EP3055682A1 - Vorrichtung und verfahren zum vermessen von scheiben, insbesondere von windschutzscheiben von fahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum vermessen von scheiben, insbesondere von windschutzscheiben von fahrzeugen

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Publication number
EP3055682A1
EP3055682A1 EP14772384.5A EP14772384A EP3055682A1 EP 3055682 A1 EP3055682 A1 EP 3055682A1 EP 14772384 A EP14772384 A EP 14772384A EP 3055682 A1 EP3055682 A1 EP 3055682A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
light sensor
disk
brightness
light beam
Prior art date
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Ceased
Application number
EP14772384.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd GRUBERT
Michael DAHL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moeller Wedel Optical GmbH
Original Assignee
Moeller Wedel Optical GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moeller Wedel Optical GmbH filed Critical Moeller Wedel Optical GmbH
Publication of EP3055682A1 publication Critical patent/EP3055682A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/958—Inspecting transparent materials or objects, e.g. windscreens
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/958—Inspecting transparent materials or objects, e.g. windscreens
    • G01N2021/9586—Windscreens

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for measuring discs, in particular windscreen discs of vehicles.
  • the device comprises a
  • Light source and a light sensor which are arranged so that an outgoing light beam from the light source passes through the disc and hits the light sensor. If a light beam strikes a disc at an angle of incidence which forms an angle not equal to 0 ° with the disc normal, an internal reflection can occur in the disc which splits the light beam into a primary beam and a secondary beam. An observer looking through the window at the light source sees a double image of the light source. A double image arises in particular if the disk is wedge-shaped in the relevant area, ie the two outer surfaces are thus not parallel to one another, or if the disk has a curvature there.
  • Such double images are perceived as disturbing, for example, in windshields of vehicles when the light of an oncoming vehicle is twice as visible in the dark. It is known to measure windshields with regard to the formation of double images.
  • the double image angle that is the angle which the primary beam and the secondary beam enclose with one another, is of interest.
  • a light beam is directed through the pane onto a light sensor and determines how large the distance between the primary beam and the secondary beam is on the light sensor.
  • the invention is based on the object to present a device with which the double images generated by a disk can be measured more easily.
  • the object is achieved with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiment are specified in the subclaims.
  • the light sensor has a dynamic range of more than 8 bits with linear resolution.
  • Dynamic range refers to the quotient of the highest brightness and the smallest brightness that can be detected with the light sensor. Detects the light sensor, the brightness digitally with a resolution of 8 bits, are 256 ⁇ brightness levels are available. If the light sensor assumes a linear resolution, there is a proportional relationship between the brightness and the brightness levels. The difference in brightness between two adjacent brightness ⁇ step is thus the same as at high luminance at a low brightness substantially. With 8 bits with linear resolution theoretically a dynamic range of 256 is available. Practically, the dynamic range is much smaller because it is not possible to distinguish small brightness from noise. In fact, with 8 bits at linear resolution, only a dynamic range on the order of 20 is provided.
  • the light beam in egg ⁇ NEN primary beam and a secondary beam is split. Assuming by way of example that the light beam strikes the disk at an angle of 60 ° and the glass of the recorders has a refractive index of the order of 1.5, the primary beam is approximately 70 times brighter than the secondary beam. If the primary beam and the secondary beam fall on a light sensor with 8-bit linear resolution, the light sensor is not able to detect both beams reliably.
  • the dynamic range corresponds to at least 12 bits in the case of linear resolution.
  • it may help to choose a light sensor with non-linear resolution.
  • the non-linear resolution is selected such that the brightness difference of two adjacent brightness levels increases with increasing brightness.
  • the light sensor has a logarithmic resolution. The fact that a light sensor with logarithmic resolution is generally less suitable for distinguishing brightness levels close to one another is not a relevant disadvantage in the context of the invention because only two light beams are to be detected whose brightness differs considerably. With logarithmic resolution, a dynamic range of 8 bits can be achieved, which is easily sufficient to detect the primary beam and the secondary beam in parallel.
  • the light sensor preferably has a sensor surface covered with a plurality of pixels.
  • the resolution according to the invention is preferably provided for the individual pixels.
  • the light beam has a linear polarization
  • said polarization- ⁇ onsraum encloses an angle between 50 ° and 130 ° case level with the inputs.
  • the plane of incidence is defined by the axis of the incident light on the disk and the disk normal ⁇ beam at the location at which the light beam impinges on the disk.
  • a light beam may be described as a superposition of a plurality of electromagnetic waves, each individual wave having a linear polarization direction oriented perpendicular to the propagation direction of the light.
  • the light beam formed by superposition of the individual waves has a linear polarization if the individual waves of the respective polarization direction are represented in the light beam with higher intensity than other polarization directions.
  • the light beam were composed exclusively of individual waves of the respective linear polarization direction. In practice, this is usually can not be verwirkli ⁇ chen, but you will be content with the fact that the polarization direction in question is represented in significantly higher intensity than other polarization directions.
  • the linear polarization of the light beam can be specifically aligned relative to the plane of incidence of the light beam.
  • the plane of incidence is spanned by the axis of the light beam and the ticket ⁇ normal to the place where the light beam to the
  • the disk normals designates the
  • Axis which is perpendicular to an imaginary Tangential ⁇ plane, which is placed at the place where the light beam impinges on the disk.
  • the light source should be ordered to ⁇ so that the light beam does not coincide with the disc normal.
  • the disc is transparent, so that the light beam can pass.
  • the disk is preferably made of a material whose Brechungsin ⁇ dex is greater than the refractive index of air. The disc is not part of the device according to the invention.
  • the targeted orientation of the polarization direction increases the brightness of the secondary beam and makes it easier to measure the primary beam and the secondary beam.
  • the difference in brightness between the primary beam and the secondary beam is due to the fact that the primary beam passes directly through the disk, while the secondary beam experiences two additional reflections inside the disk. How large the proportion of the reflected light in comparison ⁇ ratio is the percentage of transmitted light, depends inter alia on the polarization direction of the light.
  • the polarization direction of the light is chosen such that an increased proportion of the light is reflected in the interior of the pane, thus contributing to the brightness of the secondary beam.
  • the highest brightness of the secondary beam is obtained when the polarization Rich ⁇ processing of the light beam forms with the plane of incidence at an angle of 90 °.
  • the brightness of the secondary beam is then higher by about a factor of 2 than in the case of a non-polarized light beam.
  • a relevant increase in brightness occurs in the angle range between 50 ° and 130 °.
  • the angle is preferably between 70 ° and 110 °, more preferably between 80 ° and 100 °.
  • the primary beam and the secondary beam are spatially separated, so that they can be evaluated separately with the light sensor.
  • the primary beam and the secondary beam subtend an angle between them, with the result that that the distance between both beams increases with the distance to the disk.
  • a light sensor is dimensioned and arranged so that both the primary beam and the secondary beam impinge on the light sensor. The two beams can then be measured simultaneously.
  • the light sensor may have an evaluation unit which automatically determines the position of the primary beam and the secondary beam on the light sensor.
  • Such an evaluation unit makes it possible to automate the measurement of the disk as a whole. Certain properties of the disk can be calculated automatically, for example, if the disk is in line with certain norms . On a display of the evaluation unit, a corresponding information can be output.
  • a concentrated light beam the extent of which is small transverse to the propagation direction.
  • the measurement result is independent of the distance between the light source and the lens.
  • a collimated beam of light can be obtained by placing a suitable collimating lens between the light source and the disk.
  • ⁇ a laser is used as the light source to write a collimated light beam by itself.
  • the linear polarization the light beam obtained by the fact that the light beam between the light source and the disc passes through a suitable polarizing filter.
  • the polarizing filter is transparent to light of the respective polarization direction, while other polarization directions are attenuated or preferably completely suppressed.
  • the light source may be used is play, in ⁇ into consideration the use of a He-Ne laser with geeigne ⁇ th linear polarization.
  • the orientation of the plane of incidence may depend on where the beam of light hits the disc. In order to adapt the direction of polarization at different incidence ⁇ planar, it is advantageous when the polarization filter and the light source are designed so that the linear polarization direction is adjustable.
  • the element in question is rotatably mounted about the axis of the light beam.
  • the distance between the two beams depends on the distance from the disk. In general, therefore, an exact adjustment of the distance between the disc and the
  • a converging lens is arranged between the disk and the light sensor through which the primary beam and the secondary beam pass.
  • the position of primary beam and Secondary beam on the light sensor independent of the distance between the lens and the lens.
  • the device may be designed in such a way that the light sensor and the converging lens are components of an analyzer in which the light sensor and the condenser lens are held at a fixed distance from one another. The measurement of the disk is facilitated in this way, because the light sensor has the appropriate distance to the converging lens and the distance between the converging lens and the disc does not affect the measurement. The adjustment concerned is therefore eliminated.
  • the converging lens is a lens system of a plurality of individual lenses and the
  • Light sensor is arranged in the focal plane of the lens system.
  • the diameter of the converging lens is preferably RESIZE ⁇ SSER than 30 mm and may for example be between 40 mm and 60 mm. With this size, the condenser lens is apt to capture both the primary beam and the secondary beam.
  • the invention also relates to a method for measuring discs.
  • a light beam is passed through a disk onto a light sensor.
  • a light sensor is used, which has a Dy ⁇ namikoir of more than 8 bits in linear resolution.
  • the method can be developed with further features that are described in the context of the device according to the invention. The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings by way of advantageous embodiment. Show it:
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a erfindungsge ⁇ MAESSEN device.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of FIG. 1 in the case of a wedge-angle disk
  • FIG. 3 shows an enlarged detail of FIG. 1 with a curved disk
  • FIG. 5 shows a block diagram of an evaluation unit according to the invention.
  • a device according to the invention in FIG. 1 comprises a light source 14 in the form of a He-Ne laser.
  • the light source 14 transmits a collimated light beam 15 in the direction to be measured of a windshield 16 of a motor driving ⁇ zeugs.
  • the light beam 15 strikes the disc 16 at an acute angle. As it passes through the disc 16, the light beam is split into a primary beam 17 and a secondary beam 18 which, when exiting from the disc
  • the primary beam 17 and the secondary beam 18 are collected by an analyzer 19.
  • the analyzer 19 um ⁇ summarizes a tubular housing, at the front end of a converging lens 20 is arranged.
  • the converging lens 20 bil ⁇ det enter an objective of the analysis device 19 through which the Pri ⁇ märstrahl 17 and secondary beam 18 into the housing.
  • At the other end of the housing is a light sensor 21 arranged on which the primary beam 17 and the secondary beam 18 meet.
  • the light sensor 21 may be, for example, a CCD camera.
  • the distance Zvi ⁇ rule of the converging lens 20 and the light sensor 21 corresponds to the focal length of the converging lens 20, the light sensor 21 is therefore in the focal plane of the converging lens 20 are disposed.
  • the condenser lens 20 may, for example, have a diameter of 50 mm and a focal length of 300 mm.
  • the primary beam 17 and the secondary beam 18 impinge on the light sensor 21 at a distance d from each other. Since the light sensor 21 is arranged in the focal plane of the converging lens 21, the distance d is not dependent on the Ab ⁇ stand between the converging lens 20 and the disc 16. It is therefore not necessary, the analyzer 19 in a precisely defined distance to the disc 16 to bring. From the distance d, the double image angle ⁇ can be determined according to the following formula:
  • f is the focal length of the condenser lens 20.
  • ⁇ double angle ⁇ is approximately as the quotient of d and f.
  • Own conclusions regarding ⁇ properties of the disc 16 can be drawn from the double angle ⁇ , for example geomet ⁇ innovative features in the region in which the light beam is passed 15 through the disc 16 passes.
  • the splitting of the light beam 15 into the primary beam 17 and the secondary beam 18 results according to FIG. 2, for example, during the passage of the light beam 15 through a Disc 16, which has a wedge angle, so that the two outer surfaces are not parallel to each other.
  • FIG. 2 For a corresponding splitting into the primary beam 17 and the secondary beam 18, as shown in FIG.
  • the passage of the light beam 15 occurs through a curved disk 16. From the double image angle ⁇ , it is possible, for example, to draw conclusions about the wedge angle or the radius of curvature of the disk 16. In addition, it can be determined by comparison with corresponding limit values whether the double-angle ⁇ itself corresponds to the specifications.
  • the light beam 15 coming from the light source 14 spans the incidence plane with the slice normal 22.
  • the disk normal 22 is perpendicular to the disk 16 at the location where the light beam 15 strikes the disk 16.
  • the disks ⁇ normal 22 perpendicular to the tangential plane 23 which is applied to the relevant location on the disk 16, see FIG. 3.
  • the light beam 15 generated by the light source 14 is collimated and has a linear polarization.
  • the light sensor 21 is a matrix sensor having a matrix of photosensitive photodiodes. In each photodiode is with the impact of a light beam, a number of charge carriers ⁇ sets, which is proportional to the brightness. Based on the number of charge carriers, a brightness level is determined and an association is made between the photodiode and the brightness level. In the classical linear assignment, the number of charge carriers increases from brightness level to brightness level linearly, with the result that the dynamic range of the light sensor 21 is limited. For the device according to the invention an enlarged dynamic range is desired, which is why the light sensor 21 has a logarithmic resolution.
  • the number of free charge carriers thus increases exponentially from brightness level to Hellig ⁇ keits syndrome.
  • the light sensor 21 has an increased dynamic range and it becomes possible to determine with the light sensor 21 both the primary beam 17 and the secondary beam 18 with sufficient accuracy, even if the primary beam 17 is brighter, for example, by a factor of 30 than the secondary beam 18.
  • the digital values are passed from the light sensor 21 to an evaluation unit 25 and stored there in a memory 26.
  • a calculation module 27 determines from the values stored in the memory 26 the distance d at which the primary beam 17 and the secondary beam 18 impinge on the light sensor 21.
  • the double image angle ⁇ can be determined in a further calculation step, which the primary beam 17 and the secondary beam 18 enclose with one another on exiting the disk 16.
  • a second memory 28 is a setpoint for the double-angle ⁇ behind ⁇ sets.
  • the computing module 27 compares the determined value with the value from the memory 28 and indicates on a display 29 information from whether the disc 16 meets the requirements ge ⁇ .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen von Scheiben (16) mit einer Lichtquelle (14) und einem Lichtsensor (21), die so angeordnet sind, dass ein von der Lichtquelle (14) ausgehender Lichtstrahl (15) durch die Scheibe (16) hindurchtritt und auf den Lichtsensor (21) trifft. Erfindungsgemäß hat der Lichtsensor (21) einen Dynamikumfang von mehr als 8 Bit bei linearer Auflösung hat. Die Erfindung betrifft außerdem ein entsprechendes Verfahren. Mit der Erfindung wird es möglich, sowohl einen Primärstrahl als auch einen Sekundärstrahl des durch die Scheibe (16) hindurchgetretenen Lichtstrahls zuverlässig zu vermessen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen von Scheiben, insbesondere von Windschutzscheiben von Fahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vermessen von Scheiben, insbesondere von Windschutz- Scheiben von Fahrzeugen. Die Vorrichtung umfasst eine
Lichtquelle und einen Lichtsensor, die so angeordnet sind, dass ein von der Lichtquelle ausgehender Lichtstrahl durch die Scheibe hindurchtritt und auf den Lichtsensor trifft. Trifft ein Lichtstrahl unter einem Einfallswinkel auf eine Scheibe, der mit der Scheibennormalen einen Winkel ungleich 0° einschließt, so kann es in der Scheibe zu einer internen Reflexion kommen, durch die der Lichtstrahl in einen Primärstrahl und einen Sekundärstrahl aufgespalten wird. Ein Betrachter, der durch die Scheibe hindurch auf die Lichtquelle blickt, sieht ein Doppelbild der Lichtquelle. Ein Doppelbild entsteht insbesondere, wenn die Scheibe in dem betreffenden Bereich keilförmig ist, die beiden Außenflächen also nicht parallel zueinander sind, oder wenn die Scheibe dort eine Krümmung hat.
Solche Doppelbilder werden beispielsweise bei Windschutzscheiben von Fahrzeugen als störend empfunden, wenn bei Dunkelheit das Licht eines entgegenkommenden Fahrzeugs dop- pelt sichtbar wird. Es ist bekannt, Windschutzscheiben hinsichtlich der Entstehung von Doppelbildern zu vermessen. Insbesondere interessiert der Doppelbildwinkel, also der Winkel, den der Primärstrahl und der Sekundärstrahl miteinander einschließen. Es wird dazu ein Lichtstrahl durch die Scheibe hindurch auf einen Lichtsensor geleitet und ermit- telt, wie groß der Abstand zwischen dem Primärstrahl und dem Sekundärstrahl auf dem Lichtsensor ist.
Es stellt sich bei diesen Messungen das Problem, dass es nicht ganz einfach ist, den Primärstrahl und den Sekundär- strahl auf einem Lichtsensor zu messen, da der Primärstrahl regelmäßig um ein Vielfaches heller ist als der Sekundär¬ strahl .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung vorzustellen, mit der die von einer Scheibe erzeugten Doppelbilder einfacher vermessen werden können. Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsform sind in den Unteransprüchen angegeben. Erfindungsgemäß hat der Lichtsensor einen Dynamikumfang von mehr als 8 Bit bei linearer Auflösung.
Zunächst werden einige Begriffe erläutert. Dynamikumfang bezeichnet den Quotienten aus der größten Helligkeit und der kleinsten Helligkeit, die mit dem Lichtsensor erfasst werden können. Erfasst der Lichtsensor die Helligkeit digital mit einer Auflösung von 8 Bit, stehen 256 Helligkeits¬ stufen zur Verfügung. Nimmt der Lichtsensor eine lineare Auflösung vor, so besteht ein proportionaler Zusammenhang zwischen der Helligkeit und den Helligkeitsstufen. Der Helligkeitsunterschied zwischen zwei benachbarten Helligkeits¬ stufen ist also bei kleiner Helligkeit im Wesentlichen genauso groß wie bei großer Helligkeit. Bei 8 Bit mit linearer Auflösung steht theoretisch ein Dynamikumfang von 256 zur Verfügung. Praktisch ist der Dynamikumfang wesentlich kleiner, weil es nicht möglich ist, kleine Helligkeit vom Rauschen zu unterscheiden. Tatsächlich wird mit 8 Bit bei linearer Auflösung lediglich ein Dynamikumfang in der Größenordnung von 20 bereitgestellt.
Fällt ein nicht-polarisierter Lichtstrahl unter einem spit- zen Winkel auf eine Scheibe, so wird der Lichtstrahl in ei¬ nen Primärstrahl und einen Sekundärstrahl aufgespalten. Geht man beispielhaft davon aus, dass der Lichtstrahl unter einem Winkel von 60° auf die Scheibe trifft und das Glas der Schreiber einen Brechungsindex in der Größenordnung von 1,5 hat, so ist der Primärstrahl etwa um den Faktor 70 heller als der Sekundärstrahl. Fallen der Primärstrahl und der Sekundärstrahl auf einen Lichtsensor mit 8 Bit linearer Auflösung, so ist der Lichtsensor nicht in der Lage, beide Strahlen zuverlässig zu erfassen.
Mit dem erfindungsgemäßen erhöhten Dynamikumfang wird eine zuverlässige Erfassung sowohl des Primärstrahls als auch des Sekundärstrahls mit einem Lichtsensor möglich. Insbe¬ sondere wird damit die Möglichkeit eröffnet, das Vermessen der Scheibe zu automatisieren. Bei den bisherigen manuellen Messungen bestand die Möglichkeit das Problem zu umgehen, indem man während des Vermessens die Empfindlichkeit des Lichtsensors veränderte. Man konnte zunächst die Empfind¬ lichkeit so hoch stellen, dass der Sekundärstrahl eindeutig zu identifizieren war, der Primärstrahl allerdings den Lichtsensor völlig übersteuerte. Anschließend wurde die Empfindlichkeit so vermindert, dass der Sekundärstrahl ver¬ schwand und der Primärstrahl vernünftig aufgelöst war. Für eine automatische Vermessung ist eine solche Vorgehensweise nicht akzeptabel.
In einer vorteilhaften Ausführungsform entspricht der Dyna- mikumfang mindestens 12 Bit bei linearer Auflösung. Zur Vergrößerung des Dynamikumfangs kann es beitragen, einen Lichtsensor mit nicht-linearer Auflösung zu wählen. Vorzugsweise ist die nicht-lineare Auflösung so gewählt, dass der Helligkeitsunterschied zweier benachbarter Helligkeits- stufen mit größer werdender Helligkeit ansteigt. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Lichtsensor eine logarithmische Auflösung. Dass ein Lichtsensor mit logarithmischer Auflösung im Allgemeinen weniger geeignet ist, nahe beieinander liegende Helligkeitsstufen zu unterscheiden, ist im Rahmen der Erfindung kein relevanter Nachteil, weil nur zwei Lichtstrahlen zu erfassen sind, deren Helligkeit sich erheblich unterscheidet. Bei logarithmischer Auflösung lässt sich mit 8 Bit ein Dynamikumfang erreichen, der ohne weiteres ausreicht, um den Primärstrahl und den Sekundär- strahl parallel zu erfassen.
Der Lichtsensor hat vorzugsweise eine Sensorfläche, die mit einer Vielzahl von Pixeln bedeckt ist. Die erfindungsgemäße Auflösung wird vorzugsweise für die einzelnen Pixel bereit- gestellt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Lichtstrahl eine lineare Polarisation auf, wobei die Polarisati¬ onsrichtung einen Winkel zwischen 50° und 130° mit der Ein- fallsebene einschließt. Die Einfallsebene wird aufgespannt von der Achse des auf die Scheibe auftreffenden Licht¬ strahls und der Scheibennormalen an dem Ort, an dem der Lichtstrahl auf die Scheibe trifft. Ein Lichtstrahl kann als Überlagerung einer Vielzahl elektromagnetischer Wellen beschrieben werden, wobei jede einzelne Welle eine lineare Polarisationsrichtung hat, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts ausgerichtet ist. Der durch Überlagerung der Einzelwellen gebildete Lichtstrahl hat eine lineare Polarisation, wenn die Einzelwellen der betreffenden Polarisationsrichtung in dem Lichtstrahl mit höherer Intensität vertreten sind als andere Po- larisationsrichtungen . Für die Erfindung wäre es ideal, wenn der Lichtstrahl ausschließlich aus Einzelwellen der betreffenden linearen Polarisationsrichtung zusammengesetzt wäre. In der Praxis wird sich dies meist nicht verwirkli¬ chen lassen, sondern man wird sich damit begnügen, dass die betreffende Polarisationsrichtung in beträchtlich höherer Intensität vertreten ist als andere Polarisationsrichtungen .
Beim Vermessen der Scheibe kann die lineare Polarisation des Lichtstrahls gezielt relativ zu der Einfallsebene des Lichtstrahls ausgerichtet werden. Die Einfallsebene wird aufgespannt durch die Achse des Lichtstrahls und die Schei¬ bennormale an dem Ort, an dem der Lichtstrahl auf die
Scheibe auftrifft. Die Scheibennormale bezeichnet die
Achse, die rechtwinklig ist zu einer imaginären Tangential¬ ebene, die an dem Ort, an dem der Lichtstrahl auftrifft, auf die Scheibe gelegt wird. Die Lichtquelle sollte so an¬ geordnet sein, dass der Lichtstrahl nicht mit der Scheibennormalen zusammenfällt. Die Scheibe ist durchsichtig, so dass der Lichtstrahl hindurchtreten kann. Die Scheibe besteht vorzugsweise aus einem Material, dessen Brechungsin¬ dex größer ist als der Brechungsindex von Luft. Die Scheibe ist nicht Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Durch die gezielte Ausrichtung der Polarisationsrichtung erhöht sich die Helligkeit des Sekundärstrahls und es wird leichter, den Primärstrahl und den Sekundärstrahl zu mes- sen .
Der Unterschied in der Helligkeit zwischen dem Primärstrahl und dem Sekundärstrahl rührt daher, dass der Primärstrahl die Scheibe direkt durchquert, während der Sekundärstrahl zwei zusätzliche Reflexionen im Inneren der Scheibe erfährt. Wie groß der Anteil des reflektierten Lichts im Ver¬ hältnis zu dem Anteil des transmittierten Lichts ist, hängt unter anderem von der Polarisationsrichtung des Lichts ab. Gemäß der Erfindung wird die Polarisationsrichtung des Lichts so gewählt, dass ein erhöhter Anteil des Lichts im Inneren der Scheibe reflektiert wird, also zur Helligkeit des Sekundärstrahls beiträgt. Die höchste Helligkeit des Sekundärstrahls wird erreicht, wenn die Polarisationsrich¬ tung des Lichtstrahls mit der Einfallsebene einen Winkel von 90° einschließt. Die Helligkeit des Sekundärstrahls ist dann um etwa den Faktor 2 höher als bei einem nicht-polari- sierten Lichtstrahl. Eine relevante Erhöhung der Helligkeit stellt sich ein im Winkelbereich zwischen 50° und 130°. Bevorzugt liegt der Winkel zwischen 70° und 110°, weiter be- vorzugt zwischen 80° und 100°.
Nach dem Austritt aus der Scheibe sind der Primärstrahl und der Sekundärstrahl räumlich voneinander getrennt, so dass sie mit dem Lichtsensor getrennt voneinander ausgewertet werden können. Abhängig von dem Keilwinkel und der Krümmung der Scheibe schließen der Primärstrahl und der Sekundärstrahl einen Winkel zwischen sich ein, was zur Folge hat, dass der Abstand zwischen beiden Strahlen sich mit dem Abstand zur Scheibe vergrößert. Es wäre möglich, die Position des Primärstrahls und die Position des Sekundärstrahls mit einem Lichtsensor nacheinander zu ermitteln. Vorzugsweise ist der Lichtsensor aber so bemessen und so angeordnet, dass sowohl der Primärstrahl als auch der Sekundärstrahl auf den Lichtsensor auftreffen. Die beiden Strahlen können dann gleichzeitig vermessen werden. Der Lichtsensor kann eine Auswerteeinheit aufweisen, die die Position des Primärstrahls und des Sekundärstrahls auf dem Lichtsensor automatisch ermittelt. Durch eine solche Auswerteeinheit wird es möglich, das Vermessen der Scheibe insgesamt zu automatisieren. Es können bestimmte Eigen- schaffen der Scheibe automatisch berechnet werden, beispielsweise ob die Scheibe in Einklang mit bestimmten Nor¬ men steht. Auf einem Display der Auswerteeinheit kann eine entsprechende Information ausgegeben werden. Für die Vermessung ist es von Vorteil, einen konzentrierten Lichtstrahl zu verwenden, dessen Ausdehnung quer zur Ausbreitungsrichtung klein ist. Wenn der Lichtstrahl kolli- miert ist, ist das Messergebnis unabhängig von dem Abstand zwischen der Lichtquelle und der Scheibe. Einen kollimier- ten Lichtstrahl kann man beispielsweise erhalten, indem man eine geeignete Kollimationslinse zwischen der Lichtquelle und der Scheibe anordnet. In einer bevorzugten Ausführungs¬ form wird als Lichtquelle ein Laser verwendet, der von sich aus einen kollimierten Lichtstrahl abgibt.
Die lineare Polarisation kann der Lichtstrahl dadurch erhalten, dass der Lichtstrahl zwischen der Lichtquelle und der Scheibe durch einen geeigneten Polarisationsfilter hindurchtritt. Der Polarisationsfilter ist durchlässig für Licht der betreffenden Polarisationsrichtung, während andere Polarisationsrichtungen gedämpft oder vorzugsweise ganz unterdrückt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann Lichtquelle verwendet werden, in Betracht kommt bei¬ spielsweise die Verwendung eines He-Ne-Lasers mit geeigne¬ ter linearer Polarisation. Die Ausrichtung der Einfallsebene kann davon abhängen, an welcher Stelle der Lichtstrahl auf die Scheibe auftrifft. Um die Polarisationsrichtung an unterschiedliche Einfalls¬ ebenen anpassen zu können, ist es von Vorteil, wenn der Polarisationsfilter bzw. die Lichtquelle so gestaltet sind, dass die lineare Polarisationsrichtung einstellbar ist.
Vorzugsweise ist das betreffende Element um die Achse des Lichtstrahls drehbar gelagert.
Schließen der Primärstrahl und der Sekundärstrahl einen Winkel zwischen sich ein, ist der Abstand zwischen den beiden Strahlen abhängig davon, in welcher Entfernung von der Scheibe man misst. Im Allgemeinen ist folglich eine exakte Einstellung des Abstands zwischen der Scheibe und dem
Lichtsensor erforderlich, um aus der Position des Primär- Strahls und des Sekundärstrahls auf dem Lichtsensor Rück¬ schlüsse auf die Eigenschaften der Scheibe ziehen zu können .
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der Scheibe und dem Lichtsensor eine Sammellinse angeordnet, durch die der Primärstrahl und der Sekundärstrahl hindurchtreten. Wenn der Lichtsensor in der Brennebene der Sammellinse angeordnet ist, ist die Position von Primärstrahl und Sekundärstrahl auf dem Lichtsensor unabhängig von dem Abstand zwischen der Scheibe und der Sammellinse. Die Vor¬ richtung kann so gestaltet sein, dass der Lichtsensor und die Sammellinse Bestandteile eines Analysegeräts sind, in dem der Lichtsensor und die Sammellinse in einem festen Abstand zueinander gehalten sind. Das Vermessen der Scheibe wird auf diese Weise erleichtert, weil der Lichtsensor den passenden Abstand zu der Sammellinse hat und der Abstand zwischen der Sammellinse und der Scheibe die Messung nicht beeinflusst. Die betreffende Justage entfällt folglich.
Es ist nicht erforderlich, dass die erfindungsgemäße Sam¬ mellinse eine Einzellinse ist. Vielmehr lässt sich die gleiche Wirkung erzielen, wenn die Sammellinse ein Linsen- System aus einer Mehrzahl von Einzellinsen ist und der
Lichtsensor in der Brennebene des Linsensystems angeordnet ist. Der Durchmesser der Sammellinse ist vorzugsweise grö¬ ßer als 30 mm und kann beispielsweise zwischen 40 mm und 60 mm liegen. Mit dieser Größe ist die Sammellinse regelmäßig geeignet, sowohl den Primärstrahl als auch den Sekundärstrahl einzufangen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Vermessen von Scheiben. Bei dem Verfahren wird ein Lichtstrahl durch eine Scheibe hindurch auf einen Lichtsensor geleitet. Erfindungsgemäß wird ein Lichtsensor verwendet, der einen Dy¬ namikumfang von mehr als 8 Bit bei linearer Auflösung hat. Das Verfahren kann mit weiteren Merkmalen fortgebildet werden, die im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben sind. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsform beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung;
Fig. 2: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 bei einer Scheibe mit Keilwinkel;
Fig. 3: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 bei einer gekrümmten Scheibe;
Fig. 4: eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang Linie
A-A in Fig. 1; und
Fig. 5: ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit .
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Fig. 1 umfasst eine Lichtquelle 14 in Form eines He-Ne-Lasers . Die Lichtquelle 14 sendet einen kollimierten Lichtstrahl 15 in Richtung einer zu vermessenden Windschutzscheibe 16 eines Kraftfahr¬ zeugs. Der Lichtstrahl 15 trifft unter einem spitzen Winkel auf die Scheibe 16. Beim Durchtritt durch die Scheibe 16 wird der Lichtstrahl in einen Primärstrahl 17 und einen Sekundärstrahl 18 aufgespalten, die beim Verlassen der
Scheibe 16 einen Doppelbildwinkel δ zwischen sich ein¬ schließen .
Der Primärstrahl 17 und der Sekundärstrahl 18 werden mit einem Analysegerät 19 aufgefangen. Das Analysegerät 19 um¬ fasst ein röhrenförmiges Gehäuse, an dessen vorderem Ende eine Sammellinse 20 angeordnet ist. Die Sammellinse 20 bil¬ det ein Objektiv des Analysegeräts 19, durch das der Pri¬ märstrahl 17 und Sekundärstrahl 18 in das Gehäuse eintreten. Am anderen Ende des Gehäuses ist ein Lichtsensor 21 angeordnet, auf den der Primärstrahl 17 und der Sekundärstrahl 18 treffen. Bei dem Lichtsensor 21 kann es sich beispielsweise um eine CCD-Kamera handeln. Der Abstand zwi¬ schen der Sammellinse 20 und dem Lichtsensor 21 entspricht der Brennweite der Sammellinse 20, der Lichtsensor 21 ist also in der Brennebene der Sammellinse 20 angeordnet. Die Sammellinse 20 kann beispielsweise einen Durchmesser von 50 mm und eine Brennweite von 300 mm haben. Der Primärstrahl 17 und der Sekundärstrahl 18 treffen mit einem Abstand d zueinander auf dem Lichtsensor 21 auf. Da der Lichtsensor 21 in der Brennebene der Sammellinse 21 angeordnet ist, ist der Abstand d nicht abhängig von dem Ab¬ stand zwischen der Sammellinse 20 und der Scheibe 16. Es ist also nicht erforderlich, das Analysegerät 19 in einen exakt definierten Abstand zu der Scheibe 16 zu bringen. Aus dem Abstand d kann der Doppelbildwinkel δ nach folgender Formel ermittelt werden:
~ d d
o = arctan— «—
/ /
Dabei steht f für die Brennweite der Sammellinse 20. Für kleine Winkel (kleiner 0,1 Radiant) ergibt sich der Doppel¬ bildwinkel δ näherungsweise als Quotient aus d und f. Aus dem Doppelbildwinkel δ lassen sich Rückschlüsse auf Eigen¬ schaften der Scheibe 16 ziehen, beispielsweise auf geomet¬ rische Eigenschaften in dem Bereich, in dem der Lichtstrahl 15 durch die Scheibe 16 hindurch getreten ist. Die Aufspaltung des Lichtstrahls 15 in den Primärstrahl 17 und den Sekundärstrahl 18 ergibt sich gemäß Fig. 2 beispielsweise beim Durchtritt des Lichtstrahls 15 durch eine Scheibe 16, die einen Keilwinkel aufweist, bei der also die beiden Außenflächen nicht parallel zueinander sind. Zu einer entsprechenden Aufspaltung in Primärstrahl 17 und Sekundärstrahl 18 kommt es gemäß Fig. 3 beim Durchtritt des Lichtstrahls 15 durch eine gekrümmte Scheibe 16. Aus dem Doppelbildwinkel δ lassen sich beispielsweise Rückschlüsse auf den Keilwinkel oder den Krümmungsradius der Scheibe 16 ziehen. Außerdem kann durch Vergleich mit entsprechenden Grenzwerten festgestellt werden, ob der Doppelbildwinkel δ selbst den Vorgaben entspricht.
Der von der Lichtquelle 14 kommende Lichtstrahl 15 spannt mit der Scheibennormalen 22 die Einfallsebene auf. Die Scheibennormale 22 steht senkrecht auf der Scheibe 16 an dem Ort, an dem der Lichtstrahl 15 auf die Scheibe 16 trifft. Bei einer Gekrümmtenscheibe 16 steht die Scheiben¬ normale 22 senkrecht auf der Tangentialebene 23, die an der betreffenden Stelle an die Scheibe 16 angelegt ist, siehe Fig. 3.
Der von der Lichtquelle 14 erzeugte Lichtstrahl 15 ist kol- limiert und weist eine lineare Polarisation auf. Die Pola¬ risationsrichtung 24, die in Fig. 4 mit zwei Pfeilen angedeutet ist, ist senkrecht zu der Einfallsebene 15, 22 aus- gerichtet. Im Vergleich mit einem nicht-polarisiertem
Lichtstrahl erhöht sich die Helligkeit des Sekundärstrahls 18 durch diese Wahl der Polarisationsrichtung etwa um den Faktor 2. Bei dem Lichtsensor 21 handelt es sich um einen Matrixsensor, der eine Matrix aus lichtempfindlichen Fotodioden aufweist. In jeder Fotodiode wird mit dem Auftreffen eines Lichtstrahls eine Anzahl von Ladungsträgern freige¬ setzt, die proportional zur Helligkeit ist. Anhand der Zahl der Ladungsträger wird eine Helligkeitsstufe ermittelt und es wird eine Zuordnung zwischen der Fotodiode und der Hel- ligkeitsstufe vorgenommen. Bei der klassischen linearen Zuordnung steigt die Zahl der Ladungsträger von Helligkeitsstufe zu Helligkeitsstufe linear an, was zur Folge hat, dass der Dynamikumfang des Lichtsensors 21 begrenzt ist. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein vergrößerter Dynamikumfang gewünscht, weswegen der Lichtsensor 21 eine logarithmische Auflösung hat. Die Zahl der freigesetzten Ladungsträger steigt also von Helligkeitsstufe zu Hellig¬ keitsstufe exponentiell an. Dadurch hat der Lichtsensor 21 einen erhöhten Dynamikumfang und es wird möglich, mit dem Lichtsensor 21 sowohl den Primärstrahl 17 als auch den Sekundärstrahl 18 hinreichend genau zu ermitteln, auch wenn der Primärstrahl 17 beispielsweise um den Faktor 30 heller ist als der Sekundärstrahl 18.
Gemäß Fig. 5 werden die digitalen Werte von dem Lichtsensor 21 zu einer Auswerteeinheit 25 geleitet und dort in einem Speicher 26 abgelegt. Ein Rechenbaustein 27 ermittelt aus den in dem Speicher 26 abgelegten Werten den Abstand d, mit dem der Primärstrahl 17 und der Sekundärstrahl 18 auf den Lichtsensor 21 auftreffen. Anhand der bekannten Brennweite f der Sammellinse 20 kann in einem weiteren Rechenschritt der Doppelbildwinkel δ ermittelt werden, den der Primär¬ strahl 17 und der Sekundärstrahl 18 beim Austritt aus der Scheibe 16 miteinander einschließen. In einem zweiten Speicher 28 ist ein Sollwert für den Doppelbildwinkel δ hinter¬ legt. Der Rechenbaustein 27 vergleicht den ermittelten Wert mit dem Wert aus dem Speicher 28 und gibt auf einer Anzeige 29 eine Information aus, ob die Scheibe 16 den Vorgaben ge¬ nügt .

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zum Vermessen von Scheiben (16) mit einer Lichtquelle (14) und einem Lichtsensor (21), die so angeordnet sind, dass ein von der Lichtquelle (14) ausgehender Lichtstrahl (15) durch die Scheibe (16) hindurchtritt und auf den Lichtsensor (21) trifft, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (21) einen Dynamikumfang von mehr als 8 Bit bei linearer Auf lösung hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dynamikumfang des Lichtsensors (21) mindes¬ tens 12 Bit bei linearer Auflösung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (21) eine nicht-lineare Auflösung hat, so dass der Helligkeitsabstand zweier benachbarter Helligkeitsstufen mit größer werdender Helligkeit ansteigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (21) eine loga¬ rithmische Auflösung hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (15) eine lineare Polarisation aufweist und dass die Polarisationsrichtung (24) mit der Einfallsebene des Lichtstrahls (15) einen Winkel zwischen 50° und 130°, vorzugsweise zwi¬ schen 70° und 110°, weiter vorzugsweise zwischen 80° und 100° einschließt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (21) so bemessen ist, dass sowohl ein Primärstrahl (17) als auch ein Sekundärstrahl (18) des Lichtstrahls (15) auf den Lichtsensor (21) auftreffen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (21) eine Auswerteeinheit (25) aufweist, die die Position des Primärstrahls (17) und des Sekundärstrahls (18) auf dem Lichtsensor (21) au¬ tomatisch ermittelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (15) kollimiert ist .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (14) ein Laser ist .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Polarisationsrichtung (24) einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Scheibe (16) und dem Lichtsensor (21) eine Sammellinse (20) angeordnet ist, durch die der Lichtstrahl (17, 18) hindurchtritt. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (21) in der Brennebene der Sammellinse (20) angeordnet ist. Verfahren zum Vermessen von Scheiben, bei dem ein Lichtstrahl (15) durch eine Scheibe (16) hindurch auf einen Lichtsensor (21) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (21) einen Dynamikumfang von mehr als 8 Bit bei linearer Auflösung hat.
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