WO1995012809A1 - Illumination and imaging arrangement - Google Patents

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WO1995012809A1
WO1995012809A1 PCT/DE1994/001286 DE9401286W WO9512809A1 WO 1995012809 A1 WO1995012809 A1 WO 1995012809A1 DE 9401286 W DE9401286 W DE 9401286W WO 9512809 A1 WO9512809 A1 WO 9512809A1
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WO
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pupil
image
optical device
main
light
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Application number
PCT/DE1994/001286
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German (de)
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Inventor
Ulrich LÜBBERT
Frank Muth
Original Assignee
Luebbert Ulrich
Frank Muth
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Application filed by Luebbert Ulrich, Frank Muth filed Critical Luebbert Ulrich
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    • 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
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
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    • G01N2021/8812—Diffuse illumination, e.g. "sky"
    • G01N2021/8819—Diffuse illumination, e.g. "sky" by using retroreflecting screen

Definitions

  • the object of the invention is the dimensional detection of industrially manufactured objects by means of an arrangement of coordinated components for lighting and imaging and for evaluating the image.
  • the lighting and imaging parts are both on the same side of the object.
  • a retroreflective surface which is an important part of the lighting, is arranged behind the object at any distance.
  • the task arises primarily from the area of inspection of industrially manufactured workpieces.
  • the function-related design of the workpieces is based on the mechanical function of the surfaces (or volumes when considering strength).
  • a hole serves z. B. for receiving a shaft or a more complex machine part.
  • Flat surfaces can be used to position additional parts or as sliding surfaces.
  • the design on the drawing board or CAD system determines the position of the surfaces with the help of the delimiting edges and additional information such as diameter, center of a hole, etc. This corresponds to an imaging sensor very well, because the evaluation of the image amounts to recognizing visible edges and to determine their location. However, it depends on how precisely the edge determined by the sensor represents the real workpiece edge of the object.
  • an edge is a linear element in the image, which should be found as precisely as possible where the workpiece edge is mapped. So that it can be found there, a criterion or a model of the light-dark transition of the edge must be present, the occurrence of which in the image is to be recognized and localized using an image processing system.
  • the result of the localization is used with the help of geometric rules to infer measurements on the object. Accordingly, the accuracy of the localization directly influences the accuracy of the acquisition of geometric quantities on the object.
  • the method of viewing a point in the image as belonging to an edge is widespread if the gradient of the gray values has an extremum in its local environment, that is to say at places with the highest local contrast.
  • a set of edge elements i.e. pixels that probably represent an edge
  • edges can be combined into edges according to geometric, often heuristic rules, from which a dimension can then be calculated.
  • central imaging or telecentric imaging optics are used.
  • incident light arrangements are used.
  • diffuse illumination by a light tent or an incident-light illumination that is axial for imaging optics are used here.
  • the disadvantages of the known methods are essentially that the brightness curve of the structures produced in the illustration is subject to individual variations, which make it difficult to localize edges in the image with sufficient accuracy.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages of the known solutions and to combine the advantages of different known arrangements.
  • incident light illumination is used, in which the light source enters the surface via a flat retroreflector located behind the object Pupil of the imaging system is imaged.
  • the image generated with the aid of the imaging system is then evaluated by a suitable image evaluation device.
  • the properties of the retroreflector required for the procedure according to the invention are as follows: It is designed as a surface which is covered with very small, individually retroreflective particles. Every light beam that falls on the retroreflector is reflected back.
  • the retroreflector creates a bright background without narrowing the beam path through additional pupils or hatches, because every optical or mechanical detail of the overall arrangement is imaged in itself.
  • the object of the first exemplary embodiment is to measure the outer contour as well as holes and cutouts on flat metal sheets.
  • the arrangement described in the exemplary embodiment serves to generate an image of the object in the image plane that is well suited for automatic image processing.
  • Figure 1 shows schematically the arrangement of lamp 1, semi-transparent mirror 2, object 3, extensive retroreflector 4 (hereinafter referred to as retroreflector), lens 5, diaphragm 6 and image sensor 7.
  • the image sensor 7 can be made by an imaging sensor (for example a television camera ) or can also be realized by means of a focusing screen, which enables the structures shown to be measured by means of markings.
  • a camera is preferred, with which an electronic representation of the image is achieved, which in turn is automatically evaluated.
  • the surface of the object 3 appears dark in the image, but the background is very bright.
  • the effect occurs as follows: A light beam 8, which emerges from the lamp 1, hits the semi-transparent mirror 2. A part of it passes through after the reflection the hole in the object onto the retroreflector 4. There it is thrown back into itself. On the surface of the semi-transparent mirror 2, it is divided into two parts. The reflected part strikes the lamp 1 at the point from which the original light beam originated.
  • each object is imaged in itself by a retroreflector.
  • an image of the lamp 1 is formed not only at the location of the lamp itself, but also behind the semitransparent mirror 2 as a result of the rays emanating from the retroreflector 4 through the semitransparent
  • the arrangement produces an image that corresponds to a conventionally generated transmitted light image (light source behind the object).
  • the surface is also illuminated, so that these parts are also visible with low brightness.
  • a very significant advantage results from the fact that lighting and imaging optics can be easily mechanically connected and moved together over an object.
  • the image of the lamp 1 in the pupil 6 is retained, so that there is always a well-adjusted and focused illumination beam path and a very high light output.
  • the retroreflector can be placed almost anywhere behind the object and requires no alignment. It just has to be effective.
  • the semitransparent mirror 2 can also be replaced by another element which has a partially reflecting plane layer, e.g. through a beam splitter cube.
  • the second embodiment is based on the task of measuring the diameter of a reflecting tube. As such, e.g. a rubbed through hole. If you try to determine the diameter using an imaging arrangement that usually works with transmitted light, there are hardly any predictable lighting effects due to reflections of the light on the walls of the bore. A bright and uniform appearance of the inner surface is difficult to achieve with conventional transmitted light and is very dependent on the individual constellation.
  • Figure 2 shows a structure with lamp 1, semi-transparent mirror 2, tube 8, retroreflector 4, lens 5, aperture 6 and image sensor 7.
  • a light beam emanating from the lamp 1 strikes the inner wall of the bore 8 and then reaches the retroreflector 4 (possibly after further reflections). Here it is reflected back and takes the way back to the surface of the semi-transparent mirror 2 and on to the pupil 6. How to easily sees, in this case too, an image of the lamp 1 is formed in the pupil 6. If there is the task of imaging the object and the internally reflecting hole with a defined beam path, this can be achieved without interference from the reflection on the inner wall of the hole.
  • the hole itself and the background visible through the hole appear bright.
  • the flat surface of the object appears relatively dark because only a little light reflected from there passes through the lens. This also applies to the transition area between the flat surface and the hole itself.
  • This area is generally formed by a chamfer or a curve. If these are specular, which can be the case if the generating tool produces a corresponding surface, light rays originating from the lamp are reflected in an area that lies outside the lens opening. Therefore, these parts of the object appear very dark.
  • the arrangement described therefore produces a brightness transition of very high contrast precisely at the point where the boundary line is projected, which closes off the cylindrical part of the bore.
  • the focus level of the lens is also placed in this plane.
  • the cylindrical surface that is visible from a central perspective is displayed uniformly bright.
  • the arrangement is also suitable for visually inspecting the surface of such an internally reflecting cylinder.
  • centering the lamp 1 is thereby reduced. With a suitable dimensioning, centering of the lamp 1 after a lamp change can be dispensed with entirely.
  • Figure 3 shows a similar arrangement as Figure 1 with lamp 1, semi-transparent mirror 2, object 3, retroreflector 4, lens 5, aperture 6, image sensor 7, collector lens 9 and primary real helix image 10 and secondary real helix image 11 in the pupil.
  • the primary real spiral image 10 forms a secondary light source that can be treated like the lamp in the exemplary embodiments 1 and 2.
  • An aperture diaphragm 12 can be attached to the location of the primary real spiral image 10, which is imaged in the diaphragm 6.
  • the opening of the aperture diaphragm 12 acts as a secondary radiator.
  • FIG. 3a shows this variant.
  • the filament of the lamp 1 is first imaged into the pupil 6 via the partially transparent mirror 2.
  • the spiral image 11 is created. This in turn is imaged in itself via the retroreflector.
  • the advantage of this arrangement lies in the larger working distance compared to the embodiment shown in Figure 3, which now results from the object distance of the objective 5.
  • the lighting device can be expanded according to the K ⁇ HLER principle.
  • Figure 4 accordingly shows a similar arrangement as Figure 3 with lamp 1, semi-transparent mirror 2, object 3, retroreflector 4, lens 5, aperture 6, image sensor 7, collector lens 9, aperture diaphragm 12, field lens 13 and field diaphragm 14.
  • the opening of the aperture diaphragm 12 acts as a secondary light source when the lamp 1 is imaged there via the collector lens 9 and the field lens 13.
  • the field diaphragm 14 is over the field lens 13 in the object plane, i.e. mapped on the surface of the object 3 and there limits the illuminated field.
  • the opening of the aperture diaphragm 12 is effectively larger than the opening of the
  • Aperture diaphragm 12 and field lens 13 can also be reversed in their order when viewed from the lamp.
  • the arrangement described as embodiment 4 has the advantage of a limited illuminated field on the object, so that light that is not required for imaging is avoided.
  • the illumination of the object is very even.
  • the lighting device and the imaging device can also be expanded according to the telecentric principle.
  • the size of the image of an object 3 is kept constant, even if it is moved out of the plane of focus.
  • Arrangements that are telecentric on the object side also have the advantage that the beam bundles that contribute to the imaging run parallel to one another from all object points and run parallel to the axis of the imaging optics with respect to their main beam.
  • the same imaging properties result for all locations within the field of view on the object level.
  • Figure 5 shows a similar arrangement as Figure 4 with lamp 1, semi-transparent mirror 2, object 3, retroreflector 4, lens 5, diaphragm 6, image sensor 7, collector lens 9, aperture diaphragm 12, field lens 13 and field diaphragm 14.
  • the aperture diaphragm 12 is in the focal plane of the field lens 13, so that the aperture diaphragm 12 is imaged in the infinite.
  • the diaphragm 6 is in the focal plane of the objective 5. This creates an image of the aperture diaphragm 12 in the plane of the diaphragm 6.
  • the arrangement is known per se from bright-field reflected light microscopy.
  • a novelty according to the invention consists in the simultaneous achievement of an incident light and a transmitted light image with only one illumination device on the imaging optics side.
  • the quality of the transmitted light image is not inferior to that of a transmitted light illuminator. No parts to be adjusted behind the object are required.
  • the distance of the retroreflector can be several meters, which has great advantages for technical applications.
  • a further embodiment of this exemplary embodiment results if the illumination is carried out through part of the imaging optics in an arrangement which is customary in incident light microscopes.
  • Figure 5a shows a corresponding arrangement.
  • the aperture diaphragm 12 is imaged in the pupil 6 via a beam splitter 15 or a partially transparent mirror. This image of the aperture diaphragm is imaged in the pupil 6 again via the objective 5, the retroreflector 4, again via the objective 5.
  • the beam splitter and the parts of the lighting device located on its lateral axis can also be arranged between the diaphragm 6 and the objective 5.
  • the aperture 6 can also be located within the beam splitter.
  • a two-stage arrangement provides further options for achieving a telecentric beam path for the imaging. This is advantageous because the image quality and the light intensity can be increased at the same time.
  • the aperture 6 is replaced by a lens or an objective.
  • the pupil of this lens must lie in the plane in which parallel rays entering the lens 5 collect. Arrangements can also be used in which the pupil 6 is retained as such and a second objective is arranged between it and the image plane.
  • Such a two-stage telecentric beam path is advantageous if the pupil 6 is to be accessible in order to intervene in the beam path at this point.
  • the lighting device can be modified so that the inspection of bores, nozzles, etc. is particularly relieved ..
  • the starting point is a telecentric arrangement according to Figure 5 with lamp 1, semi-transparent mirror 2, object 3, retroreflector 4, lens 5, aperture 6, image sensor 7, collector lens 9, aperture diaphragm 12, field lens 13 and field diaphragm 14.
  • the aperture diaphragm 12 is firstly displaceable and secondly chosen such that its image in the pupil 6 is smaller than the pupil. It is no longer the aperture 6 that is effective, but the image of the aperture diaphragm 12 at the location of the aperture 6, and thus determines critical imaging properties of the system. If the aperture diaphragm 12 is moved laterally, this also applies to the image at the position of the diaphragm 6. The image becomes eccentric, but does not lose the property of telecentricity.
  • the axial symmetry of the image of the bore is disturbed, which can reduce the accuracy during the measurement. Aligning the two axes with each other is associated with considerable mechanical effort if the entire unit of optics and camera or if the object itself has to be moved. In the event of axis deviations such as those caused by manufacturing tolerances, Positioning tolerances, among other things, the parallelism of the bore axis with the axis of the imaging beam path can be achieved much easier by lateral displacement of the aperture diaphragm. This can easily be done by motor or manually.
  • Axial displacement of the aperture diaphragm 12 also shifts its image axially, so that it is no longer depicted in the plane of the diaphragm 6, which determines the telecentricity.
  • the axial displacement of the aperture diaphragm 12 turns the telecentric projection into a central one. However, the entire inner surface of the hole is visible in the central projection.
  • the progress according to the invention in this application example thus lies in the control of the imaging properties by shifting the effective pupil.
  • an arrangement is set which enables the aperture diaphragm to be displaced during operation.
  • An aperture turret is used with which apertures can be swiveled in different positions axially and radially.
  • the aperture diaphragm 12 is replaced by a medium whose transmission for light can be controlled locally (e.g. liquid crystal display).
  • the aperture diaphragm 12 and all the upstream elements are replaced by a light guide in which, at the location of the light exit, sub-beams delimited from one another lead to different lamps which can be switched.
  • the aperture diaphragm 12 and all upstream elements are replaced by a light guide, in which partial bundles lead to different lamps which can be switched and in which these partial bundles are mixed at the location of the light exit so that when the lamps are switched, different centers of gravity offset from the center Result in light emission.
  • the illumination device can also be adapted to microscopes.
  • a flat reflector must either be very extended or be placed very close behind the object so that all light rays from the lens side also fall onto the reflector. If the reflector is positioned very close to the object, the size of the very small individual reflectors is no longer negligible compared to the object. There are disruptive effects.
  • Figure 7 shows the inventive application of a dome-shaped retroreflector, which also reflects the marginal rays of an imaging beam with a high aperture.
  • a variant is to use a conventional condenser between the object and the retroreflector.
  • Figure 7a shows this variant.
  • a condenser 16 is arranged between the object and the retroreflector.
  • the retroreflector must be attached in such a way that it is not (also not blurred) imaged in the image plane. This succeeds if he is in the plane of the aperture diaphragm or in its vicinity.
  • the requirements for the centering of the condenser are considerably lower in the application according to the invention with a retroreflector than in the case of conventional transmitted light illumination: the rays falling into the condenser-retroreflector combination are reflected back in relation to the rest of the system, regardless of offset and twist.

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Abstract

The invention relates to an optical device for generating an image on the surface of a picking-up element (7) with a device for illuminating the object on the same side of the object, in which the light source (1) to illuminate the object is imaged, with the aid of a partially reflective plane surface (2) and a retroreflective surface (4) of any shape within the illumination beam path, into the pupil (6) of the part of the arrangement which images the object on the surface of the picking-up element (7). This device is used to measure geometrical dimensions of the object.

Description

Anordnung zur Beleuchtung und AbbildungArrangement for lighting and illustration
1. Beschreibung1. Description
Der Gegenstand der Erfindung ist die maßliche Erfassung industriell gefertigter Objekte mittels einer Anordnung aufeinander abgestimmter Komponenten zur Beleuchtung und Abbildung und zur Auswertung des Bildes. Beleuchtungs- und Abbildungsteil befinden sich beide auf derselben Seite des Objekts. Hinter dem Objekt wird in beliebigem Abstand eine retroreflektierende Oberfläche angeordnet, die einen wichtigen Teil der Beleuchtung darstellt. Bei dieser Anordnung werden die Umrisse des Objektes besonders kontrastreich und reproduzierbar, insbesondere aber gut vorhersehbar abgebildet, so daß eine maschinelle präzise Maßerfassung durch eine Vermessung des Bildes vorwiegend mit automatischen Bildauswertegeräten erleichtert wird.The object of the invention is the dimensional detection of industrially manufactured objects by means of an arrangement of coordinated components for lighting and imaging and for evaluating the image. The lighting and imaging parts are both on the same side of the object. A retroreflective surface, which is an important part of the lighting, is arranged behind the object at any distance. With this arrangement, the contours of the object are reproduced in a particularly high-contrast and reproducible manner, but especially in a predictable manner, so that precise measurement by machine is facilitated by measuring the image, predominantly with automatic image evaluation devices.
2. Aufgabenstellung2. Task
Die Aufgabenstellung entspringt vorwiegend dem Bereich der Inspektion industriell gefertigter Werkstücke.The task arises primarily from the area of inspection of industrially manufactured workpieces.
3. Stand der Technik3. State of the art
Zur Hervorhebung von Oberflächenfehlern an glänzenden Objekten (Unebenheiten, Kratzer usw.) und von Fehlern innerhalb transparenter Objekte (z.B. Blasen) werden Anordnungen verwendet, bei denen die Lichtstrahlen ausgehend von der Lampe über die Reflexion an der Oberfläche des zu prüfende Objektes bzw. durch das zu prüfende Objekt hindurch auf eine retroreflektie¬ rende Oberfläche gelangen, an der die auftreffenden Lichtstrahlen in sich zurückgeworfen werden und bei fehlerfreiem Objekt schließlich in das Objektiv einer Kamera gelangen. Bei fehlerfreiem Objekt entsteht auf der Projektions¬ fläche der Kamera ein gleichmäßig helles Bild. Sobald sich Fehler auf der Objektoberfläche oder in dem Objekt befinden, gelangen die in ihrem Verlauf dadurch gestörten Lichtstrahlen nicht mehr in das Objektiv, so daß auf der Projektionsfläche eine sehr gut registrierbare dunkle Stelle entsteht. (H. Marguerre: Kontrastierverfahren an Oberflächen zur Qualitätsprüfung, in Feinwerktechnik und Meßtechnik 93 (1985) 8, S.419 - 422.) Der Stand der Technik bezüglich optischer Anordnungen zur Erzeugung eines für die automatische Vermessung eines Objektes möglichst gut geeigneten Bildes des Objektes, muß unter dem Aspekt der nachfolgenden Auswertung der Bilder gesehen werden. Deshalb sollen die dazu verwendeten Techniken erläutert werden.To emphasize surface defects on shiny objects (bumps, scratches, etc.) and defects within transparent objects (e.g. bubbles), arrangements are used in which the light rays emanate from the lamp via the reflection on the surface of the object to be tested or through the Object to be checked pass through to a retroreflective surface, on which the incident light rays are reflected back and finally, in the case of a defect-free object, reach the lens of a camera. If the object is free of defects, a uniformly bright image is formed on the projection surface of the camera. As soon as there are defects on the object surface or in the object, the light rays that are disturbed in their course no longer reach the lens, so that a dark spot that can be registered very well arises on the projection surface. (H. Marguerre: Contrast methods on surfaces for quality inspection, in precision engineering and measurement technology 93 (1985) 8, p.419 - 422.) The state of the art with regard to optical arrangements for generating an image of the object that is as suitable as possible for the automatic measurement of an object must be seen in terms of the subsequent evaluation of the images. Therefore, the techniques used for this are to be explained.
Der funktionsbezogene Entwurf der Werkstücke geht von der mechanischen Funktion der Flächen (bzw. Volumina bei Festigkeitsüberlegungen) aus. Eine Bohrung dient z. B. zur Aufnahme einer Welle oder eines komplexeren Maschinenteiles. Plane Flächen können der Positionierung weiterer Teile oder als Gleitflächen dienen. Der Entwurf am Zeichenbrett oder CAD-System bestimmt die Lage der Flächen mit Hilfe der begrenzenden Kanten sowie durch Zusatzangaben wie Durchmesser, Mittelpunkt einer Bohrung usw. Dem entspricht ein bildgebender Sensor sehr gut, weil die Auswertung des Bildes darauf hinausläuft, sichtbare Kanten zu erkennen und deren Lage zu bestimmen. Es kommt jedoch darauf an, wie präzise die vom Sensor ermittelte Kante die reale Werkstückkante des Objektes repräsentiert.The function-related design of the workpieces is based on the mechanical function of the surfaces (or volumes when considering strength). A hole serves z. B. for receiving a shaft or a more complex machine part. Flat surfaces can be used to position additional parts or as sliding surfaces. The design on the drawing board or CAD system determines the position of the surfaces with the help of the delimiting edges and additional information such as diameter, center of a hole, etc. This corresponds to an imaging sensor very well, because the evaluation of the image amounts to recognizing visible edges and to determine their location. However, it depends on how precisely the edge determined by the sensor represents the real workpiece edge of the object.
Aus der Sicht der Bildverarbeitung ist eine Kante ein linienhaftes Element im Bild, das möglichst genau dort gefunden werden soll, wohin die Werkstück kante abgebildet wird. Damit sie dort gefunden werden kann, muß ein Kriterium bzw. ein Modell des Hell-Dunkel-Überganges der Kante vorliegen, dessen Auftreten im Bild mit einem Bildverarbeitungssystem erkannt und lokalisiert werden soll. Das Ergebnis der Lokalisation wird mit Hilfe geometrischer Regeln dazu verwendet, auf Maße am Objekt zu schließen. Entsprechend beienflußt die Genauigkeit der Lokalisation direkt die Genauigkeit der Erfassung geometrischer Größen am Objekt.From the point of view of image processing, an edge is a linear element in the image, which should be found as precisely as possible where the workpiece edge is mapped. So that it can be found there, a criterion or a model of the light-dark transition of the edge must be present, the occurrence of which in the image is to be recognized and localized using an image processing system. The result of the localization is used with the help of geometric rules to infer measurements on the object. Accordingly, the accuracy of the localization directly influences the accuracy of the acquisition of geometric quantities on the object.
Weit verbreitet ist die Methode, einen Punkt im Bild dann als zu einer Kante gehörend anzusehen, wenn der Gradient der Grauwerte in seiner lokalen Umgebung ein Extremum aufweist, also an Stellen höchsten lokalen Kontrastes. Eine Menge von Kantenelementen (d.h. Bildpunkte, die wahrscheinlich eine Kante repräsentieren) kann nach geometrischen, oft heuristischen Regeln zu Kanten zusammengefaßt werden, woraus dann ein Maß berechnet werden kann.The method of viewing a point in the image as belonging to an edge is widespread if the gradient of the gray values has an extremum in its local environment, that is to say at places with the highest local contrast. A set of edge elements (i.e. pixels that probably represent an edge) can be combined into edges according to geometric, often heuristic rules, from which a dimension can then be calculated.
Fehler durch die örtlich falsche Registrierung von Bildpunkten als Kantenpunkte infolge von Beleuchtungseffekten wirken sich je nach der Art des zu vermessen-Errors due to the locally incorrect registration of pixels as edge points as a result of lighting effects have an effect depending on the type of
öS^fö den Details unterschiedlich aus. An der Fase als Übergang zwischen zwei Funk¬ tionsflächen bzw. an einer Rundung entsteht ein Helligkeitsverlauf, der je nach Position der Lichtquelle sehr unterschiedlich sein kann, wodurch eine präzise automatische Auswertung des Bildes erschwert wird.öS ^ fö the details differ. At the bevel as a transition between two functional areas or at a curve, a brightness curve arises, which can be very different depending on the position of the light source, which makes a precise automatic evaluation of the image difficult.
Gut definierte Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengänge mindern die durch oben genannte Unwägbarkeiten erzeugten Ungenauigkeiten und sind als Teil einer Einrichtung zur automatischen Vermessung von besonderer Bedeutung. Auch bei Profi Iprojektoren findet sich deshalb ein Strahlengang, welcher der klassischen Durchlichtbeleuchtung nach Köhler entspricht.Well-defined lighting and imaging beam paths reduce the inaccuracies caused by the above-mentioned uncertainties and are of particular importance as part of an automatic measurement device. Therefore, there is also a beam path in professional projectors that corresponds to the classic transmitted light illumination according to Köhler.
Allgemein werden zentral abbildende oder telezentrische Abbildungsoptiken benutzt. In Fällen, bei denen die Abbildung des Schattens eines Objektes (wie bei Profilprojektoren) nicht ausreicht, werden Auflichtanordnungen verwendet. Neben allen möglichen Anordnungen zur Hervorhebung von bestimmten Bildde¬ tails werden hier die diffuse Beleuchtung durch ein Lichtzelt oder eine zur Abbil¬ dungsoptik axiale Auflichtbeleuchtung verwendet. Füllt das Bild des Objektes nicht das ganze Bildfeld aus, z.B. wenn Außenkanten oder Durchbrüche abgebil¬ det werden, wird der Hintergrund hinter dem Objekt sichtbar. Dieser muß sehr sorgfältig gestaltet werden, weil dadurch die Genauigkeit der Kantenfindung und letztlich der Vermessung der Objekte beeinflußt wird.In general, central imaging or telecentric imaging optics are used. In cases where the image of the shadow of an object is insufficient (as with profile projectors), incident light arrangements are used. In addition to all possible arrangements for emphasizing certain image details, diffuse illumination by a light tent or an incident-light illumination that is axial for imaging optics are used here. Does the image of the object not fill the entire image field, e.g. if outer edges or openings are shown, the background behind the object becomes visible. This must be designed very carefully, because it affects the accuracy of edge finding and ultimately the measurement of the objects.
4. Nachteile der beschriebenen Verfahren4. Disadvantages of the methods described
Die Nachteile der bekannten Verfahren liegen im wesentlichen darin, daß der Helligkeitsverlauf der in der Abbildung erzeugten Strukturen individuellen Variationen unterworfen ist, die es erschweren, Kanten im Bild genügend genau zu lokalisieren.The disadvantages of the known methods are essentially that the brightness curve of the structures produced in the illustration is subject to individual variations, which make it difficult to localize edges in the image with sufficient accuracy.
Verfahren, die mit Durchlicht arbeiten, wie bei Profilprojektoren, lassen keine Abbildung von Objektdetails wie Taschen, Ausdrehungen oder Sacklöcher zu. Diese sind damit der automatischen Vermessung entzogen.Processes that use transmitted light, such as profile projectors, do not allow object details such as pockets, recesses or blind holes to be reproduced. These are therefore removed from the automatic measurement.
Bei Verfahren, die mit Auflicht arbeiten und bei denen an Außenkanten oder Durchbrüchen gemessen werden soll, ist die Gestaltung des Hintergrundes schwierig: Fasen oder Rundungen eines metallischen Objektes reflektieren die aus der Beleuchtung kommenden Lichtstrahlen in eine Richtung, die an der Abbildungsoptik vorbeigeht. Entsprechend erscheinen sie im Bild dunkel. EineIn processes that work with incident light and in which measurements are to be taken on outer edges or openings, the design of the background is difficult: chamfers or curves of a metallic object reflect the light rays coming from the lighting in a direction that passes the imaging optics. Accordingly, they appear dark in the picture. A
Ersatzblatt Außenkante ist deshalb vor einem dunklen Hintergrund schwer erkennbar. Eine Alternative dazu ist in einem hellen Hintergrund gegeben, der aber in dem Bild eine ähnliche Helligkeit erzeugen muß, wie beispielsweise eine hell in die Abbildungsoptik reflektierende metallische Oberfläche. Der helle Hintergrund muß also durch einen sogenannten Lichtkasten erzeugt werden. Die erforder¬ liche Helligkeit ist jedoch insbesondere dann schwer zu erzielen, wenn hinter dem Objekt ein großer freier Abstand gefordert ist. Gerichtetes Licht zur Aufhellung des Hintergrundes mit Hilfe einer Lampe und einer Fresnellinse bedarf der Justierung, damit die Achsen der Beleuchtungs- und der Abbildungs¬ optik zusammenfallen. Wird die Abbildungsoptik aber durch die Mechanik einer Meßmaschine bewegt, muß die Beleuchtungseinheit der Bewegung folgen, was meistens unmöglich ist.Spare sheet The outer edge is therefore difficult to see against a dark background. An alternative to this is given in a light background, which, however, has to produce a brightness in the image which is similar to that of a metallic surface which reflects lightly into the imaging optics. The bright background must therefore be generated by a so-called light box. However, the required brightness is particularly difficult to achieve if a large free distance is required behind the object. Directional light for brightening the background with the aid of a lamp and a Fresnel lens requires adjustment so that the axes of the illuminating and imaging optics coincide. If the imaging optics are moved by the mechanics of a measuring machine, the lighting unit must follow the movement, which is usually impossible.
5. Erfindungsgemäßes Beheben der Nachteile5. Eliminating the disadvantages according to the invention
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Lösungen zu vermeiden und die Vorteile verschiedener bekannter Anordnungen zu kombinie¬ ren. Dazu wird eine Auflichtbeleuchtung verwendet, bei der die Lichtquelle über einen flächig ausgeprägten Retroreflektor, der sich hinter dem Objekt befindet, in die Pupille des Abbildungssystems abgebildet wird. Das mit Hilfe des Abbild ungssystems erzeugte Bild wird dann durch eine geeignete Bildauswerte¬ einrichtung ausgewertet. Die für das erfindungsgemäße Vorgehen erforder¬ lichen Eigenschaften des Retroreflektors sind folgende: Er ist als Fläche ausgebildet, die mit sehr kleinen einzeln retroreflektierenden Partikeln bedeckt ist. Jeder Lichtstrahl, der auf den Retroreflektor fällt, wird in sich zurückgeworfen. Der Retroreflektor erzeugt einen hellen Hintergrund ohne den Strahlengang durch zusätzliche Pupillen oder Luken einzuengen, weil jedes optische oder mechanische Detail der Gesamtanordnung in sich selber abgebildet wird.The object of the invention is to avoid the disadvantages of the known solutions and to combine the advantages of different known arrangements. For this purpose, incident light illumination is used, in which the light source enters the surface via a flat retroreflector located behind the object Pupil of the imaging system is imaged. The image generated with the aid of the imaging system is then evaluated by a suitable image evaluation device. The properties of the retroreflector required for the procedure according to the invention are as follows: It is designed as a surface which is covered with very small, individually retroreflective particles. Every light beam that falls on the retroreflector is reflected back. The retroreflector creates a bright background without narrowing the beam path through additional pupils or hatches, because every optical or mechanical detail of the overall arrangement is imaged in itself.
atzblatt 6. Ausführungsbeispielea t zblatt 6. Embodiments
Technische Ausführungen, die die Erfindung betreffen, werden in den folgenden Beispielen beschriebenTechnical embodiments relating to the invention are described in the following examples
6.1 Erstes Ausführungsbeispiel6.1 First embodiment
Dem ersten Ausführungsbeispiel liegt die Aufgabe zugrunde, die Außenkontur sowie Löcher und Ausbrüche an flachen Blechen maßlich zu erfassen. Die in dem Ausführungsbeispiel beschriebene Anordnung dient dazu, ein für die automati¬ sche Bildverarbeitung gut geeignetes Bild des Objektes in der Bildebene zu erzeu¬ gen.The object of the first exemplary embodiment is to measure the outer contour as well as holes and cutouts on flat metal sheets. The arrangement described in the exemplary embodiment serves to generate an image of the object in the image plane that is well suited for automatic image processing.
Bild 1 zeigt schematisch die Anordnung von Lampe 1, halbdurchlässigem Spiegel 2, Objekt 3, flächenhaft ausgeprägtem Retroreflektor 4 (im weiteren Retrore¬ flektor genannt), Objektiv 5, Blende 6 und Bildaufnehmer 7. Der Bildaufnehmer 7 kann durch einen bildgebenden Sensor (z.B. Fernsehkamera) oder auch durch eine Mattscheibe realisiert werden, die mittels Markierungen eine maßliche Erfassung der abgebildeten Strukturen ermöglicht. Vorgezogen wird aber eine Kamera, mit der eine elektronische Repräsentation des Bildes erreicht wird, die wiederum automatisch ausgewertet wird.Figure 1 shows schematically the arrangement of lamp 1, semi-transparent mirror 2, object 3, extensive retroreflector 4 (hereinafter referred to as retroreflector), lens 5, diaphragm 6 and image sensor 7. The image sensor 7 can be made by an imaging sensor (for example a television camera ) or can also be realized by means of a focusing screen, which enables the structures shown to be measured by means of markings. However, a camera is preferred, with which an electronic representation of the image is achieved, which in turn is automatically evaluated.
Bei dieser Anordnung erscheint die Oberfläche des Objekts 3 im Bild dunkel, der Hintergrund jedoch sehr hell. Der Effekt kommt folgendermaßen zustande: Ein Lichtstrahl 8, der an der Lampe 1 austritt, trifft den halbdurchlässigen Spiegel 2. Ein Teil davon gelangt nach der Reflexion durch das Loch in dem Objekt auf den Retroreflektor 4. Dort wird er in sich zurückgeworfen. An der Oberfläche des halbdurchlässigen Spiegels 2 wird er in zwei Teile geteilt. Der reflektierte Teil trifft die Lampe 1 an der Stelle, von der der ursprüngliche Lichtstrahl ausging.With this arrangement, the surface of the object 3 appears dark in the image, but the background is very bright. The effect occurs as follows: A light beam 8, which emerges from the lamp 1, hits the semi-transparent mirror 2. A part of it passes through after the reflection the hole in the object onto the retroreflector 4. There it is thrown back into itself. On the surface of the semi-transparent mirror 2, it is divided into two parts. The reflected part strikes the lamp 1 at the point from which the original light beam originated.
Betrachtet man statt eines einzelnen alle Strahlen, die ausgehend von der Lampe 1 über den Retroreflektor 4 zur Lampe 1 zurückgelangen, kann man schließen, daß die Lampe 1 in sich selber abgebildet wird. Entsprechend wird jedes Objekt von einem Retroreflektor in sich selber abgebildet. In der hier gegebenen Anordnung entsteht ein Bild der Lampe 1 jedoch nicht nur an dem Ort der Lampe selbst, sondern auch eines hinter dem halbdurchlässigen Spiegel 2 infolge der Strahlen, die von dem Retroreflektor 4 ausgehend durch den halbdurchlässigenIf, instead of looking at each individual beam, one looks at all the rays that go back from lamp 1 via retroreflector 4 to lamp 1, one can conclude that lamp 1 is imaged in itself. Accordingly, each object is imaged in itself by a retroreflector. In the arrangement given here, however, an image of the lamp 1 is formed not only at the location of the lamp itself, but also behind the semitransparent mirror 2 as a result of the rays emanating from the retroreflector 4 through the semitransparent
latt Spiegel 2 hindurchtreten. Die Position der Lampe 1 wird nun so gewählt, daß dieses Bild der Lampe in der Pupille 6 des Objektives 5 entsteht.latt Step through mirror 2. The position of the lamp 1 is now chosen so that this image of the lamp is formed in the pupil 6 of the objective 5.
Die Anordnung erzeugt ein Bild, das einem konventionell erzeugten Durchlichtbild entspricht (Lichtquelle hinter dem Objekt). Zusätzlich wird aber auch die Oberfläche beleuchtet, so daß auch diese Teile mit geringer Helligkeit sichtbar sind. Ein ganz wesentlicher Vorteil ergibt sich dadurch, daß sich Beleuchtung und Abbildungsoptik leicht mechanisch verbinden und über ein Objekt gemeinsam hinwegbewegen lassen. Dabei bleibt die Abbildung der Lampe 1 in die Pupille 6 erhalten, so daß stets ein gut justierter und gebündelter Beleuchtungsstrahlengang sowie eine sehr hohe Lichtausbeute vorhanden sind. Der Retroreflektor kann nahezu beliebig weit hinter dem Objekt angebracht werden und bedarf keiner Ausrichtung. Er muß nur wirksam sein.The arrangement produces an image that corresponds to a conventionally generated transmitted light image (light source behind the object). In addition, the surface is also illuminated, so that these parts are also visible with low brightness. A very significant advantage results from the fact that lighting and imaging optics can be easily mechanically connected and moved together over an object. The image of the lamp 1 in the pupil 6 is retained, so that there is always a well-adjusted and focused illumination beam path and a very high light output. The retroreflector can be placed almost anywhere behind the object and requires no alignment. It just has to be effective.
Der halbdurchlässige Spiegel 2 kann auch durch ein anderes Element ersetzt werden, das eine teilweise spiegelnde plane Schicht aufweist, z.B. durch einen Strahlteilerwürfel.The semitransparent mirror 2 can also be replaced by another element which has a partially reflecting plane layer, e.g. through a beam splitter cube.
6.2 Zweites Ausführungsbeispiel6.2 Second embodiment
Dem zweiten Ausführungsbeispiel liegt die Aufgabe zugrunde, den Durchmesser einer spiegelnden Röhre zu messen. Als solche erscheint in der Fertigung z.B. ein aufgeriebenes Durchgangsloch. Versucht man den Durchmesser anhand einer Abbildungsanordnung festzustellen, die üblicherweise mit Durchlicht arbeitet, ergeben sich kaum vorhersagbare Lichtwirkungen durch Spiegelungen des Lichtes an den Wänden der Bohrung. Eine hell und gleichmäßig erscheinende Abbildung der Innenfläche ist bei konventionellem Durchlicht schwer zu erreichen und sehr von der individuellen Konstellation abhängig.The second embodiment is based on the task of measuring the diameter of a reflecting tube. As such, e.g. a rubbed through hole. If you try to determine the diameter using an imaging arrangement that usually works with transmitted light, there are hardly any predictable lighting effects due to reflections of the light on the walls of the bore. A bright and uniform appearance of the inner surface is difficult to achieve with conventional transmitted light and is very dependent on the individual constellation.
Bei der erfindungsgemäßen Anwendung einer Anordnung, ähnlich der im Ausführungsbeispiel 1 genannten, ergeben sich derartige Schwierigkeiten nicht. Bild 2 zeigt einen Aufbau mit Lampe 1, halbdurchlässigem Spiegel 2, Röhre 8 , Retroreflektor 4, Objektiv 5, Blende 6 und Bildaufnehmer 7.Such difficulties do not arise when using an arrangement according to the invention, similar to that mentioned in exemplary embodiment 1. Figure 2 shows a structure with lamp 1, semi-transparent mirror 2, tube 8, retroreflector 4, lens 5, aperture 6 and image sensor 7.
Ein von der Lampe 1 ausgehender Lichtstrahl trifft die Innenwand der Bohrung 8 und gelangt dann (evtl. nach weiteren Reflexionen auf den Retroreflektor 4. Hier wird er in sich zurückgeworfen und nimmt den Weg zurück bis zur Oberfläche des halbdurchlässigen Spiegels 2 und weiter bis zur Pupille 6. Wie man leicht sieht, entsteht auch in diesem Fall ein Bild der Lampe 1 in der Pupille 6. Besteht also die Aufgabe, das Objekt und die innen spiegelnde Bohrung mit definiertem Strahlengang abzubilden, gelingt dieses ohne Störungen durch die Spiegelung an der Innenwand der Bohrung. Die Bohrung selbst als auch der durch die Bohrung hindurch sichtbare Hintergrund erscheinen hell. Die flache Oberfläche des Objektes erscheint relativ dunkel, weil nur wenig von dort reflektiertes Licht durch das Objektiv fällt. Das trifft auch für den Übergangsbereich zwischen der flachen Oberfläche und der Bohrung selbst zu. Dieser Bereich wird i.a. durch eine Fase oder eine Rundung gebildet. Sind diese spiegelnd, was zutreffen kann, wenn das erzeugende Werkzeug eine entsprechende Oberfläche erzeugt, werden von der Lampe stammende Lichtstrahlen in einen Bereich reflektiert, der außerhalb der Objektivöffnung liegt. Deshalb erscheinen diese Objektteile sehr dunkel. Mithin erzeugt die beschriebene Anordnung einen Helligkeitsübergang sehr hohen Kontrastes genau an der Stelle, wohin die Begrenzungslinie projiziert wird, die den zylindrischen Teil der Bohrung abschließt. Etwa in diese Ebene legt man auch die Schärfeebene des Objektives. Die in Zentralperspektive sichtbare zylindrische Fläche wird gleichmäßig hell abgebildet. Die Anordnung ist auch geeignet, die Oberfläche eines solchen innen spiegelnden Zylinders einer Sichtprüfung zu unterziehen.A light beam emanating from the lamp 1 strikes the inner wall of the bore 8 and then reaches the retroreflector 4 (possibly after further reflections). Here it is reflected back and takes the way back to the surface of the semi-transparent mirror 2 and on to the pupil 6. How to easily sees, in this case too, an image of the lamp 1 is formed in the pupil 6. If there is the task of imaging the object and the internally reflecting hole with a defined beam path, this can be achieved without interference from the reflection on the inner wall of the hole. The hole itself and the background visible through the hole appear bright. The flat surface of the object appears relatively dark because only a little light reflected from there passes through the lens. This also applies to the transition area between the flat surface and the hole itself. This area is generally formed by a chamfer or a curve. If these are specular, which can be the case if the generating tool produces a corresponding surface, light rays originating from the lamp are reflected in an area that lies outside the lens opening. Therefore, these parts of the object appear very dark. The arrangement described therefore produces a brightness transition of very high contrast precisely at the point where the boundary line is projected, which closes off the cylindrical part of the bore. The focus level of the lens is also placed in this plane. The cylindrical surface that is visible from a central perspective is displayed uniformly bright. The arrangement is also suitable for visually inspecting the surface of such an internally reflecting cylinder.
6.3 Drittes Ausführungsbeispiel6.3 Third embodiment
In den Ausführungsbeispielen 1 und 2 wurden zur Beleuchtung allein die Wendel der Lampe ohne zusätzliche optische Komponenten wie Kollektor- und Konden¬ sorlinsen benutzt. Durch die Eigenschaften eines flächenhaft ausgeprägten Retroreflektors, Objekte in sich selber abzubilden, ist die Größe des Bildes der Wendel, das in der Pupille des Objektives erzeugt werden soll, festgelegt. Es ist nämlich genauso groß, wie die Wendel selber. Die Pupille des Objektives wird nicht ausgenutzt, wenn das Wendelbild kleiner als die Pupille ist. Dieses kann zu verminderter Abbildungsleistung führen, ebenso wie ein Wendelbild, das nicht in die Mitte der Pupille fällt. Diese Nachteile könnten behoben werden, indem eine Lampe mit genügend großer Wendel eingesetzt würde. In der Praxis zeigt sich aber, daß solche Lampen, angepaßt an die erforderliche Helligkeit, nicht verfügbar sind. Abhilfe kann durch eine Zwischenabbildung der Lampe erfolgen, bei der das reelle Bild der Lampe an die Stelle der Lampe in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 tritt. Das Wendelbild wird durch konstruktive Maßnahmen so groß erzeugt, daß dessen Abbildung in der Blende 6 diese auch noch bei leicht dezentrierter Position der Lampe 1 selber zuverlässig überdeckt.In examples 1 and 2, only the filament of the lamp was used for illumination without additional optical components such as collector and condenser lenses. The properties of an extensive retroreflector to image objects in itself determine the size of the image of the helix that is to be created in the pupil of the lens. It is just as big as the helix itself. The pupil of the lens is not used if the spiral image is smaller than the pupil. This can lead to reduced imaging performance, as can a spiral image that does not fall in the middle of the pupil. These disadvantages could be remedied by using a lamp with a sufficiently large filament. In practice, however, it turns out that such lamps, adapted to the required brightness, are not available. This can be remedied by an intermediate image of the lamp, in which the real image of the lamp takes the place of the lamp in exemplary embodiments 1 and 2. The spiral image is generated so large by design measures that its image in the aperture 6 reliably covers this even when the lamp 1 is in a slightly decentred position.
blatt Die Anforderungen an die Zentrierung der Lampe 1 werden dadurch verringert. Bei geeigneter Dimensionierung kann eine Zentrierung der Lampe 1 nach einem Lampenwechsel ganz entfallen.sheet The requirements for centering the lamp 1 are thereby reduced. With a suitable dimensioning, centering of the lamp 1 after a lamp change can be dispensed with entirely.
Bild 3 zeigt entsprechend schematisch eine ähnliche Anordnung wie Bild 1 mit Lampe 1, halbdurchlässigem Spiegel 2, Objekt 3, Retroreflektor 4, Objektiv 5, Blende 6, Bildaufnehmer 7, Kollektorlinse 9 und primärem reellem Wendelbild 10 sowie sekundärem reellem Wendelbild 11 in der Pupille.Correspondingly, Figure 3 shows a similar arrangement as Figure 1 with lamp 1, semi-transparent mirror 2, object 3, retroreflector 4, lens 5, aperture 6, image sensor 7, collector lens 9 and primary real helix image 10 and secondary real helix image 11 in the pupil.
Das primäre reelle Wendelbild 10 bildet eine sekundäre Lichtquelle, die behandelt werden kann, wie die Lampe in den Ausführungsbeispielen 1 und 2. An den Ort des primären reellen Wendelbildes 10 kann eine Aperturblende 12 angebracht werden, die in der Blende 6 abgebildet wird. Die Öffnung der Aperturblende 12 wirkt als Sekundärstrahler.The primary real spiral image 10 forms a secondary light source that can be treated like the lamp in the exemplary embodiments 1 and 2. An aperture diaphragm 12 can be attached to the location of the primary real spiral image 10, which is imaged in the diaphragm 6. The opening of the aperture diaphragm 12 acts as a secondary radiator.
Eine Variante dieses Ausführungsbeispiels ergibt sich, wenn die Beleuchtung durch das Objektiv 5 hindurch erfolgt. Bild 3a zeigt diese Variante. Hier wird die Wendel der Lampe 1 zunächst über den teildurchlässigen Spiegel 2 in die Pupille 6 abgebildet. Es entsteht das Wendelbild 11. Dieses wird seinerseits über den Retroreflektor in sich selbst abgebildet. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in dem gegenüber der in Bild 3 gezeigten Ausführung größeren Arbeitsabstand, der sich nun durch die Gegenstandsweite des Objektivs 5 ergibt.A variant of this exemplary embodiment results if the illumination takes place through the objective 5. Figure 3a shows this variant. Here the filament of the lamp 1 is first imaged into the pupil 6 via the partially transparent mirror 2. The spiral image 11 is created. This in turn is imaged in itself via the retroreflector. The advantage of this arrangement lies in the larger working distance compared to the embodiment shown in Figure 3, which now results from the object distance of the objective 5.
6.4 Viertes Ausführungsbeispiel6.4 Fourth embodiment
In weiterer Vervollkommnung der Ausführung nach Beispiel 3 kann die Beleuchtungseinrichtung nach dem KÖHLERschen Prinzip ausgebaut werden.In a further perfection of the embodiment according to Example 3, the lighting device can be expanded according to the KÖHLER principle.
Bild 4 zeigt entsprechend schematisch eine ähnliche Anordnung wie Bild 3 mit Lampe 1, halbdurchlässigem Spiegel 2, Objekt 3, Retroreflektor 4, Objektiv 5, Blende 6, Bildaufnehmer 7, Kollektorlinse 9, Aperturblende 12, Feldlinse 13 und Feldblende 14.Figure 4 accordingly shows a similar arrangement as Figure 3 with lamp 1, semi-transparent mirror 2, object 3, retroreflector 4, lens 5, aperture 6, image sensor 7, collector lens 9, aperture diaphragm 12, field lens 13 and field diaphragm 14.
Die Öffnung der Aperturblende 12 wirkt als sekundäre Lichtquelle, wenn die Lampe 1 über die Kollektorlinse 9 und die Feldlinse 13 dorthin abgebildet wird. Die Feldblende 14 wird über die Feldlinse 13 in der Objektebene, d.h. auf der Oberfläche des Objektes 3 abgebildet und begrenzt dort das ausgeleuchtete Feld. Die Öffnung der Aperturblende 12 ist effektiv größer gewählt als die Öfnung derThe opening of the aperture diaphragm 12 acts as a secondary light source when the lamp 1 is imaged there via the collector lens 9 and the field lens 13. The field diaphragm 14 is over the field lens 13 in the object plane, i.e. mapped on the surface of the object 3 and there limits the illuminated field. The opening of the aperture diaphragm 12 is effectively larger than the opening of the
Ersatzb.att Blende 6, damit die Blende 6 für den Beleuchtungsstrahlengang wirksame Blende ist. Aperturblende 12 und Feldlinse 13 können von der Lampe aus gesehen auch in ihrer Reihenfolge vertauscht werden.Replacement battery Aperture 6 so that the aperture 6 is an effective aperture for the illumination beam path. Aperture diaphragm 12 and field lens 13 can also be reversed in their order when viewed from the lamp.
Die als Ausführungsbeispiel 4 beschriebene Anordnung hat den Vorteil eines begrenzten beleuchteten Feldes auf dem Objekt, so daß zur Abbildung nicht benötigtes Licht vermieden wird. Die Ausleuchtung des Objektes ist sehr gleichmäßig.The arrangement described as embodiment 4 has the advantage of a limited illuminated field on the object, so that light that is not required for imaging is avoided. The illumination of the object is very even.
6.5 Fünftes Ausführungsbeispiel6.5 Fifth embodiment
In Anlehnung an eine Ausführung nach Beispiel 4 können die Beleuchtungsein¬ richtung und die Abbildungseinrichtung auch nach dem telezentrischen Prinzip ausgebaut werden. Dadurch wird die Größe der Abbildung eines Objektes 3 konstant gehalten, auch wenn es aus der Schärfeebene heraus bewegt wird. Weiterhin ergibt sich eine Parallelperspektive, die geometrische Interpretationen des Bildinhaltes für eine Erfassung der Abmessungen des Objektes durch einen bildgebenden Sensor erleichtern. Objektseitig telezentrische Anordnungen haben weiterhin den Vorteil, daß von allen Objektpunkten aus die Strahlen¬ bündel, die zur Abbildung beitragen, zueinander parallel und bezüglich ihres Hauptstrahles parallel zu der Achse der Abbildungsoptik verlaufen. Somit erge¬ ben sich für alle Orte innerhalb des Sehfeldes auf der Gegenstandsebene die gleichen Abbildungseigenschaften. (Bei zentraler Projektion kann z.B. die Abbil¬ dung eines und desselben Objektdetails völlig unterschiedliche Glanzlichter auf¬ weisen, je nachdem, ob es in die Mitte des Sehfeldes positioniert wird und mit einem Strahlenbündel abgebildet wird, das parallel zur optischen Achse verläuft, oder sich am Rande des Sehfeldes befindet und mit einem Strahlenbündel abgebildet wird, das schräg zur optischen Achse verläuft.) Folglich ergibt ein objektseitig telezentrischer Strahlengang nicht nur Vorteile bei der Inter¬ pretation des Bildinhaltes durch Parallelperspektive, sondern eine über das ganze Bildfeld hinweg gleiche Wirkung der Beleuchtung, so daß das Bild eines Objekt¬ details unabhängig von seiner Position im Bildfeld ist.Based on an embodiment according to Example 4, the lighting device and the imaging device can also be expanded according to the telecentric principle. As a result, the size of the image of an object 3 is kept constant, even if it is moved out of the plane of focus. Furthermore, there is a parallel perspective that facilitates geometric interpretations of the image content for an acquisition of the dimensions of the object by an imaging sensor. Arrangements that are telecentric on the object side also have the advantage that the beam bundles that contribute to the imaging run parallel to one another from all object points and run parallel to the axis of the imaging optics with respect to their main beam. Thus, the same imaging properties result for all locations within the field of view on the object level. (With central projection, for example, the image of one and the same object detail can have completely different highlights, depending on whether it is positioned in the center of the field of view and is imaged with a beam that runs parallel to the optical axis or on the Is located at the edge of the field of view and is imaged with a beam that runs diagonally to the optical axis.) Consequently, a telecentric beam path on the object side not only results in advantages when interpreting the image content by means of a parallel perspective, but also has the same effect of the illumination over the entire image field, so that the image of an object detail is independent of its position in the image field.
Bild 5 zeigt entsprechend schematisch eine ähnliche Anordnung wie Bild 4 mit Lampe 1, halbdurchlässigem Spiegel 2, Objekt 3, Retroreflektor 4, Objektiv 5, Blende 6, Bildaufnehmer 7, Kollektorlinse 9, Aperturblende 12, Feldlinse 13 und Feldblende 14. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel 4 steht die Aperturblende 12 in der Brennebene der Feldlinse 13, so daß die Aperturblende 12 in das unendliche abgebildet wird. Und die Blende 6 steht in der Brennebene des Objektivs 5. Damit ensteht eine Abbildung der Aperturblende 12 in der Ebene der Blende 6. Die Anordnung ist an sich aus der Hellfeld-Auflichtmikroskopie bekannt. Eine erfindungsgemäße Neuheit besteht aber in der gleichzeitigen Erzielung eines Auflicht- und eines Durchlichtbildes mit nur einer Beleuchtungseinrichtung auf der Seite der Abbildungsoptik. Die Qualität des Durchlichtbildes steht der eines mit einem Durchlichtilluminator erzielten nicht nach. Es werden keine zu justierenden Teile hinter dem Objekt benötigt. Der Abstand des Retroreflektors kann mehrere Meter betragen, was für die technische Anwendung große Vorteile bringt.Correspondingly, Figure 5 shows a similar arrangement as Figure 4 with lamp 1, semi-transparent mirror 2, object 3, retroreflector 4, lens 5, diaphragm 6, image sensor 7, collector lens 9, aperture diaphragm 12, field lens 13 and field diaphragm 14. Compared to embodiment 4, the aperture diaphragm 12 is in the focal plane of the field lens 13, so that the aperture diaphragm 12 is imaged in the infinite. And the diaphragm 6 is in the focal plane of the objective 5. This creates an image of the aperture diaphragm 12 in the plane of the diaphragm 6. The arrangement is known per se from bright-field reflected light microscopy. However, a novelty according to the invention consists in the simultaneous achievement of an incident light and a transmitted light image with only one illumination device on the imaging optics side. The quality of the transmitted light image is not inferior to that of a transmitted light illuminator. No parts to be adjusted behind the object are required. The distance of the retroreflector can be several meters, which has great advantages for technical applications.
Eine weitere Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispiels ergibt sich, wenn die Beleuchtung durch einen Teil der Abbildungsoptik hindurch ausgeführt wird in einer Anordnung, die bei Auflichtmikroskopen üblich ist. Bild 5a zeigt eine entsprechende Anordnung. Die Aperturblende 12 wird über einen Strahlteiler 15 oder einen teildurchlässigen Spiegel in der Pupille 6 abgebildet. Dieses Bild der Aperturblende wird über das Objektiv 5, den Retroreflektor 4, nochmals über das Objektiv 5 wiederum in der Pupille 6 abgebildet.A further embodiment of this exemplary embodiment results if the illumination is carried out through part of the imaging optics in an arrangement which is customary in incident light microscopes. Figure 5a shows a corresponding arrangement. The aperture diaphragm 12 is imaged in the pupil 6 via a beam splitter 15 or a partially transparent mirror. This image of the aperture diaphragm is imaged in the pupil 6 again via the objective 5, the retroreflector 4, again via the objective 5.
Der Strahlteiler und die sich auf seiner seitlichen Achse befindenden Teile der Beleuchtungseinrichtung können auch zwischen der Blende 6 und dem Objektiv 5 angeordnet werden. Die Blende 6 kann sich auch innerhalb des Strahlteilers befinden.The beam splitter and the parts of the lighting device located on its lateral axis can also be arranged between the diaphragm 6 and the objective 5. The aperture 6 can also be located within the beam splitter.
Weitere Möglichkeiten, einen telezentrischen Strahlengang für die Abbildung zu erreichen, bestehen in einer zweistufigen Anordnung. Diese ist vorteilhaft, weil die Abbildungsqualität und gleichzeitig die Lichtstärke erhöht werden können. Dabei wird die Blende 6 durch eine Linse bzw. ein Objektiv ersetzt. Die Pupille dieses Objektives muß in der Ebene Liegen, in der sich parallele Strahlen, die in das Objektiv 5 eintreten, sammeln. Es sind auch Anordnungen anwendbar, bei denen die Pupille 6 als solche erhalten bleibt und zwischen dieser und der Bildebene ein zweites Objektiv angeordnet wird. Ein solcher zweistufiger tele¬ zentrischer Strahlengang ist vorteilhaft, wenn die Pupille 6 zugänglich sein soll, um an dieser Stelle in den Strahlengang einzugreifen. 6.6 Sechstes AusführungsbeispielA two-stage arrangement provides further options for achieving a telecentric beam path for the imaging. This is advantageous because the image quality and the light intensity can be increased at the same time. The aperture 6 is replaced by a lens or an objective. The pupil of this lens must lie in the plane in which parallel rays entering the lens 5 collect. Arrangements can also be used in which the pupil 6 is retained as such and a second objective is arranged between it and the image plane. Such a two-stage telecentric beam path is advantageous if the pupil 6 is to be accessible in order to intervene in the beam path at this point. 6.6 Sixth embodiment
In Anlehnung an eine Ausführung nach Beispielen 3 bis 5 kann die Beleuchtungs¬ einrichtung so modifiziert werden, daß die Inspektion von Bohrungen, Düsen u.a. besonders erleichtert wird..Based on an embodiment according to Examples 3 to 5, the lighting device can be modified so that the inspection of bores, nozzles, etc. is particularly relieved ..
Ausgegangen wird von einer telezentrischen Anordnung nach Bild 5 mit Lampe 1, halbdurchlässigem Spiegel 2, Objekt 3, Retroreflektor 4, Objektiv 5, Blende 6, Bildaufnehmer 7, Kollektorlinse 9, Aperturblende 12, Feldlinse 13 und Feld¬ blende 14.The starting point is a telecentric arrangement according to Figure 5 with lamp 1, semi-transparent mirror 2, object 3, retroreflector 4, lens 5, aperture 6, image sensor 7, collector lens 9, aperture diaphragm 12, field lens 13 and field diaphragm 14.
Gegenüber dem Ausführungsbeispiel 5 ist die Aperturblende 12 erstens verschiebbar und zweitens so gewählt, das ihr Bild in der Pupille 6 kleiner ist als die Pupille. Damit ist nicht mehr die Blende 6 sondern das Bild der Aperturblende 12 an der Stelle der Blende 6 wirksam und bestimmt damit entscheidende Abbildungseigenschaften des Systems. Wird die Aperturblende 12 seitlich verschoben, trifft dieses auch für ihr Bild an der Stelle der Blende 6 zu. Die Abbildung wird exzentrisch, verliert aber nicht die Eigenschaft der Telezentrie.Compared to the exemplary embodiment 5, the aperture diaphragm 12 is firstly displaceable and secondly chosen such that its image in the pupil 6 is smaller than the pupil. It is no longer the aperture 6 that is effective, but the image of the aperture diaphragm 12 at the location of the aperture 6, and thus determines critical imaging properties of the system. If the aperture diaphragm 12 is moved laterally, this also applies to the image at the position of the diaphragm 6. The image becomes eccentric, but does not lose the property of telecentricity.
Soll nun eine Bohrung (wie auch in Abbildung 2 dargestellt) inspiziert werden, gelingt dieses nicht, wenn die Anordnung telezentrisch und achsenparallel zu der Bohrung ist. Die Innenfläche wird durch den telezentrischen Strahlengang zu einer Begrenzungslinie abgebildet. Die Wandfläche ist nicht sichtbar. Wohl wäre sie es aber, wenn die Achse der Bohrung und die Achse der abbildenden Lichtbündel einen Winkel miteinander bildeten. Dieses kann durch seitliche Verschiebung der wirksamen Pupille erreicht werden. D.h dadurch, daß der Schwerpunkt des durch die Pupille 6 tretenden Lichtes seitlich von der optischen Achse zu liegen kommt. Dieses wird durch seitliche Verschiebung der Aperturblende 12 bewirkt. Die Wirkung ist vergleichbar mit schiefem Hineinsehen in die Bohrung. Bei telezentrischem Strahlengang kann nicht die gesamte Innenfläche zugleich inspiziert werden.If a hole is to be inspected (as also shown in Figure 2), this will not succeed if the arrangement is telecentric and parallel to the axis of the hole. The inner surface is mapped to a boundary line by the telecentric beam path. The wall surface is not visible. However, it would be if the axis of the bore and the axis of the imaging light bundles formed an angle with one another. This can be achieved by shifting the effective pupil laterally. This means that the center of gravity of the light passing through the pupil 6 comes to lie to the side of the optical axis. This is brought about by lateral displacement of the aperture diaphragm 12. The effect is comparable to looking into the hole at an angle. With a telecentric beam path, the entire inner surface cannot be inspected at the same time.
Liegt die Achse einer zu vermessenden Bohrung nicht parallel zu der optischen Achse, wird die axiale Symmetrie der Abbildung der Bohrung gestört, was die Genauigkeit bei der Vermessung verringern kann. Eine Ausrichtung der beiden Achsen zueinander ist mit erheblichem mechanischen Aufwand verbunden, wenn die gesamte Einheit aus Optik und Kamera oder wenn das Objekt selber bewegt werden muß. Bei Achsenabweichungen wie sie durch Fertigungstoleranzen, Positioniertoleranzen u.a. gegeben sind, kann die Parallelität der Bohrungsachse mit der Achse des abbildenden Strahlenganges durch seitliche Verschiebung der Aperturblende sehr viel einfacher erreicht werden. Dieses kann motorisch oder manuell leicht realisiert werden.If the axis of a bore to be measured is not parallel to the optical axis, the axial symmetry of the image of the bore is disturbed, which can reduce the accuracy during the measurement. Aligning the two axes with each other is associated with considerable mechanical effort if the entire unit of optics and camera or if the object itself has to be moved. In the event of axis deviations such as those caused by manufacturing tolerances, Positioning tolerances, among other things, the parallelism of the bore axis with the axis of the imaging beam path can be achieved much easier by lateral displacement of the aperture diaphragm. This can easily be done by motor or manually.
Durch axiale Verschiebung der Aperturblende 12 verschiebt sich auch deren Bild axial, so daß sie nicht mehr in der Ebene der Blende 6 abgebildet wird, die die Telezentrie bestimmt. Durch die axiale Verschiebung der Aperturblende 12 wird aus der telezentrischen Projektion eine zentrale. In der zentralen Projektion ist jedoch die gesamte Innenfläche der Bohrung sichtbar.Axial displacement of the aperture diaphragm 12 also shifts its image axially, so that it is no longer depicted in the plane of the diaphragm 6, which determines the telecentricity. The axial displacement of the aperture diaphragm 12 turns the telecentric projection into a central one. However, the entire inner surface of the hole is visible in the central projection.
Der erfindungsgemäße Fortschritt in diesem Anwendungsbeispiel liegt also in der Steuerung der Abbildungseigenschaften durch Verschieben der wirksamen Pupille. Anstelle einer justierbaren aber sonst unbeweglichen Aperturblende 12 wird eine Anordnung gesetzt, die eine Verschiebung der Aperturblende während des Betriebes ermöglicht. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten :The progress according to the invention in this application example thus lies in the control of the imaging properties by shifting the effective pupil. Instead of an adjustable but otherwise immovable aperture diaphragm 12, an arrangement is set which enables the aperture diaphragm to be displaced during operation. There are different possibilities for this :
Es wird ein Blendenrevolver verwendet, mit dem sich Blenden axial und radial verschieden positioniert einschwenken lassen.An aperture turret is used with which apertures can be swiveled in different positions axially and radially.
Die Aperturblende 12 wird durch ein Medium ersetzt, dessen Transmission für Licht sich lokal steuern läßt (z.B. Flüssigkristalldisplay).The aperture diaphragm 12 is replaced by a medium whose transmission for light can be controlled locally (e.g. liquid crystal display).
Die Aperturblende 12 und alle vorgeschalteten Glieder werden durch einen Lichtleiter ersetzt, bei dem am Ort des Lichtaustritts gegeneinander abgegrenzte Teilbündel zu verschiedenen Lampen führen, die schaltbar sind.The aperture diaphragm 12 and all the upstream elements are replaced by a light guide in which, at the location of the light exit, sub-beams delimited from one another lead to different lamps which can be switched.
Die Aperturblende 12 und alle vorgeschalteten Glieder werden durch einen Lichtleiter ersetzt, bei dem Teilbündel zu verschiedenen Lampen führen, die schaltbar sind und bei dem diese Teilbündel am Ort des Lichtaustritts so gemischt sind, daß sich bei Schalten der Lampen verschiedene von der Mitte versetzte Schwerpunkte des Lichtaustritts ergeben.The aperture diaphragm 12 and all upstream elements are replaced by a light guide, in which partial bundles lead to different lamps which can be switched and in which these partial bundles are mixed at the location of the light exit so that when the lamps are switched, different centers of gravity offset from the center Result in light emission.
6.7 Siebtes Ausführungsbeispiel6.7 Seventh embodiment
In Anlehnung an alle vorher gezeigten Ausführungsbeispiele kann die Beleuch¬ tungseinrichtung auch an Mikroskope angepaßt werden. Insbesondere bei großer Apertur muß ein ebener Reflektor entweder sehr ausgedehnt sein oder sehr nahe hinter dem Objekt angebracht werden, damit auch alle Lichtstrahlen von der Objektivseite aus auf den Reflektor fallen. Wird der Reflektor sehr nahe am Objekt positioniert, sind die sehr kleinen Einzelreflektoren in ihrer Größe gegenüber dem Objekt nicht mehr vernach¬ lässigbar. Es kommt zu störenden Effekten. Bild 7 zeigt die erfinderische Anwendung eines kalottenförmigen Retroreflektors, der auch die Randstrahlen eines abbildenden Strahlenbündels hoher Apertur in sich zurückwirft.Based on all of the exemplary embodiments shown above, the illumination device can also be adapted to microscopes. In particular with a large aperture, a flat reflector must either be very extended or be placed very close behind the object so that all light rays from the lens side also fall onto the reflector. If the reflector is positioned very close to the object, the size of the very small individual reflectors is no longer negligible compared to the object. There are disruptive effects. Figure 7 shows the inventive application of a dome-shaped retroreflector, which also reflects the marginal rays of an imaging beam with a high aperture.
Eine Variante besteht darin, einen konventionellen Kondensor zwischen dem Objekt und dem Retroreflektor zu verwenden. Bild 7a zeigt diese Variante. Zwischen Objekt und Retroreflektor ist ein Kondensor 16 angeordnet.A variant is to use a conventional condenser between the object and the retroreflector. Figure 7a shows this variant. A condenser 16 is arranged between the object and the retroreflector.
In dem Falle muß der Retroreflektor so angebracht werden, das er nicht (auch nicht unscharf) in die Bildebene abgebildet wird. Dieses gelingt, wenn er sieh in der Ebene der Aperturblende oder in deren Nähe befindet. Die Anforderungen an die Zentrierung des Kondensors sind bei der erfindungsgemäßen Anwendung mit Retroreflektor erheblich geringer als bei einer konventionellen Durchlicht- beleuchtung: Die in die Kondensor-Retroreflektor-Kombination fallenden Strah¬ len werden unabhängig von Versatz und Verdrehung gegenüber dem übrigen System in sich zurückgeworfen. Weiterhin ergeben sich auch hier, wie schon im Ausführungsbeispiel 2 dargestellt, wesentlich geringere Störeffekte durch Reflexe an den Wandflächen von Löchern oder seitlichen Begrenzungen des Objekts als bei konventioneller Durchlichtbeleuchtung. In this case, the retroreflector must be attached in such a way that it is not (also not blurred) imaged in the image plane. This succeeds if he is in the plane of the aperture diaphragm or in its vicinity. The requirements for the centering of the condenser are considerably lower in the application according to the invention with a retroreflector than in the case of conventional transmitted light illumination: the rays falling into the condenser-retroreflector combination are reflected back in relation to the rest of the system, regardless of offset and twist. Furthermore, here, as already shown in exemplary embodiment 2, there are significantly fewer interference effects from reflections on the wall surfaces of holes or lateral boundaries of the object than in the case of conventional transmitted light illumination.

Claims

7. Patentansprüche7. Claims
1 Hauptanspruch1 main claim
Optische Einrichtung zur Erzeugung eines Bildes auf der Oberfläche eines Bildaufnehmers 7 mit einer Einrichtung zur Beleuchtung des Objektes auf der gleichen Seite des Objektes wobei die Lichtquelle 1 zur Beleuchtung des Objekts mit Hilfe einer teilspiegelnden planen Oberfläche 2 und einer beliebig geformten retroreflektierenden Oberfläche 4 innerhalb des Beleuchtungsstrahlenganges in die Pupille 6 des Teils der Anordnung abgebildet wird, der das Objekt auf der Oberfläche des Bildaufnehmers 7 abbildet,Optical device for generating an image on the surface of an image sensor 7 with a device for illuminating the object on the same side of the object, the light source 1 for illuminating the object with the aid of a partially reflecting flat surface 2 and an arbitrarily shaped retroreflective surface 4 within the illumination beam path is imaged into the pupil 6 of the part of the arrangement which images the object on the surface of the image sensor 7,
gekennzeichnet durch die Verwendung als Einrichtung zur Messung geometrischer Größen des Objektes.characterized by the use as a device for measuring geometric sizes of the object.
UnteransprücheSubclaims
2 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch dadurch gekennzeichnet, daß2 Optical device according to the main claim, characterized in that
statt der primären Lichtquelle 1 eine reelle Abbildung 10 derselben in die Pupille 6 des Teils der Anordnung abgebildet wird, der das Objekt auf der Oberfläche des Bildaufnehmers 7 abbildet.instead of the primary light source 1, a real image 10 of the same is imaged into the pupil 6 of the part of the arrangement which images the object on the surface of the image sensor 7.
3 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch und dem Anspruch 2 und mit telezentrischer Abbildung des Objektes dadurch gekennzeichnet, daß3 Optical device according to the main claim and claim 2 and with telecentric image of the object, characterized in that
die Lichtquelle 1 zunächst ins Unendliche und dann über die retroreflektierende Oberfläche 4 in die Pupille 6 des Teils der Anordnung abgebildet wird, der das Objekt auf der Oberfläche des Bildaufnehmers 7 abbildet.the light source 1 is first imaged to infinity and then via the retroreflective surface 4 into the pupil 6 of the part of the arrangement which images the object on the surface of the image sensor 7.
4 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch und den Unteransprüchen 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß4 Optical device according to the main claim and the subclaims 2 and 3, characterized in that
die reelle Abbildung der Lichtquelle 1, die über die retroreflektierende Oberfläche 4 in die Pupille 6 des Teils der Anordnung abgebildet wird, so groß gewählt ist, daß ihr Bild 11 in der Pupille 6 größer ist als die Pupille 6 selbst.the real image of the light source 1, which is imaged via the retroreflective surface 4 in the pupil 6 of the part of the arrangement, is chosen so large that its image 11 in the pupil 6 is larger than the pupil 6 itself.
Er 5 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch dadurch gekennzeichnet, daßHe 5 Optical device according to the main claim, characterized in that
der Retroreflektor 4 kalottenförmig unter dem Objekt 3 angeordnet ist.the retroreflector 4 is arranged in a dome shape under the object 3.
6 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch und den vorangehenden Unteransprüchen dadurch gekennzeichnet, daß6 Optical device according to the main claim and the preceding subclaims, characterized in that
die reelle Abbildung der Lichtquelle 1 in die Pupille 6 des abbildenden Teils der Anordnung so erfolgt, daß sich in der Pupille 6 des abbildenden Teils eine exzentrische Lichtverteilung ergibt.the real imaging of the light source 1 into the pupil 6 of the imaging part of the arrangement takes place in such a way that an eccentric light distribution results in the pupil 6 of the imaging part.
7 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch und den vorangehenden Unteransprüchen dadurch gekennzeichnet, daß7 Optical device according to the main claim and the preceding subclaims, characterized in that
die exzentrische Lichtverteilung in der Pupille 6 durch eine bewegliche Aperturblende 12 erzeugt wird.the eccentric light distribution in the pupil 6 is generated by a movable aperture diaphragm 12.
8 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch und den vorangehenden Unteransprüchen dadurch gekennzeichnet, daß8 Optical device according to the main claim and the preceding subclaims, characterized in that
die exzentrische Lichtverteilung in der Pupille 6 durch ein in seiner Transparenz lokal steuerbares Medium als Aperturblende 12 erzeugt wird.the eccentric light distribution in the pupil 6 is generated as an aperture diaphragm 12 by a medium which can be controlled locally in terms of its transparency.
9 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch und den vorangehenden Unteransprüchen dadurch gekennzeichnet, daß9 Optical device according to the main claim and the preceding subclaims, characterized in that
die exzentrische Lichtverteilung in der Pupille 6 durch Lichtleiter erzeugt wird, deren Austrittsfläche in der Ebene der Aperturblende 12 liegen und bei denen der Schwerpunkt des Lichtes an der Austrittsfläche variiert wird, indem einzelne Teile des Lichtleiters unterschiedlich mit Licht beaufschlagt werden.the eccentric light distribution in the pupil 6 is generated by light guides, the exit surface of which lie in the plane of the aperture diaphragm 12 and in which the center of gravity of the light is varied at the exit surface in that individual parts of the light guide are exposed to light differently.
10 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch und den folgenden Unteran¬ sprüchen dadurch gekennzeichnet, daß10 Optical device according to the main claim and the following claims, characterized in that
die reelle Abbildung der Lichtquelle, in die Pupille 6 des abbildenden Teils der Anordnung über einen Kondensor 16 zwischen Objekt 3 und Retroreflektor 4 erfolgt. ϊ όthe real imaging of the light source into the pupil 6 of the imaging part of the arrangement takes place via a condenser 16 between the object 3 and the retroreflector 4. ϊ ό
11 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch und dem Unteranspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß11 Optical device according to the main claim and the dependent claim 10, characterized in that
sich der Retroreflektor 4 in der Nähe der Aperturblendenebene des Kondensors oder in derselben Ebene befindet.the retroreflector 4 is in the vicinity of the aperture diaphragm plane of the condenser or in the same plane.
12 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch und dem Unteranspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß12 Optical device according to the main claim and the dependent claim 6, characterized in that
die exzentrische Lichtverteilung in der Pupille 6 so gewählt wird, daß die Achse des zur Abbildung führenden Lichtbündels nach dem Objekt 3 ausgerichtet ist.the eccentric light distribution in the pupil 6 is chosen so that the axis of the light beam leading to the image is aligned with the object 3.
13 Optische Einrichtung nach dem Hauptanspruch und den Unteransprüchen dadurch gekennzeichnet, daß13 Optical device according to the main claim and the dependent claims, characterized in that
der Bildaufnehmer 7 mit Markierungen versehen ist, die zusammen mit dem Bild in Überlagerung sichtbar sind und mit deren Hilfe geometrische Größen unmittelbar erfaßt werden können the image sensor 7 is provided with markings which are visible together with the image in superimposition and with the aid of which geometric sizes can be detected directly
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