EP1188035A1

EP1188035A1 - Verfahren und vorrichtung zur objektabtastung

Info

Publication number: EP1188035A1
Application number: EP00925063A
Authority: EP
Inventors: Klaus KÖRNER; Hans Tiziani
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 1999-04-29
Filing date: 2000-04-01
Publication date: 2002-03-20
Also published as: DE19919584A1; WO2000066972A1; AU4391300A; DE10081176D2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dreidimensionalen Objekterfassung mit wenigstens zwei Abbildungssystemen, die dem Objekt zugewandte Abbildungsoptiken aufweisen, wobei wenigstens eines als Beobachtungssystem zur Objektbeobachtung ausgestaltet ist und wenigstens eines ein vor der Abbildungsoptik bewegliches Elementarmittel aufweist, dessen Elementarbild sich auf einer Bildpunktlinie durch den Objektraum bewegt. Hierbei ist vorgesehen, dass das Elementarmittel als mit Lateralkomponente zur optischen Achse der Abbildungsoptik bewegliches Elementarmittel ausgebildet ist und das Beobachtungssystem zur Beobachtung längs der Bildpunktlinie angeordnet ist.

Description

Titel: Verfahren und Vorrichtung zur Objektabtastung

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Oberbegriffe der unab- hängigen Ansprüche. Damit befaßt sich die vorliegende Erfindung mit der dreidimensionalen Abtastung von Objekten.

Die 3D-Form von Oberflächen wird häufig mit Streifen- Triangulationsverfahren vermessen. Dabei wird in der Regel das Objekt oder die Szene unter einem großen Einfallswinkel beleuchtet, beispielsweise zwischen 30° und 60°. Dies führt jedoch zu störenden Abschattungen des Objekts.

Bei der optischen 3D-Messung stellen diskontinuierliche Ober- flächen oft ein Problem dar. Beispielsweise können größere Absätze in der Oberfläche des Objektes zu einer Verletzung des Sampling-Theorems führen. Abhilfe schafft hier das Gray- Code- Verfahren, bei dem eine Folge von Binärbildern aufpro- jiziert wird. Ein Beispiel stellt das COMET-500-System der Fa. Steinbichler Optotechnik GmbH dar. Um einen großen Schärfentiefebereich bei der Vermessung von tiefen Objekten zu erreichen, wird bei allen genannten Verfahren in der Regel stark abgeblendet, sowohl bei der Beleuchtung als auch bei der Abbildung der Objektoberfläche. Die Firma GF in D-14513 Teltow bietet die Digitale Lichtprojektion auf der Basis von beleuchteten Mikrospiegeln, Digital Micromirror Devices, an. Es können Gitterbilder mit einer Folgefrequenz von etwa 10 Hz erzeugt und eingelesen werden. Diese Frequenz ist jedoch für die Hochgeschwindigkeits-Bildaufnahme noch nicht ausreichend.

In der Patentschrift WO 92/14118 wird eine 3D-Meßanordnung beschrieben, die als "konfokal" bezeichnet wird, die den Kontrast eines auf die Objektoberfläche projizierten Streifenmusters auswertet. Dabei werden sowohl das Beleuchtungs- als auch das Abbildungsobjektiv oder ein gemeinsames Objektiv jeweils auf die gleiche Ebene im Raum des Objektes fokussiert. Es ist jedoch keine Möglichkeit angegeben, für Objektabstände im Dezimeter- und im Meterbereich eine hohe Genauigkeit zu erzielen.

Vorrichtungen zur 3D-Abtastung von Objekten sind beispiels- weise bekannt aus der DE 197 49 974, dem Aufsatz „Optical 3D- measurement using structured light" von R. Kowarsid, J. Gerber, G. Notni, W. Schreiber und P. Kühmstedt in „Technisches Messen", Bd 62, 1995, S. 321 - 329. Weiter befaßt sich der Aufsatz „Phase-shifting grating projection moire topography" von Y.-B. Choi und S.-W. Kim in Opt . Eng. 37 (3) 1995-1010 mit der Abtastung dreidimensionaler Objekte unter Verwendung von verschobenen Abschattungsgittern. Dabei wird ein Signal in Abhängigkeit von der Verschiebung eines abschattenden Gitters ausgewertet. Es sei darauf hingewiesen, daß der Begriff „abschattendes Gitter" verwendet wird, um klarzustellen, daß es in der Regel nicht auf Beugungseigenschaften eines Gitters für die vorliegende Erfindung ankommt. Dies gilt auch, soweit nicht anders erwähnt, im weiteren.

Während es prinzipiell verschiedene Möglichkeiten gibt, ein dreidimensionales Objekt abzutasten, ergeben sich Probleme, wenn ein großes dreidimensionales Objekt schnell und präzise abgetastet werden soll.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.

Das Ziel wird erreicht mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.

In einer ersten Ausgestaltung schlägt die Erfindung somit ei- ne Vorrichtung zur dreidimensionalen Objekterfassung mit wenigstens zwei Abbildungssystemen vor, die dem Objekt zugewandte Abbildungsoptiken aufweisen, wobei wenigstens eines als Beobachtungssystem zur Objektbeobachtung ausgestaltet ist und wenigstens eines ein vor der Abbildungsoptik bewegliches Elementarmittel aufweist, dessen Elementarbild sich auf einer Bildpunktlinie durch den Objektraum bewegt, wobei vorgesehen ist, daß das Elementarmittel als mit auch lateraler Komponente zur optischen Achse der Abbildungsoptik bewegliches Elementarmittel ausgebildet ist, wodurch die Bildpunktlinie zur optischen Achse der Abbildungsoptik geneigt ist, und das Be- obachtungssystem zur Beobachtung längs der Bildpunktlinie angeordnet ist.

Ein erster wesentlicher Aspekt der Erfindung ist somit darin zu sehen, daß zwei getrennte optische Systeme mit Elementarmitteln vorgesehen werden, die beweglich sind, wobei die Beobachtung mit einem der beiden Systeme längs der Bildpunktlinie erfolgt. Dabei kann die Bewegung der Elementarmittel gegeneinander erfolgen.

Es ist möglich, auf diese Weise eine Stereokamera aufzubauen. In diesem Fall werden die Abbildungssysteme Beobachtungssy- steme darstellen. Es können Detektorarrays, insbesondere CCD- Arrays verwendet werden, die, beispielsweise mit Piezostell- mitteln, synchron bewegt werden. Die von diesen Detektoren erhaltenen Signale können bevorzugt ausgewählt werden, indem erfaßt wird, wann ein bestimmter Objektbereich ein bestimmtes Signalverhalten ergibt. Bei leuchtenden Objekten, beispielsweise bei hell angestrahlten oder selbst leuchtenden Objekten wird dies dann der Fall sein, wenn ein besonders großes Signal von dem beobachteten Objektpunkt im ersten und zweiten Array erfaßt wird.

Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, die erfindungsge- maße Vorrichtung als 3D-Kamera mit einem Stereoobjektiv auszustatten. Alternativ kann ein Scanner vorgesehen werden, bei welchem eines der Abbildungssysteme ein Beleuchtungssystem umfaßt. Dieses Beleuchtungssystem wird bevorzugt das Objekt mit einer Reihe separater Leuchtelemente beleuchten, welche die beweglichen Elementarmittel realisieren. Alternativ ist es möglich, eine Reihe von Leuchtfeldern zu simulieren, die die Elementarmittelbewegung als virtuelle Bewegung simulieren, das heißt nach einem vorgegebenen Muster erregt werden. Das Beobachtungssystem wird im Regelfall eine Vielzahl von Beobachtungselementen umfassen, wobei jedem Beobachtungselement ein Objektbereich zugeordnet werden kann. Ein Vorteil der erfmdungsgemaßen Anordnung besteht dann insbesondere darin, daß die Auswertung der Signale erfolgen kann, indem das Erfassen der Oberflache dann angenommen wird, wenn ein bestimmtes Signal, wie ein Signalmaximum auf einem bestimmten Pixel des Arrays erfaßt wird. Die Pupille des Beobachtungssy- stems wird bevorzugt in der Fokalebene der Abbildungsoptik und/oder zumindest im wesentlichen angeordnet.

Die Erfindung lost so die Aufgabe der flachenhaften Prüfung der 3D-Gestalt technischer und natürlicher Oberflächen von Objekten im Raum und Szenen, vorzugsweise mit Abmessungen im Bereich oberhalb eines Millimeters. Die Erfindung ermöglicht damit die schnelle Erfassung und Prüfung der 3D-Gestalt von Körpern in Szenen mit großer Tiefenausdehnung. Es können komplette Szenen echtzeitnah aufgenommen werden.

Weiterhin wird die benötigte Lichtleistung für die Ausleuchtung von Objektoberflächen in einer Szene zum Teil stark re- duziert. Dies liegt daran, daß eine Objekterfassung dann aufgenommen wird, wenn besonders viel Licht auf den Detektor gelangt. Eine weitere Verbesserung stellt die deutliche Erhöhung der Auswertegeschwindigkeit bei der 3D-Erfassung dar. Es besteht die technische Möglichkeit, die 3D-Punktwolke des Ob- jektes oder der Szene im Videotakt zur Verfügung zu stellen.

Schutz wird auch für die Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen begehrt. In einem ersten Verfahren zur 3D-Aufnähme von mindestens einer Objektoberfläche in mindestens einer Szene ist mindestens eine elektromagnetische Strahlungsquelle angeordnet und diese ist mittels mindestens eines strukturierten Arrays als mindestens ein strukturiert leuchtendes Array mit mindestens zwei Flächenelementen ausgebildet. Dabei leuchtet mindestens ein Flächenelement. Das strukturiert leuchtende Array kann auch als ein Sender-Array und die leuchtenden Flächenelemente können als Senderelemente dieses Sender-Arrays verstanden werden. Weiterhin kann das strukturiert leuchtende Array ein Array aus steuerbaren MikroLichtquellen, beispielsweise Mikro-Leuchtdioden darstellen. Die Strahlungsquelle kann aber auch als eine unstrukturierte Strahlungsquelle einem strukturierten Array, welches ein Transmissions- oder ein Reflexionsgitter darstellen kann, vorgeordnet sein. In jedem Fall stellen d e leuchtenden Bereiche des strukturiert leuchtenden Arrays leuchtende Flachenelemente in einer Leuchtdichteverteilung im strukturiert leuchtenden Array dar. Weiterhin ist mindestens ein Beleuch- tungsstrahlengang mit mindestens einem Beleuchtungsobjektiv angeordnet, welches mindestens einem strukturiert leuchtenden Array zugeordnet ist. So wird eine Abbildung realisiert und die Objektoberflachen können strukturiert beleuchtet werden. Weiterhin sind mindestens ein Abbildungsstrahlengang für die Abbildung von Elementen der Objektoberflache und mindestens ein Empfanger-Array mit mindestens zwei Elementen und mindestens ein dem Empfanger-Array zugeordnetes Abbildungsobjektiv angeordnet. Dabei detektieren Elemente des Empfanger-Arrays im Aufnahmevorgang Strahlung von Elementen der beleuchteten Objektoberflache. Weiterhin werden von Elementen des Empfan- ger-Arrays durch das Abbildungsobjektiv stets auch Bilder im Objektraum, der dem Szenenraum entspricht, mit einem geometrisch-optischen Scharfevolumen gebildet. Mindestens ein leuchtendes Flachenelement des strukturiert leuchtenden Arrays kann eine Verschiebung erfahren. Durch die Abbildung des oder der leuchtenden Flachenelemente mit dem Beleuchtungsobjektiv wird ein Bild mindestens eines leuchtenden Flachenelementes im Objektraum mit einem geometrisch-optischen Scharfevolumen gebildet. Das Empfanger-Array kann ein Target mit einer Beschichtung sein, die für Röntgen-, UV-, VIS- oder IR-Strahlung sensibilisiert ist, und gerastert ausgelesen wird. Weiterhin kann bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme das Empfanger-Array als CCD-Matrix-Kamera ausgebildet sein. Damit ist eine optimale Bildaufnahme bei Standardaufgaben mit einem guten Signal-Rausch-Verhaltnis möglich. Weiterhin kann das Empfanger-Array als CMOS-Matπx-Kamera ausgebildet sein. Damit ist durch den wahlfreien Zugriff auf Pixel eine Verfolgung von bewegten Elementen der Objektoberflache im Raum mog- Die Detektion von Strahlung von den Elementen der Objektoberflache durch die Elemente des Empfanger-Arrays erfolgt in ei- nem Zeitbereich Δt_B, in welchem auch die Verschiebung mindestens eines leuchtenden Flachenelementes des strukturiert leuchtenden Arrays durchgeführt wird, wobei jeweils mindestens ein Signalwert gewonnen wird. Dabei wird innerhalb des

Zeitbereichs Δt_B mindestens mit einem leuchtenden Flachenele- ment des strukturiert leuchtenden Arrays eine zumindest nahe- rungsweise vorbestimmte Verschiebung durchgeführt - einschließlich einer vorbestimmten optischen Verschiebung desselben als Ergebnis einer geometrisch-optischen Weglangenan- derung - und so sendet mindestens ein leuchtendes Flachenele- ment zu unterschiedlichen Zeitpunkten an mindestens zwei unterschiedlichen Orten Strahlung aus. Dabei werden das Schar- fevolumen mindestens eines Bildes mindestens eines leuchtenden Flachenelementes des mindestens einen strukturiert leuchtenden Arrays, wobei dieses Scharfevolumen im Objektraum ge- bildet ist, und das Scharfevolumen mindestens eines Bildes mindestens eines Elementes des Empfanger-Arrays, wobei dieses Scharfevolumen ebenfalls im Objektraum gebildet ist, und mindestens ein Element der mindestens einen Objektoberflache zumindest naherungsweise einmal aufgrund der Durchfuhrung der vorbestimmten Verschiebung mindestens eines leuchtenden Flachenelementes des strukturiert leuchtenden Arrays mit zumindest einer Verschiebungskomponente, parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs, zur Koinzidenz gebracht. So wird im Objektraum zumindest einmal und zumindest naherungs- weise die Koinzidenz des Scharfevolumens eines Bildes eines leuchtenden Flachenelementes des strukturiert leuchtenden Arrays und des Scharfevolumes eines Bildes eines Elementes des Empfanger-Arrays und mindestens eines Elementes der mindestens einen Objektoberflache erzeugt. Beim Auftreten der Koinzidenz erfahrt zumindest das an dieser Koinzidenz beteiligte Element des Empfanger-Arrays zumindest einmal eine zeitlich veränderte Bestrahlung gegenüber dem Fall der Nicht- komzidenz und so detektiert dieses Element des Empfanger- Arrays zumindest einmal ein verändertes Signal.

Ein leuchtendes Flachenelement kann fest an eine Struktur ei- nes Korpers gebunden sein, beispielsweise an ein Transparenzmaximum auf einem verschiebbaren Transmissionsgitter in Verbindung mit einer Strahlungsquelle. Für die Verschiebung werden die Positionen der leuchtenden Flachenelemente des strukturiert leuchtenden Arrays und die Positionen der Bilder der leuchtenden Flachenelemente im Objektraum nach der Newton- schen Abbildungsgleichung aus der Lage des Beleuchtungsobjektivs in der 3D-Aufnahme-Anordnung und der Brennweite f_B des Beleuchtungsobjektivs bestimmt und realisiert, soweit die damit verbundenen Naherungen akzeptabel sind. Die Verschiebung erfolgt dabei vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit.

Um für das Verfahren zur 3D-Aufnahme einen großen Tiefenscharfebereich bei der Abbildung von Objektoberflachen in einer Szene zu erreichen, können die Orte bestimmter relativer Leuchtdichte der strukturierten, leuchtenden Flache und so auch die Orte lokaler Extrema der Leuchtdichte im Array-Raum verschoben werden. Das strukturiert leuchtende Array kann ein elektronisch steuerbares, strukturiert leuchtendes Array, beispielsweise ein LCD mit einer vorgeordneten Strahlungs- quelle sein, welches durch ein Bewegungssystem geradlinig verschoben wird. Diese Strecken können im Objektraum als Spuren von nacheinander abgebildeten Lichtpunkten verstanden werden, beispielsweise als die verschobenen Extrema der Leuchtdichte bei einem beleuchtetem Liniengitter im Transparenzmaximum oder die Spur eines Bildes eines beleuchteten Spaltes. Die Spuren der Lichtpunkte können auf einer Objekto- berflache beobachtet werden, wenn das Bild eines Lichtpunktes und der beobachtete Punkt der Objektoberflache zumindest na- herungsweise komzidieren. Durch den Triangulationseffekt kann bei der Verschiebung des Bildes eines leuchtenden Flachenelementes und des mit diesem komzidierenden Bild eines Elementes des Empfanger-Arrays ein laterales Auswandern des Bildes des Lichtpunktes beobachtet werden. Die Ablage von der Ausgangsposition nimmt mit zunehmender Abweichung des beleuchteten Bereiches der Objektoberflache vom aktuellen Kom- zidenzpunkt der beiden Bildern zu, wobei das Element des Emp- fanger-Arrays ein zunehmend unscharfes Bild des leuchtenden Flachenelementes detektiert.

Dieses Verfahren ermöglicht m einem vorbestimmten Verschiebungsvorgang des strukturiert leuchtenden Arrays in einer Verschiebungsrichtung mit einer Komponente m z_A-Rιchtung eine eindeutige Aussage über das Vorhandensein eines Elementes der Objektoberflache an einem vorbestimmten Ort im Objektraum. Dabei wird der Betrag in z_A-Rιchtung so gewählt, daß die Scharfeflache den Objektraum von einem Nahbereich bis zu einem Fernbereich nach und nach durch eine vorbestimmte, gesteuerte Verschiebung der leuchtenden Flachenelemente des strukturiert leuchtenden Arrays durchwandert. Dieses Verfahren wird mit der Gesamtheit der leuchtenden Flachenelemente des strukturiert leuchtenden Arrays und der Gesamtheit der Elemente des Empfanger-Arrays für die Gesamtheit der Elemente der Objektoberflachen im Erfassungsvolumen der 3D-Aufnahme- anordnung durchgeführt. Durch mehrfaches Detektieren und Aus- lesen wahrend des Verschiebungsvorganges von mindestens einem Element des Empfanger-Arrays kann eine Interpolation zur Verbesserung der Genauigkeit der Bestimmung des Ortes eines erfaßten Elementes der Objektoberflache durchgeführt werden. Die Offnungsblende des Abbildungsobjektiv kann hierbei vorzugsweise klein gemacht sein, beispielsweise kann die relative Öffnung 1 : 22 betragen, so daß das Scharfevolumen des Bildes der Elemente des Empfanger-Arrays eine große Tiefe besitzt. Dagegen kann das Beleuchtungsobjektiv eine vergleichs- weise große relative Öffnung besitzen. Beispielsweise kann die relative Öffnung 1 : 2 betragen. Dadurch kann das Scharfevolumen eine geringe Tiefe aufweisen. Bei der vorbestimmten Verschiebung eines leuchtenden Flachenelementes im Array-Raum bewegt sich im hier dargestellten Fall das Scharfevolumen je- weils eines Bildes eines leuchtenden Flachenelementes im

Scharfevolumen jeweils eines Bildes eines Elementes des Empfanger-Arrays. So kann sich ein Element der Objektoberflache permanent im Scharfevolumen eines Bildes eines Empfangerelementes befinden. Jedoch erst bei der Koinzidenz des Scharfe- volumens des Bildes eines leuchtenden Flachenelementes mit einem Element der Objektoberflache erfolgt eine strukturierte Beleuchtung dieses Elementes der Objektoberflache. So kann durch das - bei der vorbestimmten Verschiebung eines leuchtenden Flächenelementes - mehrfach ausgelesene Element eines Empfanger-Arrays ein Signalverlauf mit einem relativen Maximum zum Zeitpunkt der Koinzidenz detektiert werden. Die vorbestimmte Verschiebung der leuchtenden Flächenelemente kann elektronisch gesteuert erfolgen. Zusatzlich kann auch eine elektronisch gesteuerte Veränderung der optischen Weglange im Raum vor dem Empfanger-Array durchgeführt werden.

Weiterhin wird ein Verfahren zur 3D-Aufnähme von Objektober- flächen in einer Szene vorgeschlagen, bei dem vorzugsweise in den Zeitintervallen Δt_x der Detektion von Licht die leuchtenden Flächenelemente auf je einer eigenen Verschiebungsstrecke relativ zum Beleuchtungsobjektiv verschoben werden. Die leuchtenden Flächenelemente weisen dabei in einer Leuchtdichteverteilung vorzugsweise eine zumindest näherungsweise vorherbestimmt gleichbleibende, relative Leuchtdichte zumindest zu einem Zeitpunkt t_x innerhalb eines Zeitintervalls Δt_x auf. Weiterhin werden die leuchtenden Flächenelemente auf je einer B-Strecke BS_A positioniert, wobei die B-Strecken BS_AJ die Sollorte für die leuchtenden Flächenelemente zu einem Zeitpunkt tj. innerhalb des Zeitintervalls Δt_x darstellen. Die Bilder dieser B-Strecken BS_A3 sind im Objektraum durch Abbildung mit mindestens einem Beleuchtungsobjektiv vorzugsweise zu einem Streckenbüschel SBi mit einem Konvergenzpunkt Ki geformt. Dabei ist der Konvergenzpunkt Ki mindestens in einem Abstand d_Kι mm von der optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs vom lβten Teil des Abstandes d des Pupillenzentrums PZ_0B des Beleuchtungsobjektivs vom Pupillenzentrum des am weite- sten entfernten Abbildungsobjektivs. Dementsprechend ist die Tiefenempfindlichkeit gering. Maximal beträgt der Abstand dκι max das lβfache desselben. Vorzugsweise wird der Wert dki = d realisiert. Zumindest in einem Zeitbereich Δt_B während des Verschiebungsvorganges der leuchtenden Flächenelemente werden jeweils genau ein Bild von einem Empfängerelement und jeweils genau ein Bild von einem leuchtenden Flächenelement im Objektraum zumindest zu einem einzigen Zeitpunkt t_± innerhalb eines jeden Zeitintervalls Δti der Detektion zumindest näherungsweise gemeinsam auf dem Bild einer B-Strecke BS_A3 posi- tioniert. So wird zumindest zu diesem Zeitpunkt tj_. aus dem Bild von einem Empfängerelement und dem Bild eines leuchtenden Flächenelementes jeweils im Objektraum ein Paar gebildet und so werden im Objektraum derartige Paare erzeugt und diese durch den Objektraum geschoben. Dabei fallen Schärfevolumina von Bildern der leuchtenden Flächenelemente mit Flächenelementen der Objektoberfläche mindestens einmal im Verschie- bungsvorgang zusammen. Am Ort dieser Paare ist im Schwerpunkt des aktuellen Schnittvolumens des Schärfevolumens der beiden Bilder so zu diesem Zeitpunkt t ein aktueller Koinzidenzpunkt gebildet. Die Elemente des Empfanger-Arrays detektieren im Zeitintervall Δt_x der Koinzidenz vorzugsweise einen Si- gnalverlauf mit mindestens einem relativen Extremum der Si- gnalgrόße. Bei der Verschiebung werden die Positionen der leuchtenden Flachenelemente des strukturiert leuchtenden Arrays und die Positionen der Elemente des Empfanger-Arrays stets aus der Lage des Beleuchtungsobjektivs und der Lage des Abbildungsobjektivs in der 3D-Aufnahme-Anordnung und der

Brennweite f_B des Beleuchtungsobjektivs und der Brennweite f_A des Abbildungsobjektivs bestimmt und realisiert. So werden im Objektraum sowohl die leuchtenden Flächenelemente des strukturiert leuchtenden Arrays als auch die Elemente des Empfän- ger-Arrays zumindest näherungsweise in einem Teil des Objektraumes in die gleiche Ebene abgebildet. Die elektronisch gesteuerte Verschiebung der leuchtenden Flächenelemente an einen anderen Ort kann mit mikromechanischen Mitteln erfolgen. Es ist auch eine elektronisch gesteuerte Verschiebung mög- lieh. Aus dem Signalverlauf kann auch die mittlere Objektpunkthelligkeit und die Farbinformation durch die Verwendung einer Farbkamera gewonnen werden.

Weiterhin wird ein Verfahren zur 3D-Aufnahme vorgeschlagen, bei dem vorzugsweise in den Zeitintervallen Δt_. der Detektion von Licht jeweils ein leuchtendes Flächenelement auf je einer B-Strecke BS_A-, positioniert wird. Die B-Strecken BS_A-, werden dabei auf das Pupillenzentrum PZ_0A des Abbildungsobjektivs im Array-Raum gerichtet, so daß der Konvergenzpunkt Ki zumindest annähernd im Pupillenzentrum des Abbildungsobjektivs positioniert ist. Weiterhin ist der Konvergenzpunkt Ki auch in der Pupillenebene des Beleuchtungsobjektivs positioniert und so werden wahrend des Verschiebungsvorganges jeweils ein Bild von einem Empfangerelement und jeweils ein Bild von einem leuchtenden Flachenelement im Objektraum zumindest naherungs- weise gemeinsam auf dem Bild einer B-Strecke BS_A-, positio- niert . So kann aus dem Bild von einem Empfangerelement und dem Bild eines leuchtenden Flachenelementes jeweils im Objektraum ein Paar mit fester Zuordnung gebildet werden und wahrend des Verschiebungsvorganges der leuchtenden Flachenelemente jeweils ein Bild von einem Empfangerelement und jeweils ein Bild von einem leuchtenden Flachenelement im Objektraum einmal zumindest naherungsweise zur Koinzidenz gebracht werden. Hierbei ist der Fall mit zwei zentralperspektivischen Objektiven mit komzidierenden Hauptebenen eingeschlossen. Dabei kann das Empfanger-Array feststehend und so eingestellt sein, daß der „durchlaufende" Scharfebereich oder die Schar- feebene, des Beleuchtungsobjektivs zumindest einmal mit der Scharfeebene des Abbildungsobjektivs zusammenfallt. Es ist von Vorteil, wenn die „durchlaufende" Scharfeebene des Beleuchtungsobjektivs stets im vergleichsweise groß gemachten Tiefenscharfebereich des Abbildungsobjektivs verbleibt. Dieser Ansatz ist realisierbar mit elektronischen Gittern mit einer sehr hohen Pixelzahl. Elektronische Gitter können im Verschiebungsvorgang kontinuierlich gedehnt oder gestaucht werden, um die Bedingung der Konvergenz des Streckenbundeis zu erfüllen.

Weiterhin wird ein Verfahren zur 3D-Aufnähme von Ob ektober- flächen in einer Szene vorgeschlagen, bei dem vorzugsweise in den Zeitintervallen Δti der Detektion von Licht jeweils ein leuchtendes Flächenelement zumindest zu einem Zeitpunkt ti innerhalb eines jeden Zeitintervalls Δti mit einer zumindest näherungsweise gleichbleibenden, relativen Leuchtdichte auf je einer B-Strecke BS_Aj positioniert wird. Dabei wird der Konvergenzpunkt Ki zumindest annähernd in der Brennebene des Beleuchtungsobjektivs im Objektraum und zusätzlich im Pupillenzentrum PZ_0A der Pupille eines Abbildungsobjektivs im Ob- jektraum positioniert. Während des Verschiebungsvorganges werden jeweils ein Bild von einem Empfängerelement und jeweils ein Bild von einem leuchtenden Flächenelement im Objektraum zumindest zu einem Zeitpunkt t innerhalb eines jeden Zeitintervalls Δt der Detektion zumindest näherungsweise ge- meinsam auf dem Bild einer B-Strecke BS_Aj positioniert und so zumindest zu diesem Zeitpunkt ti werden aus dem Bild von einem Empfängerelement und dem Bild eines leuchtenden Flächenelementes jeweils im Objektraum ein Paar mit fester Zuordnung gebildet und so im Objektraum Paare mit fester Zuord- nung erzeugt. Die B-Strecken BS_Aj werden dabei parallel zu einer Geraden g_AP positioniert, wobei die Gerade g_AP den Brennpunkt F_AB des Beleuchtungsobjektivs im Array-Raum schneidet und den Anstieg mit dem Betrag aus dem Quotienten „Abstand des Pupillenzentrums PZ_0A der Pupille des Abbil- dungsobjektivs im Objektraum von der Achse des Beleuchtungsobjektivs und der Brennweite f_B des Beleuchtungsobjektivs" aufweist, wobei dieser Anstieg der Geraden g_AP auf die Achse des Beleuchtungsobjektivs bezogen ist. Es können zwei zentralperspektivische Objektive mit zueinander geneigten Achsen eingesetzt werden. Das Empfänger-Array kann vorzugsweise feststehend und so eingestellt sein, daß die „durchlaufende" Schärfeebene des Beleuchtungsobjektivs zumindest einmal mit der Scharfeebene des Abbildungsobjektivs zusammenfallt.

Zumindest annähernd wird eine geradlinige relative Verschiebung des Empfanger-Arrays zum Abbildungsobjektiv parallel zur optischen Achse des Abbildungsobjektivs durchgeführt und bei der Verschiebung werden mehrfach nacheinander Signalwerte aus je einem Empfangerelement ausgelesen und so wird je ein Signalverlauf mittels eines Empfangerelementes gebildet und bei Abbildung von mehrfach so erzeugten Verschiebungsstrecken von Elementen des Empfanger-Arrays mit dem Abbildungsobjektiv wird aus deren Bildern im Objektraum zumindest annähernd mindestens ein Streckenbuschel SB₂ mit einem Konvergenzpunkt K₂ im Brennpunkt F_0A des Abbildungsobjektivs gebildet. Die Verschiebung des Empfanger-Arrays wird so durchgeführt, daß wah- rend des Verschiebungsvorganges jeweils ein Bild von einem Empfangerelement und jeweils ein Bild von einem leuchtenden Flachenelement im Objektraum zumindest zu einem Zeitpunkt t_x innerhalb eines jeden Zeitintervalls Δt_x zumindest naherungs- weise gemeinsam auf dem Bild einer B-Strecke BS-, zur Koinzi- denz gebracht und verschoben werden und so im Objektraum Paare von Bildern erzeugt werden. Da jedes Element des Empfanger-Arrays die Gewinnung eines Signalverlaufs ermöglicht, ist die Möglichkeit der Parallelverarbeitung gegeben. Weiterhin kann auch das Abbildungsobjektiv zum Empfanger-Array verscho- ben werden.

Weiterhin wird ein Verfahren zur 3D-Aufnahme von Objektoberflachen in einer Szene vorgeschlagen, bei dem vorzugsweise der Konvergenzpunkt Ki des Streckenbuscheis SBi gemeinsam mit dem Konvergenzpunkt K₂ des Streckenbuscheis SB₂ im Objektraum sowohl mit dem Brennpunkt F_0A als auch mit dem Pupillenzentrum PZ_0A der Pupille des Abbildungsobjektivs zumindest anna- hernd zur Koinzidenz gebracht werden, wobei das Beleuchtungsobjektiv und das Abbildungsobjektiv jeweils arrayseitig zumindest näherungsweise telezentrisch ausgeführt sind. Die leuchtenden Flächenelemente werden zumindest annähernd paral- lel zu einer Geraden g_A auf Strecken verschoben. Die Gerade g_A durchstößt den Brennpunkt F_AB des Beleuchtungsobjektivs im Array-Raum. Für die Gerade g_A ist der Anstieg mit dem Betrag aus dem Quotienten „Brennweite des Beleuchtungsobjektivs und Abstand d des Brennpunktes F_ÄÄ des Abbildungsobjektivs von der Achse des Beleuchtungsobjektivs im Objektraum" realisiert, wobei dieser Anstieg der Geraden g_A auf eine achssenkrechte Gerade zur Achse des Beleuchtungsobjektivs" bezogen ist und wegen der Telezentrie des Abbildungsobjektivs im Array-Raum in diesem Fall die Gerade g_A mit der Geraden g_AP koinzidiert. Dieses Verfahren ermöglicht die 3D-Aufnahme in einem sehr großen Tiefenmeßbereich, wobei eine Anordnung mit parallelen und zumindest näherungsweise baugleichen Objektiven mit Vorteil gewählt werden kann. Die strukturierte Beleuchtung erfolgt vorzugsweise mit einem beleuchteten Linien- gitter. Für das Empfänger-Array wird eine geradlinige Verschiebung parallel zur optischen Achse des Abbildungsobjektivs durchgeführt. So wird für jedes Element des Empfanger- Arrays eine eigene Verschiebungsstrecke erzeugt. Bei Abbildung dieser Verschiebungsstrecken mit dem Abbildungsobjektiv entsteht aus den Bildern dieser Verschiebungsstrecken ein zweites Streckenbüschel mit einem Konvergenzpunkt K der abgebildeten Strecken im Objektraum im Brennpunkt F_0A des Abbildungsobjektivs. Weiterhin werden der Konvergenzpunkt Ki und der Brennpunkt F_0A des Abbildungsobjektivs im Objektraum zumindest annähernd zur Koinzidenz gebracht. Dabei wird der Konvergenzpunkt K_x der Strecken im Objektraum so gebildet, indem die Orte bestimmter relativer Leuchtdichte des beleuchteten Liniengitters, beispielsweise die Maxima der Transmis- sion des Liniengitters, auf Verschiebungsstrecken zumindest annähernd parallel zu einer Geraden g_A verschoben werden. In den Elementen des Empfanger-Arrays können bei diesem Verfahren periodische Signale mit einem Modulationsmaximum detek- tiert werden, aus denen die Information über die absolute Phase eines Objektpunktes im Zusammenhang mit der Anordnung gewonnen werden kann. Wenn das beleuchtete Liniengitter mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, können in den Elementen des strukturiert leuchtenden Arrays periodische Si- gnale mit einer konstanten Frequenz gewonnen werden. Dies vereinfacht die Signalauswertung und kann deshalb zu einer erheblichen Reduzierung der Rechenzeit fuhren. Die Schärfe- flachen werden durch das synchrone Stellen des strukturiert leuchtenden Arrays und des Empfanger-Arrays zur Koinzidenz gebracht.

Es kann auch die Position des mindestens einen leuchtenden Flachenelementes ortsfest sein und in diesem Fall bewegen sich zumindest Komponenten des Beleuchtungsobjektivs.

Weiterhin wird ein Verfahren zur 3D-Aufnahme von Objektoberflachen in einer Szene vorgeschlagen, bei dem vorzugsweise je ein leuchtendes Flachenelement in den Zeitintervallen Δt_x der Detektion von Licht in einem Zeitbereich Δt_B zumindest nahe- rungsweise an je einem eigenen Ort 0_AB3 im strukturiert leuchtenden Array relativ zum Beleuchtungsobjektiv angeordnet und durch Ansteuerung zum Leuchten gebracht wird und durch das Beleuchtungsobjektiv abgebildet wird und dieses leuchtende Flachenelement zumindest zu einem Zeitpunkt t_x innerhalb des Zeitintervalls Δt_x stets auf einen vorherbestimmten Ort im Objektraum 0_0B3 abgebildet wird. Dieser Bildort 0_0B3 eines jeweils leuchtenden Flachenelementes wird im Objektraum durch eine Ansteuerung verändert, indem ein jeweils anderes, vorbestimmtes Flachenelement angesteuert und zum Leuchten gebracht wird, so daß das Bild je eines leuchtenden Flachenelementes auf einer steuerbaren Bahnkurve, strukturiert aus Abstandsm- krementen AI₀ der Bilder der Abstände AI_A der leuchtenden

Flachenelementes im Array-Raum, durch den Objektraum geschoben wird - im Sinne des gesteuerten Emnehmens vorherbestimmter, unterschiedlicher Positionen. In jeder Position nach der Verschiebung - um ein ganzzahliges Vielfaches n, einschließ- lieh n = 1, des Abstandsmkrementes AI₀ - wird mindestens ein Signalwert aus einem Empfangerelement detektiert und ausgelesen und so wird aus mehreren Vorgangen des Detektierens und Auslesens von Elementen des Empfanger-Arrays ein Signalverlauf gebildet. So wird der Ort des detektierten und ausgele- senen Elementes des Empfanger-Arrays kontinuierlich verändert. Die Orte der detektierten und ausgelesenen Elemente des Empfanger-Arrays liegen an Orten 0^ im Empfanger-Array und das Bild dieses Ortes 0_M] , der Bildort 0_0A:, , ist mit dem vorherbestimmten Bildort 0_0B] des leuchtenden Flachenelementes im Objektraum optisch konjugiert. So ist je ein Bild eines detektierten und ausgelesenen Elementes des Empfanger-Arrays mit dem Bild jeweils eines leuchtenden Flachenelementes zumindest zu einem Zeitpunkt t_x innerhalb des Zeitintervalls Δt_x im Objektraum zur Koinzidenz gebracht und so wird e ein Paar von Bildern mit wechselnden Bildern erzeugt, welches und nach verschiedene Positionen im Objektraum einnimmt. Der Objektraum wird so in der Tiefe nach und nach durch derartige Paare durchsetzt. Dabei fallen Scharfevolumina des Bildes je eines leuchtenden Flachenelementes mit je einem Flachenele- ment der Objektoberflache mindestens einmal im Zeitbereich Δt_B in einem Zeitintervall zusammen und die detektierten und die ausgelesenen Elemente des Empfanger-Arrays weisen im Zei- tintervall Δti der Koinzidenz einen Signalverlauf mit mindestens einem relativen Extremum der Signalgröße auf, wobei der Zeitbereich Δt_B größer als das Zeitintervall Δti gemacht wird und so mindestens ein Zeitintervall Δti in den Zeitbereich Δt_B zeitlich eingepaßt wird.

Dieses Verfahren kann ohne jede Bewegung eines Arrays realisiert werden, also vollständig elektronisch. Das strukturiert leuchtende Array und das Empfänger-Array können starre, vor- zugsweise dreidimensionale Strukturen darstellen, beispielsweise kann das leuchtende Array Luminiszenzdioden oder vertikal abstrahlende Laserdioden in einer 3D-Anordnung aufweisen. Nach und nach werden einzelne Flächenelemente elektronisch angesteuert und zum Leuchten gebracht. Durch die Ansteuerung von vorherbestimmten, leuchtenden Flächenelementen und das Auslesen von Elementen eines Empfanger-Arrays, wobei deren Bilder im Objektraum ein Bildpaar darstellen, wird genau dann ein Extremum im Signalwert eines Elementes des Empfanger- Arrays gewonnen, wenn das Bildpaar mit einem Element der Ob- jektobe flache zumindest näherungsweise koinzidiert. Ein leuchtendes Flächenelement repräsentiert durch seine feste Position im Verbund des strukturiert leuchtenden Arrays und durch die Parameter seiner Abbildung in den Objektraum ein kleines Volumenelement. Durch das Auslesen genau des Elemen- tes eines Empfanger-Arrays, welches im Objektraum ein Bild besitzt, welches zumindest näherungsweise mit dem Bild des leuchtenden Flächenelementes optisch konjugiert ist, erfolgt eine Abfrage des Vorhandenseins eines Elementes der Objektoberfläche in diesem Volumenelement. Weiterhin bilden die Ab- standsinkremente, die zu den Bildern der leuchtenden Flächenelemente gehören, im Objektraum vorzugsweise Strecken auf einer Geraden, die zu einem Streckenbündel SBi mit einem Kon- vergenzzentrum K_x gehören. So ist die Eindeutigkeit der Signalgewinnung gegeben, da sich die Strecken des Streckenbun- dels SBi im Objektraum nicht uberkreuzen. Bei a pπori- Kenntnissen über die Objektoberflache können aus Abstandsm- krementen einzelne Teilstrecken zusammengesetzt werden. So wird durch die Ansteuerung verschiedener leuchtender Flachenelemente die reale Verschiebung eines leuchtenden Flachenelementes nachgebildet. Grundsätzlich kann das leuchtende Array in seiner mechanischen Gestaltung e n 3D-Modell der zu untersuchenden Objektoberflache darstellen und die leuchtenden Flachenelemente werden gleichzeitig auf die Objektoberflache abgebildet. Analog gilt dies auch für die Struktur des Empfanger-Arrays. Auch dieses kann eine objektangepaßte 3D- Struktur aufweisen. Sowohl das leuchtende Array als auch das Empfanger-Array können m der Tiefe mehrere Flachen mit leuchtenden Elementen, beziehungsweise empfangenden Elementen aufweisen, so daß die Erfassung von dreidimensionalen Objek- toberflachen großer Tiefe ohne mechanische Verschiebung möglich ist. So können in einem definierten Meßvolumen unbekann- te Objektoberflachen erfaßt werden.

Weiterhin wird ein Verfahren zur 3D-Aufnahme von Objektoberflachen in einer Szene vorgeschlagen, bei dem vorzugsweise mit von einer Strahlungsquelle beleuchteten Objektoberflachen mit einem ersten und mindestens einem zweiten Abbildungs- strahlengang zwischen den beiden Achsen von zwei Abbildungs- ob ektiven für die Abbildung der Objektoberflachen eine Sym- metrielinie gebildet ist. Jedem Abbildungsstrahlengang ist mindestens ein Empfanger-Array zugeordnet und die beiden Emp- fanger-Arrays weisen jeweils Elemente auf, die im Aufnahmevorgang im Zeitbereich Δt_B Licht von den Elementen der beleuchteten Objektoberflachen im Objektraum detektieren und die beiden Empfanger-Arrays erfahren im Aufnahmevorgang je eine Verschiebung an einen anderen Ort. Zumindest näherungsweise erfolgt gleichzeitig die Detektion von Licht von den Elementen der Objektoberflächen für die Dauer eines Zeitin- tervalls Δt_x durch die Elemente des Empfanger-Arrays, und die Elemente des Empfanger-Arrays werden anschließend ausgelesen, wobei jeweils Signalwerte gewonnen werden. Es ist vorzugsweise eine Beleuchtung von Objektoberflächen im Vordergrund und gegebenenfalls auch des weiter entfernter Hintergrundes der Szene gegeben. Beim Aufnahmevorgang werden die zwei Empfanger-Arrays gleichzeitig auf Verschiebungsstrecken AS_Aχ und AS_A2 verschoben. Die Bilder der Verschiebungsstrecken AS_Ai und AS_A2, die Strecken AS₀ι und AS₀₂ , werden im Objektraum zumindest annähernd auf der Symmetrielinie zwischen den beiden Achsen der Objektive positioniert. Aus dem Streckenbüschel SB₂ι der Bilder der Verschiebungsstrecken AS_Alj der einzelnen Elementes des ersten Empfanger-Arrays, die Strecken AS₀ij , wird ein Konvergenzpunkt K_2i gebildet und aus dem Streckenbüschel SB₂₂ der Bilder der Verschiebungsstrecken AS_2j der ein- zelnen Elemente des zweiten Empfanger-Arrays, die Strecken AS₀₂₃ , wird ein Konvergenzpunkt K₂₂ gebildet und der Konvergenzpunkt K_X2 und der Konvergenzpunkt K₂₂ werden auf der Symmetrielinie zur Koinzidenz gebracht und bilden auf der Symmetrielinie einen Konvergenzpunkt K₀ und die beiden Empfänger- Arrays werden so verschoben, daß deren Bilder zumindest teilweise im Objektraum zusammenfallen, so daß die Bilder der Elemente des ersten Empfanger-Arrays und die Bilder der Elemente des zweiten Empfanger-Arrays im Objektraum paarweise zumindest näherungsweise zur Koinzidenz gebracht werden, wo- bei die paarbildenden Elemente der beiden Empfanger-Arrays jeweils korrespondierende Elemente darstellen. So wird vorzugsweise jeweils ein aktueller Koinzidenzpunkt aus zwei Bildern von Elementen gebildet, der durch den Objektraum ver- schoben wird. Dies erfolgt vorzugsweise mit allen Elementen der Empfanger-Arrays. Es werden vorzugsweise Signalverläufe Si des ersten Empfanger-Arrays durch Auslesen der Elemente während der Verschiebung des ersten Empfanger-Arrays gebil- det. Die Verschiebung des ersten Empfanger-Arrays wird parallel zu einer Geraden g_AlP durchgeführt und so werden die Elemente des ersten Empfanger-Arrays zumindest annähernd parallel zu einer Geraden g_AiP auf Verschiebungsstrecken AS_Aij verschoben. Weiterhin werden Signalverläufe S₂ des zweiten Emp- fanger-Arrays durch Auslesen der Elemente während der Verschiebung des zweiten Empfanger-Arrays gebildet und die Verschiebung des zweiten Empfanger-Arrays wird parallel zu einer Geraden g_A2P durchgeführt und so werden die Elemente des zweiten Empfanger-Arrays zumindest annähernd parallel zu einer Geraden g_A2P auf Verschiebungsstrecken AS_A2j verschoben, wobei die Verschiebung des zweiten Empfanger-Arrays zumindest näherungsweise gleichzeitig mit der des ersten Empfanger-Arrays erfolgt. Die Gerade g_AiP wird in einem Punkt P_Ai auf der Symmetrielinie in der Hauptebene des ersten Abbildungsobjektivs im Array-Raum und die Gerade g_A2P wird in einem Punkt P_A2 auf der Symmetrielinie in der Hauptebene des zweiten Abbildungsobjektivs zum Schnitt gebracht, wobei die Gerade g_AiP zusätzlich den Brennpunkt F_Ai des ersten Abbildungsobjektivs und die Gerade g_A2P den Brennpunkt F_A2 des Abbildungsobjektivs im Array-Raum enthält. Aufgrund der natürlichen Strukturierung der beleuchteten oder auch selbstleuchtenden Objektoberfläche sind die in jedem Element des Empfanger-Arrays aufgenommenen Signalverläufe Sι₃ und S₂j mehr oder weniger moduliert. Aus der Auswertung dieser Modulation, die besonders an den scharf abgebildeten Elementen der Objektoberfläche auftritt, soll die z₀-Position des jeweils zugehörigen Elementes der Objektoberfläche bestimmt werden. Die beiden Signalverläufe Sij und S_2j von zwei korrespondierenden Elementen lj und 2j der Empfänger-Arrays sind über dem Weg der Verschiebung der beiden Empfanger-Arrays im Speicher eines Rechners abgelegt. Dabei stellen genau die Elemente von zwei Empfänger-Arrays korrespondierende Elemente dar, deren Bilder im Objektraum in einem Schärfevolumen zumindest zu einem Zeitpunkt koinzidie- ren. So bilden ein Element des ersten und ein Element des zweiten Empfänger-Arrays in einem gemeinsamen Schärfevolumen zumindest zu einem Zeitpunkt ein Paar korrespondierender Elemente. Es werden nun aus jedem der beiden Signalverläufe Si-, und S₂- mittels einer Fensterfunktion mit mindestens einem einzigen Fenster, mit einer minimalen Fensterlänge entsprechend zwei Signalwerten und einer maximalen Fensterlänge, die zumindest näherungsweise der Länge der Signalverläufe Si-, und S₂-, entspricht, sich überdeckende Signalstücke Si teil ₃ und S_{2 te}ιi ₃ in jedem der beiden Signalverläufe Si-, und S_2] aus den Fenstern gebildet. Vorteilhaft sind Fensterlängen mit einer Länge von beispielsweise 8 oder 16 Signalwerten. Es erfolgt das synchrone Verschieben dieser Fensterfunktion, um mindestens einen Signalwert, der einem Inkrement der Verschiebung der Empfanger-Arrays entspricht, über jeden dieser beiden Signalverläufe Sι₃ und S_2] und aus jedem aktuellen Fenster in der Position k, mit 1 < k < m, wird je ein Signalstück Si teil Position ₃ und S_{2 t}eιi Position k ₃ gebildet. Dabei überdecken sich diese nacheinander gebildeten Signalstücke Si _tei_l _D Posiion k ] und S₂ eil ₃ Position ₃ n jedem der beiden Signalverläufe Si-_j und S₂-, in einem Teilbereich, wobei jeweils am gleichen Ende der beiden Signalverläufe Si-, und S_2] mit dem Verschieben der Fensterfunktion in beiden Signalstücken begonnen wird. Anschließend wird, jeweils ausgehend von zwei Signalstücken in der Position 1 Si teil Po_si_ti_on _{I 3} und

S₂ teil Position ι _j i die Kreuzkorrelationsfunktion berechnet, wobei jedoch vorher eines der beiden Signalstücke invertiert wird, das heißt alle Werte desselben gespiegelt werden, und so aus einem originalen Signalstück S_{x Teιl Pos}i_ti_{on 1 3} und aus einem invertierten Signalstück S_{2 Teιl} P_osi_ti_{on 1 INV 3} das Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion MCC i ₂ - _Posi_ti_{on 1} berechnet und gespeichert wird. Die Invertierung ist notwendig, um korre- lierbare Signale zu erhalten, da die Abbildungsstrahlen der Elemente eines korrespondierenden Paares sich im Objektraum bei der Verschiebung in einem zumindest näherungsweise gleichen Ausschnitt der Szene entlang einer Spur gegensinnig bewegen, also beispielsweise aufeinander zu. Dabei liegt diese Spur parallel zum Hauptschnitt der 3D-Aufnahmeanordnung. Nach dem Berechnen des Maximums der Kreuzkorrelationsfunktion MCC i 2 j Position ι i der Position 1 erfolgt das Verschieben der Fensterfunktion in die Position 2, so daß für die beiden nächsten Signalstücke das Maximum der Kreuzkorrelationsfunk- tion MCC i _{2 3} Position 2 in der beschriebenen Art berechnet wird, bis die Fensterfunktion am anderen Ende der beiden Signalverläufe Si-, und S_2] in der Position m angekommen ist und wiederum das Maximum MCC i ₂ -, _Posi_ti_on m der Kreuzkorrelationsfunktion MCC i _{2 3} Position m bestimmt wird. Aus den m berechneten Ma- xima MCC_m wird eine Maximalwert-Kurve gebildet, wobei in dieser Maximalwert-Kurve wiederum das sich ergebende Maximum M _{m 3} bestimmt wird und der Ort des Maximums M _m - der Maximalwert-Kurve den beiden originalen Signalverläufen und damit dem Weg der Verschiebung der beiden Empfänger-Arrays zugeord- net wird. Diese so berechnete Maximalwert-Kurve kann den Verlauf einer Gauß-Funktion aufweisen. Um Fehlern vorzubeugen, kann eine Intensitätsschwelle verwendet werden, wodurch Signalstücke mit sehr geringer mittlerer Intensität von der weiteren Verarbeitung ausgeschlossen werden. So wird der Ort des jeweiligen Maximums M -, als Ort des zu den beiden korrespondierenden Elementen lj und 2j zugehörigen Bildes des jeweiligen Elementes der Objektoberfläche im Array-Raum definiert. Aus dem Ort dieses Maximums M - im Array-Raum wird die z₀-Koordinate des jeweiligen Elementes der Objektoberfläche in z₀-Richtung berechnet und auch die x₀- und y₀-Position des jeweiligen Elementes einer Objektoberfläche, da die Geometrie der 3D-Aufnahmeanordnung bekannt ist. So können die Positionen von den Elementen einer Objektoberfläche, von welchen Signalverläufe aufgenommen werden, berechnet werden, wobei die Geometrie der 3D-Aufnahmeanordnung bekannt und die Verschiebungen, einschließlich die Schrittweite der Verschiebung, der beiden Empfänger-Arrays vorbestimmt sind.

Weiterhin kann die Achse eines ersten Abbildungsobjektivs für die Abbildung der Objektoberflächen parallel zur Achse eines zweiten Abbildungsobjektivs für die Abbildung der Objektoberflächen ausgerichtet sein. Es ist möglich, daß die Hauptebene des ersten Abbildungsobjektivs im Array-Raum und die Hauptebene des zweiten Abbildungsobjektivs zumindest näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene zusammenfallen und die Empfänger-Arrays sich zumindest näherungsweise gemeinsam in einer Ebene befinden. So ist gegeben, daß der Punkt P_Ai auf der Symmetrielinie liegt und der Punkt P_A2 auf der Symmetrielinie liegt und so die beiden Punkte P_A1 und P_A2 zumindest näherungsweise in einem Punkt P_A zur Koinzidenz gebracht werden. So kann von Freiraumszenen auch im Hintergrund der Szene die 3D-Punktwolke gewonnen werden.

Weiterhin wird ein Verfahren zur 3D-Aufnahme von Objektoberflächen in einer Szene vorgeschlagen, bei dem vorzugsweise beleuchtete Objektoberflächen mit einem ersten und mindestens einem zweiten Abbildungsstrahlengang abgebildet werden. Im Aufnahmevorgang werden die zwei Empfänger-Arrays gleichzeitig und parallel zu den jeweiligen optischen Achsen der parallelen, zumindest näherungsweise baugleichen Abbildungsstrahlen- gänge, deren Hauptebenen zusammenfallen, verschoben, wobei die Objektoberflächen in der Szene beleuchtet sind. Der Signalverlauf Siz wird durch Auslesen von lateral nebeneinander liegenden Elementen des ersten Empfänger-Arrays während der Verschiebung des ersten Empfänger-Arrays so gebildet, daß jeweils genau die Elemente des Empfänger-Arrays zur Signalbildung benutzt werden, die auf Strecken liegen, die parallel zu einer Geraden g_AiP ausgerichtet sind, die den Punkt P_A in der gemeinsamen Hauptebene der Abbildungsobjektive schneidet. So entspricht der gebildete Signalverlauf dem bei einer realen Verschiebung parallel zu einer Geraden g_AiP entstehenden Signalverlauf Si zumindest annähernd und der Signalverlauf S_2z wird durch Auslesen von lateral nebeneinander liegenden Elementen des zweiten Empfänger-Arrays während der Verschiebung des zweiten Empfänger-Arrays so gebildet, daß jeweils genau die Elemente des Empfänger-Arrays zur Signalbildung benutzt werden, die auf Strecken liegen, die parallel zu einer Geraden g_A2P ausgerichtet sind, die den Punkt P_A in der gemeinsamen Hauptebene der Abbildungsobjektive schneidet. So ent- spricht der gebildete Signalverlauf S_2z dem bei einer realen Verschiebung parallel zu einer Geraden g_A2P entstehenden Signal S₂ zumindest annähernd. So wird zumindest jeweils zu einem Zeitpunkt ti in einem Zeitintervall Δti ein aktueller Koinzidenzpunkt von Elementen der beiden Empfänger-Arrays ge- bildet, der im Zeitbereich Δt_B nacheinander jeweils an verschiedenen vorbestimmten Orten des Objektraumes gebildet wird.

Aus den beiden Signalverläufen Si_j, S_2j von zwei zumindest je- weils zu einem Zeitpunkt korrespondierenden Elementen der Empfänger-Arrays wird durch das vordem bereits beschriebene Korrelationsverfahren mit zwei gefensterten Signalverläufen mit der jeweils stückweisen Inversion von Signalstücken zur Bestimmung der z₀-Position eines Elementes der Objektoberfläche die z₀-Koordinate des jeweiligen Elementes der Objektoberfläche berechnet und so auch deren x₀- und y₀-Position, und so wird die gesamte 3D-Punktwolke von Objektoberflächen in einer Szene berechnet, wobei die Geometrie der 3D- Aufnahmeanordnung bekannt und die Verschiebungen der Empfänger-Arrays vorbestimmt sind.

Weiterhin kann auch das Abbildungsobjektiv zum Empfanger- Array verschoben werden.

Weiterhin wird ein Verfahren zur 3D-Aufnahme von Objektoberflächen in einer Szene mit mindestens einer elektromagneti- sehen Strahlungsquelle vorgeschlagen, die als ein strukturiert leuchtendes Array mit Bereichen unterschiedlicher Leuchtdichte ausgebildet ist. Weiterhin ist vorzugsweise mindestens eine Strahlungsquelle mittels mindestens eines strukturierten Arrays als ein strukturiert leuchtendes Array mit leuchtenden Flächenelementen ausgebildet. Dabei kann vorzugsweise auch ein strukturiertes Array in der Art eines Liniengitters mit einer vorgeordneten Strahlungsquelle zur Anwendung kommen. Weiterhin kann im Array-Raum ein elektronisch steuerbares Liniengitter ausgeführt sein. Die Strahlungsquel- le und das strukturierte Array bilden gemeinsam das strukturiert leuchtende Array. Die Orte bestimmter relativer Leuchtdichte des strukturiert leuchtenden Arrays und auch die der lokalen Extrema der Leuchtdichte dieses strukturiert leuchtenden Arrays können elektronisch verschiebbar gemacht sein. Die Strahlungsquelle kann für Strahlung im sichtbaren und im unsichtbaren Spektralbereich ausgelegt sein, beispielsweise im Spektralbereich von 750 nm bis 900 nm. Weiterhin ist min- destens ein Beleuchtungsstrahlengang mit mindestens einem Beleuchtungsobjektiv angeordnet. Dem Beleuchtungsobjektiv ist das strukturiert leuchtende Array zugeordnet. Es kann aber auch ein Bild des strukturiert leuchtenden Arrays dem Be- leuchtungsobjektiv zur Abbildung zugeordnet sein. Dabei weist das Beleuchtungsobjektiv eine effektive Öffnungsblende mit einer Ausdehnung D_B und einem Blendenzentrum BZ_B auf. Das strukturiert leuchtende Array und das Beleuchtungsobjektiv dienen zur strukturierten Beleuchtung der Objektoberflächen in der Szene. Weiterhin ist mindestens ein Abbildungsstrahlengang mit mindestens einer Abbildungsstufe für die Abbildung der Elemente der Objektoberflächen in der Szene angeordnet. Diesem Abbildungsobjektiv ist mindestens ein Empfanger- Array zugeordnet. Das Abbildungsobjektiv weist zur Abbildung der Elemente der Objektoberflächen eine effektive Öffnungsblende mit einem Blendenzentrum BZ_A auf. Diesem Abbildungsobjektiv ist mindestens ein Empfänger-Array mit Elementen, die im Aufnahmevorgang Licht von den Elementen der strukturiert beleuchteten Objektoberflächen im Objektraum detektieren, zu- geordnet. Dabei beträgt der Abstand d des Pupillenzentrums PZ₀B des Beleuchtungsobjektivs, als Bild des Blendenzentrums BZ_B im Objektraum, vom Pupillenzentrum PZ_0A des Abbildungsobjektivs, als Bild des Blendenzentrums BZ_A im Objektraum, mindestens ein Achtel der Ausdehnung D_B der Öffnungsblende des Beleuchtungsobjektivs. Dabei wird aus einem leuchtenden Flächenelement in einer Leuchtdichteverteilung mit einer vorzugsweise, zumindest näherungsweise vorherbestimmt gleichbleibenden, relativen Leuchtdichte durch Abbildung mit dem Beleuchtungsobjektiv ein Bild eines leuchtenden Flächenele- mentes im Objektraum gebildet. Weiterhin ist ein Bewegungssystem mit vorzugsweise mindestens einer beweglichen Komponente angeordnet, welches dem strukturiert leuchtenden Array zugeordnet ist. Die Verschiebungsstrecken der leuchtenden Flä- chenelemente im Array-Raum sind vorzugsweise aus der mechanischen Bewegung des strukturiert leuchtenden Arrays gebildet. Es ist aber auch möglich, daß zeitgleich eine elektronische Verschiebung der leuchtenden Flächenelemente, beispielsweise in lateraler Richtung stattfindet und das Bewegungssystem mit mindestens einer beweglichen Komponente eine Bewegung des strukturiert leuchtenden Arrays parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs realisiert. Nach Abbildung dieser Verschiebungsstrecken durch das Beleuchtungsobjektiv in den Objektraum ist deren Bild zumindest naherungsweise als ein Streckenbuschel SBi mit einem Konvergenzpunkt K_x gebildet.

Weiterhin können bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von Objektoberflachen in einer Szene die Verschiebungsstrecken der leuchtenden Flachenelemente zumindest annähernd parallel angeordnet sein und so der Konvergenzpunkt Ki zumindest annähernd in der Brennebene des Beleuchtungsobjektivs im Objektraum und im Pupillenzentrum des Abbildungsobjektivs im Objektraum positioniert sein.

Weiterhin kann bei einer Anordnung zur 3D-Aufnähme von Objek- toberflachen in einer Szene das leuchtende Array als elektronisch steuerbares Liniengitter mit einer Steuerbarkeit des Ortes der Linien und der Linienbreite ausgebildet sein. Dabei können die Linien senkrecht zum Hauptschnitt angeordnet sein und die Verschiebungsstrecken der leuchtenden Flachenelemente und so auch der leuchtenden Flächenelemente mit lokalen Ex- trema der Leuchtdichte im Array-Raum - als Resultat der mechanischen Bewegung des strukturiert leuchtenden Arrays und der elektronischen Steuerung des strukturiert leuchtenden

Arrays im Array-Raum gebildet sein. Aus diesen Verschiebungsstrecken kann im Array-Raum im Hauptschnitt und in jeder zum Hauptschnitt parallelen Schnittebene zumindest näherungsweise mindestens ein Streckenbüschel mit einem Konvergenzpunkt K_x gebildet sein. Der Konvergenzpunkt K_x des Streckenbüschels kann im Pupillenzentrum PZ^ des Abbildungsobjektivs im Array-Raum angeordnet sein.

Weiterhin können bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von Objektoberflächen in einer Szene die Verschiebungsstrecken der leuchtenden Flächenelemente zumindest annähernd parallel zu einer definierten Geraden g_AP angeordnet sein. Dabei weisen die leuchtenden Flächenelemente in einer Leuchtdichteverteilung vorzugsweise eine zumindest naherungsweise vorherbestimmt gleichbleibende relative Leuchtdichte auf. Die Gerade g_AP schneidet den Brennpunkt F_AB des Beleuchtungsobjektivs im Array-Raum und weist den Anstieg mit dem Betrag aus dem Quotienten „Abstand des Pupillenzentrums PZ_0A der Pupille des Abbildungsobjektivs im Objektraum von der Achse des Beleuchtungsobjektivs und Brennweite f_B des Beleuchtungsobjektivs" auf, wobei dieser Anstieg der Geraden g_AP auf die Achse des Beleuchtungsobjektivs bezogen ist.

Weiterhin kann bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von Objektoberflächen in einer Szene eine Komponente des Bewegungssystems dem Empfanger-Array zugeordnet sein, und so bei der me- chanischen Bewegung des Empfänger-Arrays auf einer Verschiebungsstrecke dessen Elementen Verschiebungsstrecken AS_A;] auf parallelen Geraden zugeordnet sein, wobei vorzugsweise aus den Bildern AS_θD dieser Strecken AS_A-, bei Abbildung durch das Abbildungsobjektiv zumindest näherungsweise ein Streckenbü- schel SB₂ mit einem Konvergenzpunkt K₂ im Objektraum gebildet sein kann. Dabei kann der Konvergenzpunkt K_x und der Konvergenzpunkt K₂ mit dem Brennpunkt F_0A und dem Pupillenzentrum PZ_0A der Pupille des Abbildungsobjektivs im Objektraum zumindest annähernd zur Koinzidenz gebracht sein. Weiterhin kann das Abbildungsobjektiv auf der Seite des Raumes der Arrays telezentπsch ausgeführt sein.

Weiterhin kann bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von Ob ek- toberflachen in einer Szene eine Komponente des Bewegungssystems dem Empfanger-Array zugeordnet sein und so bei der mechanischen Bewegung des Empfanger-Arrays auf einer Verschie- bungsstrecke dessen Elementen Verschiebungsstrecken AS_A-, auf parallelen Geraden zugeordnet sein, wobei aus den Bildern dieser Strecken bei Abbildung durch das Abbildungsobjektiv zumindest naherungsweise mindestens ein Streckenbuschel SB₂ mit einem Konvergenzpunkt K₂ im Objektraum gebildet ist. Der Konvergenzpunkt K_x und der Konvergenzpunkt K₂ können mit dem Brennpunkt F_0A und dem Pupillenzentrum PZ_0A der Pupille des Abbildungsobjektivs im Objektraum zumindest annähernd zur Koinzidenz gebracht sein und das Beleuchtungsobjektiv und das Abbildungsobjektiv jeweils auf der Seite des Raumes der Arrays telezentrisch ausgeführt sein. So können die Achsen des Beleuchtungsobjektivs und des Abbildungsobjektivs parallel zueinander angeordnet sein und die Brennebenen derselben im Objektraum zur Koinzidenz gebracht sein. Weiterhin können bei einer Anordnung zur 3D-Aufnähme von Objektoberflachen in einer Szene die Komponenten des Bewegungssystems so angeordnet sein, daß im Array-Raum mit dem Brennpunkt F_AB des Beleuchtungsobjektivs als Bezugspunkt für das leuchtende Array eine Gesamtbewegungsrichtung zumindest annähernd parallel zu einer Geraden g_A im Array-Raum realisiert ist, so daß die Elemente des strukturiert leuchtenden Arrays sich auf parallelen Geraden zur Geraden g_A bewegen und diese Gerade g_A mit dem Brennpunkt F_AB des Beleuchtungsob ektivs im Array-Raum zum Schnitt gebracht ist und den Anstieg mit dem Betrag aus dem Quotienten „Brennweite f_B des Beleuchtungsobjektivs und Abstand d des Brennpunktes F_ÄÄ des Abbildungsobjektivs im Objektraum von der Achse des Beleuchtungsobjektivs" aufweist, wobei dieser Anstieg der Geraden g_A auf eine achssenkrechte Gerade zur Achse des Beleuchtungsobjektivs bezogen ist.

Weiterhin kann bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von Objektoberflächen in einer Szene das strukturierte Array zumindest auf einem Teilbereich einer Scheibe ausgebildet sein, der vorzugsweise eine rotatorische Präzisionslagerung mit einer Welle mit einem rotatorischen Motor zugeordnet ist, so daß eine rotierende Scheibe gebildet ist.

Weiterhin kann bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von Objektoberflächen in einer Szene die rotierende Scheibe mit transparenten Platten-Sektoren unterschiedlicher geometrischoptischer Dicke ausgebildet sein.

Weiterhin kann bei der Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche in mindestens einer Szene das Empfänger-Array eine Farbkamera darstellen.

Außerdem ist die Anwendung eines speziellen Empfänger-Arrays mit RGB-Kanälen und einem vierten Kanal, dem NIR-Kanal, beispielsweise mit einem Wellenlängenintervall von 750nm bis 900nm, für die Gewinnung der Information für die 3D- Punktwolke möglich.

Weiterhin ist in einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche in mindestens einer Szene mit mindestens einer elektromagnetischen Strahlungsquelle die Strahlungsquelle mittels mindestens eines strukturierten Arrays als ein strukturiert leuchtendes Array mit leuchtenden Flachenelementen ausgebildet. Es ist mindestens ein Beleuch- tungsstrahlengang mit mindestens einem Beleuchtungsobjektiv, welches eine effektive Offnungsblende mit einer Ausdehnung D_B und einem Blendenzentrum BZ_B aufweist, zur strukturierten Beleuchtung der Objektoberflachen im Objektraum angeordnet. Das Beleuchtungsobjektiv ist dem strukturiert leuchtenden Array, einschließlich einem Bild desselben, zugeordnet. Außerdem ist dem mindestens einen Beleuchtungsstrahlengang ein Abbildungs- strahlengang zugeordnet mit mindestens einer Abbildungsstufe für die mindestens eine Objektoberflachen mit mindestens einem dem Empfanger-Array oder einem Bildes desselben zugeord- neten Abbildungsobjektiv zur Abbildung der Elemente der Ob- jektoberflachen, welches eine effektive Offnungsblende mit einem Blendenzentrum BZ_A aufweist. Mittels eines Empfanger- Arrays wird im Aufnahmevorgang elektromagnetische Strahlung von den Elementen der beleuchteten Objektoberflachen im Ob- jektraum detektiert. Der Abstand d des Pupillenzentrums PZ_0B des Beleuchtungsobjektivs, als Bild des Blendenzentrums BZ_B im Objektraum, vom Pupillenzentrum PZ_0A des Abbildungsobjektivs, als Bild des Blendenzentrums BZ_A im Objektraum, betragt mindestens ein Achtel der Ausdehnung D_B der Offnungsblende des Beleuchtungsobjektivs. Die leuchtenden Flachenelemente weisen in einer Leuchtdichteverteilung eine zumindest nahe- rungsweise vorherbestimmten Leuchtdichte auf, so daß durch die Abbildung mit dem Beleuchtungsobjektiv mindestens ein Bild eines leuchtenden Flachenelementes im Objektraum gebil- det ist. So ist erfindungsgemaß im Objektraum das Scharfevolumen mindestens eines Bildes eines leuchtenden Flachenelementes in einem strukturiert leuchtenden Array - durch die vorbestimmte Zuordnung des leuchtenden Flachenelementes zum Beleuchtungsobjektiv und die Zuordnung der Elemente des Empfänger-Arrays zum Abbildungsobjektiv und die Zuordnung von Beleuchtungsobjektiv zum Abbildungsobjektiv in der SD- Aufnahme-Anordnung unter Anwendung der Newtonschen Abbil- dungsgleichung - permanent in das Schärfevolumen eingepaßt, welches durch die Gesamtheit der Bilder der Elemente des Empfänger-Arrays im Objektraum dargestellt ist.

Dabei weist das Schärfevolumen, welches durch die Gesamtheit der Bilder der Elemente des Empfänger-Arrays in Strahlausbreitungsrichtung gegeben ist, mindestens eine so große Tiefenausdehnung wie das Schärfevolumen eines einzelnen Bildes eines leuchtenden Flächenelementes auf. Im Objektraum ist jeweils ein Bild eines leuchtenden Flächenelementes eines strukturierten Arrays mindestens einem Bild eines Elementes des Empfänger-Arrays fest zugeordnet.

Aus dem Datensatz von einer bekannten Soll-Objektoberfläche kann ein strukturiert leuchtendes Array mit mehreren fest an- geordneten leuchtenden Flächenelementen in einer räumlichen Struktur gestaltet werden. Im Objektraum entstehen nach Abbildung der Flächenelemente durch das Beleuchtungsobjektiv an verschiedenen Orten Bilder derselben. In der 3D-Aufnahme- Anordung ist in den optisch konjugierten Orten im Array-Raum des Abbildungobjektivs jeweils mindestens ein Element eines Empfänger-Arrays angeordnet. Bei der exakten Positionierung eines Objektes im Objektraum, welches dort Elemente der Objektoberfläche aufweist, wo sich ein Bild der leuchtenden Flächenelemente befindet, detektieren die Elemente des Emp- fanger-Arrays jeweils einen Signalwert oberhalb eines

Schwellwertes. In diesem Fall erfolgt eine parallele Detektion durch die Elemente des Empfänger-Arrays. Dies kann mit ei- ner hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden.

Weiterhin kann bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberflache das strukturierte Array als ein transparentes Mikrolinsen-Array ausgebildet sein und die Brennweite und die axiale Lage der Mikrolinsen so gestaltet sein, daß deren Foki in einer 3D-Flache angeordnet sind, die zumindest naherungsweise eine zur Sollflache optisch konjugierte Flache darstellt. Die Foki der Mikrolinsen stellen zu- mindest naherungsweise einige optisch konjugierten Orte der Sollflache eines Prüflings dar. So kann durch die Bestimmung der Fokuslage im Bild die Abweichung von einer Sollage bestimmt werden.

Weiterhin kann bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberflache auf dem strukturierten Array mindestens ein Relief mit einer raumlichen Struktur mit mindestens einer Periode in Form von mindestens einer Rampe mit mindestens einer in der Ausgleichsflache schrägen Rampenfla- ehe gebildet sein. Auf der schrägen Rampenflache sind vorzugsweise leuchtende Flachenelemente als Binar-Code-Muster angeordnet. Diese Flachenelemente werden durch Fensterflachen gebildet, die von der Strahlungsquelle beleuchtet werden. Die Rampenflachen sind vorzugsweise so geneigt, daß die Aus- gleichsgerade AG_A- durch die schräge Rampenfläche im Hauptschnitt nach Abbildung durch das Beleuchtungsobjektivs im Objektraum als Bild eine Gerade AG_0] liefert, die zumindest naherungsweise auf das Pupillenzentrum PZ des Abbildungsobjektivs zielt. In der Regel sind mehrere Rampen vorhanden, so daß die verschiedenen Ausgleichsgeraden AG_0] von mehreren verschiedenen Rampen nach deren Abbildung durch das Beleuchtungsobjektivs aus deren Bildern ein Geradenbundel mit einen Konvergenzpunkt K_x gebildet ist. Das Beleuchtungsobjektiv ist dabei vorzugsweise hoch geöffnet. Der Konvergenzpunkt K_x ist dabei zumindest naherungsweise im Pupillenzentrum PZ des Abbildungsobjektivs zur Koinzidenz gebracht. So ist gegeben, daß bei der Aufnahme von Bildern der Objektoberflache m allen Tiefen eindeutig eine Rampe verfolgt werden kann, ohne daß es Probleme mit lateralen Fehllagen gibt. Das Abbildungsobjektiv kann vergleichsweise kurzbrennweitig sein, kurzer als das Beleuchtungsobjektiv, und ist dabei so weit abgeblen- det, daß ein großer Tiefenscharfebereich gegeben ist. Damit bestimmt der Tiefenscharfebereich des Abbildungsobjektivs hier den Tiefenbereich für die 3D-Aufnahmeanordnung. Die Bilder der Rampen bilden im Hauptschnitt ein Büschel mit dem Ursprungspunkt im Pupillenzentrum PZ. So wird die zu detektie- rende Objektoberflache von den Rampenbildern durchschnitten. Im Schnittpunkt eines Rampenbildes mit der Objektoberflache entsteht jeweils ein scharfes Bild von der Maske auf der Rampenflache.

Weiterhin können bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von Ob- jektoberflachen in einer Szene mit zwei Abbildungsstrahlen- gangen mit zwei zumindest naherungsweise baugleichen, parallel angeordneten Abbildungsobjektiven, einem ersten Abbildungsobjektiv und einem zweiten Abbildungsobjektiv, die Haup- tebenen der beiden Abbildungsobjektive zur Koinzidenz gebracht sein und jedem derselben je ein Empfanger-Array mit detektierenden Elementen zugeordnet sein, so daß ein erstes und ein zweites Empfanger-Array angeordnet sind, dem mindestens je ein Bewegungssystem zugeordnet ist. Die resultieren- de Bewegung des ersten Empfanger-Arrays kann dabei auf einer Strecke AS_Ax auf dem ersten oberen Ast eines Buchstabens Y erfolgen und die Strecke AS_Ax kann parallel zu einer Geraden g_Ai_P liegen, die zum einen den Brennpunkt des ersten Abbildungsobjektivs im Array-Raum schneidet und andererseits den Durchstoßpunkt P_A der Symmetrielinie zwischen den beiden optischen Achsen der beiden Abbildungsobjektive durch die zu- sammenfallenden Hauptebenen schneidet, so daß sich die detek- tierenden Elemente des erstes Empfanger-Arrays auf den Strek- ken AS_ÄI-, bewegen, wobei ein Teil der Symmetrielinie den unteren Teil des Buchstabens Y bildet. Die resultierende Bewegung des zweiten Empfanger-Array kann auf einer Strecke AS_A2 auf dem zweiten oberen Ast des Buchstabens Y erfolgen, und die Strecke AS_Ax kann parallel zu einer Geraden g_A2P liegen, die zum einen den Brennpunkt des zweiten Abbildungsobjektivs im Array-Raum schneidet und andererseits den Durchstoßpunkt P_A der Symmetrielinie zwischen den beiden optischen Achsen der beiden Abbildungsobjektive durch die zusammenfallenden Hauptebenen schneidet. So können sich die detektierenden Elemente des zweites Empfanger-Arrays auf den Strecken AS_Ax-, bewegen. Die Szene kann eine Freiraumszene sein.

Weiterhin kann die resultierende Bewegung des ersten Empfanger-Arrays auf einer Strecke parallel zur optischen Achse des ersten Abbildungsobjektivs erfolgen, und genau die Elemente des ersten Empfanger-Arrays ausgelesen werden und aus diesen ein Signalverlauf gebildet werden, welche sich auf Strecken AS_Ax-, befinden, die parallel zu einer Geraden g_AxP liegen, die zum einen den Brennpunkt des ersten Abbildungsobjektivs im Array-Raum schneiden und andererseits den Durchstoßpunkt P_A der Symmetrielinie zwischen den beiden optischen Achsen der beiden Abbildungsobjektive durch die zusammenfallenden Haup- tebenen schneiden. So entsprechen die zur Signalbildung verwendeten Elemente des erstes Empfanger-Array denen, welche sich auf Strecken AS_A-, befinden, wobei ein Teil der Symme- trielinie den unteren Teil eines Buchstabens Y bildet und die resultierende Bewegungsrichtung des zweiten Empfänger-Array kann auf einer Strecke parallel zur optischen Achse des zweiten Abbildungsobjektivs erfolgen, wobei genau die Elemente des zweiten Empfänger-Arrays ausgelesen werden und aus diesen ein Signalverlauf gebildet wird, welche sich auf Strecken AS_A2j befinden, die parallel zu einer Geraden g_A2P liegen, die zum einen den Brennpunkt des zweiten Abbildungsobjektivs im Array-Raum schneidet und andererseits den Durchstoßpunkt P_A der Symmetrielinie zwischen den beiden optischen Achsen der beiden Abbildungsobjektive durch die zusammenfallenden Hauptebenen schneidet. So entsprechen die zur Signalbildung verwendeten Elemente des zweiten Empfänger-Array denen, welche sich auf Strecken AS_A2j befinden.

Weiterhin können bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche mit zwei Abbildungsstrahlengängen mit zwei zumindest n herungsweise baugleichen, parallel angeordneten Abbildungsobjektiven, einem ersten Abbil- dungsobjektiv und einem zweiten Abbildungsobjektiv, die Hauptebenen der beiden Abbildungsobjektive zumindest näherungsweise zur Koinzidenz gebracht sein und jedem derselben je ein Empfänger-Array mit detektierenden Elementen zugeordnet sein, so daß ein erstes und ein zweites Empfänger-Array mit Elemen- ten angeordnet sind, und das erste und das zweite Empfänger- Array mindestens je eine Empfängerfläche aufweisen, die jeweils senkrecht zum Hauptschnitt liegt. Dabei enthält die Empfängerfläche des ersten Empfänger-Arrays vorzugsweise eine Strecke AS_Ai, die parallel zu einer Geraden g_AxP auf dem er- sten oberen Ast eines Buchstabens Y liegt, die zum einen den Brennpunkt des ersten Abbildungsobjektivs im Array-Raum schneidet und andererseits den Durchstoßpunkt P_A der Symme- trielinie SL zwischen den beiden optischen Achsen der beiden Abbildungsobjektive durch die zusammenfallenden Hauptebenen schneidet, so daß die detektierenden Elemente des erstes Empfänger-Arrays im Hauptschnitt auf der Strecke AS_Ax angeordnet sind. Dabei bildet vorzugsweise ein Teil der Symmetrielinie SL den unteren Teil des Buchstabens Y. Mindestens eine Empfängerfläche des zweiten Empfänger-Arrays liegt vorzugsweise auf einer Strecke AS₂ auf dem zweiten oberen Ast des Buchstabens Y parallel zu einer Geraden g_A2P, die zum einen den Brennpunkt des zweiten Abbildungsobjektivs im Array-Raum schneidet und andererseits den Durchstoßpunkt P_A der Symmetrielinie SL zwischen den beiden optischen Achsen der beiden Abbildungsobjektive durch die zusammenfallenden Hauptebenen schneidet, so daß die detektierenden Elemente des zweites Empfänger-Arrays im Hauptschnitt auf der Strecke AS_Ax angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht die Detektion von beleuchteten Elementen der Objektoberfläche im Objektraum auf einer Ebene senkrecht zum Hauptschnitt. Die Empfänger- Matrizen sind im Aufbau gleich und in einer zur Symmetrieli- nie SL symmetrischen Position und in gleicher Höhe angeordnet .

Bevorzugt wird vorgegangen wie folgt: Die Signale der beiden Empfängerflächen werden bevorzugt zeilenweise ausgelesen, so daß die Empfängerfläche des ersten Empfänger-Arrays die Signalverläufe Si und die Empfängerfläche des zweiten Empfänger-Arrays die Signalverläufe S₂ liefert. Diese Signalverläufe werden Zeile für Zeile ausgewertet, wobei die Zeilen in gleicher Entfernung vom Hauptschnitt die jeweils korrespon- dierenden Elemente enthalten. Für das Auffinden des Ortes eines Elementes der Objektoberfläche im Objektraum kommt die Auswertung entsprechend dem bereits beschriebenen Korrelati- onsverfahren mit zwei gefensterten Signalverläufen zur Anwendung. Auch hier werden durch eine Fensterfunktion Signalstük- ke erzeugt. Ein Signalstück wird dabei jeweils invertiert, indem die Signalwerte gespiegelt werden. Es wird die Kreuzkorrelation jeweils von einem originalen Signalstück und jeweils von einem invertierten Signalstück, wobei die Signalstücke jeweils symmetrisch angeordnete Zeilenausschnitte in der 3D-Anordnung repräsentieren, durchgeführt und jeweils ein Korrelationskoeffizient gewonnen und abgespeichert. Dabei wird das Fenster der Fensterfunktion, welches beispielsweise eine Länge von 64 Pixeln aufweisen kann, beispielsweise in Schritten von einem Inkrement verschoben, das hier einem Pixel in der jeweils ausgewerteten Zeile entspricht. Für Überblicksmessungen kann auch ein größerer Verschiebungschritt des Fensters als um ein Pixel erfolgen. Die Länge des Fensters wird in Abhängigkeit von der relativen Öffnung gewählt. Dabei kann die Fensterlänge auch variabel gestaltet werden. So erfolgt die Bestimmung der z₀-Position der Elemente der Objektoberfläche in einer zum Hauptschnitt senkrechten Ebene in der Symmetrielinie SL.

Weiterhin können bei einer Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche einem Beleuchtungsobjektiv ein erstes Abbildungsobjektiv mit einem Empfänger-Array und ein zweites Abbildungsobjektiv mit einem Empfänger-Array zugeordnet sein, wobei das Pupillenzentrum PZ_0A des ersten Abbildungsobjektivs im Abstand d vom Pupillenzentrum PZ_0B des Beleuchtungsobjektivs angeordnet ist. Jedem der beiden Abbildungsobjektive ist je ein räumlich strukturiertes Empfänger- Array zugeordnet, so daß ein erstes und ein zweites Empfänger-Array im Array-Raum angeordnet sind. Dabei weisen das erste und das zweite räumlich strukturierte Empfänger-Array mindestens je zwei Empfängerflächen auf räumlich getrennten Flächen auf und die Empfängerflächen des ersten und die Empfängerflächen des zweiten Empfänger-Arrays sind jeweils so angeordnet, daß zumindest näherungsweise Paare von optisch konjugierten Bildern zumindest von Teilen von Empfängerflächen des ersten Empfänger-Arrays sowie von Teilen der Empfängerflächen des zweiten Empfänger-Arrays im Objektraum gebildet sind. Auch hier erfolgt die Auswertung mit dem Korrelationsverfahren mit zwei gefensterten Signalverläufen wie oben bereits dargestellt.

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 bis 10 verschiedene Darstellungen der Erfindung; Fig. 11 bis 15 für das Verständnis der Erfindung und deren

Erläuterung wichtige Details.

Es wird zunächst auf die Grundlagen der Erfindung anhand der Fig. 11 bis 15 eingegangen.

Fig. 11 zeigt die Beleuchtung eines Objektes mit einer Objektoberfläche 200 durch eine Linse 201 mittels einer durch eine Lochblende 202 realisierten Lichtquelle. Die Öffnung der Lochblende 202 ist auf der gestrichelt gezeichneten optischen Achse 203 der Linse 201 angeordnet. Die Fig. 11a, 11b und 11c unterscheiden sich im Abstand der Lochblende von der Linse, wie durch die Strecken A, B, C angedeutet.

In Fig. 11a ist der Abstand A zwischen Lochblende 202 und

Hauptebene der Linse 201 so gewählt, daß der Bildpunkt der

Lochblende 202 im Objektinneren liegt. Demgemäß ist der in den Objektraum von der Lochblende 202 projizierte Lichtkegel auf der Objektoberfläche noch vergleichsweise ausgedehnt, wie durch die Fläche A^λ angedeutet.

In Fig. 11b ist der Abstand zwischen Lochblende und Linse so gewählt, daß die Lochblende genau auf die Objektoberfläche abgebildet wird. Die beleuchtete Fläche auf der Objektoberfläche ist sehr klein. In Fig. 11c ist der Abstand zwischen Lochblende und Linse so groß, daß der Lichtkegel bereits vor der Objektoberfläche seine geringste Ausdehnung aufweist und zur Objektoberfläche hin wieder auseinander läuft. Je nach

Abstand unterscheidet sich weiter die Lichtfleckgröße. Zu beachten ist nun zuerst, daß die Bildpunkte für die Situationen in Fig. 11a, 11b, 11c auf einer geraden Linie liegen, wie in Fig. lld angedeutet. Zu beachten ist weiter, daß die unter- schiedliche Ausdehnung der Lichtkegel in Situationen der Fig. 11a bis 11c zu einer unterschiedlich hohen Lichtintensität auf der Oberfläche führen und demgemäß der beleuchtete Fleck mehr oder weniger hell erscheint. Dies ist in den Fig. 11a bis 11c durch die Pfeile symbolisiert, deren Länge die Inten- sität des an der Oberfläche in beliebige Richtungen gestreuten Lichtes darstellen. In Fig. 11b tritt die höchste Intensität des gestreuten Lichtes auf. Fig. 12 veranschaulicht noch einmal den Zusammenhang von Lochblendenabstand, Lichtfleckausdehnung und Intensität des gestreuten Lichtes.

Das Licht von der Oberfläche des Objektes 200 wird bei typischen Oberflächen diffus gestreut, so daß es unter verschiedenen Blickrichtungen beobachtbar ist. Dies ist in Fig. 13 dargestellt.

Prinzipiell ist bei einer einzelnen Lichtquelle wie einer Lochblende nun nicht festzulegen, wo eine besonders vorteilhafte Beobachtungsposition vorliegt. Im Regelfall erfolgt die Beleuchtung eines Objektes aber simultan mit einer Vielzahl von Beleuchtungspunkten, beispielsweise mit einer Gitteroder Streifenmaske zur Abschattung einer Lichtquelle. Dies erschwert eine Signalauswertung. Während es bei einer einfa- chen Lochblende nämlich ohne weiteres möglich ist, den Oberflächenpunkt zu bestimmen, indem einfach die Signalstärke beobachtet wird, treten bei Gitterblenden oder dergleichen weitere Schwierigkeiten auf, da noch identifiziert werden muss, wo der jeweils stark leuchtende Objektbereich eines bestimm- ten Beleuchtungspunktes auf dem Objekt liegt.

Die räumliche Zuordnung erfolgt nun typisch mit einem Detek- torarray durch Auswertung der damit erhaltenen Signale. Um die Zuordnung und Auswertung zu erleichtern, ist es er- wünscht, wenn ein bestimmter Bereich der Objektoberfläche stets auf dasselbe Element des Detektorarrays fällt. Hierzu wird in der Erfindung ein weiterer, aus der Optik bekannter Effekt ausgenützt, der mit Bezug auf Fig. 14 veranschaulicht wird.

Fig. 14a zeigt die Beleuchtung der Objektoberfläche (die sich im dargestellten Fall in der Bildebene befindet) mit einer Lochblende, deren Öffnung exakt auf der optischen Achse 203 liegt. Gemäß der Anordnung der Lochblende auf der optischen Achse liegt auch der auf das Objekt projizierte Lochblenden- bildpunkt auf der optischen Achse. Wird nun, wie in Fig. 14b dargestellt, die Lochblende lateral zur optischen Achse verschoben, und war um einen Abstand A, so wandert der Bildpunkt entsprechend lateral auf der Oberfläche um eine Strecke AA Dies ist aus der geometrischen Optik gut bekannt.

Es ist einzusehen, daß eine Überlagerung der Verschiebung von

Fig. 11 in Richtung der optischen Achse und der Bewegung von Fig. 14 lateral zur optischen Achse eine Bewegung des Bildpunktes auf einer Gerade zur Folge haben wird, die eine Querkomponente zur optischen Achse aufweist, also gegen diese geneigt ist. Die vektorielle Bewegungsuberlagerung ist in Figur 15 veranschaulicht.

Um die Objektbereichsidentifizierung zu erleichtern, schlagt die Erfindung nun vor, die Beobachtung eines Objektpunktes durch ein Beobachtungssystem vorzunehmen, welches exakt auf der geneigten Bildpunktgeraden liegt, die durch die Wanderung der Bildpunkte durch den Objektraum beschrieben ist. Wichtig beim Übergang von Blenden auf Gitter ist nun, daß unterschiedlich weit von der optischen Achse entfernt liegende Leuchtpunkte, wie beispielsweise in unterschiedlichen Entfer- nungen zur optischen Achse vorgesehene Offnungen einer Ab- schattungsblende bei gleicher Bewegung eines abschattenden Gitters Bildpunktgeraden mit unterschiedlicher Neigung im Objektraum ergeben. Dies ist mit Bezug auf Fig. 15a veranschaulicht. Es kann gezeigt werden, daß alle diese Bildpunktgera- den in einem einzigen Punkt zusammenlaufen, namlich dem konfokalen Punkt, welcher auf der Fokalebene der Abbildungsoptik liegt. Die Erfindung nutzt diese Erkenntnis, indem die Pupille des Beobachtungssystems in diesen Punkt gesetzt wird; so ist eine Beobachtung der Objektoberflachenbereiche aus- schließlich längs Bildpunktgeraden möglich, wie durch Fig. 15b veranschaulicht, was die Auswertung auf die gewünschte Weise vereinfacht.

Fig. 15c zeigt Signalverhalten m einer Anordnung, bei wel- eher eine einzige Öffnung zur Beleuchtung verwendet wird, vergleiche Fig. 11a. Aufgetragen ist die beobachtete Licht - tensitat I über der Gitter-Verschiebungsstrecke X. Der starke

Signalanstieg, der naherungsweise einer Delta-Funktion ent- spricht, ist dann gegeben, wenn der Bildpunkt auf die Objektoberflache fallt und diese damit Licht mit besonders hoher Leuchtdichte streut. Bei Überlagerung mehrerer Leuchtelemente wie bei einer Gitterblende ergibt sich hingegen eine Situati- on wie in Fig. 15d, wo der Intensitatsverlauf I auf einem bestimmten Pixel mit der Verschiebung X des Abschattungsgitters dargestellt ist, wenn die Verschiebung X sowohl eine Komponente in Richtung der optischen Achse des zugehörigen Abbil- dungssystems als auch eine Komponente lateral dazu aufweist. Der Graph zeigt, daß zwar die Delta-Funktion von Fig. 15c Änderungen der Intensität erfahrt, aber immer noch bei Fokus- sierung von Licht auf den vorgegebenen Bereich der Oberflache eine deutliche Signaluberhohung auftritt. So ist immer noch eine einfache Auswertung der Objektgestalt unter Berucksich- tigung der Signalstarke auf einem einzelnen Arrayelement, das heißt Pixel möglich.

Die weitere Diskussion von Ausfuhrungsformen nimmt auf die Figuren 1 bis 10 Bezug. In der Figur 1 werden die Anordnung und das Verfahren dargestellt. Es wird zwischen dem Array- Raum und dem Objektraum unterschieden. Es wird die folgende Notation verwendet: Die Großen und Punkte des Array-Raumes werden an erster Stelle mit dem Buchstaben A indiziert und die Großen und Punkte des Objektraumes mit dem Buchstaben 0. An zweiter Stelle im Index wird das zugehörige Objektiv gekennzeichnet und zwar im Falle der Zugehörigkeit zum Beleuchtungsobjektiv 1 mit dem Buchstaben B und im Falle der Zugehörigkeit zum Abbildungsobjektiv 2 mit dem Buchstaben A. Im Array-Raum befinden sich ein Liniengitter 3 mit einer Gitter- konstante p und eine vorgeordnete Strahlungsquelle mit sichtbarem Licht, also eine Lichtquelle 4. Diese Lichtquelle 4 kann rechnergesteuert sein, so daß die mittlere Beleuchtungsstarke der Entfernung der jeweiligen Scharfebene nach dem photometrischen Gesetz angepaßt ist. Das Liniengitter 3 ist dem Beleuchtungsobjektiv 1 mit einem telezentrischen Strahlengang im Array-Raum achssenkrecht und extrafokal zugeordnet. Das Beleuchtungsobjektiv 1 bildet das Liniengitter 3 in den Objektraum ab, wodurch zumindest zu einem Zeitpunkt eine strukturierte Beleuchtung der Objektoberfläche 5 entsteht. Zur Vereinfachung sind die beiden Hauptebenen des Beleuchtunsobjektivs 1, H_AB und H_0B , in der Figur 1 zusammengelegt. Bei Objektiven dieser Klasse liegen die beiden Hauptebenen weit auseinander. Im Array-Raum ist eine Empfänger-Matrix 6 dem Abbildungsobjektiv 2 , welches einen ebenfalls telezentrischen Strahlengang im Array-Raum aufweist, achssenkrecht und extrafokal zugeordnet. Das Abbildungsobjektiv 2 bildet die Objektoberfläche 5 in den Array-Raum ab. Ein einzelner Abbildungsstrahl A₀ι ist dargestellt. Zur Vereinfachung sind die beiden Hauptebenen des Abbildungsob ektivs 2, H_ÄÄ und H_0A , in der Figur 1 ebenfalls zusammengelegt. Das Beleuchtungs- 1 und das Abbildungsobjektiv 2 sind mit ihren optischen Achsen zueinander parallel mit dem Achsenabstand d angeordnet. Das Beleuchtungs- 1 und das Abbildungsobjektiv 2 weisen die Array-seitigen Brennpunkte F_AB und F_ÄÄ und im Objektraum die Brennpunkte F_0B und F_0A auf. Wegen der Telezentrie fallen im Objektraum die Brennpunkte F_0B und F_0A mit den Austrittspupillen PZ_0B und PZ_0A zusammen. Es sind zwei Beleuchtungsstrahlen BLSoi und BLS₀₂ und ein Abbildungsstrahl ABS₀ dargestellt. Die hier nicht dargestellte, erste Linearführung des Bewegungssy- stems ist mit der Empfänger-Matrix 6 starr verbunden und trägt eine zweite, hier nicht dargestellte, kleinere Linearführung, die wiederum das Liniengitter 3 trägt. Die erste Li- nearführung ist mit einem hochgenauen Längen-Meßsystem verbunden, welches einen hochstabilen Nullpunkt aufweist. Die Bewegungsachse der ersten Linearführung ist parallel zu den

Objektivachsen und die Meßachse des Längen-Meßsystems liegt dabei parallel zu den beiden Objektivachsen. Die Bewegungsrichtung der zweiten Linearfuhrung liegt senkrecht zu den Objektivachsen. Dem Liniengitter 3 auf der zweiten Linearfuhrung ist ein mit der ersten Linearfuhrung fest verbundenes Gegengitter mit einer Beleuchtungs- und Empfanger-Optik in der Art eines mkrementalen Langenmeßsystems zugeordnet. Die Auswerte-Elektronik weist eine elektronische Schnittstelle zum Rechner auf, um die berechnete Verschiebung des Lmien- gitters 3 als Phaseninformation echtzeitnah im Rechner zur Verfugung zu haben. Gleichzeitig ist auf dem Liniengitter 3 im Teil außerhalb des genutzten Bildfeldes eine erste Referenzstruktur aufgebracht, die von einer zweiten Referenzstruktur, die ebenfalls auf dem Gegengitter aufgebracht ist, optisch abgetastet wird. Beide Lmearfuhrungen des Bewegungs- Systems starten aus der Nullposition heraus. Die Bewegungsrichtung der ersten Linearfuhrung ist parallel zur optischen Achse des Abbildungsobjektivs ausgerichtet. Die Bewegung erfolgt zu den Brennpunkten hm. Der kleineren, zweiten Linearfuhrung, die das Lmiengitter 3 tragt, ist ein Positions- Regelsystem zugeordnet, um eine Bewegung des Liniengitters mit einer möglichst konstanten Geschwindigkeit und damit auch mit einer konstanten Phasengeschwindigkeit realisieren zu können. Aus der aktuellen, absoluten Istphase φ_{d ter} des Lmi- engitters 3, die von einem Nullpunkt abgeleitet ist, werden die Sollwerte für die Position der ersten Linearfuhrung errechnet. Dies erfolgt so, daß sich die Orte gleicher Phase oder gleicher relativer Leuchtdichte auf dem Liniengitter 3 parallel zu einer Geraden g_A , beispielsweise auf der B- Strecke BS_A2 bewegen. Die Gerade g_A ist so definiert, daß sie den Brennpunkt F_AB des Beleuchtungsob ektivs 1 und außerdem den Hauptpunkt H_ÄÄ des Abbildungsobjektivs 2 schneidet. Die leuchtenden Flachenelemente bewegen sich im Array-Raum auf den B-Strecken BS_A-, . Die Bilder dieser B-Strecken BS_A3 , e - schließlich der in der Figur 1 dargestellten B-Strecken BS_Ax und BS_A , werden in den Objektraum abgebildet. Beispielsweise werden aus den B-Strecken BS_Ax und BS_A2 die Bilder BS₀ι und BS₀₂ . Die Bilder BS₀ι und BS₀₂ bilden ein Streckenbüschel SB_X mit dem Konvergenzpunkt K_x, der mit den Brennpunkt F_0A des Abbildungsobjektivs 2 zusammenfällt. Weiterhin werden die Elemente des Empfänger-Arrays auf Strecken AS_Aj verschoben. Dargestellt sind die Strecken AS_Ax und AS_A2 . Deren Bilder stellen im Objektraum das Streckenbündel SB₂ mit den Strecken AS₀ι und AS₀₂ mit dem Konvergenzpunkt K₂ dar, der im Brennpunkt F_0A des Abbildungsobjektivs 2 mit dem Konvergenzpunkt K_x koinzidiert, wobei der Koinzidenzpunkt von Konvergenzpunkt Ki und von Konvergenzpunkt K₂ im allgemeinen der Koinzidenzpunkt K₀ ist. Durch dieses Bewegungsregime werden die achssenkrechten Ebenen des Objektraumes von der Schärfefläche nacheinander "durchfahren", indem sich in jeder dieser Ebenen bei Vorhandensein einer Objektoberfläche ein vom Beleuchtungsobjektiv 1 scharf abgebildetes Streifenmuster beobachten läßt, welches durch das Abbildungsobjektiv 2 auf die Empfänger-Matrix 6 ab- gebildet wird. Dies führt dazu, daß jedes hinreichend kleine Objektdetail, im Objektraum, wenn es von der Schärfefläche "erfaßt" wird, ein moduliertes periodisches Signal im zugehörigen Pixel ij auf der Empfänger-Matrix 6 erzeugt, in welchem die Information über die absolute Phase φ_0bj i_j des Objektpunk- tes enthalten ist.

Figur 2 zeigt beispielsweise die Signalverläufe S₀ und S_R in einem Bildpunkt der Empfänger-Matrix 6 in Bezug zum Signalverlauf S_G, der am Liniengitter 3 mit Hilfe eines Gegengit- ters beim Bewegen des Gitters 3 detektiert werden kann. Dargestellt werden der Signalverlauf im Bildpunkt S₀ eines Objektpunktes und der Signalverlauf S_R im Bildpunkt eines Referenzpunktes. Hierbei befindet sich die Referenzplatte näher am Brennpunkt F_0B als die Objektoberfläche. Am Abtastpunkt A_PR im Bereich des Modulationsmaximums des Signals im Bildpunkt eines Referenzpunktes wird die relative Phase φ_RR errechnet und am Abtastpunkt A_P0 im Bereich des Modulationsmaximums des Signals im Bildpunkt eines Objektpunktes die relative Phase φ_RObj- Mittels der Gleichung (3) wird die absolute Phasendifferenz Δφcitter errechnet und mit Gleichung (4) die absolute Objektphase φ₀bj, aus der mit der Gleichung (5) die Z_0B- Koordinate eines jeden Objektpunktes, nämlich Z_0bjr bestimmt wird. Der hochstabile Nullpunkt N dient als Startpunkt.

Figur 3 zeigt eine 3D-Aufnahme-Anordnung mit einem Beleuchtungsobjektiv 1 und einem Abbbildungsobjektiv 2, wobei beide Objektive im Array-Raum einen beidseitig zentralperspektivischen Strahlengang und so ein kleines Bauvolumen aufweisen. Die Achsen der beiden Objektive sind zueinander geneigt. Let- zeres ermöglicht das Realisieren einer besonders hohen Tiefenempfindlichkeit in einem vergleichsweise kleinen Meßvolumen, beispielsweise für die Aufnahme von Zähnen in der Kieferorthopädie. Dementsprechend ist die gesamte Anordnung mi- niaturisiert . Das von der Lichtquelle 4 ausgehende Licht beleuchtet ein Liniengitter 3. Dieses wird mittels eines hier nicht dargestellten rechnergesteuerten Schlittens einer Linearführung parallel zur Geraden g_AP auf einer Strecke bewegt und wird durch das Beleuchtungsobjektiv 1 mit dem Pupillen- Zentrum PZ_0B auf die Objektoberfläche 5 projiziert. Die Gerade g_AP schneidet den Brennpunkt F_AB des Beleuchtungsobjektivs 1 im Array-Raum und die Hauptebene H_AB des Beleuchtungsobjektivs 1 im Array-Raum im Punkt H_ABG • Das Bild der Geraden g_AP, die Gerade g_0P , liegt parallel zur Achse des Beleuchtungsob- jektivs 1 und schneidet in der Verlängerung die Hauptebene im

Punkt H_ABG . Das Beleuchtungsobjektiv 1 weist die Brennweite f_B auf. Die Objektoberfläche 5 wird mittels eines Abbbil- dungsobjektivs 2 auf eine Empfänger-Matrix 6 abgebildet, die mit einem Rechner mit Framegrabber verbunden ist, wobei mittels Rechner eine Auswertung der aufgenommenen Bilder vorgenommen wird. Das Abbbildungsobjektiv 2 ist so zum Beleuchtungsobjektiv 1 angeordnet, daß das Pupillenzentrum PZ_0A sich auf der Geraden g_0P befindet. Die Pupillenoffnung des Beleuchtungsobjektivs 1 ist möglichst groß gemacht, beispielsweise betragt das Offnungsverhaltnis 1 : 2. Damit ist der Scharfentiefebereich im Objektraum sehr begrenzt. Dagegen ist die Pupillenoffnung des Abbbildungsobjektivs 2 möglichst klein gemacht, beispielsweise betragt das Offnungsverhaltnis 1 : 22. Damit ist der Scharfentiefebereich im Objektraum vergleichsweise groß. Dies ist notwendig, da die Empfanger- Matrix 6 fest angeordnet ist. Zum Meßablauf: Das Liniengitter 3 wird bewegt und es werden mit der Empfanger-Matπx 6 Bilder aufgenommen, beispielsweise 32. Die Bewegung des Gitters 3 mit der Gitterkonstante p wird hochgenau auf etwa 1% der Gitterkonstante p gemessen. Es werden Bilder aufgenommen, wobei die Phasenanderung zwischen zwei Bildern in der Regel weniger als 2π betragt, beispielsweise 3/2π . Die Lage der Empfanger- Matrix 6, wobei eine CMOS-Kamera wegen des großen Dynamikum- fanges und der Möglichkeit der Auswertung von einzelnen Pixeln eingesetzt werden kann, ist so gewählt, daß der gesamte interessierende Objektbereich scharf erfaßt werden kann. Dabei kann die Empfanger-Matπx 6 gemäß der Scheimpflugbedin- gung auch so gedreht sein, daß diese die beiden Punkte A_Ax und A_A2 enthalt. Unter Berücksichtigung der Geometrie der SD- Aufnahmeanordnung und der Abbildungsverhaltnisse wird aus den aufgenommenen 32 Bildern die 3D-Punktwolke des 3D-Meßobjektes bestimmt. Dazu wird für jeden Objektpunkt die absolute Ob- jektphase φ_0b3 bestimmt. Aus dieser errechnet sich die z₀b₃~

Koordinate für jeden einzelnen Punkt. Über den Abbildungsmaßstab in Abhängigkeit von der z_0b] ^_Koordinate werden die x₀b₃ ^_ und die y₀b₃-Koordinaten aus dem bekannten Pixelpitch der Emp- fanger-Matrix 6 errechnet.

Figur 4 zeigt eine 3D-Aufnahme-Anordnung mit einem Beleuch- tungsobjektiv 1 mit einer vergleichsweise großen Pupillenoff- nung, beispielsweise mit einem Offnungsverhaltnis von 1:2,8 und einem für die Schragabbildung optimierten, zentralperspektivischen Strahlengang. Das beleuchtete Feld liegt asymmetrisch zur Achse des Beleuchtungsobjektivs 1. Vorzugsweise werden hier Objektive im mittleren Brennweitenbereich eingesetzt, beispielsweise mit Brennweiten um 25 mm. Das Abbbil- dungsobjektiv 2 mit beispielsweise einem Offnungsverhaltnis von 1:2,8 weist im Array-Raum einen telezentrischen Strahlengang auf. Die Achsen der beiden Objektive sind zueinander parallel angeordnet. Die Hauptebenen des Beleuchtungsobjek- tivs 1 und des Abbildungsobjektivs 2 fallen im Array-Raum zumindest naherungsweise zusammen. Das von der Lichtquelle 4 ausgehende Licht beleuchtet ein Reflexionsgitter, beispielsweise ein elektronisch steuerbares Digital Micromirror Device 61. Weiterhin sind das elektronisch steuerbare Digital Micromirror Device 61 und die Empfanger-Matrix 6 starr miteinander in der zumindest naherungsweise gleichen Ebene im Array-Raum verbunden. Beide Kompenenten befinden sich hier auf einem rechnergesteuerten Schlitten einer Linearfuhrung. Die Ver- Schiebungsrichtung des Schlittens dieser Linearfuhrung ist parallel zu den Achsen der beiden Objektive ausgerichtet, so daß sich beide Kompenenten synchron und parallel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektiv 1 bewegen. Durch die elektronische Ansteuerung des Digital Micromirror Device 61 kann nicht nur das laterale Verschieben eines leuchtenden

Flachenelementes 3A vorgenommen werden, sondern auch das Verschieben eines Lichtgitters entsprechend einer programmgemäßen Vorgabe realisiert werden. So kann für ein einzelnes leuchtendes Flachenelement 3A auf dem Direct Mirror Device 61 wie auch für die leuchtenden Elemente m präziser Abstimmung mit der Verschiebung durch den rechnergesteuerten Schlitten eine Bewegung auf einer zur Geraden g_AP parallelen Strecke BS_A3 realisiert werden. Die Gerade g_Ap schneidet den Brennpunkt F_AB des Beleuchtungsobjektivs 1 im Array-Raum und die Hauptebene des Abbildungsob ektivs 2 im Array-Raum im Hauptpunkt HΛΛ . Das Bild der Geraden g_AP im Objektraum, die Gerade g_0P , liegt in der Achse des Abbildungsobjektivs 2. Beispiels- weise erfolgt so die Verschiebung des leuchtenden Flachenelementes 3A, als ein leuchtendes Flachenelement gleichbleibender relativer Leuchtdichte, vom Punkt B_Ax zum Punkt B₂ . Dabei kann das leuchtende Flachenelement 3A ein Maximum in einer zumindest naherungsweisen cos²-Leuchtverteilung darstel- len, also bei der Detektion eines Signals den Phasenwert 0 aufweisen. Die Leuchtdichteverteilung auf dem Digital Micromirror Device 61 wird durch das Beleuchtungsobjektiv 1 auf die Objektoberflache 5 projiziert. Dabei erfolgt die Abbildung dieser zur Geraden g_AP parallelen Geraden und Strecken durch das Beleuchtungsobjektiv 1, wobei die Bilder der Verschiebungsstrecken BS_A3 der leuchtenden Flachenelemente, also hier der leuchtenden Mikrospiegel des Digital Micromirror Device 61, im Objektraum ein Streckenbuschel bilden. Beispielsweise bewegt sich ein leuchtendes Flachenelement 3A auf der Verschiebungsstrecke BS_A3. Das Bild dieser Verschiebungsstrecke BS_A3 , die Strecke BS₀₃ , zielt auf den Konvergenzpunkt Ki im Objektraum. Die Objektoberflache 5 wird mittels Abbbildungsobjektiv 2 auf eine Empfanger-Matrix 6 abgebildet. Der hier nicht dargestellte rechnergesteuerte Schlitten einer Linearfuhrung tragt auch die Empfanger-Matrix 6 und so erfahren die Pixel der Empfanger-Matrix 6 je eine Verschiebung auf einer Strecke AS_A3 parallel zur optischen Achse des Abbbil- dungsobjektivs 2. Die Bilder der Strecken AS_Ä3 , die Strecken AS_θ3 , bilden im Objektraum ein Streckenbündel mit einem Konvergenzpunkt K₂ im Brennpunkt des Abbildungsobjektiv, so daß bei einem telezentrischen Abbildungsobjektiv die Konvergenzpunkte Ki und K₂, der Brennpunkt F_0A, und das Pupillenzentrum PZ_0A zusammenfallen. So wird ein Objektpunkt 0 im Objektraum von einem Bild eines leuchtenden Flächenelementes 3A in der Tiefe des Objektraumes bei der Verschiebung verfolgt. Figur 4 zeigt im Objektraum den aktuellen Koinzidenzpunkt K_θ3 i in der Position A₀ιB₀ι des Bildes des leuchtenden Flächenelemen- tes 3A und des Bildes des Elementes des Empfänger-Arrays im Punkt A_Aι, das Bild A₀ι , zum Zeitpunkt t_x . Dieses Element des Empfänger-Arrays wird auf der Strecke AS_A3 verschoben. Eine Ablage eines Elementes 0 der Objektoberfläche 5 vom aktuellen Koinzidenzpunkt A₀ιB₀ι, in Richtung des zum Element des Emp- fanger-Arrays gehörenden Abbildungsstrahls zum Zeitbereich der Aufnahme Δt_x führt zu einem Signal mit der Phase _rs Diese ergibt sich beispielsweise zu φ_rS = 2π x Δx_A / p , wobei p die Periode einer zumindestens näherungsweisen cos²- Verteilung und Δx_A das Bild von Δx₀ gemäß Figur 4 darstellen. Fällt der Objektpunkt 0 mit dem aktuellen Koinzidenzpunkt Koj ι+ι _< beispielsweise in der Position A₀₂B_o2 zum Zeitpunkt t_x+ι zusammen, wird ein Signal mit der Phase φ_rs = 0 registriert. Der aktuelle Koinzidenzpunkt wird weiter durch den Objektraum verschoben. So kann ein periodisches Signal regi- striert werden, welches durch die zunehmende Unscharfe bei der Abbildung gedämpft wird. Die Breite der Modulationskurve des periodischen Signals ergibt sich aus dem Verhältnis von Abstand d der optischen Achsen zum Durchmesser der Öffnungsblende D_B des Beleuchtungsobjektivs. Um einen Streifen null- ter Ordnung eindeutig identifizieren zu können, darf dieses Verhältnis in der Regel den Wert 10 nicht überschreiten, wobei das sinnvolle Verhältnis durch den für den Signalverlauf verwendeten Auswerte-Algorithmus wesentlich mitbestimmt wird. Die Figur 5 stellt eine 3D-Aufnahme-Anordnung für Objekte dar, die mit strukturiertem Licht beleuchtet werden. Dabei besteht das Ziel, über die Ermittlung der absoluten Phase von Elementen der Objektoberfläche die Punktwolke derselben be- sonders schnell und genau zu bestimmen. Dazu beleuchtet eine Lichtquelle 4 ein konzentrisch ausgebildetes Gitter 81, wodurch ein strukturiert leuchtendes Array gebildet ist, welches sich in einem Sektor einer Scheibe 83 auf einer planen Oberfläche befindet, die zu einer transparenten Planparallel- platte 84 gehört. Auf der Scheibe 83 gibt es in der gesamten Fläche mehrere transparente Segmente mit transparenten Planparallelplatten 84. Die Abbildung des konzentrisch ausgebildeten, beleuchteten Gitters 81 erfolgt mit dem Beleuchtungsobjektiv 1. Die Scheibe 83 wird mit einen Motor 85 angetrie- ben. Die Drehzahl beträgt beispielsweise 24 U/min. Weiterhin gibt es Referenzmarken zur Erkennung der Mitte eines Segmentes, die zum Auslesen der Empfänger-Matrix 6 verwendet werden. Weiterhin kann in einem planen Bereich auf der Oberseite der Scheibe 83 in unmittelbarer Nähe des konzentrisch ausge- bildetes Gitters 81 die Information über die axiale Lage der Scheibe 83 gewonnen werden. Die aus den im optischen Sensorkopf 87 gewonnenen Informationen über die radiale Lage der Scheibe 83 werden einem Piezosteller 92 in einem hier nicht dargestelltem Regelkreis mit einer elektronisch steuerbaren Spannungsquelle für den Piezosteller 92 als Steuerspannung zugeleitet. Dabei ist der Piezosteller 92 mit der Empfänger- Matrix 6 verbunden, so daß hier nicht wirklich die radiale Lage, sondern der Abstand zwischen dem konzentrisch ausgebildeten Gitter 81 und der Empfänger-Matrix 6 konstant gehalten wird. So wird eine definierte Lage zwischen einem leuchtenden Flächenelement und einem Element der Empfänger-Matrix 6 eingehalten. Die axiale Lage des zugehörigen strukturiert leuchtenden Bereiches wird durch einen zweiten Piezosteller 93 in einem Regelkreis in einer konstanten Position gehalten, indem dieser die Scheibe 83 bei der Rotation derselben in der Sollposition halt. Bei einer Prazisionslagerung kann in der Regel auf die Elimmierung des Axialschlages verzichtet werden. Weiterhin ist im Abbildungsstrahlengang nach dem Abbildungsobjektiv 2 eine planparallele transparente Kompensationsplat- te 94 zur axialen Kompensation der Lage der Empfanger-Matrix 6 angeordnet. So wird erreicht, daß bei jeder Winkelstellung der Scheibe 83, also in jedem der Lichtquelle und der Empfan- ger-Matrix 6 zugeordneten Segment, die optischen Wege gleich sind, d. h. die Gegenstandsweite für das strukturiert leuchtende Array und die Bildweite für die Empfanger-Matrix 6 gleich sind. So kann jeweils in der gleichen Ebene im Objektraum auf der Objektoberflache ein scharf abgebildetes Strei- fenmuster beobachtet werden und dieses auch wieder über das Abbildungsobjektiv 1 und eine transparente Planparallelplatte 95 bestimmter optischer Dicke scharf auf die Empfanger-Matrix 6 abgebildet werden, da die Scharfeebene des Abbildungsstrah- lenganges durch die Anpassung der transparenten Planparallel- platte 95 in derselben Ebene liegt. Durch die Rotation der Scheibe 83 gelangen transparente Segmente mit unterschiedlicher geometrisch-optischer Dicke sowohl in den Beleuchtungs- wie auch in den Abbildungsstrahlengang. Die geometrischoptischen Dicken sind stets so abgestimmt, daß die Scharfee- benen der beiden Strahlengange im Objektraum koinzidieren. Von Segment zu Segment ändert sich die Lage der Scharfeeben im Objektraum, so daß nach und nach der gesamte Objektraum schrittweise in der Tiefe "durchfokussiert" wird. Von Segment zu Segment ändert sich die Lage des konzentrischen Gitters in radialer Richtung. So wird die Phase bei jedem Wechsel eines Segmentes schrittweise definiert geändert, beispielsweise in Schritten von 90°. Durch die Auswertung eines Synchronisationsimpulses im Randbereich wird gewährleistet, daß nur dann ein Bild von der Empfanger-Matrix detektiert wird, wenn sich die planparallele Platte definierter Dicke mit dem konzentrisch ausgebildetes Gitter 81 vollflachig vor der Empfangerflache befindet. So kann in jedem Element der Empfanger- Matrix 6 ein periodischer Signalverlauf gewonnen werden, wobei jeder Signalwert des aufgenommenen Signalverlaufes mittels einer anderen Planparallelplatte in einem anderen Sektor erzeugt wird. Dabei ist die Phasendifferenz von Signalwert zu Signalwert aufgrund des optisch ausgelesenen Referenzgitters hochgenau bekannt.

Figur 6 zeigt eine 3D-Aufnahme-Anordnung, die besonders für den mobilen Einsatz, beispielsweise für die rechnergestutzte 3D-Orιentιerung von Robotern im Nahbereich für Greifaufgaben sehr geeignet ist. Weiterhin können auf dieser Anordnung 3D- hand-held-Gerate zur Erfassung von Objekten im Nahbereich bis zu 1 m basieren. Diese 3D-Aufnahme-Anordnung besteht aus einem Beleuchtungsobjektiv 1 und einem Abbbildungsobjektiv 2, wobei beide Objektive im Array-Raum einen zentralperspektivi- sehen Strahlengang aufweisen, und einem transparenten Profil- gitter 53, welches als ein strukturiertes 3D-Array angesehen werden kann und von einer Lichtquelle 4 beleuchtet wird. Diese kann eine Blitzlichtquelle mit einer Blitzfrequenz im Videotakt darstellen. Das transparente Profilgitter 53 weist mehrere Rampen 54 und 56 auf. Auf den schrägen Rampenflachen 55 der Rampe 54 befindet sich, wie in Figur 8 dargestellt, ein Bmar-Code-Muster, eine Bitmap, wobei die Richtungen der Rampenflachen oder zumindest die zugehörigen Ausgleichsgeraden im Hauptschnitt stets auf das Pupillenzentrum PZ des Ab- bildungsobjektivs 2 zeigen. Das Binar-Code-Muster wird in den Objektraum in unterschiedliche Tiefen abgebildet. Eine weitere Möglichkeit für die Ausbildung einer Rampenflache stellt

Figur 7 dar. Die Rampenflache 57 weist mehrere Stufen auf. Auf jeder Stufe befindet sich jeweils ein anderes Binar-Code- Muster. Den einzelnen Mustern sind die Bezeichnungen Ai, A₂, A₃ und A₄ zugeordnet. Die Ausgleichsgerade durch die Rampenflache, die Gerade AG_A] zeigt auf das Pupillenzentrum PZ des Abbildungsobjektivs 2. Die Rampenflache 55 auf dem transparenten Profilgitter 53 auf der Rampe 54, wobei erstere im Hauptschnitt durch eine Ausgleichsgerade AG_A3 repräsentiert werden kann, wird durch das Beleuchtungsobjektiv 1 in den Objektraum abgebildet. Das Beleuchtungsobjektiv 1 soll eine große relative Öffnung, beispielsweise 1:1,2 besitzen. Weiterhin sind Flachenbereiche der Objektoberflache in den Bildern Aχo, A₂₀, A3₀ und A₄₀ zur Veranschaulichung in möglichen Lagen gleichzeitig dargestellt. Ein leuchtendes Flachenelement 3A wird ebenfalls abgebildet und stellt das Bild B_FEL dar. Das Scharfevolumen SV_FEL des Bildes B_FEL ist dargestellt. Es weist keine große Tiefe aufgrund des großen relativen Off- nungsverhaltnisses auf. Das Abbildungsobjektiv ist dagegen stark abgeblendet. So werden die Elemente des Empfanger- Arrays mit einem wesentlich größeren Tiefenbereich abgebil- det. Das Bild der gesamten Rampenflache befindet sich so im Scharfevolumen SV_EE des zugehörigen Elementes der Empfanger- Matrix 6. Bei einer großen relativen Öffnung des Beleuchtungsobjektivs 1 verschwindet das Bild eines Musters bei einer Bewegung des Objektes in der Tiefe sehr schnell. In meh- reren zum Hauptschnitt parallelen Ebenen können Rampenflachen 54 auf dem transparenten Profilgitter 53 mit einer jeweils anderen mittleren Gegenstandsweite angeordnet sein, so daß Elemente einer Objektoberflache 5 in verschiedenen Tiefen des Objektraumes erfaßt werden können und so der Tiefenerfas- sungsbereich besonders groß ist.

Die Figur 9 zeigt eine Applikation für die Gewinnung von digitalen Punktwolken, die für das 3D-Fernsehen eingesetzt wer- den kann, beispielsweise bei Sportveranstaltungen, wo eine gute Ausleuchtung gegeben ist. Aber auch im Amateur- Videobereich und in der Fotografie ist die Anordnung nach Figur 9 für die 3D-Aufnähme anwendbar. Für die Erzeugung einer einzelnen 3D-Aufnahme wird eine Folge von Bildern mit den beiden Empfänger-Matrizen 6 und 14 aufgenommen. Die Verschiebungen der Empfänger-Matrix 6 und der Empfänger-Matrix 14 werden so durchgeführt, daß sich der Schärfebereich von Bild zu Bild verändert, bis der Objektraum vollständig in der Tie- fe erfaßt ist. Die Beleuchtung erfolgt dabei mittels natürlichem Licht oder Kunstlicht, welches in der Regel keine räumliche Strukturierung aufweist. Den beiden Empfänger-Matrizen 6 und 14 ist jeweils ein erstes Abbildungsobjektiv 33 und ein zweites Abbildungsobjektiv 2 zugeordnet. Das erste Abbil- dungsobjektiv 33 und das zweite Abbildungsobjektiv 2 sind im Array-Raum telezentrisch, wodurch beim Abbildungsobjektiv 33 der Brennpunkt F₀ι und das Pupillenzentrum PZ₀ι zusammenfallen. Beim Abbildungsobjektiv 2 fallen aufgrund der Telezen- trie der Brennpunkt F₀₂ und das Pupillenzentrum PZ₀₂ ebenfalls zusammen. Die Bilder der zur Geraden g_Aι_P parallelen Geraden und damit auch die Verschiebungsstrecken der Elemente der Empfänger-Matrix 6 auf diesen Geraden werden durch das Abbildungsobjektiv 33 in den Objektraum abgebildet und stellen dort ein Streckenbüschel mit dem Konvergenzpunkt K_2i der Strecken, beziehungsweise ein Geradenbüschel mit dem Schnitt in K_2i dar, welches auch die Gerade g₀ιp enthält. Außerdem werden die Bilder der zur Geraden g_A2P parallelen Geraden und damit auch die Verschiebungsstrecken der Elemente der Empfänger-Matrix 14 auf diesen Geraden durch das Abbildungsobjektiv 2 abgebildet, wodurch im Objektraum ein Streckenbüschel mit dem Konvergenzpunkt K₂₂ der Strecken und ein Geradenbüschel mit dem Schnitt in K₂₂ entstehen. Dieses Geradenbüschel enthält die Gerade g_02P , die mit der Geraden g₀ι_P zusammenfällt. Die Verschiebungen der Empfanger-Matrix 6 und der Empfanger- Matrix 14 werden so durchgeführt, daß die Streckenbuschel mit dem Konvergenzpunkt K_2i und die Streckenbuschel mit dem Konvergenzpunkt K₂₂ gemeinsam im Koinzidenzpunkt K₀ koinzidieren. Dadurch existiert für jedes Element der Empfanger-Matrix 6 genau ein korrespondierendes Element auf der Empfanger-Matrix 14. Die beiden Empfanger-Matrizen 6 und 14 sind mit mindestens einem leistungsfähigen Rechner, der wiederum in ein Hochleistungs-Kommunikationsnetz eingebunden ist, über je ein Interface verbunden. Die Empfanger-Matrizen 6 und 14 sind mit einer präzisen Linearfuhrung 20 verbunden, welche wiederum mit einem rechnergesteuerten, hochdynamischen Linearmotor 21 verbunden ist. Die beiden Empfanger-Matrizen 6 und 14 werden in z_A-Rιchtung in Richtung der beiden Brennpunkte F_Aι und F_A2 bewegt, wodurch sich die Lage der gemeinsamen Scharfeebene SCH i-1 im Objektraum ändert. Die Objekte 5, 18 und 19 sind durch eine Lichtquelle 15 ausreichend beleuchtet. Zuerst wird das Objekt 5 im Punkt P_{3 x} , welches sich auf der Geraden g₀₃ ι z _P befindet, welche den Ort der komzidierenden Geraden g₀₃ ι _P und g_{0 3 2Pp} darstellt, von der gemeinsamen Scharfeebene

SCH l erfaßt. Anschließend, beispielsweise nur wenige Millisekunden spater, erfolgt die Erfassung der Objektoberflache

18, beispielsweise durch den Punkt P_{k x+}ι durch die gemeinsamen Scharfeebene SCH l+l, wobei sich ein Objektpunkt der Ob- jektoberflache 18 zu diesem Zeitpunkt auf der Geraden g₀ k I 2 p , welche den Ort der komzidierenden Geraden g_{0 k 1 P} und g₀ 2 _P darstellt, befindet. Noch einige Millisekunden spater erfolgt die Erfassung der ersten Punkte der Objektoberflache

19. Die Hubfrequenz der Bewegung der beiden Empfanger- Matrizen 6 und 14 erfolgt mit beispielsweise 24 Hz. Die Auswertung der von den beiden Empfanger-Matrizen 6 und 14 aufgenommenen Bilder erfolgt so, daß Signale aus Elementen gebildet werden, die sich auf jeweils parallel zu der Geraden g_Aι_P und g_A2P befindenden Geraden, beispielsweise auf den Geraden gAjiPr gAkip , gAj₂p oder g_Ak₂p zur gleichen Zeit am zumindest annähernd gleichen Ort befinden, also korrespondierende Elemente darstellen. Aus den detektierten Signalen S_Xj und S_2j je eines Paares korrespondierender Elemente werden, wie bereits beschrieben, mittels Korrelationsverfahren die z₀-Koordinaten errechnet und aus diesen die gesamte Punktwolke der Objektoberfläche oder der Szene durch die Kenntnis der Geometrie der Anordnung und der Abbildungsmaßstäbe über der z₀-Koordinate. Bei bewegten Objekten erfolgt eine Bereitstellung von Punktwolken im Videotakt. Die Information über die Farbe des jeweiligen Objektpunktes ergibt sich beispielsweise aus dem Empfängerelement, welches dem Korrelationsmaximum am nächsten liegt. Aus den errechneten Punktwolken erfolgt eine Berech- nung der Flächenmodelle der Objekte und der Szene. Dies erfordert eine sehr hohe Rechengeschwindigkeit, die auf der Basis spezieller Prozessoren jedoch realisierbar ist. Es ist möglich, jedem Element der Empfänger-Matrizen 6 und 14 einen eigenen Prozessor zuzuordnen. Dies ist für die Ausführung der bereits beschriebenen Kreuzkorrelation sehr von Vorteil. Zur Übertragung der errechneten Daten für die 3D-Wiedergabe können Datenreduktionstechniken eingesetzt werden.

Die Figur 10 zeigt eine 3D-Aufnahme-Anordnung, die beispiels- weise als Mehrebenen-Hindernis-Sensor bei Tageslicht eingesetzt werden kann. Es sind zwei Abbildungsstrahlengänge mit zwei Abbildungsobjektiven 33 und 2 angeordnet, wobei die Abbildungsobjektive 33 und 2 jeweils im Array-Raum telezen- trisch ausgeführt sind. Dies ist nicht zwingend erforderlich, bringt jedoch konstruktive Vorteile. Jedem Abbildungsobjektiv 33 und 2 ist je ein räumlich strukturiertes Empfänger-Array

106 und 114 zugeordnet. Diese weisen je zwei Empfängerflächen

107 und 108 sowie 109 und 110 auf und sind senkrecht zum Hauptschnitt angeordnet. Außerdem befinden sich diese Empfängerflächen 107 und 108 sowie 109 und 110 parallel zu einer Geraden g_Aι_P beziehungsweise parallel zu einer Geraden g_A2P. Diese Geraden g_AiP und g_A2P schneiden jeweils den Brennpunkt F_ÄΛI und F_AA2 des zugehörigen Objektivs und den Punkt P_A in der gemeinsamen Hauptebene der beiden Abbildungsobjektive 33 und 2. Die Bilder der Empfängerflächen 107 und 108 sowie 109 und 110 werden nach der Scheimpflugbedingung in den Objektraum abgebildet, wobei die Koinzidenz der beiden Bilder der Emp- fängerflächen 107 und 109 sowie 108 und 110 des räumlich strukturierten Empfänger-Arrays 106 und 114 gegeben ist. Von einer beleuchteten Objektoberfläche 5 erfolgt die Abbildung von Elementen auf die vier Empfängerflächen 107 und 109 sowie 108 und 110. Beispielsweise werden auf der Objektoberfläche die Punkte Oi und 0₂ abgebildet. Es kann das bereits im Detail beschriebene Korrelationsverfahren für die Bestimmung der z₀-Lage der Punkte O_x und 0₂ unter Nutzung der Grauwertoder Farbverteilungen, bei Einsatz von Farbkameras als Empfänger-Matrizen, aus dem Umfeld verwendet werden. Dabei erge- ben sich hier vier Signalverläufe Si und S₂ sowie S₃ und S₄ jeweils in der Zeile der zugehörigen Empfänger- Matrix im Hauptschnitt über die jeweils zeilenweise Auslesung, wobei beispielsweise jeweils in der A_A- beziehungs- weise B_A- Position begonnen wird. Hier bilden jeweils für einen Punkt im Objektraum auf den beiden im Objektraum zusammenfallenden Bildern der Empfängerflächen 107 und 108 sowie 109 und 110 die zugehörigen, feststehenden Elemente von je zwei Empfängerflächen 107 und 108 oder 108 und 110 je ein korrespondierendes Paar.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur dreidimensionalen Objekterfassung mit wenigstens zwei Abbildungssystemen, die dem Objekt zugewandte Abbildungsoptiken aufweisen, wobei wenigstens eines als Beobachtungssystem zur Objektbeobachtung ausge- staltet ist und wenigstens eines ein vor der Abbildungsoptik bewegliches Elementarmittel aufweist, dessen Elementarbild sich auf einer Bildpunktlinie durch den Objektraum bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Elementarmittel als mit Lateralkomponente zur optischen Achse der Abbilddungsoptik bewegliches Elementarmittel ausgebildet ist und das Beobachtungssystem zur Beobachtung längs der Bildpunktlinie angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abbildungssysteme beide Beobachtungssysteme darstellen.

3. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungssysteme Detektions-Arrays, insbesondere CCD-Arrays umfassen.

4. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektor-Arrays synchron bewegt werden.

5. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektor-Arrays auf Piezostellmitteln, insbesondere zur Synchronbewegung mit Abstandsveranderung, angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, welche zur Signal- auswertung mit den beiden Detektor-Arrays verbunden und zur Auswertung des Signalverhaltens dazu angeordnet ist, eine Objektoberflachenpunkterfassung zu signalisieren, wenn auf einem Arraybereich des ersten Abbildungssystems ein vorbestimmtes Signalverhalten und auf einem zugeord- neten Arraybereich des zweiten Abbildungssystems gleichfalls ein vorbestimmtes Signalverhalten erfasst wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Abbildungssysteme ein Beleuchtungssystem ist.

8. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem zur Ausleuchtung des Objektes ei- ne Vielzahl von Leuchtelementen umfasst, welche die beweglichen Elementarmittel realisieren.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leuchtmittelerregerschal- tung vorgesehen ist, um die Elementarmittelbewegung zumindest partiell als virtuelle Bewegung durch sukzessive ein vorgegebenes Erregungsmuster der Leuchtelemente zu simulieren.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beleuchtungssystem ein verschiebliches Gitter, insbesondere geometrisches Ab- schattungsgitter umfasst.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungssystem eine Vielzahl von Beobachtungs- elementen umfasst.

12. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungselemente durch Bereiche, insbesondere Elemente eines Detektor-Arrays, insbesondere eines CCD- Arrays realisiert sind.

13. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor-Ausgang eine Auswerteeinheit zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, eine Oberflächenerfassung zu signalisieren, wenn an einem Beobachtungselement des Arrays ein bestimmtes Signalmuster, insbesondere ein Signalmaximum, insbesondere absolutes Signalmaximum er- fasst wird.

14. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, die Koordina- ten des erfassten Objekt-Oberflächenbereiches in Abhängigkeit von der Position des beweglichen Elementarmittels zu bestimmen.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pupille des Beobachtungssystems zumindest naherungsweise m der Fokalebene der Abbildungsoptik des Beleuchtungssystems angeordnet ist.

16. Verfahren zur 3D-Aufnahme von einer Objektoberflache in einer Szene mit einer elektromagnetischen Strahlungsquelle, wobei diese mittels mindestens eines strukturierten Arrays als em strukturiert leuchtendes Array ausgebildet ist und em Flachenelement leuchtet und einem Beleuchtungsstrahlengang mit einem dem strukturiert leuchtenden Array zugeordneten Beleuchtungsobjektiv, welches eine Abbildung des leuchtenden Flachenelementes realisiert, und einem Abbildungsstrahlengang für die Ab- bildung von Elementen der Objektoberflache und Empfanger-Array mit mindestens zwei Elementen und mit einem dem Empfanger-Array zugeordneten Abbildungsob ektiv und Elemente des Empfanger-Arrays im Aufnahmevorgang Strahlung von Elementen der beleuchteten Objektoberflache im Objektraum detektieren und von Elementen des Empfanger- Arrays durch das Abbildungsobjektiv stets auch Bilder im Objektraum mit einem geometrisch-optischen Scharfevolumen gebildet werden und durch die Abbildung des leuchtenden Flachenelementes mit dem Beleuchtungsobjektiv em Bild desselben im Objektraum mit einem geometrischoptischen Scharfevolumen gebildet wird und die Detektion von Strahlung von den Elementen der Objektoberflache durch Elemente des Empfanger-Arrays in einem Zeitbereich (Δt_B) erfolgt, in welchem mit mindestens einem leuchten- den Flachenelement des strukturiert leuchtenden Arrays eine vorbestimmte Verschiebung durchgeführt wird, einschließlich einer vorbestimmten optischen Verschiebung als Ergebnis einer geometrisch-optischen Weglangenande- rung, um so ein leuchtendes Flächenelement zu unterschiedlichen Zeitpunkten an unterschiedlichen Orten Strahlung aussendet, gekennzeichnet dadurch, daß das Schärfevolumen eines Bildes des leuchtenden Flächenele- mentes im Objektraum gebildet ist, und das Schärfevolumen eines Bildes des Empfänger-Arrays im Objektraum und ein Element der Objektoberfläche zumindest näherungsweise durch eine vorbestimmte Verschiebung des leuchtenden Flächenelementes mit einer Verschiebungskomponente par- allel zur optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs zur Koinzidenz gebracht werden, wobei beim Auftreten der Koinzidenz das an dieser Koinzidenz beteiligte Element des Empfänger-Arrays eine zeitlich veränderte Bestrahlung erfährt .

17. Verfahren zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche in mindestens einer Szene nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, daß in den Zeitintervallen (Δti) der Detektion von Strahlung die leuchtenden Flächenele- mente auf je einer eigenen Verschiebungsstrecke relativ zum Beleuchtungsobjektiv verschoben werden und die leuchtenden Flächenelemente zumindest zu einem Zeitpunkt

(t_x) innerhalb eines Zeitintervalls (Δti) in einer Leuchtdichteverteilung jeweils eine zumindest näherungs- weise vorherbestimmt gleichbleibende, relative Leuchtdichte aufweisen und die leuchtenden Flächenelemente dabei stets auf je einer B-Strecke (BS_Aj) positioniert werden, wobei die B-Strecken (BS_Aj) die Sollorte für die leuchtenden Flächenelemente zumindest zu einem Zeitpunkt (ti) innerhalb des Zeitintervalls (Δti) darstellen, und die Bilder dieser B-Strecken (BS_Aj) im Objektraum durch Abbildung mit einem Beleuchtungsobjektiv (1) stets zu einem Streckenbüschel (SB_X) mit einem Konvergenzpunkt (Ki) geformt sind, wobei der Konvergenzpunkt (Ki) , mindestens in einem Abstand von der optischen Achse des Beleuchtungsobjektivs (1) vom lβten Teil und maximal in einem Abstand vom lδfachen des Abstandes des Pupillenzentrums (PZ_0B) des Beleuchtungsobjektivs (1) vom Pupillenzentrum (PZ_0A) des Abbildungsobjektivs (2) im Objektraum positioniert ist und zumindest in einem Zeitbereich (Δt_B) während des Verschiebungsvorganges der leuchtenden Flächenelemente jeweils genau ein Bild von einem Empfängerelement und jeweils genau ein Bild von einem leuchtenden Flächenelement im Objektraum zumindest zu einem einzigen Zeitpunkt (ti) innerhalb eines jeden Zeitintervalls (Δti) der Detektion zumindest näherungs- weise gemeinsam auf dem Bild einer B-Strecke (BS_A3) positioniert werden und so zumindest zu diesem Zeitpunkt (ti ) aus dem Bild von einem Empfängerelement und dem Bild eines leuchtenden Flächenelementes jeweils im Objektraum ein Paar mit fester Zuordnung gebildet wird und so im Objektraum derartige Paare erzeugt werden und diese Paare durch den Objektraum geschoben werden, wobei Schärfevolumina von Bildern der leuchtenden Flächenelemente mit Flächenelementen der Objektoberfläche (5) mindestens einmal im Verschiebungsvorgang innerhalb eines Zeitintervalls (Δti) zusammenfallen und die Elemente des Empfänger-Arrays im Zeitintervall (Δti) der Koinzidenz einen Signalverlauf mit mindestens einem relativen Extremum der Signalgröße detektieren, wobei der Zeitbereich (Δt_B) größer als das Zeitintervall (Δti) gemacht wird und so mindestens ein Zeitintervall (Δti) i Zeitbereich (Δt_B) zeitlich eingepaßt wird und bei der Verschiebung die Positionen der leuchtenden Flächenelemente des strukturiert leuchtenden Arrays und die Positionen der Elemente des Empfänger-Arrays stets aus der Lage des Beleuchtungsobjektivs (1) und der Lage des Abbildungsobjektivs (2) in der 3D-Aufnahme-Anordnung und der Brenn- weite (f_B) des Beleuchtungsobjektivs (1) und der Brennweite (f_A) des Abbildungsobjektivs (2) so bestimmt und realisiert werden, daß im Objektraum sowohl die leuchtenden Flächenelemente des strukturiert leuchtenden Arrays als auch die Elemente des Empfänger-Arrays zumin- dest näherungsweise in einem Teil des Objektraumes in die gleiche Ebene abgebildet werden.

18. Verfahren zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 16 und 17, gekennzeichnet dadurch, daß in den Zeitintervallen (Δti) der Detektion von Strahlung jeweils ein leuchtendes Flächenelement auf je einer B-Strecke positioniert wird und die B-Strecken auf das Pupillenzentrum des Abbildungsobjektivs im Array- Raum gerichtet werden, so daß der Konvergenzpunkt dabei zumindest annähernd im Pupillenzentrum des Abbildungsobjektivs positioniert wird, und während des Verschiebungsvorganges jeweils ein Bild von einem Empfängerelement und jeweils ein Bild von einem leuchtenden Flä- chenelement im Objektraum zumindest näherungsweise gemeinsam auf dem Bild einer B-Strecke positioniert werden und aus dem Bild von einem Empfängerelement und dem Bild eines leuchtenden Flächenelementes jeweils im Objektraum ein Paar mit fester Zuordnung gebildet wird und so im Objektraum Paare von Bildern erzeugt werden und während des Verschiebungsvorganges der leuchtenden Flächenelemente jeweils ein Bild von einem Empfängerelement und jeweils ein Bild von einem leuchtenden Flächenelement im Objektraum einmal zumindest näherungsweise zur Koinzidenz gebracht werden.

19. Verfahren zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 16 und 17, gekennzeichnet dadurch, daß der Konvergenzpunkt (Ki) zumindest annähernd in der Brennebene des Beleuchtungsobjektivs (1) im Objektraum und zusätzlich im Pupillenzentrum (PZ_0A) der Pupille eines Abbildungsobjektivs (2) im Objektraum positioniert wird und während des Verschiebungsvorganges jeweils ein Bild von einem Empfängerelement und jeweils ein Bild von einem leuchtenden Flächenelement (3A) im Objektraum zu- mindest zu einem Zeitpunkt (t_x) innerhalb eines jeden

Zeitintervalls (Δt_x) der Detektion zumindest näherungsweise gemeinsam auf dem Bild einer B-Strecke (BS_A3) positioniert werden und so zumindest zu diesem Zeitpunkt (t_x ) aus dem Bild von einem Empfängerelement und dem Bild eines leuchtenden Flächenelementes (3A) jeweils im Objektraum ein Paar mit fester Zuordnung gebildet wird und so im Objektraum derartige Paare mit fester Zuordnung erzeugt werden und die B-Strecken (BS_A3) parallel zu einer Geraden (g_AP) positioniert werden, wobei die Gerade (g_AP) den Brennpunkt F_AB des Beleuchtungsobjektivs (1) im Array-Raum schneidet und den Anstieg mit dem Betrag aus dem Quotienten „Abstand des Pupillenzentrums (PZ_0A) der Pupille des Abbildungsobjektivs (2) im Objektraum von der Achse des Beleuchtungsobjektivs (1) und der Brennweite (f_B) des Beleuchtungsobjektivs (1)" aufweist, wobei dieser Anstieg der Geraden (g_AP) auf die Achse des Beleuchtungsobjektivs (1) bezogen ist.

0. Verfahren zur 3D-Aufnähme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach einem der Ansprüche 16, 17 und 19, gekennzeichnet dadurch, daß zu- mindest annähernd eine geradlinige relative Verschiebung des Empfänger-Arrays zum Abbildungsobjektiv (2) parallel zur optischen Achse des Abbildungsobjektivs (2) durchgeführt wird und bei der Verschiebung mehrfach nacheinander Signalwerte aus je einem Empfängerelement ausgelesen werden und so je ein Signalverlauf mittels eines Empfängerelementes gebildet wird und bei Abbildung von mehrfach so erzeugten Verschiebungsstrecken von Elementen des Empfänger-Arrays mit dem Abbildungsobjektiv (2) aus deren Bildern im Objektraum zumindest annähernd minde- stens ein Streckenbüschel (SB₂) mit einem Konvergenzpunkt (K₂) im Brennpunkt (F_0A) des Abbildungsobjektivs (2) gebildet wird.

21. Verfahren zur 3D-Aufnähme von mindestens einer Objekto- berflache (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 16, 17, 19 und 20, gekennzeichnet dadurch, daß der Konvergenzpunkt (Ki) des Streckenbüschels (SBi) gemeinsam mit dem Konvergenzpunkt (K₂) des Streckenbüschels (SB₂) im Objektraum sowohl mit dem Brennpunkt (F_0A) als auch mit dem Pupillenzentrum (PZ_0A) der Pupille des Abbildungsobjektivs (2) zumindest annähernd zur Koinzidenz gebracht werden, wobei das Beleuchtungsobjektiv (1) und das Abbildungsobjektiv (2) jeweils arrayseitig zumindest näherungsweise telezentrisch aus- geführt sind, und leuchtende Flächenelemente (3A) zumindest annähernd parallel zu einer Geraden (g_A) auf Strek- ken verschoben werden und die Gerade (g_A) den Brennpunkt (F_AB) des Beleuchtungsobjektivs (1) im Array-Raum durchstoßt und für die Gerade (g_A) der Anstieg mit dem Betrag aus dem Quotienten „Brennweite des Beleuchtungsobjektivs (1) und Abstand (d) des Brennpunktes (F_M) des Abbil- dungsobjektivs (2) von der Achse des Beleuchtungsobjektivs (1) im Objektraum" realisiert wird, wobei dieser Anstieg der Geraden (g_A) auf eine achssenkrechte Gerade zur Achse des Beleuchtungsobjektivs (1) bezogen ist.

22. Verfahren zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberflache (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 21, gekennzeichnet dadurch, daß die Position mindestens eines leuchtenden Flachenelementes ortsfest gemacht ist und zumindest Kompo- nenten des Beleuchtungsobjektivs bewegt werden.

23. Verfahren zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberflache in mindestens einer Szene mit mindestens einer elektromagnetischen Strahlungsquelle, wobei diese mit- tels mindestens eines strukturierten Arrays als mindestens em strukturiert leuchtendes Array mit mindestens zwei Flachenelementen ausgebildet ist und mindestens ein Flachenelement leuchtet, wobei jedes leuchtende Flächenelement durch eine zumindest naherungsweise vorbe- stimmte Leuchtdichte und durch einen vorbestimmten Ort definiert ist, und mit mindestens einem Beleuchtungsstrahlengang mit mindestens einem dem strukturiert leuchtenden Array zugeordneten Beleuchtungsobjektiv, welches eine Abbildung der leuchtenden Flachenelemente realisiert und mit mindestens einem Abbildungsstrahlengang für die Abbildung von Elementen der mindestens einen Objektoberflache und mindestens einem Empfanger- Array mit mindestens zwei Elementen und einem dem Empfänger-Array zugeordneten Abbildungsobjektiv und Elemente des Empfänger-Arrays im Aufnahmevorgang Strahlung von Elementen der mindestens einen beleuchteten Objekto- berflache im Objektraum detektieren und von Elementen des Empfänger-Arrays durch das Abbildungsobjektiv stets auch Bilder im Objektraum, der dem Szenenraum entspricht, mit einem geometrisch-optischen Schärfevolumen gebildet werden und Elemente der mindestens einen Objek- toberfläche mit mindestens einem Abbildungsobjektiv abgebildet werden und durch die Abbildung des mindestens einen leuchtenden Flächenelementes mit dem Beleuchtungsobjektiv ein Bild eines leuchtenden Flächenelementes im Objektraum mit einem geometrisch-optischen Schärfevolu- men gebildet wird, gekennzeichnet dadurch, daß leuchtende Flächenelemente in den Zeitintervallen (Δt_x) der Detektion von Strahlung in einem Zeitbereich (Δt_B) zumindest näherungsweise an je einem eigenen Ort im strukturiert leuchtenden Array relativ zum Beleuchtungsobjektiv angeordnet und durch Ansteuerung zum Leuchten gebracht werden und durch das Beleuchtungsobjektiv abgebildet werden und das mindestens eine leuchtende Flächenelement zumindest zu einem Zeitpunkt (t_x) innerhalb des Zeitintervalls (Δt_x) stets auf einen vorherbestimmten Ort im Objektraum abgebildet wird und dieser Bildort des mindestens einen leuchtenden Flächenelementes im Objektraum durch eine Ansteuerung verändert wird, indem ein jeweils anderes, vorbestimmtes Flächenelement angesteuert und zum Leuchten gebracht wird, so daß das Bild je eines leuchtenden Flächenelementes auf einer steuerbaren Bahnkurve, strukturiert aus Abstandsinkrementen der Bilder der Abstände der leuchtenden Flächenelemente im Array- Raum, durch den Objektraum geschoben wird - im Sinne des gesteuerten Einnehmens vorherbestimmter, unterschiedlicher Positionen - und in jeder Position nach der Verschiebung um ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandsin- krementes mindestens ein Signalwert mit einem Empfängerelement detektiert wird und so aus mehreren Vorgängen des Detektierens und Auslesens von Elementen des Empfänger-Arrays ein Signalverlauf gebildet wird und der Ort des detektierten und ausgelesenen Elementes des Empfän- ger-Arrays kontinuierlich verändert wird und die Orte der detektierten und ausgelesenen Elemente des Empfänger-Arrays an Orten im Empfanger-Array liegen und das Bild dieses Ortes, mit dem vorherbestimmten Bildort des leuchtenden Flächenelementes im Objektraum zumindest nä- herungsweise optisch konjugiert ist und so je ein Bild eines detektierten und ausgelesenen Elementes des Empfänger-Arrays mit dem Bild jeweils eines leuchtenden Flächenelementes zumindest zu einem Zeitpunkt (t_x) innerhalb des Zeitintervalls (Δt_x) im Objektraum zur Koin- zidenz gebracht ist und so je ein Paar von Bildern mit wechselnden Bildern erzeugt werden, und diese Paare nach und nach verschiedene Positionen im Objektraum einnehmen und so durch derartige Paare nach und nach der Objektraum in der Tiefe durchsetzt wird, wobei Schärfevolumi- na des Bildes je eines leuchtenden Flächenelementes mit je einem Flächenelement der Objektoberfläche mindestens einmal im Zeitbereich (Δt_B) in einem Zeitintervall (Δt_B) zusammenfallen und die detektierten und ausgelesenen Elemente des Empfänger-Arrays im Zeitintervall (Δt_x) der Koinzidenz einen Signalverlauf mit mindestens einem relativen Extremum der Signalgröße aufweisen, wobei der Zeitbereich (Δt_B) größer als das Zeitintervall (Δt_x) ge- macht wird und so mindestens ein Zeitintervall (Δti) in den Zeitbereich (Δt_B) zeitlich eingepaßt wird.

24. Verfahren zur 3D-Aufnahme mit mindestens einer Objekto- berflache (5) in mindestens einer Szene mit einem ersten und mindestens einem zweiten Abbildungsstrahlengang, wobei zwischen den beiden Achsen von zwei Abbildungsobjektiven (2, 33) für die Abbildung der Objektoberflächen (5, 18, 19) eine Symmetrielinie gebildet ist, und mit mindestens je einem in jedem Abbildungsstrahlengang dem Abbildungsobjektiv zugeordneten Empfänger-Array , wobei die beiden Empfänger-Arrays jeweils Elemente aufweisen, die im Aufnahmevorgang im Zeitbereich (Δt_B) Strahlung von den Elementen der beleuchteten Objektoberflächen im Objektraum detektieren, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Empfänger-Arrays im Aufnahmevorgang im Zeitbereich (Δt_B) je eine Verschiebung an einen anderen Ort erfahren und zumindest näherungsweise die Detektion von Strahlung von den Elementen der Objektoberflächen durch die Elemente des Empfänger-Arrays gleichzeitig erfolgt und die Elemente des Empfänger-Arrays anschließend ausgelesen werden und jeweils Signalwerte gewonnen werden und beim Aufnahmevorgang die zwei Empfänger-Arrays gleichzeitig auf Verschiebungsstrecken verschoben werden und die Bilder der Verschiebungsstrecken im Objektraum zumindest annähernd auf der Symmetrielinie zwischen den beiden Achsen der Objektive (2, 33) positioniert werden und aus dem Streckenbüschel der Bilder der Verschiebungsstrecken der einzelnen Elemente des ersten Empfän- ger-Arrays ein Konvergenzpunkt (K_2i) gebildet wird und aus dem Streckenbüschel der Bilder der Verschiebungsstrecken der einzelnen Elemente des zweiten Empfänger- Arrays ein Konvergenzpunkt (K₂₂) gebildet wird und der Konvergenzpunkt (K_2l) und der Konvergenzpunkt (K₂₂) auf der Symmetrielinie zumindest näherungsweise zur Koinzidenz gebracht werden und einen Konvergenzpunkt (K_o) bil- den und die beiden Empfanger-Arrays so verschoben werden, daß deren Bilder zumindest teilweise im Objektraum zusammenfallen, so daß die Bilder der Elemente des ersten Empfanger-Arrays und die Bilder der Elemente des zweiten Empfanger-Arrays im Objektraum paarweise zumin- dest naherungsweise zur Koinzidenz gebracht werden, wobei die paarbildenden Elemente der beiden Empfanger- Arrays jeweils korrespondierende Elemente darstellen und Signalverlaufe (Si) des ersten Empfanger-Arrays durch Auslesen der Elemente wahrend der Verschiebung des er- sten Empfanger-Arrays gebildet werden und die Verschiebung des ersten Empfanger-Arrays parallel zu einer Geraden (g_Aip) durchgeführt wird und so die Elemente des ersten Empfanger-Arrays zumindest annähernd parallel zu einer Geraden (g_Aip) verschoben werden und Signalverläufe (S₂) des zweiten Empfanger-Arrays durch Auslesen der

Elemente wahrend der Verschiebung des zweiten Empfanger- Arrays gebildet werden und die Verschiebung des zweiten Empfanger-Arrays parallel zu einer Geraden (g_A2P) durchgeführt wird und so die Elemente des zweiten Empfänger- Arrays zumindest annähernd parallel zu einer Geraden

(gA₂p) verschoben werden und die Gerade (g_Aip) zumindest näherungsweise in einem Punkt (P_Aι) auf der Symmetrielinie in der Hauptebene des ersten Abbildungsobjektivs (2) im Array-Raum und die Gerade (g_A2p) zumindest naherungs- weise in einem Punkt (P_A2) auf der Symmetrielinie in der Hauptebene des zweiten Abbildungsobjektivs (33) zum Schnitt gebracht werden, wobei die Gerade (g_Aip) zusätzlich den Brennpunkt (F_Aι) des ersten Abbildungsobjektivs (33) und die Gerade (g_A2P) den Brennpunkt (F_A2) des Abbildungsobjektivs (2) im Array-Raum enthalten, und aus den beiden Signalverläufen (Sι₃) und (S₂₃ ) von zwei korrespondierenden Elementen und der Empfänger-Arrays, die über dem Weg der Verschiebung der beiden Empfänger- Arrays im Speicher eines Rechners abgelegt sind, durch das synchrone Verschieben einer Fensterfunktion, wobei diese Fensterfunktion mindestens ein einziges Fenster mit einer minimalen Fensterlänge entsprechend zwei Signalwerten und eine maximale Fensterlange aufweist, die zumindest naherungsweise der Lange der Signalverläufe (Si-, ) und (S₃ ) entspricht, um mindestens einen Signalwert, der einem Inkrement der Verschiebung der Empfanger-Arrays entspricht, über jeden dieser beiden Signalverläufe (Sι₃) und (S₂₃ ) und aus jedem aktuellen Fenster in der Position k, mit 1 < k < m, je ein Signalstuck (Si teil Position k ₃ ) Und (S₂ teil Position k ₃ ) gebildet wird, wobei diese nacheinander gebildeten Signalstücke (Si teil ] Position k ₃ ) Und (S₂ teil ] Position k ₃ ) Sich in jedem der beiden Signalverlaufe (S_i3) und (S₂₃ ) in einem Teilbereich überdecken und wobei jeweils am gleichen Ende der beiden Signalverläufe (Sι₃) und (S₂-, ) mit dem Verschieben der Fensterfunktion in beiden Signalstücken begonnen wird, und jeweils ausgehend von zwei Signals- tücken in der Position 1 (S_x teil Position ι ₃ ) und

(S₂ teil Position ι ₃ ) die Kreuzkorrelationsfunktion berechnet wird, wobei jedoch vorher eines der beiden Signalstücke invertiert wird, das heißt alle Werte desselben gespiegelt werden, und so aus einem originalen Signals- tück (Si τeιi Position 1₃ ) und aus einem invertierten Signalstück (S_{2 T}e_Xι Position 1 _{INV 3} ) das Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion (MCC i2₃ Position 1 ) zwischen 0 und 1 berechnet und gespeichert wird und anschließend nach dem Verschieben der Fensterfunktion in die Position 2 für die beiden nächsten Signalstücke das Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion (MCC i _{2 3 Pos}i_ti_{on 2} ) in der beschriebenen Art berechnet wird bis die Fensterfunktion am anderen Ende der beiden Signalverläufe (Si_j, S₂j ) in der Position m angekommen ist und wiederum das Maximum (MCC 12 ₃ Position m ) der Kreuzkorrelationsfunktion (MCC 1₂ Position m ) bestimmt wird und von m berechneten Maxima (MCC_m ) eine Maximalwert-Kurve gebildet wird, wo- bei in dieser Maximalwert-Kurve wiederum das Maximum (M _{m 3} ) bestimmt wird und der Ort des Maximums (M _m - ) der Maximalwert-Kurve den beiden originalen Signalverläufen und damit dem Weg der Verschiebung der beiden Empfänger- Arrays zugeordnet wird und im Falle der Anwendung einer Fensterfunktion mit nur einem Fenster in nur einer Position der Ort des Maximums (M _{1 3} ) der berechneten Kreuzkorrelationsfunktion (MCC 1_{2 3} Position 1) den beiden originalen Signalverläufen und damit dem Weg der Verschiebung der beiden Empfänger-Arrays zugeordnet wird und der Ort des jeweils so bestimmten Maximums (M ₃ ) als Ort des zu den beiden korrespondierenden Elementen und zugehörigen Bildes des jeweiligen Elementes der Objektoberfläche (5, 18, 5) im Array-Raum definiert wird und aus dem Ort dieses Maximums (M ₃ ) im Array-Raum die z₀- Koordinate des jeweiligen Elementes der Objektoberfläche berechnet wird und auch die x₀- und y₀-Position des jeweiligen Elementes einer Objektoberfläche (5, 18, 5) aus der bekannten Geometrie der 3D-Aufnahmeanordnung berechnet wird, und so die Positionen von den Elementen einer Objektoberfläche (5, 18, 19), denen Signalverläufe zugeordnet werden können, berechnet werden, wobei die Geometrie der 3D-Aufnahmeanordnung bekannt und die Verschiebungen der Empfänger-Arrays vorbestimmt sind.

5. Verfahren zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach Anspruch 24, gekennzeichnet dadurch, daß die Achse eines ersten Abbildungsobjektivs (2) für die Abbildung der Objektoberflächen (5, 18, 19) parallel zur Achse eines zweiten Abbildungsobjektivs (33) für die Abbildung der Objektoberflächen (5, 18, 19) ausgerichtet ist und die Abbildungsobjektive (2, 33) zumindest näherungsweise bau- gleich gemacht sind und die Hauptebene des ersten Abbildungsobjektivs (33) im Array-Raum und die Hauptebene des zweiten Abbildungsobjektivs (2) zumindest näherungsweise in einer gemeinsamen Ebene zusammenfallen und die Empfänger-Arrays sich zumindest näherungsweise gemeinsam in einer Ebene befinden und beiden Punkte P_Ai und P_A2 zumindest näherungsweise in einem Punkt P_A zur Koinzidenz gebracht werden.

26. Verfahren zur 3D-Aufnähme von mindestens einer mit einer Strahlungsquelle (15) beleuchteten Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene mit einem ersten und mindestens einem zweiten Abbildungsstrahlengang, wobei die Achse eines ersten Abbildungsobjektivs (2) im Abbildungsstrahlengang für die Abbildung der Objektoberflä- chen (5, 18, 19) parallel zur Achse eines zweiten Abbildungsobjektivs (33) im Abbildungsstrahlengang für die Abbildung der Objektoberflächen (5, 18, 19) ausgerichtet ist, und so zwischen den beiden Achsen der beiden Abbildungsobjektive (2, 33) eine Symmetrielinie gebildet ist, und mit mindestens je einem in jedem Abbildungsstrahlengang dem Abbildungsobjektiv zugeordneten Empfänger-Array und die beiden Empfänger-Arrays jeweils Elemente aufwei- sen, die im Aufnahmevorgang im Zeitbereich (Δt_B) elektromagnetische Strahlung von den Elementen der beleuchteten Objektoberflächen im Objektraum detektieren, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Empfänger-Arrays im Aufnahmevorgang im Zeitbereich (Δt_B) je eine elektronisch gesteuerte, mechanische Verschiebung an einen anderen Ort erfahren und zumindest näherungsweise die Detektion von elektromagnetischer Strahlung von den Elementen der Objektoberflächen für die Dauer eines Zeitin- tervalls (Δt_x) durch die Elemente des Empfänger-Arrays gleichzeitig erfolgt und die Elemente des Empfänger- Arrays anschließend ausgelesen werden und jeweils Signalwerte gewonnen werden und beim Aufnahmevorgang die zwei Empfanger-Arrays gleichzeitig und parallel zu den jeweiligen optischen Achsen der parallelen, zumindest naherungsweise baugleichen Abbildungsstrahlengänge, deren Hauptebenen zusammenfallen, verschoben werden, wobei die Objektoberflächen in der Szene beleuchtet sind, und der Signalverlauf (Sι_z) durch Auslesen von lateral ne- beneinander liegenden Elementen des ersten Empfänger- Arrays wahrend der Verschiebung des ersten Empfanger- Arrays in Richtung der optischen Achsen so gebildet wird, daß jeweils genau die Elemente des Empfänger- Arrays zur Signalbildung benutzt werden, die auf Strek- ken liegen, die parallel zu einer Geraden (g_Aip) ausgerichtet sind und die den Punkt (P_A) in der gemeinsamen Hauptebene der Abbildungsobjektive (2, 33) zumindest näherungsweise schneidet, und so der gebildete Signalverlauf dem bei einer realen Verschiebung parallel zu einer Geraden (g_Aι_P) entstehenden Signalverlauf (Si) zumindest annähernd entspricht, und so zumindest jeweils zu einem Zeitpunkt t_x in einem Zeitintervall Δt_x ein aktueller Koinzidenzpunkt gebildet wird, der im Zeitbereich Δt_B nacheinander jeweils an verschiedenen vorbestimmten Orten des Objektraumes gebildet wird, und der Signalverlauf (S_2z) durch Auslesen von lateral nebeneinander lie- genden Elementen des zweiten Empfänger-Arrays während der Verschiebung des zweiten Empfänger-Arrays in Richtung der optischen Achsen so gebildet wird, daß jeweils genau die Elemente des Empfänger-Arrays zur Signalbildung benutzt werden, die auf Strecken, liegen, die par- allel zu einer Geraden (g_A2P) ausgerichtet sind und die den Punkt (P_A) in der gemeinsamen Hauptebene der Abbildungsobjektive (2, 33) zumindest näherungsweise schneidet, und so der gebildete Signalverlauf dem bei einer realen Verschiebung parallel zu einer Geraden (g_A2P) ent- stehenden Signalverlauf (S₂) zumindest annähernd entspricht und die Gerade (g_Aι_P) und die Gerade (g_A2P) in einem Punkt (P_A) zum Schnitt gebracht werden und zusätzlich die Gerade (g_AlP) den Brennpunkt (F_Al) des ersten Abbildungsobjektivs (33) und die Gerade (g_A2P) den Brenn- punkt (F_A2) des Abbildungsobjektivs (2) im Array-Raum enthalten und aus den beiden Signalverläufen (S_zι₃ ) und (S_z23 ) von zwei wechselnden korrespondierenden Elementen und der Empfänger-Arrays, die nur zu einem Zeitpunkt t_x korrespondieren, wobei die Signalverläufe (S_zι₃ ) und (S_z23 ) über dem Weg der Verschiebung der beiden Empfänger-Arrays im Speicher eines Rechners abgelegt sind, und hierbei die Auswertung mit dem Korrelationsverfahren mit zwei gefensterten Signalverläufen mit der jeweils stückweisen Inversion von Signalstücken erfolgt.

27. Verfahren zur 3D-Aufnähme von mindestens einer mit einer Strahlungsquelle (4) beleuchteten Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 25 und 26, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens ein Abbildungsobjektiv zum Empfänger-Array verschoben wird.

28. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene mit mindestens einer Strahlungsquelle (4), wobei diese mittels mindestens eines strukturierten Arrays als mindestens ein strukturiert leuchtendes Array ausgebildet ist und mindestens ein leuchtendes Flächenelement gebildet ist mit mindestens einem Beleuchtungsstrahlengang mit mindestens einem dem strukturiert leuchtenden Array, einschließlich einem Bild desselben, zugeordneten Beleuchtungsobjektiv (1), welches eine effektive Öffnungsblende mit einem

Blendenzentrum aufweist, zur strukturierten Beleuchtung der Objektoberflächen (5) im Objektraum und mit mindestens einem dem Beleuchtungsstrahlengang zugeordneten Abbildungsstrahlengang mit mindestens einer Abbildungs- stufe für die mindestens eine Objektoberfläche (5) mit mindestens einem dem Empfänger-Array oder einem Bild desselben zugeordneten Abbildungsobjektiv (2, 33) zur Abbildung der Elemente der Objektoberflächen, welches eine effektive Öffnungsblende mit einem Blendenzentrum aufweist, wobei Elemente des mindestens einen Empfänger- Arrays im Aufnahmevorgang Strahlung von den Elementen der beleuchteten Objektoberflächen im Objektraum detek- tieren, und mit einem Abstand (d) des Pupillenzentrums (PZ_0B) des Beleuchtungsobjektivs (1) im Objektraum vom Pupillenzentrum (PZ_0A) des Abbildungsobjektivs (2) im

Objektraum, gekennzeichnet dadurch, daß dem strukturiert leuchtenden Array ein Bewegungssystem mit mindestens ei- ner beweglichen Komponente zugeordnet ist und zumindest aus der mechanischen Bewegung des strukturiert leuchtenden Arrays die Verschiebungsstrecken der leuchtenden Flächenelemente im Array-Raum gebildet sind und nach Ab- bildung dieser Verschiebungsstrecken durch das Beleuchtungsobjektiv (1) in den Objekträum, deren Bild zumindest näherungsweise als mindestens ein Streckenbüschel (SBi) mit einem Konvergenzpunkt (Ki) gebildet ist und der Konvergenzpunkt (Ki) einen minimalen Abstand von der Achse des Beleuchtungsobjektivs (1) vom lβten Teil des Abstandes (d) aufweist und einen maximalen Abstand von der Achse des Beleuchtungsobjektivs (1) vom 16fachen des Abstandes (d) aufweist.

29. Anordnung zur 3D-Aufnähme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach 28, gekennzeichnet dadurch, daß die Verschiebungsstrecken der leuchtenden Flächenelemente im Array-Raum zumindest annähernd parallel angeordnet sind und so der Konvergenz- punkt (Ki) zumindest annähernd in der Brennebene des Beleuchtungsobjektivs (1) im Objektraum und im Pupillenzentrum (PZ_0A) des Abbildungsobjektivs (2) im Objektraum positioniert ist.

30. Anordnung zur 3D-Aufnähme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 28 und 29, gekennzeichnet dadurch, daß das leuchtende Array als elektronisch steuerbares Liniengitter mit einer Steuerbarkeit des Ortes der Lini- en ausgebildet ist.

31. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objekto- berflache (5) in mindestens einer Szene nach Anspruch 30, gekennzeichnet dadurch, daß die Linien senkrecht zum Hauptschnitt angeordnet sind, und die Verschiebungsstrecken der leuchtenden Flächenelemente und so auch der leuchtenden Flächenelemente mit lokalen Extrema der

Leuchtdichte im Array-Raum als Resultat der mechanischen Bewegung des strukturiert leuchtenden Arrays und der elektronischen Steuerung des strukturiert leuchtenden Arrays im Array-Raum gebildet sind und aus diesen Ver- Schiebungsstrecken im Array-Raum zumindest näherungsweise mindestens ein Streckenbüschel mit einem Konvergenzpunkt (Ki) gebildet ist und der Konvergenzpunkt (Ki) im Pupillenzentrum (PZ_ÄÄ ) des Abbildungsobjektivs (2) im Array-Raum angeordnet ist.

32. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 31, gekennzeichnet dadurch, daß die Verschiebungsstrecken der leuchtenden Flä- chenelemente zumindest annähernd parallel zu einer definierten Geraden (g_AP) angeordnet sind und die Gerade (g_AP) den Brennpunkt (F_AB) des Beleuchtungsobjektivs (1) im Array-Raum schneidet und den Anstieg mit dem Betrag aus dem Quotienten „Abstand des Pupillenzentrums (PZ_0A) der Pupille des Abbildungsobjektivs (2) im Objektraum von der Achse des Beleuchtungsobjektivs (1) und Brennweite (f_B) des Beleuchtungsobjektivs (1)" aufweist, wobei dieser Anstieg der Geraden (g_AP) auf die Achse des Beleuchtungsobjektivs (1) bezogen ist.

33. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 32, gekennzeichnet dadurch, daß eine Komponente des Bewegungssystems dem Empfanger- Array zugeordnet ist und so bei der mechanischen Bewegung des Empfanger-Arrays auf einer Verschiebungsstrecke dessen Elemente Verschiebungsstrecken (AS_A3) auf parallelen Geraden zugeordnet sind, wobei aus den Bildern (AS₀₃) dieser Strecken (AS_A3) bei Abbildung durch das Abbildungsobjektiv (2) zumindest naherungsweise mindestens ein Streckenbuschel (SB₂) mit einem Konvergenzpunkt (K₂) im Objektraum gebildet ist, und der Konvergenzpunkt (K_x) und der Konvergenzpunkt (K₂) mit dem Brennpunkt (F_0A) und dem Pupillenzentrum (PZ_0A) der Pupille des Abbildungsobjektivs (2) im Objektraum zumindest annähernd zur Koinzidenz gebracht sind und das Abbildungsobjektiv (2) auf der Seite des Raumes der Arrays telezentπsch ausgeführt

34. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberflache (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 33, gekennzeichnet dadurch, daß eine Komponente des Bewegungssystems dem Empfanger- Array zugeordnet ist und so bei der mechanischen Bewegung des Empfanger-Arrays auf einer Verschiebungsstrecke dessen Elemente Verschiebungsstrecken (AS_A] ) auf paral- lelen Geraden zugeordnet sind, wobei aus den Bildern dieser Strecken bei Abbildung durch das Abbildungsobjektiv (2) zumindest naherungsweise mindestens ein Strek- kenbuschel (SB₂) mit einem Konvergenzpunkt (K₂) im Objektraum gebildet ist, und der Konvergenzpunkt (K_x) und der Konvergenzpunkt (K₂) mit dem Brennpunkt (F_0A) und dem Pupillenzentrum (PZ_0A) der Pupille des Abbildungsob ektivs (2) im Objektraum zumindest annähernd zur Komzi- denz gebracht sind und das Beleuchtungsobjektiv (1) und das Abbildungsobjektiv (2) jeweils auf der Seite des Raumes der Arrays telezentrisch ausgeführt sind und die Achsen des Beleuchtungsobjektivs (1) und des Abbildungs- Objektivs (2) parallel zueinander angeordnet sind und die Brennebenen derselben im Objektraum zur Koinzidenz gebracht sind und daß die Komponenten des Bewegungssystems so angeordnet sind, daß für das leuchtende Array eine Gesamtbewegungsrichtung zumindest annähernd paral- lel zu einer Geraden (g_A) im Array-Raum realisiert ist, so daß die Elemente des strukturiert leuchtenden Arrays sich auf parallelen Geraden zur Geraden (g_A) bewegen und diese Gerade (g_A) mit dem Brennpunkt (F_AB ) des Beleuchtungsobjektivs (1) im Array-Raum zum Schnitt gebracht ist und den Anstieg mit dem Betrag aus dem Quotienten „Brennweite (f_B ) des Beleuchtungsobjektivs (1) und Abstand (d ) des Brennpunktes (F_ÄÄ) des Abbildungsobjektivs (2) im Objektraum von der Achse des Beleuchtungsobjektivs (1)" aufweist, wobei dieser Anstieg der Geraden (g_A) auf eine achssenkrechte Gerade zur Achse des Beleuchtungsobjektivs (1) bezogen ist.

35. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 34, gekennzeichnet dadurch, daß das strukturierte Array zumindest auf einem Teilbereich einer Scheibe (83) ausgebildet ist, der eine rota- torische Präzisionslagerung mit einer Welle mit einem rotatorischen Motor zugeordnet ist, so daß eine rotie- rende Scheibe (83) gebildet ist.

36. Anordnung zur 3D-Aufnähme von mindestens einer Objekto- berflache (5) in mindestens einer Szene nach Anspruch 35, gekennzeichnet dadurch, daß die rotierende Scheibe (83) mit transparenten Platten-Sektoren unterschiedlicher geometrisch-optischer Dicke ausgebildet ist.

37. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene mindestens einem der Ansprüche 28 bis 36, gekennzeichnet dadurch, daß das Empfänger-Array als Farbkamera ausgebildet ist.

38. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 37, gekennzeichnet dadurch, daß ein spezielles Empfänger-Array mit RGB-Kanälen ange- wendet ist und diesem ein vierter Kanal, ein NIR-Kanal, für die Gewinnung der Information für die 3D-Punktwolke zugeordnet ist.

39. Anordnung zur 3D-Aufnähme von mindestens einer Objekto- berflache (5) in mindestens einer Szene mit mindestens einer Strahlungsquelle (4), wobei diese mittels mindestens eines strukturierten Arrays als mindestens ein strukturiert leuchtendes Array mit mindestens zwei Flächenelementen ausgebildet ist und mindestens ein leuch- tendes Flächenelementen gebildet ist, und mit mindestens einem Beleuchtungsstrahlengang mit mindestens einem dem strukturiert leuchtenden Array zugeordneten Beleuchtungsobjektiv (1), welches eine effektive Öffnungsblende mit einer Ausdehnung und einem Blendenzentrum aufweist, zur strukturierten Beleuchtung der Objektoberflächen (5) im Objektraum und mit mindestens einem dem Beleuchtungsstrahlengang zugeordneten Abbildungsstrahlengang für die Objektoberflächen (5) mit mindestens einem dem Empfänger-Array oder einem Bild desselben zugeordneten Abbildungsobjektiv (2) zur Abbildung der Elemente der Objektoberflächen (5), welches eine effektive Öffnungsblende aufweist, wobei Elemente des mindestens einen Empfänger- Arrays im Aufnahmevorgang Strahlung von den Elementen der beleuchteten Objektoberflächen im Objektraum detek- tieren, und mit einem Abstand des Pupillenzentrums (PZ_0B) des Beleuchtungsobjektivs (1) vom Pupillenzentrum (PZOA) des Abbildungsobjektivs (2) , wobei der Abstand mindestens ein Achtel der Ausdehnung der Öffnungsblende des Beleuchtungsobjektivs (1) beträgt, wobei leuchtende Flächenelemente in einer Leuchtdichteverteilung eine zumindest näherungsweise vorherbestimmte Leuchtdichte auf- weisen, so daß durch die Abbildung mit dem Beleuchtungsobjektiv (1) mindestens ein Bild eines leuchtenden Flächenelementes im Objektraum gebildet ist, gekennzeichnet dadurch, daß im Objektraum das Schärfevolumen mindestens eines Bildes eines leuchtenden Flächenelementes in einem strukturiert leuchtenden Array - durch die vorbestimmte geometrisch-optische Zuordnung des leuchtenden Flächenelementes zum Beleuchtungsobjektiv und die geometrisch-optische Zuordnung der Elemente des Empfänger- Arrays zum Abbildungsob ektiv und die geometrische Zu- Ordnung von Beleuchtungsobjektiv zum Abbildungsobjektiv - permanent in das Schärfevolumen eingepaßt ist, welches durch die Bilder der Elemente des Empfänger-Arrays im Objektraum dargestellt ist,

40. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach 39, gekennzeichnet dadurch, daß das Schärfevolumen, welches durch die Bilder der Elemente des Empfänger-Arrays in Strahlausbreitungsrichtung gegeben ist, mindestens eine so große Tiefenausdehnung wie das Schärfevolumen eines einzelnen Bildes eines leuchtenden Flächenelementes auf- weist und im Objektraum jeweils ein Bild mindestens eines leuchtenden Flächenelementes eines strukturierten Arrays jeweils einem Bild eines Elementes des Empfänger- Arrays fest zugeordnet ist.

41. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 39 und 40, gekennzeichnet dadurch, daß das strukturierte Array mit mehreren fest in einer räumlichen Struktur angeordneten, leuchtenden Flä- chenelementen aufgebaut ist.

42. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 39 bis 40, gekennzeichnet dadurch, daß das strukturierte Array als ein transparentes Mikro- linsen-Array ausgebildet ist und die Brennweite und die axiale Lage der Mikrolinsen so gestaltet sind, daß deren Foki in einer 3D-Fläche angeordnet sind, die zumindest näherungsweise eine zur Sollfläche optisch konjugierte Fläche darstellt und die Foki der Mikrolinsen zumindest näherungsweise optisch konjugierte Orte der Sollfläche eines Prüflings darstellen.

43. Anordnung zur 3D-Aufnähme von mindestens einer Objekto- berflache (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 39 bis 41, gekennzeichnet dadurch, daß auf dem strukturierten Array (53) mindestens ein Re- lief mit einer räumlichen Struktur mit mindestens einer Periode in Form von mindestens einer Rampe (54, 56) mit mindestens einer in der Ausgleichsfläche schrägen Rampenfläche (55, 57) gebildet ist und auf der schrägen Rampenfläche (55, 57) leuchtende Flächenelemente als von der Strahlungsquelle (4) beleuchtete Fensterflächen angeordnet sind und die Rampenflächen (55, 57) so geneigt sind, daß die Ausgleichsgerade (AG_A3 ) durch die schräge Rampenfläche (55, 57) im Hauptschnitt nach Abbildung durch das Beleuchtungsobjektiv (1) im Objektraum als Bild eine Gerade (AG_θ3) liefert, die zumindest näherungsweise auf das Pupillenzentrum (PZ_0A) des Abbildungsobjektivs (2) zielt, wobei für mehrere verschiedene Ausgleichsgeraden (AG_0]) von mehreren verschiedenen Ram- pen (54, 56) nach deren Abbildung durch das Beleuchtungsobjektiv (1) aus deren Bildern ein Geradenbündel (Bi) mit einen Konvergenzpunkt (Ki) gebildet ist und der Konvergenzpunkt (Ki) zumindest näherungsweise im Pupillenzentrum (PZ_0A) des Abbildungsobjektivs (2) zur Koin- zidenz gebracht ist.

44. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach Anspruch 43, gekennzeichnet dadurch, daß die leuchtenden Flä- chenelemente als Binär-Code-Muster angeordnet sind.

45. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene mit zwei Abbildungsstrahlengängen mit zwei zumindest näherungsweise baugleichen, parallel angeordneten Abbildungsobjektiven (2, 33), einem ersten Abbildungsobjektiv (2) und einem zweiten Abbildungsobjektiv (33), wobei die Hauptebenen der beiden Abbildungsobjektive (2, 33) zur Koinzidenz gebracht sind und jedem derselben je ein Empfänger-Array zugeordnet ist, so daß ein erstes und ein zweites Empfänger-Array angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß dem ersten und dem zweiten Empfänger-Array mindestens je ein Bewegungssystem zugeordnet ist und die resultierende Bewegung des ersten Empfänger-Arrays auf einer Strecke auf dem ersten oberen Ast eines Buchstabens Y erfolgt, und die Strecke parallel zu einer Geraden (g_Aip) liegt, die zum einen den Brennpunkt des ersten Abbildungsobjektivs (2) im Array-Raum schneidet und andererseits den Durchstoßpunkt (P_A) der Symmetrieachse zwischen den beiden optischen Achsen der beiden Abbildungsobjektive (2, 33) durch die zusammenfallenden Hauptebe- nen schneidet, wobei ein Teil der Symmetrielinie den unteren Teil des Buchstabens Y bildet und die resultierende Bewegung des zweiten Empfänger-Arrays auf einer Strecke auf dem zweiten oberen Ast des Buchstabens Y erfolgt, und die Strecke parallel zu einer Geraden (g_A2P) liegt, die zum einen den Brennpunkt des zweiten Abbildungsobjektivs (33) im Array-Raum schneidet und andererseits den Durchstoßpunkt (P_A) der Symmetrielinie durch die zusammenfallenden Hauptebenen schneidet.

46. Anordnung zur 3D-Aufnähme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene mit zwei Abbildungsstrahlengängen mit zwei zumindest näherungsweise baugleichen, parallel angeordneten Abbildungsobjektiven (2,33), einem ersten Abbildungsobjektiv (2) und einem zweiten Abbildungsobjektiv (33), wobei die Hauptebenen der beiden Abbildungsobjektive (2, 33) zu Koinzidenz gebracht sind und jedem derselben je ein Empfänger-Array mit Elementen zugeordnet ist, so daß ein erstes und ein zweites Empfänger-Array angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß dem ersten und dem zweiten Empfänger-Array mindestens je ein Bewegungssystem zugeordnet ist und die resultierende Bewegung des ersten Empfänger-Arrays auf einer Strecke parallel zur optischen Achse des ersten Abbildungsob ektivs (2) erfolgt, und genau die Elemente des ersten Empfänger-Arrays ausgelesen werden und aus diesen ein Signalverlauf gebildet wird, welche sich auf Strecken (AS_Alj) befinden, die parallel zu einer Geraden (g_Aip) liegen, die zum einen den Brennpunkt des ersten Abbildungsobjektivs (2) im Array-Raum schneidet und andererseits den Durchstoßpunkt (P_A) der Symmetrieachse zwischen den beiden optischen Achsen der beiden Abbil- dungsobjektive (2, 33) durch die zusammenfallenden Hauptebenen schneidet, wobei ein Teil der Symmetrielinie den unteren Teil eines Buchstabens Y bildet und die resultierende Bewegungsrichtung des zweiten Empfänger-Array auf einer Strecke parallel zur optischen Achse des zwei- ten Abbildungsobjektivs (33) erfolgt, und genau die Elemente des zweiten Empfänger-Arrays ausgelesen werden und aus diesen ein Signalverlauf gebildet wird, welche sich auf Strecken befinden, die parallel zu einer Geraden (gA₂p) liegen, die zum einen den Brennpunkt des zweiten Abbildungsobjektivs (2) im Array-Raum schneidet und andererseits den Durchstoßpunkt (P_A) der Symmetrieachse durch die zusammenfallenden Hauptebenen schneidet.

47. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objekto- berflache (5) in mindestens einer beleuchteten Szene mit zwei Abbildungsstrahlengängen mit zwei zumindest näherungsweise baugleichen, zumindest näherungsweise paral- lel angeordneten Abbildungsobjektiven einem ersten Abbildungsobjektiv und einem zweiten Abbildungsobjektiv, wobei die Hauptebenen der beiden Abbildungsobjektive zumindest näherungsweise zur Koinzidenz gebracht sind, wo- bei das Pupillenzentrum des ersten Abbildungsobjektivs im Abstand (d) vom Pupillenzentrum des zweiten Abbildungsobjektiv angeordnet ist, und jedem derselben je ein Empfanger-Array mit detektierenden Elementen zugeordnet ist, so daß ein erstes und ein zweites Empfanger-Array angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß das erste und das zweite Empfanger-Array zumindest naherungsweise jeweils senkrecht zum Hauptschnitt angeordnet sind, und die Empfangerflache des ersten Empfanger-Arrays zumindest naherungsweise so angeordnet ist, daß diese die Strecke enthalt, die auf dem ersten oberen Ast eines

Buchstabens Y angeordnet ist, und die Strecke zumindest naherungsweise parallel zu einer Geraden angeordnet ist, die zum einen den Brennpunkt des ersten Abbildungsobjektivs im Array-Raum schneidet und andererseits den Durch- stoßpunkt der Symmetrielinie zwischen den beiden optischen Achsen der beiden Abbildungsobjektive durch die zusammenfallenden Hauptebenen zumindest naherungsweise schneidet, wobei ein Teil der Symmetrielinie den unteren Teil des Buchstabens Y bildet und die Empfängerflache des zweiten Empfanger-Arrays zumindest naherungsweise so angeordnet ist, daß diese die Strecke enthält, die auf dem zweiten oberen Ast des Buchstabens Y angeordnet ist, und die Strecke parallel zu einer Geraden angeordnet ist, die zum einen den Brennpunkt des zweiten Abbil- dungsobjektivs im Array-Raum schneidet und andererseits den Durchstoßpunkt der Symmetrielinie durch die zusammenfallenden Hauptebenen zumindest näherungsweise schneidet und so mindestens aus Bildern von Teilen der beiden Empfängerflächen im Objektraum mindestens ein Paar von zumindest näherungsweise optisch konjugierten Bildern gebildet ist.

48. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer beleuchteten Szene mit mindestens zwei Abbildungsstrahlengängen mit zwei Abbildungsobjektiven, einem ersten (33) und einem zweiten Abbildungsobjektiv (2), wobei das Pupillenzentrum des er- sten Abbildungsobjektivs (33) im Abstand (d) vom Pupillenzentrum des zweiten Abbildungsobjektiv (2) angeordnet ist, und jedem derselben je ein Empfänger-Array, zugeordnet ist, so daß ein erstes (106) und ein zweites Empfänger-Array (114) angeordnet sind, gekennzeichnet da- durch, daß das erste und das zweite Empfänger-Array räumlich strukturiert sind und mindestens je zwei Empfängerflächen auf räumlich getrennten Flächen aufweisen und die Empfängerflächen (107, 108) des ersten Empfänger-Arrays (106) und die Empfängerflächen (109, 110) des zweiten Empfänger-Arrays jeweils (114) so angeordnet sind, daß zumindest näherungsweise Paare von optisch konjugierten Bildern zumindest von Teilen von Empfängerflächen des ersten Empfänger-Arrays (106) sowie von Teilen der Empfängerflächen des zweiten Empfänger-Arrays (114) im Objektraum gebildet sind.

49. Anordnung zur 3D-Aufnähme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 48, gekennzeichnet dadurch, daß das Empfänger-Array als CCD-Matrix-Kamera (6) ausgebildet ist.

0. Anordnung zur 3D-Aufnahme von mindestens einer Objektoberfläche (5) in mindestens einer Szene nach mindestens einem der Ansprüche 28 bis 49, gekennzeichnet dadurch, daß das Empfänger-Array als CMOS-Matrix-Kamera ausgebil- det ist.