, ist es erforderlich, das Superponat des auf das Referenzraster abgebildeten Flächenrasters dreimal abzubilden. Hierbei muss das Referenzraster zweimal um jeweils ein Drittel der Breite eines Linienpaares

verschoben werden, so dass im Ganzen mindestens drei Aufnahmen erforderlich sind, um die Phasenverschiebung in einer Dimension (z.B. der Horizontalen) der Scheibe zu ermitteln. Wird in einer senkrecht dazu verlaufenden Dimension (z.B. der Vertikalen) ebenfalls die Ermittlung der Brechkraft der Scheibe gewünscht, müssen von einem zweiten Referenzraster erneut drei Aufnahmen von dem sich ergebenden Moire-Bild gemacht werden. Es sind also insgesamt sechs Aufnahmen erforderlich, damit mit dem Phasenshiftverfahren die Brechkraft der Scheibe ermittelt werden kann.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dementsprechend aufwendig, da die Verschiebung des Referenzrasters um ein Drittel der Breite eines Linienpaars auf dem Referenzraster sehr präzise erfolgen muss. Dasselbe gilt für die zweite, zur ersten senkrechten Aufnahme, da es schwierig zu vermeiden ist, dass aufgrund von Positionierungsfehlern ein unerwünschter Moire-Effekt auftritt. Aufgrund der aufwendigen Handhabung nimmt die Messung der Brechkraft viel Zeit in Anspruch. Zusätzlich kann es bei dem bekannten Verfahren zu unerwünschten Moire-Bildungen an der "Pixel-Periode" der Kamera (vgl. Sp. 4, Z. 36 - 40) kommen, wenn das Beleuchtungsmuster oder das Referenzmuster das Vielfache einer Periode der Pixel ausmachen. Es müssen daher Massnahmen ergriffen werden, das Auftreten dieser Konstellation zu vermeiden, denn diese unerwünschten zusätzlichen Moire-Bilder verfälschen die Auswertung des Bildes der Scheibe.

EP-A-O 559 524 zeigt ein anderes Verfahren, nämlich zur Prüfung der Transparenz insbesondere von Verbundglas nach dem Vorverbund und vor dem Autoklavieren, also zu einem Zeitpunkt, an dem der Vorverbund bzw. die Folie in der Regel eine milchige Farbe aufweist, die die Lichttransmission behindert. Dieses Transmissionsverfahren ordnet eine Lichtquelle einerseits (unterhalb) und eine Kamera zur Beobachtung des erzeugten Prüfbilds andererseits des Vorverbunds an. Das durch die Lichtquelle erzeugte und projizierte Prüfbild ist ein Linienmuster von einigen wenigen Linien. Als Grundlage der Entscheidung, ob eine Verbundglasscheibe "gut" oder "schlecht" ist, dient ein Mittelwert aus allen beobachteten Werten. Eine bestimmte Abbildungsregel der Linien auf die Kamera bzw. deren Pixel ist nicht vorgeschlagen. Auch ist es nicht möglich, Fehler in der

Brechkraft, kleine Einschlüsse und dgl. zu detektieren, da sie den gemessenen Mittelwert über das gesamte beobachtete Bild nur minimal beeinflussen.

Die mathematischen Ableitungen von Winkeln ausgehend von gemessenen Moire-Bildern sowie einen Überblick über die verschiedenen Moire-Techniken gibt der Aufsatz von Selb, M., und Höfler, H. in "Vision & Voice Magazine", Band 4 (1990), Nr. 2, Seiten 145-151. In diesem Aufsatz werden auch hochauflösende Moire-Topographiemessungen durch unmittelbar auf einen CCD-Chip abgebildete Gitter, also in einer einstufigen Abbildung ohne Referenzgitter, behandelt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, mit der optische Fehler in wenigstens einer Dimension einer Scheibe zuverlässig ermittelbar sind.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäss mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Es ist vorzugsweise in der erfindungsgemässen Vorrichtung eine Leuchtwand vorgesehen, die in dem erfindungsgemässen Verfahren für das Projizieren eines Musters mit regelmässigen Sequenzen zum Einsatz kommt, und die anstelle einer Lichtquelle mit Raster einsetzbar ist. Die Leuchtwand besteht zweckmässigerweise aus einer Vielzahl von einzelnen LEDs, die beliebig einzeln, blockweise oder in Spalten bzw. Zeilen ansteuerbar sind, um entweder gemäss einem HeII-Dunkel-Profil zu leuchten bzw. nicht zu leuchten oder um in Abhängigkeit einer geeigneten Kennlinie unterschiedliche Intensitäten zu emittieren. Ähnliche Leuchtwände werden zum Beispiel als Anzeigetafeln in Sportstadien eingesetzt. Es versteht sich, dass die Vorrichtung zur Ermittlung von optischen Fehlern, umfassend eine Leuchtwand aus einer Mehrzahl einzeln ansteuerbarer Leuchtfelder als Flächenraster, das auf eine Scheibe projiziert wird, deren Brechkraft ermittelt werden soll, auch dann funktionsfähig ist, wenn sie mit einem Referenzraster aus dem Stand der Technik arbeitet. Es versteht sich, dass die Hell-Dunkel-Sequenz grundsätzlich mit jedem der beiden Raster darstellbar ist. Es versteht sich ferner, dass die Sequenzen auch über Linsen vergrössert werden können, bevor es zur eigentlichen Projektion kommt.

Vorzugsweise erfolgt ein Abbilden des Musters auf eine Kamera, wobei eine Sequenz des Musters jeweils auf eine Anzahl benachbart angeordneter Pixel der Kamera abgebildet ist. Vorzugsweise ist die Anzahl ein ganzzahliges Vielfaches der Sequenz.

Eine Sequenz des Musters kann durch eine periodische Folge von zwei oder mehr Lichtintensitäten definiert sein. Im einfachsten Fall handelt es sich um eine Folge, in der helle und dunkle Streifen, vorzugsweise identischer Breite, einander abwechseln und eine Hell-Dunkel-Sequenz bilden. Es ist aber auch möglich, dass die Sequenz aus drei, vier oder mehr Streifen besteht, die eine regelmässige Abfolge mit stets äquidistanten Intensitätsminima und -maxima aufweist.

Für die Erzeugung dieser Sequenzen ist es alternativ möglich, die Lichtintensitäten durch die örtlichen Lichtdurchlässigkeiten eines physischen Rasters mittels einer hinter dem Raster angeordneten Lichtquelle zu erzeugen. Ist das Raster opak, beträgt die Lichtintensität Null, die Stelle ist dunkel; ist das Raster vollständig transparent, nimmt die Lichtintensität ein Maximum aq. Die Verwendung eines physischen Rasters wie im Stand der Technik, also vergleichbar einem grossen Sieb oder Filter, reicht für scharfe Hell-Dunkel-Abfolgen aus. Für die Erzeugung von Sequenzen mit Streifen unterschiedlicher Helligkeit sind jedoch halbtransparente Filter vorzusehen, die gegebenenfalls drei oder mehr verschiedene Lichtdurchlässigkeiten sehr genau reproduziert aufweisen müssen.

Soweit die Anzahl der erfindungsgemäss benachbart angeordneten Pixel die Summe von zwei übersteigt, versteht sich, dass jeweils nicht alle Pixel jeweils zueinander benachbart angeordnet sein können; vielmehr ist gemeint, dass die Pixel paarweise benachbart angeordnet sind derart, dass sie eine von nicht dazugehörigen Pixeln freie, zusammenhängende Sub-Zeile bzw. Sub-Matrix bilden.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist vorzugsweise vorgesehen, dass jeweils ein ganzzahliges Vielfaches, vorzugsweise ein Tripel nebeneinander angeordneter Pixel mit einer Hell-Dunkel-Sequenz, vorzugsweise einem HeII-Dunkel-Paar, das von der Scheibe auf die Kamera abgebildet wird, übereinstimmt.

Damit beträgt die Linienpaarbreite des projizierten Beleuchtungsmusters genau das Vielfache der Breite eines Pixels der Kamera, so dass es zu Moire-Bildungen an der Kamera selbst kommt. Der Einsatz von Hell-Dunkel-Paaren hat den Vorteil, dass die Projektion sehr einfach durch das entsprechende Vorsehen eines Rasters mit nur zwei verschiedenen Lichtdurchlässigkeiten realisierbar ist, zweckmässigerweise jeweils opake und transparente Bereiche, so dass ein guter Kontrast entsteht.

Vorteilhaft wird dieser Effekt ausgenutzt, um auf ein Referenzmuster verzichten zu können, wodurch der apparative Aufbau für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereits stark vereinfacht wird, insbesondere der für den Aufbau erforderliche Raum.

Es ist zu verstehen, dass mehrere Wege für die Auswertung des Beleuchtungsmusters zur Verfügung stehen. Zum einen kann die Lichtintensität, die von jedem Pixel aufgenommen wird, der Weiterverarbeitung zugrundegelegt werden. Aufgrund der genauen Breitenverhältnisse lassen sich periodisch wiederkehrende Intensitätsverteilungen herstellen, bei deren Störung der der Störung zugrundeliegende Ablenkwinkel leicht ermittelt werden kann. Zur Ermittlung einer Störung kann sowohl ein Vergleich ohne Scheibe / mit Scheibe in Betracht kommen, als auch, bei genauer Ausrichtung der Anfangspunkte der Linienpaare mit einem Pixeltripel, die Kenntnis der Soll-Lichtintensitäten an jedem Punkt. Im zweiten Fall kann vorzugsweise auf eine Einrichtung mit einem Prüfnormal oder dgl. verzichtet werden.

Ein anderer, aufgrund seiner sehr guten Auflösung bevorzugter Weg der Weiterverarbeitung des Beleuchtungsmusters besteht in der Ausnutzung des an den Pixeln der Kamera auftretenden Moire-Bildes. Das Moire-Bild, das an der Kamera erfasst wird, entsteht durch Überlagerung zweier Helligkeitsverteilungen mit spezifischer Periodizität, wobei über die Breite eines Linienpaares der Sequenz, die einer Hell-Dunkel-Periode entspricht, an dem "Gitter" der Pixel der Kamera der Verlauf näherungsweise einer Sinus-Kurve der Moire-Struktur erkennbar wird. Es kann sich somit zunutze gemacht werden, dass mittels Moire-Erscheinungen Deformationen in dem Muster, z.B. infolge von Brechungen in der

Scheibe, mit einer um ein Vielfaches höheren Auflösung ermittelt werden können, die sich als Phasenverschiebung des Moire-Bildes äussert, also als Stauchung oder Dehnung in der durch das Moire-Bild entstehenden sinusförmigen Kurve.

Wird gemäss einer ersten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ein Linienpaar des Beleuchtungsmusters auf ein Tripel benachbarter Pixel abgebildet, entstehen somit für jedes Linienpaar 3 Moire-Bildstreifen; es erübrigt sich dann, ein Referenzmuster um ein Drittel gegenüber dem projizierten Muster zu verschieben, statt dessen ist es vorteilhaft möglich, den Wert des zweiten bzw. des dritten Pixels als Wert für die um 120° bzw. 240° (oder -120°) verschobene Aufnahme zugrundezulegen. Diese um 120° (einem Drittel einer vollständigen Sinuskurve) versetzten, von den Pixeln der Kamera erfassten Moire-Bild-Streifen können durch einfache Umwandlung mathematisch als von einer Sinus-Funktion abhängige Kurven ausgedrückt werden.

Durch Schwankungen der Brechkraft der Scheiben, beispielsweise einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, kommt es zu Schwankungen in den Maxima und Minima, die durch die Moire-Erscheinung auftreten, die sich leicht als Phasenverschiebung in der Sinuskurve ermitteln lassen; ist der Abstand der Kamera von der Scheibe bekannt, lässt sich hieraus der Winkel ermitteln, in dem das durchtretende Licht an der Scheibe gebrochen wird. Durch einfache weitere mathematische Bearbeitung (Differentiation) lässt sich damit die Brechkraft in Dioptrien ermitteln. Insbesondere für die Ermittlung der Brechkraft einer Windschutzscheibe ist dies von grosser Bedeutung, denn eine Ablenkung des Blickes in der Vertikalen beeinträchtigt die Geradeaussicht, während eine Ablenkung des Lichts in der Horizontalen die Seitendurchsicht beeinträchtigt. In der DIN 52305 oder der ECE 43 sind Grenzwerte für die maximal zulässige Brechkraft des Glases angegeben, die als Schwellenwerte für einen Vergleich herangezogen werden können, ob eine geprüfte Windschutzscheibe angenommen oder abgelehnt wird.

Wird für die erfindungsgemässe Vorrichtung bei der Durchführung des Verfahrens ein Muster eingesetzt, das Sequenzen sowohl in der Horizontalen als auch in der Vertikalen einander überlagernd anordnet, dann kann mit einer Matrixkamera

gleichzeitig eine Auswertung der Brechkraft sowohl für die Vertikale als auch für die Horizontale vorgenommen werden, ohne dass hierfür die Kamera oder ein Referenzraster gedreht werden müssten. Dieselben Messwerte der Pixel der Kamera können der Auswertung zugrunde gelegt werden, wodurch für jede Auswertung eine Vielzahl an Speicherplatz gespart wird, und eine kompakte Archivierung der Messdaten möglich ist. Wird die Zahl der einem Hell-Dunkel-Paar zugeordneten Pixel beispielsweise auf vier (fünf) oder grössere Vielfache erhöht, wird eine Auswertung mit einem um jeweils 90° (72°) oder entsprechenden Bruchteilen davon verschobenen Phasenshiftverfahren ermöglicht. Im Falle von vier Pixeln Hesse sich aufgrund des zusätzlich zur Verfügung stehenden Freiheitsgrads zusätzlich zu Position und Intensitätsextrema leicht die Frequenzverschiebung ermitteln.

Gemäss einer zweiten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, dieselbe Auflösung wie bei einem Tripel von Pixeln durch die Abbildung auf nur jeweils zwei benachbarte Pixel der Kamera zu erzielen. Hierfür ist das Muster nur geringfügig aufwendiger vorzusehen.

In einer ersten Variante ist es möglich, ein Muster mit Sequenzen aus drei Lichtintensitäten auszubilden, wobei diese Sequenz z.B. als drei äquidistante Streifen eines Rasters ausgebildet sein kann. Die Lichtdurchlässigkeiten des Rasters können z.B. jeweils um einen Faktor verschieden sein, beispielsweise 1%, 10%, 100% oder 10% bzw. 0%, 30% bzw. 33%, 90% bzw. 100%. Das von den beiden Pixeln erfasste Signal lässt sich dann ebenfalls auf eine Sinuskurve rückführen, die eine anschliessende Auswertung nach Phasenshiftverfahren zulässt. Alternativ werden die Lichtintensitäten durch zeilenweise bzw. spaltenweise unterschiedlich stark leuchtende Felder einer Leuchtmatrix erzeugt.

In einer anderen Variante ist es möglich, in jeder Sequenz des Rasters mindestens einen beispielsweise nur für Licht einer bestimmten Wellenlänge (Farbe) transparenten, "ausschaltbaren Streifen" vorzusehen. Durch abwechselndes Beleuchten einmal mit hindurchtretendem Licht und einmal mit absorbiertem Licht wird das Grössenverhältnis der Heil-Dunkel-Sequenz unter Beibehaltung ihrer für die Moire-Erscheinung relevanten "Gitterkonstante" definiert

verändert, wodurch sehr einfach Phasenverschiebungen im Moire-Bild auswertbar werden. Beispielsweise besteht das Raster zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Sequenz aus jeweils gleich breiten Streifen, die abwechselnd vollständig opak, für rotes, aber nicht für grünes Licht transparent und vollständig transparent ausgebildet sind. Es ist zum einen möglich, je eine Aufnahme bei Beleuchtung mit rotem bzw. mit grünem Licht vorzunehmen, und dann beide Bilder für die Auswertung zugrunde zu legen. Einfacher ist es, in schneller Frequenzfolge abwechselnd rot und grün zu beleuchten, wodurch der "ausschaltbare Streifen" jeweils hell bzw. dunkel erscheint. Durch Integration der Lichtintensität in dem Pixel (das nur hell/dunkel erfasst, also unabhängig von der Farbe des Lichts) lässt sich eine Phasenauswertung gemäss modifiziertem Phasenshiftverfahren vornehmen.

Eine dritte vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass jeweils mindestens drei benachbarte Streifen (Zeilen bzw. Spalten) des Rastermusters (die dann eine Sequenz bilden) nacheinander beleuchtet werden, wobei eine entsprechende Anzahl Aufnahmen, also mindestens drei, von der Scheibe gemacht werden, und jede Sequenz auf ein Pixel abgebildet wird (oder auf ein ganzzahliges Vielfaches davon). Diese Weiterbildung lässt sich sowohl mit der vorstehend bereits geschilderten Beleuchtung eines Rasters mit von der Lichtfarbe abhängigen Lichtdurchlässigkeiten realisieren als auch mit einem physischen Filter, das um jeweils die Breite eines Streifens verschoben wird (es versteht sich, dass dann die Streifen äquidistant sind). Besonders vorteilhaft lassen sich Leuchtwände wie die oben beschriebenen einsetzen, die eine schnelle Abfolge der drei Aufnahmen gewährleisten bei gleichzeitig stets reproduzierbarer Lage. Ausserdem können mit dieser Leuchtwand auch unmittelbar im Anschluss an die Aufnahmen für die vertikale diejenigen für die horizontale Brechkraft aufgenommen werden. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass sie zum einen mit der bestehenden Auswertesoftware weiterarbeiten kann, zum anderen nur relativ wenig Kamerapixel benötigt, so dass sie preiswert umgesetzt werden kann. Eine Matrix-Leuchttafel ermöglicht es zum Beispiel auch, im Falle mehrerer, z.B. zueinander inverser, Aufnahmen die Belichtungszeit der Kamera und die Dauer der Beleuchtung im Raster zu synchronisieren. Wenn eine Scheibe mit einer Zeilenkamera abgetastet wird, beispielsweise von oben nach

unten, kann dann für jede abgetastete Zeile jede Sequenz einmal beleuchtet werden, wodurch die Auswertung jeder aufgenommenen Sequenz praktisch online möglich ist, und die Kamera nur einmal verschwenkt oder verlagert werden muss, um die Scheibe abzutasten.

Es ist gemäss einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung möglich, auf der Grundlage des vorstehend erläuterten Verfahren eine Vorrichtung zum Ermitteln der Brechkraft in Autoglasscheiben, insbesondere Windschutzscheiben, derart auszubilden, dass das Raster beispielsweise ein Muster mit einer Streifensequenz aufweist, die aus rotem, grünem und blauem im übrigen transparentem Material besteht, so dass die entsprechende Farbe von Licht an dem jeweiligen Streifen nicht durchtritt, und eine Kamera diesen Streifen als "dunkel" registriert. Mit einer Farbkamera lässt sich so bereits für jede der drei Farben ein um ein Drittel verschobenes Hell-Dunkel-Streifenmuster (jeweils eine Sequenz auf zwei benachbarte Pixel) aufnehmen und das resultierende Moire-Bild anschliessend auswerten. Es versteht sich, dass dann die Sequenz der drei Farben auf wenigstens ein Pixel der Kamera oder ein Vielfaches davon abgebildet wird. Alternativ ist es auch möglich, das Raster dann abwechselnd, z.B. mittels LED, mit den drei entsprechenden Farben zu beleuchten, so dass der jeweils entsprechende Streifen dunkel, und die anderen beiden Streifen hell erscheinen. Es ist dann bei einer schwarzweiss Zeilen- oder Matrixkamera zweckmässig, der Auswertung zwecks Ermittelbarkeit einer Phase mehr als eine Aufnahme mit der Kamera zugrunde zu legen.

Die erfindungsgemässen Verfahren ermöglichen es, sehr genau und sehr schnell die gewünschten Brechkraftindizes zu ermitteln, und sind daher insbesondere für den Einsatz an Kraftfahrzeugscheiben aus vorgespanntem Glas oder aus Verbundsicherheitsglas geeignet sowie für Planglas aus Float-, Zieh- oder Walzglasfertigung, Acrylglas oder PVC, LCD-Displays etc. Es ist allerdings auch möglich, mit den erfindungsgemässen Verfahren andere transparente Materialien auf ihre Brechkraft hin zu untersuchen, was sich insbesondere für Sehhilfen aus Glas oder Kunststoff anbietet und für grosse Teleskopspiegel, für transparente Kanzeln in Flugzeugen oder Motorradhelmen, etc.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargelegtem Prinzipskizzen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch den Strahlengang einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen das Verhältnis von Sequenzen eines Beleuchtungsmusters und Kamerapixel für ein ein- bzw. ein zweidimensionales Verfahren.

Bezugnehmend auf Fig. 1 erkennt man eine Lichtquelle 1, die ein als Kreuzraster ausgebildetes Beleuchtungsraster 2 anstrahlt, von dem aus paralleles Licht auf die in dem Strahlengang angeordnete Windschutzscheibe 3 fällt. Es versteht sich, dass anstelle der Windschutzscheibe 3 auch jeder andere Gegenstand gemessen werden kann, der zumindest für Licht bestimmter Wellenlängen, vorzugsweise im sichtbaren Bereich, transparent ist.

Das Kreuzraster 2 rastert das von der Lichtquelle 1 eintreffende Licht derart auf, dass nur ein Viertel des Lichtes durchtritt, während die übrigen drei Viertel des Lichtes von horizontalen opaken Streifen und vertikalen opaken Streifen, die sich kreuzen und die transparenten Quadrate eingrenzen, am Durchtritt gehindert werden. Die Kantenlänge der transparenten Quadrate und der opaken Streifen ist identisch. Damit ergibt sich ein Hell-Dunkel-Muster, wie in den Fig. 2 und 3 zu erkennen. Die Abmessungen des Rasters 2 entsprechen in etwa der Grosse des zu messenden Gegenstands.

Es versteht sich, dass anstelle der Anordnung mit Lichtquelle 1 und Raster 2 auch eine der Grosse des Rasters entsprechende Tafel mit einer LED-Matrix eingesetzt werden könnte, wodurch vorteilhaft die einzelnen LED-Streifen über spezifische elektrische Kontakte ansteuerbar werden. Auch andere Mittel zum Erzeugen eines Lichtmusters sind also anstelle eines beleuchteten Rasters möglich. Das Raster

weist den Vorteil auf, dass einfache geometrische Formen wie Linien auch bei hohen Anforderungen an die Präzision billig herstellbar sind.

Das Raster 2 wird durch die Windschutzscheibe 3 direkt und ohne Zwischenschaltung eines Referenzrasters auf eine Kamera 4 abgebildet, die die Hell-Dunkel-Intervalle auf der Windschutzscheibe aufnimmt. Es versteht sich, dass anstelle opaker und transparenter Linien auch allgemein Linien unterschiedlicher Transparenz Verwendung finden können, ggf. auch bezüglich nur eines bestimmten Frequenzspektrums, für das die Kamera 4 empfindlich ist.

Bei einer "idealen" Windschutzscheibe würde das Bild des Kreuzrasters 2 unverändert auf die Kamera projiziert werden. Das Kreuzraster 2 und die Kamera 4 sind derart aufeinander abgestimmt, dass jeweils ein Paar von Hell-Dunkel-Streifen auf drei benachbarte Pixel der Kamera 4 abgebildet wird, wie dies in den Figuren 2 und 3 deutlicher zu erkennen ist. Ausgehend von den einzelnen Pixeln, die mit P^ (Fig. 2) bzw. P_ijk (Fig. 3) bezeichnet sind, wobei i das i-te Streifenpaar des Kreuzrasters (bzw. das i-te Tripel von Pixeln) bezeichnet, j das j-te Pixel (jJ = 1, 2 oder 3) in dem Tripel bezeichnet in Richtung des Streifens und, im Falle einer Matrixkamera, k das k-te Pixel (k = 1, 2 oder 3) senkrecht zu der Erstreckung des j-ten Pixels bezeichnet für jeweils eine Zeile der Matrix aus Pixeln; es versteht sich, dass ferner ein Zeilenindex existiert. Diese Pixeladressen können auch in der anschliessenden Auswertung der Matrix einzeln angesprochen werden.

Im Falle einer idealen Abbildung auf die Kamera 4 kommt es infolge des Umstands, dass die Gitterfrequenz der Kamerapixel und die Gitterfrequenz des Beleuchtungsrasters 2 Vielfache voneinander sind, zu einer regelmässigen Moire-Erscheinung, die an der Kamera registriert wird. Durch einfache Umformung der Messwerte der Pixel in eine Funktion mit Sinusverlauf lassen sich Phasenverschiebungen sowie Dehnungen und Stauchungen der Sinuskurve ermitteln.

Wenn aufgrund einer Lichtbrechung in der Scheibe die Abbildung auf die Kamera 4 nicht mehr ideal ist, sondern abweicht, kommt es zu einer Störung in der Moire-Erscheinung an den Kamerapixeln, die als Phasenverschiebung am Ausgang der

Kamerapixel erfassbar ist und mit geringem Aufwand den Winkel ermitteln lässt, um den der Lichtstrahl abgelenkt wurde. Ausgehend von diesem Winkel lässt sich die Brechkraft in vertikaler Richtung, die die Geradeaussicht beeinflusst, und in horizontaler Richtung, die die Seitendurchsicht beeinflusst, der Windschutzscheibe durch Differentiation ermitteln.

Durch die Wahl des Verhältnisses ein Rasterlinienpaar (also 2 Linien, eine helle und eine dunkle) zu 3 Pixeln wird ein sehr gutes Verhältnis der Breitenabmessungen zueinander ermöglicht, wodurch die Auflösung der Messwerte bzw. die zulässige Grosse der zu messenden Windschutzscheibe 3 sehr gross wird. Der apparative Aufwand für die Vorrichtung bleibt gering.

Es versteht sich, dass anstelle von Hell-Dunkel-Paaren oder des Kreuzrasters 2 auch Raster mit mehreren Helligkeitsabstufungen durch Sequenzen mit mehr als zwei Lichtintensitäten vergleichbar eingesetzt werden können. Entsprechend kann die Anzahl der Pixel je Hell-Dunkel-Paar bzw. -Sequenz auch vier, fünf, ... betragen.

Claims

1. Vorrichtung zur Ermittlung von optischen Fehlern, insbesondere der Brechkraft, in grossflächigen Scheiben aus einem transparenten Werkstoff wie Glas mittels einer Auswertung des beobachteten Bildes, umfassend
eine Lichtquelle zum Projizieren eines definierten Musters aus regelmässigen Sequenzen, wobei die Sequenzen wenigstens zwei unterschiedliche Lichtintensitäten umfassen;
Mittel zum Anordnen der Scheibe in den Strahlengang der Projektion; und
eine Kamera, wobei Sequenzen des Musters auf Pixel der Kamera gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquelle eine als Leuchtmatrix ausgebildete Leuchtwand aus einer Vielzahl von selektiv, vorzugsweise zeilen- und/oder spaltenweise ansteuerbaren LEDs ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sequenz des Musters jeweils auf eine Anzahl benachbart angeordneter Pixel gerichtet ist, wobei die Anzahl ein Vielfaches der Sequenz ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sequenz des Musters wenigstens zwei Lichtintensitäten umfasst, und dass das ganzzahlige Vielfache wenigstens drei beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster Quadrate umfasst, die von Linien mit derselben Breite wie die Quadrate begrenzt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweidimensionale Sequenz des Musters aus einem hellen Quadrat und zwei sich kreuzenden dunklen Linien besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweidimensionale Sequenz auf jeweils benachbarte n × n Pixel einer Matrixkamera gerichtet werden, wobei n ein ganzzahliges Vielfaches der Sequenz grösser zwei ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster ein Schachbrettmuster aus dunklen und hellen deckungsgleichen Quadraten ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein quadratischer Flächenbereich bestehend aus zwei Paaren diagonal zueinander versetzt angeordneter heller und dunkler Quadrate auf jeweils benachbarte n × n Pixel einer Matrixkamera gerichtet ist, wobei n eine ganze Zahl grösser zwei ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sequenz wenigstens drei verschiedene Lichtintensitäten umfasst, und dass das Vielfache wenigstens zwei beträgt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Muster Licht mit verschiedener Wellenlänge oder Farbe aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine Zeilen- oder Matrixkamera ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufnahme für die Auswertung eines Moiré-Bildes an den Pixeln der Kamera zugrunde gelegt wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Aufnahmen für die Auswertung eines Moiré- Bildes an den Pixeln der Kamera zugrunde gelegt werden.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster aus einer Vielzahl von selektiv derart ansteuerbaren Streifen besteht, dass jeder Streifen entweder hell oder dunkel erscheint, dass jeder n-te Streifen der Sequenz gleichzeitig beleuchtet wird, wobei n wenigstens gleich drei ist, und dass n benachbarte Streifen sukzessive auf genau ein Pixel der Kamera oder ein ganzzahliges Vielfaches davon abgebildet werden.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion der Sequenzen des Musters durch das selektive zeilen- und/oder spaltenweise ansteuern einer als Leuchtmatrix ausgebildeten Leuchtwand erfolgt, und die Projektion der LED- Wand direkt auf die Scheibe gerichtet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine Zeilen- oder Matrixkamera ist, die zum Abtasten einer Mehrzahl von Sequenzen verlagerbar oder verschwenkbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der auf den Pixeln der Kamera auftretenden Phasenverschiebung gegenüber dem Beleuchtungsmuster eine Brechkraftänderung in der Scheibe an dem entsprechenden Ort ermittelbar ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Mittel zur Bildung der Differenz des Phasenverlaufs des Bildes mit lichtbrechender Scheibe zu einem Zustand ohne Lichtbrechung.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechkraft durch Differentiation des Winkels ermittelbar ist, um den der Lichtstrahl in der Scheibe abgelenkt wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass alle ermittelten Werte der Lichtbrechung mit jeweils für den beobachteten Ort der Scheibe zulässigen Schwellenwerten verglichen werden, und dass bei überschreiten eines Schwellenwertes ein ablehnendes Signal generierbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe planes oder gebogenes Flachglas oder Kunststoff ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe eine Sehhilfe aus Glas oder Kunststoff ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine Farbkamera ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung desselben Bildes bezüglich unterschiedlicher aufgenommener Farben erfolgt.