WO2018158435A1 - Deflectometer, reference pattern and method for determining the topography of an object - Google Patents

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WO2018158435A1
WO2018158435A1 PCT/EP2018/055190 EP2018055190W WO2018158435A1 WO 2018158435 A1 WO2018158435 A1 WO 2018158435A1 EP 2018055190 W EP2018055190 W EP 2018055190W WO 2018158435 A1 WO2018158435 A1 WO 2018158435A1
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WO
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spirals
reference pattern
deflectometer
phase information
winding direction
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PCT/EP2018/055190
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Mathias Ziebarth
Thomas Stephan
Jan Burke
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Karlsruher Institut für Technologie
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    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2513Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns
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    • A61B3/00Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
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    • A61B3/107Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for determining the shape or measuring the curvature of the cornea

Definitions

  • a screen on which reference strips are mounted, has a hemispherical shape.
  • the stripe pattern reflected on the cornea appears to be regular, as shown in FIG. 15.
  • What conventional concepts can not afford is a complete determination of the surface normal since the tangential component can not be measured with the known fringe pattern shown in, for example, FIG.
  • distances between spiral arms of the first plurality of spirals and / or the second plurality of spirals remain radially constant.
  • the reference pattern thus described enables a simple construction of the reference pattern from two conventional spirals, for example arithmetic or archival spirals.
  • spacings between spiral arms of the first plurality of spirals and / or the second plurality of spirals increase radially.
  • the exemplary embodiment described makes it easy to generate reference patterns that provide predistortion, for example for spherical surfaces of a measurement object.
  • the spacings between the spiral arms increase in geometric progression, for example according to a geometric sequence.
  • the described embodiment describes a reference pattern with logarithmic spirals whose radius is subject to exponential growth, the exponent being given by the so-called slope k.
  • spiral arms of the first plurality of spirals and spiral arms of the second plurality of spirals intersect at an angle that is less than 180 ° and greater than 0 ° or less than 100 ° and greater than 80 °.
  • the embodiment described can be used to advantage to provide two possible independent deflection directions, i. Distortion directions to determine what a simple Top reactbetician is possible.
  • a first radius of the first plurality of spirals has a greater pitch than a second radius of the second plurality of spirals.
  • the described embodiment offers the possibility of adjustable topographical determination accuracy, with a larger lead resulting in a spiral more suitable for detecting tangential topography change whereas a lower pitch lead is more suitable for detecting radial topography changes.
  • the display is arranged relative to the object so that a reflection of the reference pattern is produced on a reflective surface of the object. The arrangement described enables a simple mapping of the reference pattern onto a surface of the object.
  • the defiectometer is designed to perform the topography determination of the object based on an integration of the plurality of gradient parameters.
  • the defectometer is designed to determine, based on the deflections of beam paths, surface normals of the reflective surface of the object.
  • the defectometer is designed to perform a topography determination of the object based on an integration of the surface normal.
  • Embodiments according to the invention provide a method for topography tuning of an object.
  • the method includes generating a reflection of a reference pattern on a surface of the object, the reference pattern having a first plurality of spirals and having a second plurality of spirals, wherein a winding direction of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction of the second plurality of spirals , Furthermore, the method comprises detecting the reference pattern reflected by the object and providing topographical information based on the detected reflected reference pattern.
  • the described method may be extended to include any or all features and functionalities described herein in connection with a device. Exemplary embodiments describe a method and a device for determining topographic deviations on rotationally symmetrical reflecting surfaces. Such test areas may e.g. spherical and aspherical lenses and mirrors, but also e.g. the cornea of the human eye previously measured with a concentric static pattern as shown in Figs.
  • FIG. 3 shows a reference pattern with logarithmic spirals, according to embodiments of the invention.
  • FIG. 5 shows a reference pattern 500 with logarithmic spirals, according to exemplary embodiments of the invention, as can be reproduced for example on the display 110.
  • the reference pattern 500 has a first plurality of spirals with their spiral arm centers 510a-k drawn in, and a second plurality of spirals with their spiral arm centers 520a-i drawn.
  • the radii of the first plurality of spirals and the second plurality of spirals are subject to equation (2), with the parameters b and k differing between the first plurality of spirals and the second plurality of spirals.
  • phase information 800a, 800b, 900a, 900b, 1000a, 1000b, 1100a, and 1100b show phases as they would be detected if no distortion occurred on a surface, and thus may serve as reference phase information.

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Abstract

The invention relates to a deflectometer for determining the topography of an object, having a display, which is designed to reproduce a reference pattern. The reference pattern comprises a first plurality of spirals and a second plurality of spirals, wherein the direction of turn of the first plurality of spirals is opposite to the direction of turn of the second plurality of spirals. The deflectometer is further designed to provide topographic information regarding the object, on the basis of a reflection of the reference pattern on the object.

Description

DEFLEKTOMETE , REFERENZMUSTER UND VERFAHREN ZUR  DEFLECTOMETE, REFERENCE PATTERNS, AND METHOD FOR
TOPOGRAFIEBESTIMMUNG EINES OBJEKTS  TOPOGRAPHIC DETERMINATION OF AN OBJECT
Beschreibung description
Technisches Gebiet Technical area
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Topografiebestim- mung mitteis Deflektometrie.  Embodiments of the present invention relate to topography determination by means of deflectometry.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Bekannte Konzepte zur Oberflächenbestimmung werden im Folgenden kurz behandelt. Deflektometrie wird beispielsweise zur Keratografie, also zur Oberflächenbestimmung der Hornhaut insbesondere des menschlichen Auges angewendet. Mit einem herkömmlichen Gerät (Keratoskop), wie abgebildet in Fig. 14, können beispielsweise nur Steigungsänderungen der Hornhaut in radialer Richtung gemessen werden, womit eine Abschätzung der Hornhaut-Topografie ermöglicht wird. Mag die gezeigte Ausführung eines Keratoskops für die Schätzung der Hornhaut-Topografie noch ausreichend sein, bedarf es für die Messung von Präzisionsoptiken einer erheblich genaueren Methode.  Known concepts for surface determination are briefly discussed below. Deflectometry is used, for example, for keratography, ie for determining the surface of the cornea, in particular of the human eye. By way of example, with a conventional device (keratoscope), as shown in FIG. 14, only changes in the slope of the cornea in the radial direction can be measured, thus making it possible to estimate the corneal topography. Although the shown embodiment of a keratoscope may still be sufficient for the estimation of the corneal topography, a much more precise method is required for the measurement of precision optics.
Man erkennt in Fig. 14, dass ein Schirm, auf dem Referenzstreifen angebracht sind, Halbkugelform hat. Dies führt dazu, dass das an der (ebenfalls annähernd sphärisch geformten) Hornhaut gespiegelte Streifenmuster als regelmäßig erscheint, wie in Fig. 15 gezeigt. Was herkömmliche Konzepte nicht leisten können, ist eine vollständige Ermittlung der Oberflächennormalen, da die tangentiale Komponente mit dem bekannten, beispielsweise in Fig. 14 gezeigten, Streifenmuster nicht gemessen werden kann. It can be seen in Fig. 14 that a screen, on which reference strips are mounted, has a hemispherical shape. As a result, the stripe pattern reflected on the cornea (which is also approximately spherically shaped) appears to be regular, as shown in FIG. 15. What conventional concepts can not afford is a complete determination of the surface normal since the tangential component can not be measured with the known fringe pattern shown in, for example, FIG.
Für die deflektometrische Messung beider Richtungsableitungen durch Verschiebung ei- nes statischen Musters ist in [1] ein Verfahren vorgeschlagen worden, das durch Verschiebung eines gekreuzten kartesischen Streifenmusters (d.h. mit geraden Streifen) in nur einer Ortsrichtung beide Richtungsableitungen bestimmen kann. Die Richtung ist dabei so gewählt, dass die Streifendurchlaufgeschwindigkeiten in vertikaler und horizontaler Richtung unterschiedlich sind. Dann kann durch die Anwendung passender Phasenschie- beformeln (die nichts anderes als digitale Filterfenster von sehr geringer Länge (ca. 5 Elemente) sind) eine Signalfrequenzselektion vorgenommen und die entsprechende Sig- nalphase bestimmt werden, woraus sich dann die Richtungsableitungen ergeben. In [1] wird darauf hingewiesen, dass die Verwendung eines statischen Musters zum Beispiel das Problem der Linsenprüfung vereinfacht, weil zur Unterdrückung des Rückseitenreflexes auch UV-Licht verwendet werden kann. Die Frequenzselektion durch Phasenschie- ben ist schon seit längerer Zeit bekannt (vgl. [2]). For the deflektometric measurement of both direction derivatives by displacement of a static pattern, a method has been proposed in [1] which can determine both directions by displacing a crossed Cartesian fringe pattern (ie with straight streaks) in only one spatial direction. The direction is chosen so that the strip throughput speeds are different in the vertical and horizontal directions. Then, by using suitable phase shift formulas (which are nothing more than digital filter windows of very short length (about 5 elements)), a signal frequency selection can be made and the corresponding signal nalphase be determined, from which then the directional derivatives result. For example, in [1], using a static pattern simplifies the problem of lens inspection because UV light can be used to suppress the backside reflection. Frequency selection by phase shifting has been known for some time (see [2]).
Die Aufnahme deflektometrischer Daten in einem Polarkoordinatensystem ist bereits in [3] vorgeschlagen worden; hier wurden die Daten jedoch durch ein Laserstrahl- Scanverfahren auf konzentrischen Kreisen gewonnen und der Nachteil des scannenden Verfahrens, die lange Messzeit (ca. 1 Minute), bleibt bestehen. Außerdem ist der Akzeptanzwinkel des Systems für abgelenkte Strahlen sehr gering, was die messbaren Oberflächenformen stark einschränkt. The recording of deflectometric data in a polar coordinate system has already been proposed in [3]; However, here the data were obtained by a laser beam scanning on concentric circles and the disadvantage of the scanning method, the long measuring time (about 1 minute) remains. In addition, the angle of acceptance of the deflected beam system is very low, severely limiting the measurable surface shapes.
Die Vorverzerrung eines kartesischen Musters, welches dann nach der Spiegelung an der menschlichen Hornhaut als regelmäßig erscheint, wurde in [4] beschrieben; allerdings wurde hier in der Tat auf die zeitliche Verschiebung des Musters verzichtet und die Daten wurden unter Verlust räumlicher Auflösung durch eine Seitenbandmethode ausgewertet. The predistortion of a Cartesian pattern, which then appears to be regular after reflection on the human cornea, has been described in [4]; however, the temporal shift of the pattern was indeed omitted here and the data was evaluated by loss of spatial resolution by a sideband method.
Die Messung eines asphärischen, rotationssymmetrischen Spiegels wurde in [5] demons- friert, jedoch wurde hier ein ebener LCD-Schirm als Mustergeber eingesetzt, welcher konzentrische Kreise darstellte - das Prinzip ist also ähnlich dem oben genannten Kerato- skop. The measurement of an aspherical, rotationally symmetric mirror was demons- ized in [5], but here a flat LCD screen was used as a pattern generator, which represented concentric circles - the principle is therefore similar to the keratoscope mentioned above.
Es besteht daher ein Bedarf an einem Konzept zur verbesserten Topografiebestimmung mittels Deflektometrie, das beispielsweise einen besseren Kompromiss hinsichtlich Messdauer und Präzision bietet. There is therefore a need for a concept for improved topography determination by means of deflectometry, which for example offers a better compromise with regard to measuring duration and precision.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Fig. 16 zeigt ein Kamerabild, aufgenommen für eine Kreuzmuster Deflektometrie. Bei dem zu untersuchenden Objekt handelt es sich um ein Brillenglas mit einer Oberfläche von ~8.5D. Die Markierung ist hilfreich, um die Streifennummer zu identifizieren. Wie man in Fig. 16 aus der Literaturstelle [1] erkennt, wird ein regelmäßiges gekreuztes Streifenmuster an einer gekrümmten Oberfläche naturgemäß verzerrt. Insbesondere zum Rand hin werden die Streifen sehr dicht und kontrastschwach. Die Verzerrung des Streifenmusters müsste mit einer Vorverzerrung des Referenzstreifenmusters kompensiert werden, damit das gespiegelte Muster wieder gerade erscheint; doch diese würde nicht mehr zur Objektoberfläche passen, sobald das Muster seitlich verschoben wird (s.a. [4]). Damit wird die Streifenauswertung mit herkömmlichen Konzep- ten unnötig kompliziert. Fig. 16 shows a camera image taken for a cross-pattern deflectometry. The object to be examined is a spectacle lens with a surface of ~ 8.5D. The marker is useful to identify the strip number. As can be seen from reference [1] in Fig. 16, a regular crossed stripe pattern on a curved surface is naturally distorted. Especially towards the edge, the stripes become very dense and weak in contrast. The distortion of the fringe pattern would have to be compensated for by a predistortion of the reference fringe pattern so that the mirrored pattern appears straight again; but this would no longer fit the object surface, as soon as the pattern is shifted laterally (sa [4]). This unnecessarily complicates strip evaluation with conventional concepts.
Einige der hier im folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Konzepte tragen den besonderen Erfordernissen der Messtechnik von durch Kreisen berandeten Flächen Rechnung, indem die naheliegende Behandlung des Problems in Polarkoordinaten bereits bei der Messung eingesetzt wird. Das Problem bei der Drehung eines Referenzschirms (nämlich keine Verschiebung des Musters in radialer Richtung) wird durch Schrägstellung der gekreuzten Streifen (und damit Erzeugung von Spiralen) umgangen. Dadurch können wie im kartesischen Fall beide benötigten Richtungsableitungen mit einem Referenzmuster gemessen werden. Durch die Ausnutzung der vorhandenen tangentialen Zyklizität der aufgenommenen Bilddaten können sich insbesondere bei der Datenintegration für die Deflektometrie weitere Vorteile ergeben. Some of the inventive concepts described hereinbelow address the particular requirements of metrology of circled areas by already employing the obvious treatment of the problem in polar coordinates in the measurement. The problem with the rotation of a reference screen (namely, no displacement of the pattern in the radial direction) is avoided by skewing the crossed stripes (and thus creating spirals). As a result, as in the Cartesian case, both required directional derivatives can be measured with a reference pattern. By exploiting the existing tangential cyclicity of the recorded image data, further advantages can result, in particular in the data integration for the deflectometry.
Ausführungsbeispiele schaffen ein Deflektometer zur Topografiebestimmung eines Objekts. Das Deflektometer umfasst eine Anzeige, die ausgelegt ist, um ein Referenzmuster wiederzugeben, wobei das Referenzmuster eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist und wobei eine Wicklungsrichtung der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist. Ferner ist das Deflektometer ausgelegt, basierend auf einer Reflektion des Referenzsmusters an dem Objekt eine topografische Information über das Objekt bereitzustellen. Bei der Anzeige kann es sich um einen Bildschirm handeln, eine Fläche, auf der das Referenzmuster aufgebracht ist, oder eine beliebige andere Anzeige, die geeignet ist, das Referenzmuster wiederzugeben. Embodiments provide a deflectometer for topography determination of an object. The deflectometer includes a display configured to render a reference pattern, the reference pattern having a first plurality of spirals and having a second plurality of spirals, and wherein a winding direction of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction of the second plurality of spirals , Further, the deflectometer is configured to provide topographic information about the object based on a reflection of the reference pattern on the object. The display may be a screen, an area on which the reference pattern is applied, or any other display capable of displaying the reference pattern.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel beruht auf der Idee, dass eine Reflektion auf einer Oberfläche basierend auf dem beschriebenen Referenzmuster besonders vorteilhaft genutzt werden kann, um eine Oberflächenstruktur/Topografie des Objekts zu bestimmen. Insbesondere bietet das genannte Referenzmuster den Vorteil, dass durch Reflektionen von Spiralen, im Gegensatz zu Kreisen, Verzerrungen des Referenzmusters in zwei Richtungen erfasst werden können. Die Verzerrungen, begründet in Unebenheiten einer Ober- fläche des Objekts, von welcher die Reflektion erfasst wird, können so ausgewertet werden, dass eine Oberflächenstruktur des Objekts beschrieben werden kann. Des Weiteren können, basierend auf Spiralen mit gegenläufiger Wicklungsrichtung/Orientierung/Rotationsrichtung, jeweils eine Spirale, beispielsweise der ersten Mehrzahl von Spiralen, genutzt werden um eine Verzerrung in eine erste Richtung zu bestimmen, und eine zweite Spirale, beispielsweise der zweiten Mehrzahl von Spiralen, genutzt werden, um eine Verzerrung in eine zweite Richtung zu bestimmen. Hiermit können, basierend auf der Verzerrung in die erste Richtung und der Verzerrung in die zweite Richtung, zwei Richtungen, beispielsweise unabhängige Richtungen, beschrieben werden. Die Richtungen können beispielsweise auf X- und Y- Richtung eines kartesischen Koordinatensystems oder radiale und tangentiale Richtung eines Polar- oder Zylinderkoordinaten- Systems projiziert werden, um die Oberflächenstruktur zu beschreiben. Die erste Mehrzahl von Spiralen und die zweite Mehrzahl von Spiralen sind ferner ausgelegt, ein in radialer und tangentialer Richtung der Anzeige periodisches Intensitätsmuster wiederzugeben. In radialer Richtung kann die Periode auch veränderlich sein, womit ein periodisches oder quasi-periodisches Referenzmuster in radialer Richtung durch das Referenzmuster be- schrieben wird. Zusammenfassend kann das beschriebene Ausführungsbeispiel, anhand der beschriebenen Verzerrungen, lokale Neigungen der Oberfläche des Objekts bestimmen und diese zusammenfassen, um eine Topografiebestimmung der Oberfläche des Objekts durchzuführen. Gemäß Ausführungsbeispielen sind die erste Mehrzahl von Spiralen und die zweite Mehrzahl von Spiralen konzentrisch angeordnet, so dass die erste Mehrzahl von Spiralen und die zweite Mehrzahl von Spiralen einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen. Die beschriebene Anordnung bietet eine kompakte konzentrische Anordnung der Spiralen und ermöglicht die vorteilhafte Nutzung eines gemeinsamen Bezugssystems. The exemplary embodiment described is based on the idea that a reflection on a surface based on the described reference pattern can be used to particular advantage in order to determine a surface structure / topography of the object. In particular, the mentioned reference pattern offers the advantage that distortions of the spirals, in contrast to circles, can detect distortions of the reference pattern in two directions. The distortions, due to unevenness of a surface of the object from which the reflection is detected, can be evaluated so that a surface structure of the object can be described. Furthermore For example, one spiral, for example the first plurality of spirals, may be used based on spirals with opposite winding direction / orientation / rotation direction to determine a distortion in a first direction and a second spiral, for example the second plurality of spirals to determine a distortion in a second direction. Hereby, based on the distortion in the first direction and the distortion in the second direction, two directions, for example, independent directions, can be described. For example, the directions may be projected on X and Y directions of a Cartesian coordinate system or radial and tangential directions of a polar or cylindrical coordinate system to describe the surface structure. The first plurality of spirals and the second plurality of spirals are further configured to reproduce a periodic intensity pattern in the radial and tangential directions of the display. In the radial direction, the period can also be variable, whereby a periodic or quasi-periodic reference pattern in the radial direction is described by the reference pattern. In summary, the described embodiment, based on the described distortions, can determine local inclinations of the surface of the object and combine them to perform a topography determination of the surface of the object. According to embodiments, the first plurality of spirals and the second plurality of spirals are concentrically arranged such that the first plurality of spirals and the second plurality of spirals have a common center. The arrangement described provides a compact concentric arrangement of the spirals and allows the advantageous use of a common frame of reference.
Gemäß Ausführungsbeispielen bleiben Abstände zwischen Spiralarmen der ersten Mehrzahl von Spiralen und/oder der zweiten Mehrzahl von Spiralen radial konstant. Das hierdurch beschriebene Referenzmuster ermöglicht eine einfache Konstruktion des Referenzmusters aus zwei herkömmlichen Spiralen, beispielsweise arithmetische oder archi- medische Spiralen. According to embodiments, distances between spiral arms of the first plurality of spirals and / or the second plurality of spirals remain radially constant. The reference pattern thus described enables a simple construction of the reference pattern from two conventional spirals, for example arithmetic or archival spirals.
Gemäß Ausführungsbeispielen nehmen Abstände zwischen Spiralarmen der ersten Mehrzahl von Spiralen und/oder der zweiten Mehrzahl von Spiralen radial zu. Durch das beschriebene Ausführungsbeispiel lassen sich einfach Referenzmuster erzeugen, die eine Vorverzerrung bieten, beispielsweise für sphärische Oberflächen eines Messobjekts. Gemäß Ausführungsbeispielen nehmen die Abstände zwischen den Spiralarmen in geometrischer Progression zu, beispielsweise gemäß einer geometrischen Folge. In anderen Worten, der Radius einer solchen Spirale steigt exponentiell mit einem Drehwinkel der Spirale, gemäß r = aektp, wobei φ der Drehwinkel ist und r der Radius. Das beschriebene Ausführungsbeispiel beschreibt ein Referenzmuster mit logarithmischen Spiralen, deren Radius einem exponentiellen Wachstum unterliegt, wobei der Exponent durch die sogenannte Steigung k gegeben ist. Logarithmische Spiralen sind besonders vorteilhaft, da hieraus gewonnene Referenzmuster eine Vorverzerrung für sphärische Oberflächen bieten und die Spiraiarme der ersten Mehrzahl von Spiralen und der zweiten Mehrzahl von Spiralen sich unter einem großen Winkel schneiden können. Durch den großen Schnittwinkel, in der Regel 90°, können sehr leicht linear unabhängige Steigungskomponenten aus der Reflektion gewonnen werden. Basierend auf den linear unabhängigen Steigungskomponenten kann mit einfachen Mitteln eine Topografiebestimmung der Objektoberfläche erfolgen. According to embodiments, spacings between spiral arms of the first plurality of spirals and / or the second plurality of spirals increase radially. The exemplary embodiment described makes it easy to generate reference patterns that provide predistortion, for example for spherical surfaces of a measurement object. According to embodiments, the spacings between the spiral arms increase in geometric progression, for example according to a geometric sequence. In other words, the radius of such a spiral increases exponentially with a rotation angle of the spiral, according to r = ae ktp , where φ is the rotation angle and r is the radius. The described embodiment describes a reference pattern with logarithmic spirals whose radius is subject to exponential growth, the exponent being given by the so-called slope k. Logarithmic spirals are particularly advantageous because reference patterns derived therefrom provide predistortion for spherical surfaces and the spiral arms of the first plurality of spirals and the second plurality of spirals can intersect at a large angle. Due to the large cutting angle, usually 90 °, it is very easy to obtain linearly independent slope components from the reflection. Based on the linearly independent slope components, a topography determination of the object surface can be carried out with simple means.
Gemäß Ausführungsbeispielen schneiden sich Spiralarme der ersten Mehrzahl von Spiralen und Spiralarme der zweiten Mehrzahl von Spiralen unter einem Winkel, der kleiner als 180° ist und größer als 0° ist oder kleiner 100° und größer 80° ist. Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft genutzt werden, um zwei möglichst unabhängige Ablen- kungsrichtungen, d.h. Verzerrungsrichtungen, zu bestimmen, womit eine einfache Topografiebestimmung möglich ist. According to embodiments, spiral arms of the first plurality of spirals and spiral arms of the second plurality of spirals intersect at an angle that is less than 180 ° and greater than 0 ° or less than 100 ° and greater than 80 °. The embodiment described can be used to advantage to provide two possible independent deflection directions, i. Distortion directions to determine what a simple Topografiebestimmung is possible.
Gemäß Ausführungsbeispielen schneiden sich Spiralarme der ersten Mehrzahl von Spiralen und Spiralarme der zweiten Mehrzahl von Spiralen unter einem Winkel von 90°. Durch direkt senkrecht aufeinander stehende Spiralarme lassen sich, mit einfachen Mitteln, direkt zwei linear unabhängige Ablenkungsrichtungen ermitteln. Basierend auf den linear unabhängigen Ablenkungsrichtungen, kann direkt auf linear unabhängige Topografiein- formationen geschlossen werden und somit eine Topografiebestimmung einfach durchgeführt werden. According to embodiments, spiral arms of the first plurality of spirals and spiral arms of the second plurality of spirals intersect at an angle of 90 °. By directly perpendicular spiral arms can be determined with simple means directly two linearly independent deflection directions. Based on the linearly independent deflection directions, it is possible to directly deduce linearly independent topography information, thus making it easy to perform a topography determination.
Gemäß Ausführungsbeispielen weist ein erster Radius der ersten Mehrzahl von Spiralen eine größere Steigung auf als ein zweiter Radius der zweiten Mehrzahl von Spiralen. Das beschriebene Ausführungsbeispiel bietet die Möglichkeit einer einstellbaren Genauigkeit der Topografiebestimmung, wobei eine größere Steigung zu einer Spirale führt, die bes- ser geeignet ist, tangentiale Topografieänderung zu erfassen, wogegen eine Spirale mit geringerer Steigung besser geeignet ist, um radiale Topografieänderungen zu erfassen. Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Anzeige relativ zum Objekt so angeordnet, dass eine Reflektion des Referenzmusters auf einer reflektierenden Oberfläche des Objekts erzeugt wird. Die beschriebene Anordnung ermöglicht eine einfache Abbildung des Refe- renzmusters auf eine Oberfläche des Objekts. According to embodiments, a first radius of the first plurality of spirals has a greater pitch than a second radius of the second plurality of spirals. The described embodiment offers the possibility of adjustable topographical determination accuracy, with a larger lead resulting in a spiral more suitable for detecting tangential topography change whereas a lower pitch lead is more suitable for detecting radial topography changes. According to embodiments, the display is arranged relative to the object so that a reflection of the reference pattern is produced on a reflective surface of the object. The arrangement described enables a simple mapping of the reference pattern onto a surface of the object.
Gemäß Ausführungsbeispielen weist das Deflektometer eine Kamera auf, die in einem gemeinsamen Mittelpunkt der ersten Mehrzahl von Spiralen und der zweiten Mehrzahl von Spiralen angeordnet ist. Ferner ist die Kamera ausgelegt, eine Reflektion des Refe- renzmusters auf dem Objekt zu erfassen. Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft eine kompakte Bauform für einen Keratografen oder ein anderes deflektometri- sches Instrument ermöglichen. Ferner kann hier eine kostengünstige Kamera verwendet werden, die eine ausreichende räumliche Auflösung aufweist, so dass das Deflektometer mit günstigen Komponenten hergestellt werden kann. According to embodiments, the deflectometer includes a camera disposed in a common center of the first plurality of spirals and the second plurality of spirals. Furthermore, the camera is designed to detect a reflection of the reference pattern on the object. The described embodiment can advantageously make possible a compact design for a keratograph or another deflectometric instrument. Furthermore, a cost-effective camera can be used here, which has sufficient spatial resolution, so that the deflectometer can be manufactured with favorable components.
Gemäß Ausführungsbeispielen weist das Deflektometer eine Kamera auf, die beispielsweise seitlich versetzt von der Anzeige, oder im Allgemeinen so angeordnet ist, dass sie eine Reflektion des Referenzmusters auf dem Objekt erfassen kann. Das beschriebene Deflektometer kann mittels einer kostengünstigen Kamera, mit ausreichender räumlicher Auflösung, die Topografiebestimmung durchführen. Ferner ermöglichen die Anordnungsmöglichkeiten eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Bauform des Deflektometers. According to embodiments, the deflectometer comprises a camera, for example, laterally offset from the display, or generally arranged so that it can detect a reflection of the reference pattern on the object. The described deflectometer can perform the topography determination by means of a cost-effective camera with sufficient spatial resolution. Furthermore, the arrangement options allow increased flexibility in terms of the design of the deflectometer.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Deflektometer ausgelegt, eine Topografiebestimmung eines rotationssymmetrischen Objekts oder eines quasi-rotationssymmetrischen Objekts durchzuführen. Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann beispielsweise vorteilhaft die Mehrzahl von Spiralen innerhalb eines Kreises anordnen, so dass deren Abbild als Reflektion das gesamte Objekt bedecken. Somit kann das gesamte Objekt mit dem Referenzmuster mit einer oder wenigen Aufnahmen erfasst werden. Im Übrigen sind qua- si-rotationssymmetrische Objekte vorwiegend rotationssymmetrisch mit geringen Abwei- chungen. According to exemplary embodiments, the deflectometer is designed to perform a topography determination of a rotationally symmetrical object or of a quasi-rotationally symmetrical object. For example, the described embodiment can advantageously arrange the plurality of spirals within a circle so that their image covers the entire object as a reflection. Thus, the entire object can be detected with the reference pattern with one or a few shots. Incidentally, quasi-rotationally symmetric objects are predominantly rotationally symmetric with small deviations.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Deflektometer ausgelegt, das Referenzmuster und das Objekt relativ zueinander zu rotieren. Ferner ist das Deflektometer ausgelegt, basierend auf der Rotation, Aufnahmen der Rejektionen des rotierten Referenzmusters zu er- halten. Basierend auf der periodischen Intensitätsverteilung des Referenzmusters kann durch relative Rotation des Referenzmusters zu dem Objekt, das Objekt und damit die Topografie seiner Oberfläche, genauer erfasst werden. Beispielsweise kann eine Kamera genutzt werden, um eine Reflektion ausreichend häufig zu erfassen pro Umdrehung. Insbesondere ist es hier vorteilhaft, wenn die Aufnahmehäufigkeit in Abhängigkeit von einer der Mehrzahlen von Spiralen gewählt wird. Wenn beispielsweise die erste Mehrzahl von Spiralen 11 Spiralen aufweist und die zweite Mehrzahl von Spiralen 9 Spiralen aufweist, ist es vorteilhaft, die Reflektion pro Umdrehung mindestens 23 mal zu erfassen in bevorzugt gleichmäßig beabstandeten Erfassungszeitpunkten. In anderen Worten kann zur verbesserten Topografiebestimmung, eine Reflektion mindestens so oft pro Umdrehung erfasst werden, dass die Abtastzah! pro Umdrehung größer als die doppelte Anzahl von Spiralen der größeren Mehrzahl von Spiralen ist. According to embodiments, the deflectometer is designed to rotate the reference pattern and the object relative to one another. Furthermore, the deflectometer is designed, based on the rotation, to obtain images of the rejections of the rotated reference pattern. Based on the periodic intensity distribution of the reference pattern, by relative rotation of the reference pattern to the object, the object and thus the Topography of its surface, to be more accurately captured. For example, a camera can be used to detect a reflection sufficiently frequently per revolution. In particular, it is advantageous here if the frequency of picking is selected as a function of one of the multiple numbers of spirals. For example, if the first plurality of spirals 11 has spirals and the second plurality of spirals 9 have spirals, it is advantageous to detect the reflection per revolution at least 23 times in preferably uniformly spaced detection times. In other words, for improved topography determination, a reflection can be detected at least as often per revolution that the sampling rate! per revolution is greater than twice the number of spirals of the larger majority of spirals.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Deflektometer ausgelegt, das Referenzmuster rotierend auf der Anzeige wiederzugeben. Ferner ist das Deflektometer ausgelegt, basierend auf der rotierten Wiedergabe Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenz- musters zu erhalten. Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft eine rotierte Erfassung ermöglichen, ohne das Objekt bewegen zu müssen. Hierzu kann beispielsweise das Referenzmuster rotierend auf einem Computerbildschirm wiedergegeben werden oder eine Scheibe, auf der das Referenzmuster aufgebracht ist, als rotierende Anzeige genutzt werden. Insbesondere in der Anwendung als Keratograf ist dies von Vorteil, da ein Patient, dessen Auge das Objekt darstellen kann, nicht für eine rotierte Erfassung bewegt (rotiert) werden kann. According to embodiments, the deflectometer is configured to rotate the reference pattern on the display. Furthermore, the deflectometer is designed to obtain images of the reflections of the rotated reference pattern based on the rotated reproduction. The described embodiment can advantageously enable a rotated detection without having to move the object. For this purpose, for example, the reference pattern can be played in a rotating manner on a computer screen or a disk on which the reference pattern is applied can be used as a rotating display. This is particularly advantageous in the application as a keratographer, since a patient whose eye can represent the object can not be moved (rotated) for a rotated capture.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Deflektometer ausgelegt, die Topografiebestimmung anhand von Phaseninformationen durchzuführen. Hierfür ist das Deflektometer ausgelegt, die Phaseninformationen basierend auf den Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters zu erhalten. Aufgrund der periodischen Struktur des Referenzmusters ist es einfach, die zu erwartenden Phasenverschiebungen für beide Neigungsrichtungen der Oberfläche bei einem rotierten Referenzmuster zu bestimmen. Wenn aufgrund von Unebenheiten der Oberfläche die Reflektion des Referenzmusters Verzerrun- gen aufweist, wird diese durch die von der Reflektion abgeleitete Phaseninformation wiedergegeben. In Kombination mit der zu erwartenden Phaseninformation kann damit einfach eine Unebenheit charakterisiert werden und folglich eine Topografiebestimmung des Objekts durchgeführt werden. Im Allgemeinen wird das hier genannte Vorgehen in Bezug auf andere periodische Referenzmuster auch als Phase Measuring Deflectometry (pha- senmessende Deflektometrie) bezeichnet. Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Deflektometer ausgelegt, die Phaseninformationen basierend auf einer diskreten Fouriertransformation der Aufnahmen der Refiektionen des rotierten Referenzmusters zu erhalten. Unter Verwendung einer diskreten Fouriertransformation, beispielsweise der FFT (Fast Fourier Transform), können schnell und mit wenig Rechenaufwand die Phaseninformationen bestimmt werden. Hierzu kann beispielsweise über eine Zeitachse der Aufnahmen eine Fouriertransformation angewandt werden. Insbesondere kann ein Pixel, auf dem die Refiektionen des Referenzmusters betrachtet werden kann, zur Erzeugung eines Zeitsignals genutzt werden, wobei das Zeitsignal die Rotation des Referenzmusters beschreibt. Das Zeitsignal kann nun mittels der Fouriertrans- formation in den Frequenzbereich transformiert werden, um ein Spektrum zu erhalten. Somit kann nun ein Spektrum pro Pixel erzeugt werden, das an der Frequenz ausgewertet wird, die abhängig ist von der Anzahl der ersten Mehrzahl von Spiralen oder der Anzahl der zweiten Mehrzahl von Spiralen. Die Phase an der genannten Frequenz kann somit mit einer Vergleichsphase verglichen werden, um eine Verzerrung durch die reflektie- rende Oberfläche zu charakterisieren. Insbesondere bieten hier Mehrzahlen von Spiralen Vorteile, deren Anzahlen teilerfremd sind, beispielsweise 9 und 11. Basierend auf der Teilerfremdheit kann eine Phasenmehrdeutigkeit einer Verzerrung aufgelöst werden, wie beispielsweise in [6] ausführlich beschrieben, und somit eine Unebenheit der Oberfläche zuverlässiger charakterisiert werden. According to exemplary embodiments, the deflectometer is designed to perform the topography determination on the basis of phase information. For this purpose, the deflectometer is designed to obtain the phase information based on the images of the reflections of the rotated reference pattern. Due to the periodic structure of the reference pattern, it is easy to determine the expected phase shifts for both inclination directions of the surface in a rotated reference pattern. If, due to unevenness of the surface, the reflection of the reference pattern has distortions, this is reflected by the phase information derived from the reflection. In combination with the expected phase information, it is thus easy to characterize unevenness and consequently to perform a topography determination of the object. In general, the procedure mentioned here with respect to other periodic reference patterns is also referred to as Phase Measuring Deflectometry (phase-measuring deflectometry). According to exemplary embodiments, the deflectometer is designed to obtain the phase information based on a discrete Fourier transformation of the images of the reflections of the rotated reference pattern. Using a discrete Fourier transform, such as the FFT (Fast Fourier Transform), the phase information can be determined quickly and with little computational effort. For this purpose, for example, a Fourier transformation can be applied over a time axis of the recordings. In particular, a pixel on which the reflections of the reference pattern can be viewed can be used to generate a time signal, wherein the time signal describes the rotation of the reference pattern. The time signal can now be transformed into the frequency domain by means of the Fourier transformation in order to obtain a spectrum. Thus, one spectrum can now be generated per pixel, which is evaluated at the frequency which is dependent on the number of the first plurality of spirals or the number of the second plurality of spirals. The phase at said frequency can thus be compared with a comparison phase in order to characterize a distortion by the reflecting surface. In particular, plural numbers of spirals offer advantages whose numbers are prime, for example 9 and 11. Based on the divisiveness, a phase ambiguity of distortion can be resolved, as described in detail in [6], thus more reliably characterizing surface unevenness.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Anzahl der Spiralen der ersten Mehrzahl von Spiralen teilerfremd von der Anzahl der Spiralen der zweiten Mehrzahl von Spiralen. Durch die Teilerfremdheit lassen sich, basierend auf zahlentheoretischen Betrachtungen, Phasenmehrdeutigkeiten von Phaseninformationen auflösen. According to embodiments, the number of spirals of the first plurality of spirals is a prime factor of the number of spirals of the second plurality of spirals. Due to the divisiveness, phase ambiguities of phase information can be resolved based on number-theoretical considerations.
Gemäß Ausführungsbeispieien ist das Deflektometer ausgelegt, die Phaseninformationen basierend auf Phasenschiebeformeln aus den Aufnahmen der Refiektionen des rotierten Referenzmusters zu erhalten. Mittels Filter können, basierend auf einem Zeitsignal der rotierten Aufnahmen (beispielsweise ein Zeitsignal eines Pixels der Aufnahmen), Pha- seninformationen über Phasenschiebeformeln erhalten werden. Hierbei kann eine geringe Anzahl von Aufnahmen und Filter mit wenigen Elementen ausreichen, um die Phaseninformation zu erhalten. According to embodiments, the deflectometer is designed to obtain the phase information based on phase shift formulas from the images of the reflections of the rotated reference pattern. By means of filters, phase information about phase shift formulas can be obtained on the basis of a time signal of the rotated recordings (for example a time signal of one pixel of the recordings). In this case, a small number of recordings and filters with few elements can be sufficient to obtain the phase information.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Deflektometer ausgelegt, basierend auf Aufnah- men einer rotierten Wiedergabe des Referenzmusters aus der ersten Mehrzahl von Spiralen eine erste Phaseninformation zu erhalten. Des Weiteren ist das Deflektometer ausge- legt, basierend auf Aufnahmen einer rotierten Wiedergabe des Referenzmusters aus der zweiten Mehrzahl von Spiralen eine zweite Phaseninformation zu erhalten. Ferner ist das Defiektometer ausgelegt, eine Topografiebestimmung basierend auf der ersten Phaseninformation und der zweiten Phaseninformation zu erhalten. Durch Ermittlung der ersten Phaseninformation können Topografieänderungen entlang einer ersten Richtung separat zu Topografieänderung entlang einer zweiten Richtung erfasst werden. Eine Kombination kann genutzt werden, um eine genaue Bestimmung der Topografie der Oberfläche des Objekts zu erhalten. Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Defiektometer ausgelegt, basierend auf den Phaseninformationen Ablenkungen von Strahlengängen zu bestimmen. Ferner ist das Defiektometer ausgelegt, basierend auf den Ablenkungen von Strahlengängen eine Mehrzahl von Steigungsparametern einer reflektierenden Oberfläche des Objekts zu bestimmen. Die Steigungsparameter können lokaie Änderungen/Neigungen in der Oberfläche des Objekts charakterisieren. Des Weiteren kann somit, basierend auf einer Bestimmung von Steigungsparametern über die gesamte Oberfläche des Objekts, leicht eine Topografie des Objekts bestimmt werden. According to exemplary embodiments, the deflectometer is designed to obtain a first phase information based on recordings of a rotated reproduction of the reference pattern from the first plurality of spirals. Furthermore, the deflectometer is sets to obtain second phase information based on recordings of a rotated reproduction of the reference pattern from the second plurality of spirals. Further, the defectometer is configured to obtain a topography determination based on the first phase information and the second phase information. By determining the first phase information, topography changes along a first direction may be detected separately from topography change along a second direction. A combination can be used to obtain an accurate determination of the topography of the surface of the object. According to exemplary embodiments, the defectometer is designed to determine deflections of beam paths based on the phase information. Further, the defectometer is configured to determine a plurality of pitch parameters of a reflective surface of the object based on the deflections of beam paths. The slope parameters may characterize local changes / slopes in the surface of the object. Furthermore, based on a determination of slope parameters over the entire surface of the object, it is thus easy to determine a topography of the object.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Defiektometer ausgelegt, basierend auf einer In- tegration der Mehrzahl von Steigungsparametern die Topografiebestimmung des Objekts durchzuführen. Durch Integration der Steigungsparameter kann, beispielsweise basierend auf einem gegebenen Startpunkt, eine Oberfläche des Objekts rekonstruiert, oder zumindest angenähert rekonstruiert, werden. Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Defiektometer ausgelegt, basierend auf den Ablenkungen von Strahlengängen, Flächennormalen der reflektierenden Oberfläche des Objekts zu bestimmen. Ferner ist das Defiektometer ausgelegt, basierend auf einer Integration der Flächennormalen eine Topografiebestimmung des Objekts durchzuführen. Durch Bestimmung der Flächennormalen der Oberfläche lassen sich einfach lokale Neigun- gen/Steigungen charakterisieren, wobei basierend auf einer Mehrzahl der lokalen Neigungen eine gesamte Topografiebestimmung des Objekts durgeführt werden kann. According to exemplary embodiments, the defiectometer is designed to perform the topography determination of the object based on an integration of the plurality of gradient parameters. By integration of the slope parameters, for example based on a given starting point, a surface of the object can be reconstructed, or at least approximately reconstructed. According to embodiments, the defectometer is designed to determine, based on the deflections of beam paths, surface normals of the reflective surface of the object. Furthermore, the defectometer is designed to perform a topography determination of the object based on an integration of the surface normal. By determining the surface normals of the surface, it is easy to characterize local inclinations / gradients, wherein based on a plurality of the local inclinations an entire topography determination of the object can be carried out.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schaffen ein Referenzmuster zur Topografiebestimmung eines Objekts, wobei das Referenzmuster eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungsrichtung der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist. Embodiments according to the invention provide a reference pattern for topography determination of an object, the reference pattern having a first plurality of spirals and having a second plurality of spirals, wherein a winding direction the first plurality of spirals is opposite to a winding direction of the second plurality of spirals.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schaffen ein Verfahren zur Topografiebe- Stimmung eines Objekts. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen einer Spiegelung eines Referenzmusters an einer Oberfläche des Objekts, wobei das Referenzmuster eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungsrichtung der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist. Ferner umfasst das Verfahren ein Erfassen des von dem Objekt reflektierten Referenzmusters und Bereitstellen einer topo- grafischen Information basierend auf dem erfassten reflektierten Referenzmuster. Das beschriebene Verfahren kann um einzelne oder alle Merkmale und Funktionalitäten, die hierin im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben sind, erweitert werden. Ausführungsbeispiele beschreiben ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von topografischen Abweichungen auf rotationssymmetrischen spiegelnden Oberflächen. Solche Prüfflächen können z.B. sphärische und asphärische Linsen und Spiegel sein, aber auch z.B. die Hornhaut des menschlichen Auges, die bislang mit einem konzentrischen statischen Muster gemessen wird wie in Fig. 14 und Fig. 15 gezeigt. Embodiments according to the invention provide a method for topography tuning of an object. The method includes generating a reflection of a reference pattern on a surface of the object, the reference pattern having a first plurality of spirals and having a second plurality of spirals, wherein a winding direction of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction of the second plurality of spirals , Furthermore, the method comprises detecting the reference pattern reflected by the object and providing topographical information based on the detected reflected reference pattern. The described method may be extended to include any or all features and functionalities described herein in connection with a device. Exemplary embodiments describe a method and a device for determining topographic deviations on rotationally symmetrical reflecting surfaces. Such test areas may e.g. spherical and aspherical lenses and mirrors, but also e.g. the cornea of the human eye previously measured with a concentric static pattern as shown in Figs.
Ausführungsbeispiele beschreiben eine Methode zur Aufnahme deflektometrischer Messdaten in Polarkoordinaten mit einem statischen Referenzmuster, welches sich aber auch in Drehbewegung befinden kann. Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung lösen ein Problem herkömmlicher Konzepte durch die Erweiterung eines konzentrischen Referenzstreifenmusters auf zwei gegenläufige logarithmischen Spiralen, welche überall senkrecht aufeinander stehen und damit beide Richtungsableitungen der spiegelnden Oberfläche zu messen erlauben. Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung kann durch Drehung eines konzentrischen Musters die Anwendung der phasenmessenden Deflektometrie ermöglicht werden, womit die Messunsicherheit stark verringert wird. Außerdem wird zur Drehung nach wie vor ein statisches Muster angewendet, d.h. die Geometrie des Referenzschirms ist frei wählbar und kann außerdem für die Messung beliebiger sphärischer und asphärischer Flächen so vorberechnet werden, dass das an der Nominalform gespiegelte Muster möglichst einfach auswertbar ist. Gemäß Ausführungsbeispielen ermöglicht eine freie Gestaltbarkeit des Referenzschirms außerdem, sowohl konvexe als auch konkave rotationssymmetrische Flächen zu messen; auch kann in nur praktisch vorgegebenen Grenzen die Empfindlichkeit der Messung durch die Vergrößerung des Schirms (und damit Vergrößerung der Abstände zwischen Schirm und Messobjekt) erhöht werden. Exemplary embodiments describe a method for recording deflectometric measurement data in polar coordinates with a static reference pattern, which however can also be in rotary motion. Embodiments according to the invention solve a problem of conventional concepts by the extension of a concentric reference stripe pattern on two opposing logarithmic spirals, which are perpendicular to each other everywhere and thus allow to measure both directions derivatives of the specular surface. According to embodiments of the invention, rotation of a concentric pattern allows the use of phase-measuring deflectometry, thus greatly reducing the measurement uncertainty. In addition, a static pattern is still used for the rotation, ie the geometry of the reference screen is freely selectable and can also be precalculated for the measurement of any spherical and aspheric surfaces so that the pattern reflected on the nominal shape can be evaluated as simply as possible. According to embodiments, a free configurability of the reference screen also allows to measure both convex and concave rotationally symmetric surfaces; In addition, the sensitivity of the measurement can be increased by the enlargement of the screen (and thus enlargement of the distances between the screen and the measurement object) within only practically prescribed limits.
Figurenkurz beschreibunq Brief description of the figure
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:  Embodiments according to the present invention will be explained below with reference to the accompanying figures. Show it:
Fig. 1 ein schematische Darstellung eines Deflektometers gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung; Fig. 2 ein Referenzmuster mit herkömmlichen Spiralen, d.h. archimedischen Spiralen oder arithmetischen Spiralen, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung; Fig. 1 is a schematic representation of a deflectometer according to embodiments of the invention; Fig. 2 shows a reference pattern with conventional spirals, i. Archimedean spirals or arithmetic spirals, according to embodiments of the invention;
Fig. 3 ein Referenzmuster mit logarithmischen Spiralen, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung; 3 shows a reference pattern with logarithmic spirals, according to embodiments of the invention;
Fig. 4 ein Referenzmuster mit herkömmlichen Spiralen, d.h. archimedischen Spiralen oder arithmetischen Spiralen, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung, wobei ein Radius der ersten Mehrzahl von Spiralen einer anderen Steigung unterliegt als ein Radius der zweiten Mehrzahl von Spiralen; Fig. 4 shows a reference pattern with conventional spirals, i. Archimedean spirals or arithmetic spirals, according to embodiments of the invention, wherein a radius of the first plurality of spirals of a different pitch is subject to a radius of the second plurality of spirals;
Fig. 5 ein Referenzmuster mit logarithmischen Spiralen, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung, wobei ein Radius der ersten Mehrzahl von Spiralen einer anderen Steigung unterliegt als ein Radius der zweiten Mehrzahl von Spiralen; 5 illustrates a logarithmic spiral reference pattern according to embodiments of the invention, wherein a radius of the first plurality of spirals is subject to a different pitch than a radius of the second plurality of spirals;
Fig. 6 eine schematische Illustration zur phasenmessenden Deflektometrie; Fig. 6 is a schematic illustration for phase measuring deflectometry;
Fig. 7 eine schematische Illustration zur phasenmessenden Deflektometrie; Phaseninformationen des Referenzmusters aus Fig. 2 erzeugt durch rotierende Erfassung; FIG. 7 shows a schematic illustration for phase-measuring deflectometry; FIG. Phase information of the reference pattern of Fig. 2 generated by rotary detection;
Phaseninformationen des Referenzmusters aus Fig. 3 erzeugt durch rotierende Erfassung; Phase information of the reference pattern of Fig. 3 generated by rotary detection;
Phaseninformationen des Referenzmusters aus Fig. 4 erzeugt durch rotierende Erfassung; Phase information of the reference pattern of Fig. 4 generated by rotary detection;
Phaseninformationen des Referenzmusters aus Fig. 5 erzeugt durch rotierende Erfassung; eine schematische Illustration zur Erzeugung der Phaseninformationen gemäß Figuren 8 bis 11 ; ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung; ein herkömmliches Keratoskop; eine Auswertung einer Aufnahme eines herkömmlichen Keratoskops; eine Aufnahme einer Reflektion eines Streifenmusters eines herkömmlichen Deflektometers an einer sphärischen Oberfläche. Phase information of the reference pattern of Fig. 5 generated by rotary detection; a schematic illustration for generating the phase information according to Figures 8 to 11; a flowchart of a method according to embodiments of the invention; a conventional keratoscope; an evaluation of a shot of a conventional keratoscope; a photograph of a reflection of a stripe pattern of a conventional deflectometer on a spherical surface.
Detaillierte Beschreibung der Ausführunqsbeispiele Detailed Description of the Embodiments
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Deflektometers 100 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Das Deflektometer 100 weist eine Anzeige 110 und eine optionale Kamera 1 15 auf. Des Weiteren ist die Anzeige 110 des Deflektometers 100 einem Objekt 120 zugewandt.  1 shows a schematic representation of a deflectometer 100 according to exemplary embodiments of the invention. The deflectometer 100 has a display 110 and an optional camera 15. Furthermore, the display 110 of the deflectometer 100 faces an object 120.
Die Anzeige 110 ist ausgelegt, um ein Referenzmuster wiederzugeben, das eine erste Mehrzahl von Spiralen auf und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist. Ferner ist eine Wicklungsrichtung der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung der zweiten Mehrzahl von Spiralen. Weiterhin ist das Deflektometer 100 ausgelegt, basierend auf einer Reflektion des Referenzmusters an dem Objekt 120 eine topografische Information über das Objekt bereitzustellen. The display 110 is configured to render a reference pattern having a first plurality of spirals and a second plurality of spirals. Further, a winding direction of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction of the second plurality of spirals. Furthermore, the deflectometer 100 is adapted to provide topographic information about the object based on a reflection of the reference pattern on the object 120.
Das Deflektometer 100 ist dazu ausgelegt, eine Reflektion des Referenzmusters auf dem Objekt 120 zu erfassen. Hierzu kann das Deflektometer 100 derart orientiert sein, dass eine zu untersuchende Oberfläche des Objekts 120 der Anzeige 110 zugewandt ist. Basierend auf der Reflektion kann das Deflektometer 100 eine Aussage über die Oberflächenbeschaffenheit des Objekts 120 treffen. Das Deflektometer 100 basiert auf der Idee, dass die Mehrzahlen von Spiralen des Referenzmuster eine vorteilhafte Reflektion zur Topografiebestimmung erzeugen. Insbesondere bieten Spiralen, beispielsweise gegenüber Kreisen, den Vorteil, dass nicht nur radiale Verzerrungen des Musters in der Reflektion beobachtbar sind. Ferner kann die Reflektion des Referenzmusters dazu dienen, ebenfalls tangentiale Verzerrungen zu beobachten. Im allgemeinen werden die Verzerrungen in der Reflektion durch Unebenheiten der Oberfläche des Objekts 120 erzeugt und können somit dazu dienen, diese zu charakterisieren. Im Übrigen lässt sich das Referenzmuster dazu nutzen, beispielsweise durch eine Drehung der Reflektion auf der Oberfläche des Objekts 120, um eine phasenmessende De- flektometrie zu ermöglichen. Hierbei ist eine mindestens tangential periodisch oder auch tangential und radial periodisch Intensitätsverteilung des Referenzmusters von Vorteil. Durch die Periodizität kann ein additives Wellengemisch aus zwei sinusförmigen Intensitätsverläufen für einen Punkt auf dem Muster bzw. dessen Reflektion während einer Rotation beobachtet werden, solange keine Verzerrung auftritt. Basierend auf dem bekannten Intensitätsverlauf des Referenzmusters kann somit eine Referenzphase abgeleitet wer- den. Eine Abweichung der Phase, die in der Reflektion beobachtet wird, kann folglich genutzt werden, um mittels der Referenzphase eine Oberflächenbeschaffenheit/Topografie zu bestimmen. The deflectometer 100 is configured to detect a reflection of the reference pattern on the object 120. For this purpose, the deflectometer 100 can be oriented in such a way that a surface of the object 120 to be examined faces the display 110. Based on the reflection, the deflectometer 100 can make a statement about the surface condition of the object 120. The deflectometer 100 is based on the idea that the plural numbers of spirals of the reference pattern produce an advantageous reflection for topography determination. In particular, spirals, for example in relation to circles, have the advantage that not only radial distortions of the pattern in the reflection are observable. Furthermore, the reflection of the reference pattern can serve to also observe tangential distortions. In general, the distortions in the reflection are created by unevenness of the surface of the object 120 and can thus serve to characterize it. Incidentally, the reference pattern can be used, for example, by a rotation of the reflection on the surface of the object 120, in order to enable a phase-measuring deflectometry. In this case, an at least tangentially periodic or even tangential and radial periodic intensity distribution of the reference pattern is advantageous. Due to the periodicity, an additive wave mixture of two sinusoidal intensity curves can be observed for a point on the pattern or its reflection during a rotation, as long as no distortion occurs. Based on the known intensity profile of the reference pattern, a reference phase can thus be derived. A deviation of the phase, which is observed in the reflection, can thus be used to determine a surface condition / topography by means of the reference phase.
Fig. 2 zeigt ein Referenzmuster 200 mit herkömmlichen Spiralen, d.h. archimedischen Spiralen oder arithmetischen Spiralen, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung, wie es zum Beispiel auf der Anzeige 1 10 wiedergegeben werden kann. Das Referenzmuster 200 weist eine erste Mehrzahl von Spiralen auf, deren Spiralarmzentren 210a-k eingezeichnet sind, die eine erste Wicklungsrichtung 2101 aufweisen. Ferner weist das Referenzmuster eine zweite Mehrzahl von Spiralen auf, deren Spiralarmzentren 220a-i einge- zeichnet sind, die eine zweite Wicklungsrichtung 220j aufweisen. Die Spiralarmzentren 210a-k der ersten Mehrzahl von Spiralen sind in einem Helligkeitsminimum der ersten Mehrzahl von Spiralen eingezeichnet, analog zu den Spiralarmzentren 220a-i können diese ebenfalls in einem Helligkeitsmaximum der ersten Mehrzahl von Spiralen eingezeichnet sein, dies stellt lediglich einen Phasenversatz dar. Ferner ist die erste Wickelrichtung 2101 rechtsdrehend und die zweite Wickelrichtung 220j linksdrehend, in anderen Worten ist die erste Wicklungsrichtung 2101, der zweiten Wickiungsrichtung 220j entgegengesetzt orientiert. Des Weiteren weist das Referenzmuster 200 auf einem Kreis, konzentrisch mit einem Mittelpunkt der ersten Mehrzahl von Spiralen oder der zweiten Mehrzahl von Spiralen einen sinusförmigen Intensitätsverlauf auf. Da es sich um herkömmliche Spiralen handelt, bleibt der Abstand der Spiralarmzentren 210a-k und 220a-i in jeder Wicklung konstant. Da die Spiralen in dem Referenzmuster 200 eine geringe Steigung aufweisen, ist aber nur ein Teil einer Wicklung sichtbar und somit der konstante Spiralarmabstand nicht beobachtbar. Die erste Mehrzahl von Spiralen und die zweite Mehrzahl von Spiralen, bzw. deren Spiralarmezentren 210a-k und 220a-i, weisen eine konstante Steigung des Radius auf, die bei den Spiralen der ersten Mehrzahl von Spiralen gleich der Steigung des Radius der Spiralen der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist. Der Radius unterliegt der Formel FIG. 2 shows a reference pattern 200 with conventional spirals, ie Archimedean spirals or arithmetic spirals, according to embodiments of the invention, as can be reproduced on display 110, for example. The reference pattern 200 has a first plurality of spirals whose spiral arm centers 210a-k are drawn in, which have a first winding direction 2101. Furthermore, the reference pattern has a second plurality of spirals whose spiral arm centers 220a-i are drawn in, which have a second winding direction 220j. The spiral arm centers 210a-k of the first plurality of spirals are at a minimum of brightness of the first Plural of spirals, analogous to the Spiralarmzentren 220a-i, these may also be drawn in a brightness maximum of the first plurality of spirals, this represents only a phase offset. Further, the first winding direction 2101 is clockwise and the second winding direction 220j left-handed, in other words is the first winding direction 2101, the second winding direction 220j oriented opposite. Furthermore, the reference pattern 200 has a sinusoidal intensity profile on a circle concentric with a center of the first plurality of spirals or the second plurality of spirals. Since these are conventional spirals, the spacing of the spiral arm centers 210a-k and 220a-i in each winding remains constant. However, since the spirals in the reference pattern 200 have a small pitch, only a portion of a turn is visible and thus the constant spiral arm spacing is not observable. The first plurality of spirals and the second plurality of spirals, or their spiral arm centers 210a-k and 220a-i, have a constant slope of the radius which in the spirals of the first plurality of spirals is equal to the slope of the radius of the spirals of the second Is a plurality of spirals. The radius is subject to the formula
τ = αφ, (1 ) wobei a die Steigung ist und φ der Winkel. Somit ist für die erste Mehrzahl von Spiralen und die zweite Mehrzahl von Spiralen a äquivalent. Des Weiteren weisen Spiralen der jeweiligen Mehrzahlen von Spiralen die gleiche Steigung auf. Da sich die Spiralarme der ersten Mehrzahl von Spiralen und der zweiten Mehrzahl von Spiralen unter einem Winkel schneiden, der nahe 90° ist, lassen sich einfach linear unabhängige Basisvektoren aus deren Reflektion berechnen, womit sich einfach Flächennormalen oder unabhängige Stei- gungsparameter schätzen lassen. Da die Spiralarme sich für das beschriebene Referenzmuster 200, im Allgemeinen, nicht exakt senkrecht schneiden, kann beispielsweise eine zusätzliche Orthogonalisierung durchgeführt werden, um unabhängige Steigungen zu erhalten, beispielsweise über das Gram-Schmidt Verfahren. Des Weiteren können Steigungsänderungen durch Differentiation der Steigungen bestimmt werden, wobei die Steigungsänderungen Krümmungen einer Oberfläche eines Objekts beschreiben. Mittels der geschätzten Werte, beispielsweise für Phase und Richtung eines ersten Sinussignals und eines zweiten Sinussignals, lässt sich folglich mit geringem Aufwand die Oberfächen- beschaffenheit bzw. Topografie eines Objekts, z.B. Objekt 120, bestimmen. Im Übrigen sind die Spiraiarmzentren 210a-k und 220a-i nur zu Illustrationszwecken eingezeichnet und werden zur Verwendung für die Deflektometrie, im Allgemeinen, nicht in dem Refe- renzmuster 200 sichtbar sein. Entsprechendes gilt für die Sichtbarkeit von Spiralarmzentren auch für die im Folgenden beschriebenen Referenzmuster 300, 400 und 500. τ = αφ, (1) where a is the slope and φ the angle. Thus, for the first plurality of spirals and the second plurality of spirals a is equivalent. Furthermore, spirals of the respective pluralities of spirals have the same pitch. Since the spiral arms of the first plurality of spirals and the second plurality of spirals intersect at an angle that is close to 90 °, linearly independent base vectors can easily be calculated from their reflection, which can be used to simply estimate surface normals or independent slope parameters. For example, because the spiral arms do not intersect exactly perpendicularly for the described reference pattern 200, additional orthogonalization may be performed to obtain independent slopes, for example, via the Gram-Schmidt method. Furthermore, slope changes can be determined by differentiation of the slopes, wherein the slope changes describe curvatures of a surface of an object. By means of the estimated values, for example for the phase and direction of a first sine signal and a second sine signal, the surface texture or topography of an object, eg object 120, can consequently be determined with little effort. Incidentally, the spiral arm centers 210a-k and 220a-i are shown for illustrative purposes only, and are for use in deflectometry, generally, not in the reference. be visible 200. The same applies to the visibility of spiral alarm centers also for the reference patterns 300, 400 and 500 described below.
Fig. 3 zeigt ein Referenzmuster 300 mit logarithmischen Spiralen, gemäß Ausführungs- beispielen der Erfindung, wie es zum Beispiel auf der Anzeige 1 10 wiedergegeben werden kann. Spiralarmezentren 310a-k, der ersten Mehrzahl von Spiralen, und Spiralarmzentren 320 a-i, der zweiten Mehrzahl von Spiralen, sind eingezeichnet in das Referenzmuster zu Illustrationszwecken und werden im Allgemeinen nicht vorhanden sein, wenn das Referenzmuster 300 zur Deflektometrie genutzt wird, beispielsweise über die Anzeige 100. Des Weiteren ist das Referenzmuster 300 ähnlich dem Referenzmuster 200 wobei der Radius der ersten Mehrzahl von Spiralen und der zweiten Mehrzahl von Spiralen entsprechend FIG. 3 shows a reference pattern 300 with logarithmic spirals, according to exemplary embodiments of the invention, as can be reproduced on the display 110, for example. Spiral center 310a-k, the first plurality of spirals, and spiral arm centers 320ai, the second plurality of spirals, are drawn into the reference pattern for illustrative purposes and will generally not be present if the reference pattern 300 is used for deflectometry, such as via the display 100. Further, the reference pattern 300 is similar to the reference pattern 200 where the radius of the first plurality of spirals and the second plurality of spirals is corresponding
r = bek<P (2) verhält, wobei b und k in Referenzmuster 300 gleich sind für die Spiralen der ersten Mehrzahl von Spiralen und der zweiten Mehrzahl von Spiralen. Ein Vorteil von Referenzmuster 300 gegenüber Referenzmuster 200 und anderen, beispielsweise herkömmlichen, Referenzmustern ist, dass die Spiralarme senkrecht aufeinander stehen, bzw. sich im rechten Winkel schneiden, d.h. orthogonal sind. Durch die Orthogonaiität lassen sich bei- spielsweise unmittelbar Steigungen auf dem Objekt bestimmen, die unabhängige Richtungen beschreiben. r = be k < P (2), where b and k in reference pattern 300 are the same for the spirals of the first plurality of spirals and the second plurality of spirals. An advantage of reference pattern 300 over reference pattern 200 and other, for example, conventional, reference patterns is that the spiral arms are perpendicular to each other, or intersect at right angles, ie are orthogonal. For example, orthogonality can be used to directly determine slopes on the object that describe independent directions.
Fig. 4 zeigt ein Referenzmuster 400 mit herkömmlichen Spiralen, d.h. archimedischen Spiralen oder arithmetischen Spiralen, gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung, wie es zum Beispiel auf der Anzeige 1 10 wiedergegeben werden kann. Analog zu Referenzmuster 200 folgen die Radien der Gleichung (1 ), wobei für die erste Mehrzahl der Spiralen, gekennzeichnet durch Spiralarmzentren 410a-k, die Steigung a = a ist, und für die zweite Mehrzahl von Spiralen, gekennzeichnet durch Spiralarmzentren 420a-i, die Steigung a = a2 ist, wobei a2 > . In anderen Worten ist die Steigung der ersten Mehrzahl von Spiralen geringer als die Steigung der zweiten Mehrzahl an Spiralen. Da, analog zu Referenzmuster 200, nicht mehr als eine Wicklung einer jeden Spirale sichtbar ist, ist der konstante Abstand zwischen eines Spiralarms über mehrere Wicklungen nicht ersichtlich. Aus den konstanten radialen Abständen der ineinander gewickelten Spiralarmzentren 410a-k lässt sich die Konstanz ihrer Steigungen aber schon indirekt ablesen. Da die Spi- ralarmdichte des Referenzmuster 400 radial höher ist, als beispielsweise die von Refe- renzmuster 200, ist das Referenzmuster 400 besonders geeignet, um Neigungsfehler auf einem Objekt in radialer Richtung zu erfassen. FIG. 4 shows a reference pattern 400 with conventional spirals, ie Archimedean spirals or arithmetic spirals, according to embodiments of the invention, as can be reproduced on display 110, for example. Analogous to reference pattern 200, the radii follow equation (1), where for the first plurality of spirals, indicated by spiral arm centers 410a-k, the slope a = a, and for the second plurality of spirals, characterized by spiral arm centers 420a-i, the slope a = a 2 , where a 2 >. In other words, the pitch of the first plurality of spirals is less than the pitch of the second plurality of spirals. Since, as with reference pattern 200, not more than one winding of each spiral is visible, the constant distance between a spiral arm over multiple windings is not apparent. However, the constancy of their gradients can already be read off indirectly from the constant radial spacings of the spirally wound spiral centers 410a-k. Since the spiral alarm density of the reference pattern 400 is radially higher than, for example, that of reference The reference pattern 400 is particularly suitable for detecting tilt errors on an object in the radial direction.
Fig. 5 zeigt ein Referenzmuster 500 mit logarithmischen Spiralen, gemäß Ausführungs- beispielen der Erfindung, wie es zum Bespiel auf der Anzeige 110 wiedergegeben werden kann. Das Referenzmuster 500 weist eine erste Mehrzahl an Spiralen auf, wobei deren Spiralarmzentren 510a-k eingezeichnet sind, und eine zweite Mehrzahl an Spiralen auf, wobei deren Spiralarmzentren 520a-i eingezeichnet sind. Die Radien der ersten Mehrzahl von Spiralen und der zweiten Mehrzahl von Spiralen unterliegen der Gleichung (2), wobei sich hier die Parameter b und k zwischen der ersten Mehrzahl von Spiralen und der zweiten Mehrzahl von Spiralen unterscheiden. Die Steigung, charakterisiert durch k, ist für die zweite Mehrzahl an Spiralen größer als für die erste Mehrzahl an Spiralen, weshalb mit der ersten Mehrzahl an Spiralen eine höhere Streifendichte in radialer Richtung erzeugt wird. Basierend auf der höheren Dichte kann, äquivalent zu Referenzmuster 400, eine höhere Präzision der Topografiebestimmung in radialer Richtung erreicht werden. Des Weiteren, da das Referenzmuster 500, entsprechend Referenzmuster 300, rechtwinklige oder orthogonale Schnittpunkte der Spiralarme der ersten Mehrzahl von Spiralen mit Spiralarmen der zweiten Mehrzahl von Spiralen aufweist, können mittels geringem Aufwand zwei unabhängige Steigungsparameter aus der Reflektion des Referenzmusters 500 ge- schätzt werden. FIG. 5 shows a reference pattern 500 with logarithmic spirals, according to exemplary embodiments of the invention, as can be reproduced for example on the display 110. The reference pattern 500 has a first plurality of spirals with their spiral arm centers 510a-k drawn in, and a second plurality of spirals with their spiral arm centers 520a-i drawn. The radii of the first plurality of spirals and the second plurality of spirals are subject to equation (2), with the parameters b and k differing between the first plurality of spirals and the second plurality of spirals. The pitch, characterized by k, is greater for the second plurality of spirals than for the first plurality of spirals, and therefore the first plurality of spirals produces a higher swath density in the radial direction. Based on the higher density, equivalent to reference pattern 400, a higher precision of the topography determination in the radial direction can be achieved. Furthermore, since the reference pattern 500 corresponding to reference pattern 300 has orthogonal or intersecting points of the spiral arms of the first plurality of spirals spirals of the second plurality of spirals, two independent slope parameters can be estimated from the reflection of the reference pattern 500 with little effort.
Im Folgenden werden Aufnahmen beziehungsweise Aufnahmereihen betrachtet, die erzeugt werden durch Rotation/Drehung entweder des Referenzmusters oder des Objekts. Im Allgemeinen wird bevorzugt das Referenzmuster gedreht zur Aufnahme gedrehter Re- flektionen, da es sich bei Objekten, beispielsweise Objekt 120, um schwere oder fragile Gegenstände handeln kann oder auch um Patienten. Mittels der Aufnahmen können, basierend auf den periodischen Intensitätsprofilen der Referenzmuster 200, 300, 400 oder 500, Phaseninformationen zur Topografiebestimmung gewonnen werden. Im Folgenden wird kurz erklärt, wie anhand von herkömmlichen Streifenmustern Phasenmessende Deflektometrie (PMD) durchgeführt wird. In the following, recordings or acquisition series are considered, which are generated by rotation / rotation of either the reference pattern or the object. In general, the reference pattern is preferably rotated to accommodate rotated reflections, as objects, such as object 120, may be heavy or fragile objects or even patients. By means of the recordings, based on the periodic intensity profiles of the reference patterns 200, 300, 400 or 500, phase information for the topography determination can be obtained. In the following it will be briefly explained how phase-measuring deflectometry (PMD) is carried out by means of conventional stripe patterns.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Messaufbaus 600 für die PMD. Der Messaufbau 600 weist einen Anzeigeschirm 610, einen Kamerasensor 620 und ein Testobjekt 630 auf. An dem Anzeigeschirm 610 ist ein Koordinatensystem angezeichnet mit einer ersten Achse, die mit u gekennzeichnet ist, und einer zweiten Achse, die mit v gekennzeichnet ist. Ferner ist auf dem Anzeigeschirm 610 ein Referenzstreifenmuster angezeigt, das in v- Richtung einen sinusförmigen Helligkeitsverlauf aufweist. Des Weiteren ist neben dem Anzeigeschirm 610 eine Referenzstreifenmustersequenz 612 dargestellt, die nacheinander auf dem Anzeigeschirm 610 wiedergegeben werden kann. Der Kamerasensor 620 hat ein Koordinatensystem mit einer ersten Achse, die mit x gekennzeichnet ist, und einer zweiten Achse, die mit y gekennzeichnet ist. Damit sind Pixel des Kamerasensors mittels Koordinaten (x, y) adressierbar und örtlich zuordenbar. Ein Lichtstrahl 622 fällt auf dem Kamerasensor 620 auf der Koordinate (x, y) ein, wobei dieser von dem Anzeigeschirm 610 entsendet wird und über das Testobjekt 630 auf den Kamerasensor 620 gelenkt wird. Da eine Flächennormale 632 gegenüber einer mittleren Flächennormale 634 des Testobjekts 630 verkippt ist, bildet der Lichtstrahl einen Punkt des Referenzstreifenmusters auf dem Anzeigeschirm 610 ab, der verschoben ist von einem zu erwartenden Punkt. Der Strahlengang 614, würde einen vorherbestimmten Punkt 616 des Anzeigeschirms 610 auf den Kamerasensor abbilden, wenn die Flächennormale 632 der mittleren Flächennormale 634 entsprechen würde. Da das Testobjekt 630 am Einfallsort des Strahlengangs 622 eine Unebenheit aufweist, wird aber tatsächlich ein Punkt 618 auf den Kamerasensor 620 abgebildet, der nicht dem vorbestimmten oder zu erwartenden Punkt 616 entspricht. Auf- grund dessen, dass das Referenzstreifenmuster bekannt ist, kann nun basierend auf dem verschoben abgebildeten Punkt 618 eine erste Neigungsrichtung der Oberfläche des Testobjekts 630 bestimmt werden in dem Punkt, in dem der Strahlengang 622 auf die Oberfläche trifft. In weiteren Schritten werden über den Anzeigeschirm 610 weitere Referenzstreifenmuster der Referenzstreifenmustersequenz 612 wiedergegeben, um eine zweite Neigungsrichtung der Oberfläche zu bestimmen. Zur verbesserten Genauigkeit kann eine vorhergehende Kalibrierung stattfinden und die Bildpunkte auf dem Anzeigeschirm 610 mit Bildpunkten des Kamerasensors 620 abgeglichen werden. Hierzu kann eine Bilderserie auf dem Anzeigeschirm 610 wiedergegeben werden, die sowohl hoch- als auch tieffrequente Referenzstreifenmuster beinhaltet. FIG. 6 shows a schematic representation of a measurement setup 600 for the PMD. The measurement setup 600 has a display screen 610, a camera sensor 620 and a test object 630. On the display screen 610, a coordinate system is indicated with a first axis, which is marked with u, and a second axis, which is marked with v. Furthermore, a reference strip pattern is displayed on the display screen 610, which has a sinusoidal brightness curve in the v-direction. Furthermore, a reference strip pattern sequence 612 is displayed next to the display screen 610, which can be sequentially displayed on the display screen 610. The camera sensor 620 has a coordinate system with a first axis, marked x, and a second axis, labeled y. In this way, pixels of the camera sensor can be addressed by means of coordinates (x, y) and can be locally assigned. A light beam 622 is incident on the camera sensor 620 on the coordinate (x, y), which is sent from the display screen 610 and is directed to the camera sensor 620 via the test object 630. Since a surface normal 632 is tilted with respect to a mean surface normal 634 of the test object 630, the light beam images a point of the reference fringe pattern on the display screen 610 that is shifted from an expected point. The beam path 614 would image a predetermined point 616 of the display screen 610 on the camera sensor if the surface normal 632 corresponded to the mean surface normal 634. However, since the test object 630 has unevenness at the incident location of the beam path 622, a point 618 that does not correspond to the predetermined or expected point 616 is actually imaged on the camera sensor 620. Due to the fact that the reference fringe pattern is known, based on the shifted imaged spot 618, a first tilt direction of the surface of the test object 630 can now be determined at the point where the beam path 622 hits the surface. In further steps, further reference strip patterns of the reference strip pattern sequence 612 are displayed via the display screen 610 to determine a second direction of inclination of the surface. For improved accuracy, a previous calibration may take place and the pixels on the display screen 610 may be aligned with pixels of the camera sensor 620. For this purpose, a series of images can be displayed on the display screen 610, which includes both high and low frequency reference strip patterns.
In Fig. 7 wird der genannte Kalibrierungsprozess illustriert. Eine Kamera ordnet einen Punkt P, auf ihrem Bildsensor, beispielsweise Kamerasensor 620, einem Punkt PL auf dem Anzeigeschirm zu, hier ein LCD-Schirm. Die Abbildung findet über den Strahlengang C statt, der über die Fläche S des Testobjekts 630 reflektiert wird. Für die Kalibrierung können alle oder ein Großteil der Pixel der Kamera jeweilig einem bestimmten Pixel des Anzeigeschirms zugeordnet werden, so dass die relative Lage im Raum vom Kamera- sensor zum Referenzschirm ermittelt werden kann; dies ist auch als Systemorientierung bekannt. Außerdem ist zur korrekten Interpretation der Neigungsdaten die räumliche Lage mindestens eines Punkts der Objektoberfläche hilfreich, von dem die oben angesprochene Integration ihren Ausgang nimmt, um aus den gemessenen Phasen- bzw. Streifenver- Zerrungen die Oberflächentopografie zu erhalten. In Fig. 7, said calibration process is illustrated. A camera maps a point P, on its image sensor, for example camera sensor 620, to a point P L on the display screen, here an LCD screen. The image takes place via the beam path C, which is reflected over the surface S of the test object 630. For calibration, all or a majority of the pixels of the camera can be respectively assigned to a specific pixel of the display screen, so that the relative position in space of the camera sensor can be determined to the reference screen; This is also known as system orientation. In addition, for the correct interpretation of the tilt data, the spatial location of at least one point of the object surface is helpful, from which the above-mentioned integration starts, in order to obtain the surface topography from the measured phase or stripe distortions.
Fig. 8a zeigt eine Phaseninformation 800a der ersten Mehrzahl von Spiralen basierend auf einer gedrehten Aufnahme des Referenzmusters 200. Die Phaseninformation 800a basiert auf einer gedrehten Aufnahme des Referenzmusters 200. Das Referenzmuster 200 weist 1 1 Spiralarme in der ersten Mehrzahl von Spiralen auf, weshalb das Referenzmuster während einer vollständigen Umdrehung mindestens 23 mal aufgenommen werden sollte um das Abtasttheorem zu erfüllen. Die Anzahl der Spiralarme in der ersten Mehrzahl von Spiralen und die Anzahl der Spiralarme in der zweiten Mehrzahl von Spiralen können beliebige natürliche Zahlen sein; werden teilerfremde Zahlen benutzt, verein- facht sich die Zuordnung der Orte auf dem Kamerasensor zu Orten auf dem Referenzschirm. Zur Erzeugung der Phaseninformation 800a wurden 23 Aufnahmen des Referenzmusters 200 durchgeführt während einer vollständigen Drehung. Basierend auf den 23 Aufnahmen ist ein Bilderstapel erzeugt worden und jeder Pixel entlang der Zeitachse des Bilderstapels der diskreten Fouriertransformation unterzogen worden, um ein Spekt- rum pro Pixel zu erhalten. Das Spektrum der diskreten Fourier Transformation kann direkt an dem 1 1 . Wert ausgelesen werden um die Frequenzkomponenten (Amplitude und Phase) zu erhalten, die zur ersten Mehrzahl von Spiralen korrespondieren. Dies basiert darauf, dass 1 1 Spiralarme der ersten Mehrzahl von Spiralen während einer vollständigen Drehung den Pixel passieren. Da sich in dem Referenzmuster 200 vermöge der regelmä- fügen Anordnung der Spiralen, mit einem Winkel von 2π/1 1 zwischen tangential benachbarten Spiralarmen, genau 1 1 Streifen befinden, ist die Ablesung exakt. In anderen Worten kann man das Spektrum an der Frequenz, die zur Anzahl an Spiralarmen der Mehrzahl von Spiralen korrespondiert, für eine Evaluation auslesen . Basierend auf dem Wert an der Frequenz, kann nun eine Phaseninformation erhalten werden, da die diskrete Fou- riertransformation einen komplexen Wert liefert. Des Weiteren beschreibt die Phase des komplexen Werts eine Verschiebung, d.h. eine Drehung, des ursprünglichen Referenzmusters. Die Phaseninformation 800a kodiert in dunkel bis hell einen Übergang von 0 bis 2π. Da das tatsächliche Referenzmuster Wellenverläufe, basierend auf dem periodischen Intensitätsverlauf, mit mehr als 2π während einer Rotation erzeugt, wird hier lediglich die modulo-2 Darstellung wiedergegeben. In anderen Worten, sobald die Phase einen Wert von 2π annimmt, wird sie wieder auf 0 zurückgesetzt. Fig. 8b zeigt eine Phaseninformation 800b der zweiten Mehrzahl von Spiralen basierend auf einer gedrehten Aufnahme des Referenzmusters 200. Die Erzeugung der Phaseninformation 800b basiert im Wesentlichen auf denselben Schritten wie für die Phaseninfor- mation 800a, und auf genau demselben Datensatz. Zur Evaluation der Phase wird hier nun der 9. Frequenzindex der diskreten Fouriertransformation ausgelesen und dessen Phase bestimmt. Hier ist die Ablesung am Index 9 exakt. Der Index korrespondiert mit der Anzahl der Spiralen in der zweiten Mehrzahl von Spiralen. In hell bis dunkel sind die Phasenverläufe von 0 bis 2π ausgedrückt, gemäß Phaseninformation 800a. Fig. 8a shows phase information 800a of the first plurality of spirals based on a rotated shot of the reference pattern 200. The phase information 800a is based on a rotated shot of the reference pattern 200. The reference pattern 200 has 1 1 spiral arms in the first plurality of spirals, therefore Reference pattern should be recorded at least 23 times during a full revolution to meet the sampling theorem. The number of spiral arms in the first plurality of spirals and the number of spiral arms in the second plurality of spirals may be any natural numbers; if divisorless numbers are used, the assignment of the locations on the camera sensor to locations on the reference screen becomes easier. To generate the phase information 800a, 23 pictures of the reference pattern 200 were taken during a complete rotation. Based on the 23 images, a stack of images has been generated and each pixel along the time axis of the image stack has undergone discrete Fourier transformation to obtain one spectrum per pixel. The spectrum of the discrete Fourier transformation can be directly connected to the 1 1. Value are read out to obtain the frequency components (amplitude and phase) corresponding to the first plurality of spirals. This is because 1 1 spiral arms of the first plurality of spirals pass through the pixel during a complete rotation. Because of the regular arrangement of the spirals in the reference pattern 200, with an angle of 2π / 1 1 between tangentially adjacent spiral arms, there are exactly 1 1 stripes, the reading is exact. In other words, one can read the spectrum at the frequency corresponding to the number of spiral arms of the plurality of spirals for evaluation. Based on the value at the frequency, phase information can now be obtained since the discrete Fourier transformation provides a complex value. Furthermore, the phase of the complex value describes a shift, ie a rotation, of the original reference pattern. The phase information 800a encodes in dark to light a transition from 0 to 2π. Since the actual reference pattern generates waveforms based on the periodic intensity profile with more than 2π during one rotation, only the modulo-2 representation is reproduced here. In other words, as soon as the phase assumes a value of 2π, it is reset to 0 again. 8b shows a phase information 800b of the second plurality of spirals based on a rotated recording of the reference pattern 200. The generation of the phase information 800b is based essentially on the same steps as for the phase information 800a, and on exactly the same data set. To evaluate the phase, the ninth frequency index of the discrete Fourier transform is read out here and its phase determined. Here the reading at index 9 is exact. The index corresponds to the number of spirals in the second plurality of spirals. In light to dark, the phase curves are expressed from 0 to 2π, according to phase information 800a.
Fig. 8c zeigt eine Phaseninformation 800c, die der Addition der Phaseninformationen 800a und 800b entspricht. Die Phaseninformation 800c zeigt die Schnittpunkte der Spiralarme durch Phasensprünge, d.h. abrupte Helligkeitsänderungen in der Phaseninformation 800c, wobei die Phaseninformation 800c die Phase von 0 bis 2π ausgedrückt durch Hel- ligkeitsvariation von hell bis dunkel. Fig. 8c shows a phase information 800c corresponding to the addition of the phase information 800a and 800b. The phase information 800c shows the intersections of the spiral arms by phase jumps, i. abrupt brightness changes in the phase information 800c, wherein the phase information 800c is the phase from 0 to 2π expressed by brightness variation from light to dark.
In Fig. 9a ist eine Phaseninformation 900a dargestellt die auf gedrehten Aufnahmen des Referenzmusters 300 basiert. Insbesondere basiert die Phaseninformation 900a auf der ersten Mehrzahl von Spiralen. Die Erzeugung der Phaseninformation 900a entspricht der Erzeugung der Phaseninformationen 800a. Zur Auswertung kann derselbe Frequenzindex, wie für die Phaseninformation 800a herangezogen werden, da die Anzahl von Spiralarmen identisch ist. Dunkel bis hell Verläufe zeigen den Übergang der Phase von 0 bis Ζπ, wobei hier eine modulo-2 Darstellung gewählt ist auf Grund der Phasenmehrdeutigkeit. Da die Anzahl der Spiralarme des Referenzmusters 300 der Anzahl der Spiralarme des Referenzmusters 200 entspricht, kann für eine Erfassung dieselbe Abtastrate gewählt werden. FIG. 9 a shows phase information 900 a based on rotated recordings of the reference pattern 300. In particular, the phase information 900a is based on the first plurality of spirals. The generation of the phase information 900a corresponds to the generation of the phase information 800a. For evaluation, the same frequency index can be used as for the phase information 800a because the number of spiral arms is identical. Dark to light gradients show the transition of the phase from 0 to Ζπ, where a modulo-2 representation is chosen due to the phase ambiguity. Since the number of spiral arms of the reference pattern 300 corresponds to the number of spiral arms of the reference pattern 200, the same sampling rate can be selected for detection.
Fig. 9b zeigt eine Phaseninformation 900b, die auf gedrehten Aufnahmen des Referenzmusters 300 basiert. Insbesondere basiert die Phaseninformation 900b auf der zweiten Mehrzahl von Spiralen. Zur Auswertung kann derselbe Frequenzindex, wie für die Phaseninformation 800b herangezogen werden, da die Anzahl von Spiralarmen identisch ist. Im Übrigen gelten für die für die Phaseninformation 900b die Beschreibungen, die im Zusammenhang mit den oben genannten Phaseninformationen gegeben sind. Fig. 9c zeigt, entsprechend Fig. 8c, eine Phaseninformation 900c, die der Addition der Phaseninformation 900a und der Phaseninformation 900b entspricht. Die Phaseninforma- tion 900c illustriert an den abrupten Helligkeitsänderungen die aufeinander senkrecht stehenden Spiralarme des Referenzmusters 300. FIG. 9 b shows phase information 900 b based on rotated recordings of the reference pattern 300. In particular, the phase information 900b is based on the second plurality of spirals. For evaluation, the same frequency index can be used as for the phase information 800b because the number of spiral arms is identical. Incidentally, for the phase information 900b, the descriptions given in connection with the above-mentioned phase information apply. Fig. 9c shows, according to Fig. 8c, a phase information 900c corresponding to the addition of the phase information 900a and the phase information 900b. The phase information tion 900c illustrates the mutually perpendicular spiral arms of the reference pattern 300 at the abrupt brightness changes.
Figuren 10a, 10b, 10c zeigen Phaseninformationen 1000a, 1000b und 1000c, die auf ei- ner gedrehten Aufnahme des Referenzmusters 400 basieren. Im Übrigen treffen die, für die oben beschriebenen Phaseninformationen gegebenen Beschreibungen, ebenfalls auf die Phaseninformationen 1000a, 1000b und 1000c zu. FIGS. 10 a, 10 b, 10 c show phase information 1000 a, 1000 b and 1000 c, which are based on a rotated recording of the reference pattern 400. Incidentally, the descriptions given for the above-described phase information also apply to the phase information 1000a, 1000b and 1000c.
Figuren 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c zeigen Phaseninformationen 1 100a, 1100b und 1 100c, die auf einer gedrehten Aufnahme des Referenzmusters 500 basieren. Im Übrigen treffen die, für die oben beschrieben Phaseninformationen gegebenen Beschreibungen, ebenfalls auf die Phaseninformationen 1 100a, 1100b und 1 00c zu. Figures 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c show phase information 1 100a, 1100b and 1 100c, which are based on a rotated recording of the reference pattern 500. Incidentally, the descriptions given for the above-described phase information also apply to the phase information 1 100a, 1100b, and 1 00c.
Fig. 12 zeigt einen Aufnahmestapel 1200, der je nach Referenzmuster beispielsweise genutzt werden kann, um die Phaseninformationen 800a und 800b oder 900a und 900b oder 1000a und 1000b oder 1 100a und 1100b zu erzeugen. Der Aufnahmestapel 1200 ist in einem Koordinatensystem angeordnet, das 2 räumliche Achsen, x,y, und eine zeitliche Achse, t, aufweist. Ein Pixel P0(xo,yQ, 2N + 1) ist auf der zeitlich gesehen letzten Aufnahme 2N + 1 des Aufnahmestapels 1200 eingezeichnet. Ein möglicher Intensitätsverlauf 1210 des Pixels PQ ist über die Zeitachse in Graph 1210 eingezeichnet. Der Intensitätsverlauf in Graph 1210 ist durch eine Schwebung charakterisiert, basierend auf einer ersten Schwingung mit 1 1 Perioden pro Umdrehung und einer zweiten Schwingung mit 9 Perioden pro Umdrehung. Die Periodizität ist durch die Anzahlen von Spiralarmen gegeben, der ersten Mehrzahl von Spiralen und der zweiten Mehrzahl von Spiralarmen, die in dem betrachten Fall 1 1 und 9 sind. Der Intensitätsverlauf 1210 ist periodisch in φ und die Phase des Pixels kann direkt, durch Auslesen der Fouriertransformation des Intensitätsverlaufs 1210 an der Frequenz des periodischen Signals, gewonnen werden. Hierbei bietet die Periodizität des Intensitätsveriaufs den Vorteil, dass die diskrete Fouriertransformation hier artefaktfreie Resultat liefert. In Graph 1220 ist der selbe Intensitätsverlauf, wie in Graph 1210, mit Überabtastung dargestellt, d.h. mit 128 Abtastungen statt 23, wobei ein glatterer Kurvenverlauf erzeugt werden kann, der hier nur der besseren Sichtbarmachung des Frequenzgemisches dient. Hierbei wird die Schwebung, basierend auf der Addition zweier periodischer Signale, sehr gut erkenntlich. Fig. 13 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1300 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Das Verfahren 1300 weist ein Erzeugen 1310 einer Spiegelung eines Refe- renzmusters an einer Oberfläche des Objekts auf, wobei das Referenzmuster einer erste Mehrzahl von Spiralen und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist. Ferner ist eine Wicklungsrichtung der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung der zweiten Mehrzahl von Spiralen. Das Verfahren 1300 umfasst ferner ein Er- fassen 1320 des von dem Objekt reflektierten Referenzmusters. Des Weiteren umfasst das Verfahren 1300 ein Bereitstellen 1330 einer topografischen Information basierend auf dem erfassten reflektierten Referenzmuster. Fig. 12 shows a pick-up stack 1200 which, depending on the reference pattern, can be used, for example, to generate the phase information 800a and 800b or 900a and 900b or 1000a and 1000b or 1100a and 1100b. The pickup stack 1200 is arranged in a coordinate system having 2 spatial axes, x, y, and a temporal axis, t. A pixel P 0 (x o, y Q, 2N + 1) is located on the chronologically last recording 2N + 1 of the recording stack 1200th A possible intensity profile 1210 of the pixel P Q is plotted over the time axis in graph 1210. The intensity curve in graph 1210 is characterized by a beat based on a first oscillation with 1 1 cycles per revolution and a second oscillation with 9 cycles per revolution. The periodicity is given by the numbers of spiral arms, the first plurality of spirals, and the second plurality of spiral arms, which in the considered case are 1 1 and 9. The intensity profile 1210 is periodic in φ and the phase of the pixel can be obtained directly by reading out the Fourier transform of the intensity curve 1210 at the frequency of the periodic signal. In this case, the periodicity of the intensity profile offers the advantage that the discrete Fourier transformation provides artifact-free results here. In graph 1220, the same intensity curve as in graph 1210 is shown oversampling, ie, 128 samples instead of 23, whereby a smoother waveform can be generated, serving only to better visualize the frequency mixture. Here, the beat, based on the addition of two periodic signals, very well recognizable. FIG. 13 shows a flowchart of a method 1300 according to embodiments of the invention. The method 1300 includes generating 1310 a reflection of a reference on a surface of the object, the reference pattern having a first plurality of spirals and a second plurality of spirals. Further, a winding direction of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction of the second plurality of spirals. The method 1300 further comprises detecting 1320 the reference pattern reflected from the object. Furthermore, the method 1300 includes providing 1330 topographic information based on the detected reflected reference pattern.
Die Phaseninformationen 800a, 800b, 900a, 900b, 1000a, 1000b, 1100a und 1100b zei- gen Phasen, wie sie erfasst werden würden, wenn keine Verzerrung auf einer Oberfläche stattfinden würde, und können somit als Referenzphaseninformation dienen. The phase information 800a, 800b, 900a, 900b, 1000a, 1000b, 1100a, and 1100b show phases as they would be detected if no distortion occurred on a surface, and thus may serve as reference phase information.
Im Folgenden werden weitere Aspekte des erfindungsgemäßen Konzepts behandelt, die einzeln oder in Kombination mit den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen genutzt werden können. In the following, further aspects of the inventive concept are treated, which can be used individually or in combination with the embodiments described herein.
Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung wenden, entsprechend herkömmlichen Verfahren, ebenfalls zwei senkrecht aufeinander stehende Streifenmuster an; diese sind zwar auch gekreuzt, jedoch nicht gerade, sondern als zwei gegenläufige logarithmi- sehe Spiralen ausgebildet wie in Fig. 3 gezeigt. Die Richtungen der Spiralen sind durch die Spiralarmzentren 310a-k und 320a-i verdeutlicht. Processes according to embodiments of the invention apply, according to conventional methods, also two perpendicular striped pattern; Although these are also crossed, but not straight, but as two opposing logarithmic spirals formed as shown in Fig. 3. The directions of the spirals are illustrated by the spiral arm centers 310a-k and 320a-i.
Das Muster 300 ist aus einer linksdrehenden Spirale mit 9 Armen und einer rechtsdrehenden Spirale mit 11 Armen zusammengesetzt. Offensichtlich kann hier das Streifen- muster im Zentrum zu fein sein, um es auszuwerten; in der Praxis wird sich hier aber ohnehin möglicherweise eine Kamera befinden. Trotzdem muss bei der Auswertung auf die nach außen hin geometrisch wachsende Streifenperiode (und damit sinkende Neigungsempfindlichkeit) Rücksicht genommen werden. Andererseits ist die sonst gewöhnlich auftretende Verdichtung der Streifen im Randbereich schon teilweise vorkompensiert, so dass mit Schirmen von schwächerer Krümmung oder ggf. sogar ebenen Drehscheiben gearbeitet werden kann. The pattern 300 is composed of a left-handed spiral with 9 arms and a right-handed spiral with 11 arms. Obviously, here the stripe pattern in the center may be too fine to evaluate; In practice, however, a camera will possibly be located here anyway. Nevertheless, consideration must be given to the outwardly geometrically growing fringe period (and thus decreasing inclination sensitivity) in the evaluation. On the other hand, the otherwise usually occurring compression of the strips in the edge region is already partly precompensated, so that it is possible to work with screens of weaker curvature or possibly even flat turntables.
Eine Bildaufnahme kann durch Drehung der Referenzstruktur vonstattengehen, entweder · über eine volle Umdrehung der Referenzscheibe (wobei jede Spirale ausreichend oft abgetastet werden sollte, hier also mit mehr als 2x11=22 Schritten - tatsächlich sind in der Demonstration 23 jeweils um 2rr/23 gedrehte Bilder erzeugt worden) und Ermittlung der Phasen der entsprechenden diskreten Frequenzkomponente durch Fourier-Analyse (mit dem enormen Vorteil, dass die Berechnungen artefaktfrei sind, weil die Bilddaten durch eine volle Rotation des Referenzschirms gewon- nen werden und damit echt zyklisch sind - die außerdem gegebene tangentialeImage acquisition may be accomplished by rotation of the reference structure, either over a full rotation of the reference disk (each spiral should be scanned a sufficient number of times, in this case more than 2x11 = 22 steps - in fact in the demonstration 23 images respectively rotated by 2rr / 23) and determination of the phases of the corresponding discrete frequency components by Fourier analysis (with the enormous advantage that the calculations are artifact-free, because the image data are obtained by a full rotation of the reference screen). and thus are really cyclical - which are also given tangential
Zyklizität der Neigungsdaten stellt außerdem eine nützliche Zwangsbedingung für die Integration der Neigungsdaten zur Verfügung, welche zur Formbestimmung mittels Deflektometrie immer durchzuführen ist). oder Cyclicity of the slope data also provides a useful constraint for the integration of slope data, which is always to be done for shape determination by means of deflectometry). or
• über eine Teildrehung der Referenzscheibe und Auswertung der Phasendaten mit frequenzselektiven Phasenschiebeformeln; hier reicht das Durchlaufen von 1-2 Streifen jeder Spirale auf jedem Bildpixel aus, wobei jeder Streifen mit mindestens drei Bildern abgetastet werden muss. Via a partial rotation of the reference disk and evaluation of the phase data with frequency-selective phase shift formulas; Here it is sufficient to run 1-2 strips of each spiral on each image pixel, each strip having to be scanned with at least three images.
Eine Drehung und Datenaufnahme kann mit Kameras entsprechender Bildrate in unter einer Sekunde ausgeführt werden. Wird der Bilddatenstapel dann an den vorgegebenen Frequenzen auf die Signalphase untersucht, ergeben sich beispielsweise die separierten Phasenfunktionen 900a und 900b wie in Figuren 9a und 9b (wobei die Phasen von 0-2 π als hell-dunkel codiert sind). Rotation and data acquisition can be performed with cameras of appropriate frame rate in less than a second. If the image data stack is then examined for the signal phase at the predetermined frequencies, the separated phase functions 900a and 900b result, for example, as in FIGS. 9a and 9b (the phases of 0-2π being coded as light-dark).
Eine Addition beider Phasenverteilungen, beispielsweise 900a und 900b, liefert die visuelle Demonstration in Fig. 9c, dass die Äquiphasenlinien und damit die Streifen überall senkrecht aufeinander stehen. Addition of both phase distributions, for example 900a and 900b, provides the visual demonstration in Figure 9c that the equiphase lines and thus the strips are perpendicular to each other everywhere.
Im vorigen Beispiel, Referenzmuster 300 und Phaseninformationen 900a-c, sind die Empfindlichkeiten jeweils zu gleichen Teilen radial und tangential, aber es ist möglich, die Steigungen so einzustellen, dass eine Komponente bevorzugt gemessen werden kann. Dabei können die vorgegebenen Steigungen der Spiralen so gekoppelt sein, dass die Spiralarme sich immer noch überall im rechten Winkel schneiden. Das Fig. 5 zeigt ein Spiralmuster, das vorwiegend für hohe Empfindlichkeit (proportional der Streifendichte) in der radialen Komponente ausgelegt ist (wobei immer noch die linksdrehende Spirale 9 Arme und die rechtsdrehende 11 Arme hat - diese Zahlen lassen sich in weiten; praktisch nur durch die auflösbare Streifendichte gegebenen Grenzen frei wählen). Die Figuren 11a, 11b und 11c zeigen die resultierenden Phasenverteilungen gewonnen von Referenzmuster 500. In the previous example, reference patterns 300 and phase information 900a-c, the sensitivities are equally equally radial and tangential, but it is possible to set the slopes so that a component can be preferentially measured. The predetermined slopes of the spirals can be coupled so that the spiral arms are still intersecting at right angles everywhere. Fig. 5 shows a spiral pattern designed primarily for high sensitivity (proportional to the strip density) in the radial component (still having the left-hand spiral 9 arms and the right-handed 11 arms - these numbers are wide, practically only by choose the resolvable band density given limits). FIGS. 11a, 11b and 11c show the resulting phase distributions obtained from reference pattern 500.
Eine Einstellung der Spiralen auf genau radiale und tangentiale Empfindlichkeiten ist nicht ohne weiteres möglich, weil dann die Spiralen zu Kreisen würden und eine Drehung der Referenzstruktur damit in einem der Streifenmuster keine Phasenverschiebungen mehr verursachen würde, wodurch die Phasenberechnung unmöglich wird. Es sollten also auf jeden Fall gemischte Steigungskomponenten in radiale und tangentiale Anteile umgerechnet werden, was aber eine einfache Aufgabe ist, wenn die Normalenvektoren in einer anderen Basis vollständig bekannt sind. Adjusting the spirals to exactly radial and tangential sensitivities is not readily possible because then the spirals would circle and rotation of the reference structure in one of the fringe patterns would no longer cause phase shifts, thus making phase calculation impossible. In any case, mixed slope components should be converted into radial and tangential fractions, but this is a simple task if the normal vectors are completely known on another basis.
Eine Registrierung der Phasendaten (d.h. eine eindeutige Zuordnung der Kamerapixel zu Orten - nicht notwendigerweise Pixeln - auf der Referenzstruktur) ist zum einen durch Verwendung von Vorwissen über die Oberfläche möglich, die stetig und in sehr guter Nä- herung rotationssymmetrisch sein kann; zum anderen aber auch durch die Auswertung der Phasenwerte beider Muster auf jedem Kamerapixel: sind die eingesetzten Anzahlen der Spiralarme teilerfremd (was z.B. für 9 und 11 der Fall ist), können zahlentheoretische Methoden zur absoluten Registrierung eingesetzt werden wie z.B. in [6] beschrieben. Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung vereinfachen die Anwendung der Deflekto- metrie in Einsatzgebieten wie z.B. der Ophthalmologie, auch Herstellung von Kontakt- und Intraokularlinsen, und auch der Prüfung von Asphären. In allen Fällen können störende Rückseitenreflexe durch die Verwendung von z.B. ultraviolettem Licht vermieden werden. Auch die Anwendung mit nahem oder thermischem Infrarot ist denkbar. Registering the phase data (i.e., uniquely associating the camera pixels with locations - not necessarily pixels - on the reference structure) is possible, on the one hand, through the use of prior knowledge of the surface, which can be rotationally symmetric, steadily and in very good approximation; on the other hand, by evaluating the phase values of both patterns on each camera pixel: if the numbers of spiral arms used are prime (for example, for 9 and 11), number-theoretic methods can be used for absolute registration, e.g. in [6]. Embodiments according to the invention simplify the use of deflectometry in applications such as e.g. ophthalmology, including the manufacture of contact and intraocular lenses, as well as the examination of aspheres. In all cases, annoying backside reflections may be caused by the use of e.g. Ultraviolet light can be avoided. The application with near or thermal infrared is conceivable.
Gemäß Ausführungsbeispielen wird ein statisches Lichtmuster eingesetzt, welches in erforderlichenfalls sehr hoher Auflösung auf Schirme beliebiger Gestalt (die aber immer noch rotationssymmetrisch sind) aufgebracht werden kann. Gemäß Ausführungsbeispielen sind Empfindlichkeiten für Neigungskomponenten in radialer und tangentialer Richtung in weiten Grenzen frei balancierbar. According to embodiments, a static light pattern is used which, if necessary, can be applied to screens of any shape (but which are still rotationally symmetric) in a very high resolution. According to embodiments, sensitivities for tilt components in the radial and tangential directions can be freely balanced within wide limits.
Gemäß Ausführungsbeispielen kann eine Empfindlichkeit der Messung auch durch Vergrößerung des Schirms erhöht werden. Gemäß Ausführungsbeispielen sind sowohl konvexe als auch konkave rotationssymmetrische Flächen messbar. According to embodiments, a sensitivity of the measurement can also be increased by enlarging the screen. According to embodiments, both convex and concave rotationally symmetric surfaces can be measured.
Ausführungsbeispiele beschreiben eine Formmessung an rotationssymmetrischen sphäri- sehen und asphärischen Flächen jeder Größe, für sichtbare Wellenlängen, mit möglichen Erweiterungen ins Ultraviolett und nahe Infrarot. Exemplary embodiments describe a shape measurement on rotationally symmetrical spherical and aspherical surfaces of any size, for visible wavelengths, with possible extensions into the ultraviolet and near infrared.
Im Allgemeinen stellen deflektometrische Messdaten die Steigungskomponenten einer spiegelnden Oberfläche dar; deshalb werden üblicherweise Daten mit zwei zueinander senkrechten Referenzstreifenmustern aufgenommen. Falls die Verwendung eines Monitors als Musteranzeige nicht möglich ist, kann mit einem statischen Schirm gearbeitet werden, der zur Phasenmessung entlang zwei Achsen verschoben und dazwischen um 90° gedreht wird. Alternativ können gekreuzte Muster dargestellt werden, die mittels Verschiebungen der Referenzstruktur in nur einer Richtung Phasenmessungen beider Rich- tungskomponenten erlauben. In general, reflectometric measurements represent the slope components of a specular surface; therefore, data is usually recorded with two mutually perpendicular reference strip patterns. If it is not possible to use a monitor as a pattern display, you can work with a static screen that is moved along two axes for phase measurement and rotated by 90 ° in between. Alternatively, crossed patterns can be represented which allow phase measurements of both directional components in one direction only by means of displacements of the reference structure.
Einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ob ein ähnliches Verfahren auch mit Rotationen einer Maske möglich ist, um kreisförmige Flächen zu messen. Wir schlagen vor, gekreuzte Streifenmuster als gegenläufige Spiralen darzustellen, welche überall senkrecht aufeinander stehen und damit linear unabhängige Phasenmessungen für die Steigungskomponenten ermöglichen. Die Auswertung der Daten ist schwieriger als bei kartesischen Systemen, aber die Empfindlichkeiten für radiale oder tangentiale Steigungsfehler sind in weiten Grenzen wählbar. Weitere Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nun beschrieben. Some embodiments of the invention are based on the object, whether a similar method is possible with rotations of a mask to measure circular surfaces. We propose to represent crossed stripe patterns as contra-rotating spirals which are perpendicular to each other and thus allow linear independent phase measurements for the slope components. The evaluation of the data is more difficult than with Cartesian systems, but the sensitivities for radial or tangential pitch errors are selectable within wide limits. Further embodiments of the invention will now be described.
Ein 1. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) zur Topografiebestimmung eines Objekts (120), mit folgenden Merkmalen: einer Anzeige (110), die ausgelegt ist, um ein Referenzmuster (200, 300, 400,A first embodiment provides a deflectometer (100) for topography determination of an object (120), comprising: a display (110) adapted to provide a reference pattern (200, 300, 400);
500) wiederzugeben, wobei das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungs- richtung (2101, 3101) der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer500), wherein the reference pattern (200, 300, 400, 500) has a first plurality of spirals and a second plurality of spirals, wherein a winding direction (2101, 3101) of the first plurality of spirals is opposite to one
Wicklungsrichtung (220j, 320j) der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist, und wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf einer Reflektion des Referenzmusters an dem Objekt (120) eine topografische Information über das Objekt (120) bereitzustellen. Winding direction (220j, 320j) of the second plurality of spirals, and wherein the deflectometer (100) is adapted to provide topographic information about the object (120) based on a reflection of the reference pattern on the object (120).
Ein 2. Ausführungsbeispie! schafft ein Deflektometer (100) nach dem 1. Ausführungsbeispiel, wobei die erste Mehrzahl von Spiralen und die zweite Mehrzahl von Spiralen konzentrisch angeordnet sind, so dass die erste Mehrzahl von Spiralen und die zweite Mehrzahl von Spiralen einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen. A 2. Ausführungsbeispie! 10 provides a deflectometer (100) according to the first embodiment, wherein the first plurality of spirals and the second plurality of spirals are concentrically arranged so that the first plurality of spirals and the second plurality of spirals have a common center.
Ein 3. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach dem 1. oder 2. Ausführungsbeispiel, wobei Abstände zwischen Spiralarmen der ersten Mehrzahl von Spiralen und/oder der zweiten Mehrzahl von Spiralen radial konstant bleiben. Ein 4. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach einem der 1. bis 3. Ausführungsbeispiele, wobei Abstände zwischen Spiralarmen der ersten Mehrzahl von Spiralen und/oder der zweiten Mehrzahl von Spiralen radial zunehmen. A third embodiment provides a deflectometer (100) according to the first or second embodiment, wherein distances between spiral arms of the first plurality of spirals and / or the second plurality of spirals remain radially constant. A fourth embodiment provides a deflectometer (100) according to any one of the first to third embodiments wherein distances between spiral arms of the first plurality of coils and / or the second plurality of coils increase radially.
Ein 5. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach dem 4. Ausführungsbei- spiel, wobei die Abstände in geometrischer Progression zunehmen. A fifth embodiment provides a deflectometer (100) according to the fourth embodiment, wherein the distances increase in geometric progression.
Ein 6. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach einem der 1. bis 5. Ausführungsbeispiele, wobei sich Spiralarme der ersten Mehrzahl von Spiralen und Spiralarme der zweiten Mehrzahl von Spiralen unter einem Winkel schneiden, der kleiner als 180° ist und größer als 0° ist. A sixth embodiment provides a deflectometer (100) according to any one of the first to fifth embodiments, wherein spiral arms of the first plurality of spirals and spiral arms of the second plurality of spirals intersect at an angle less than 180 ° and greater than zero ° is.
Ein 7. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach dem 6. Ausführungsbeispiel, wobei der Winkel 90° ist. Ein 8. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach einem der 1. bis 7. Ausführungsbeispiele, wobei ein erster Radius der ersten Mehrzahl von Spiralen eine größere Steigung aufweist als ein zweiter Radius der zweiten Mehrzahl von Spiralen. A seventh embodiment provides a deflectometer (100) according to the sixth embodiment, wherein the angle is 90 °. An eighth embodiment provides a deflectometer (100) according to any one of the first to seventh embodiments, wherein a first radius of the first plurality of spirals has a greater pitch than a second radius of the second plurality of spirals.
Ein 9. Ausführungsbeispiei schafft ein Deflektometer (100) nach einem der 1. bis 8. Aus- führungsbeispiele, wobei die Anzeige (110) relativ zum Objekt (120) so angeordnet ist, dass eine Rejektion des Referenzmusters (200, 300, 400, 500) auf einer reflektierenden Oberfläche des Objekts (120) erzeugt wird. An embodiment 9 provides a deflectometer (100) according to any one of the first to eighth embodiments, wherein the display (110) is arranged relative to the object (120). a rejection of the reference pattern (200, 300, 400, 500) is produced on a reflective surface of the object (120).
Ein 10. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach einem der 1. bis 9. Aus- führungsbeispiele, wobei das Deflektometer (100) eine Kamera aufweist, die in einem gemeinsamen Mittelpunkt der ersten Mehrzahl von Spiralen und der zweiten Mehrzahl von Spiralen angeordnet ist, und wobei die Kamera ausgelegt ist, eine Reflektion des Referenzmusters (200, 300, 400, 500) auf dem Objekt (120) zu erfassen. A tenth embodiment provides a deflectometer (100) according to any of the first to ninth embodiments, wherein the deflectometer (100) comprises a camera disposed in a common center of the first plurality of spirals and the second plurality of spirals and wherein the camera is adapted to detect a reflection of the reference pattern (200, 300, 400, 500) on the object (120).
Ein 11. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach einem der 1. bis 10. Ausführungsbeispiele, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, eine Topografiebe- stimmung eines rotationssymmetrischen Objekts oder eines quasi- rotationssymmetrischen Objekts durchzuführen. An 11th embodiment provides a deflectometer (100) according to one of the 1st to 10th embodiments, wherein the deflectometer (100) is designed to perform a topography determination of a rotationally symmetrical object or of a quasi-rotationally symmetrical object.
Ein 12. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach einem der 1. bis 11. Ausführungsbeispiele, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) und das Objekt (120) relativ zueinander zu rotieren, und wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf der Rotation Aufnahmen der Rejektionen des rotierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500) zu erhalten. A twelfth embodiment provides a deflectometer (100) according to any one of the first to eleventh embodiments, wherein the deflectometer (100) is configured to rotate the reference pattern (200, 300, 400, 500) and the object (120) relative to one another , and wherein the deflectometer (100) is configured to obtain images of the rejections of the rotated reference pattern (200, 300, 400, 500) based on the rotation.
Ein 13. Ausführungsbeispiei schafft ein Deflektometer ( 00) nach einem der 1. bis 12. Ausführungsbeispiele, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) rotierend auf der Anzeige (110) wiederzugeben, und wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf der rotierten Wiedergabe Aufnahmen der Rejektionen des rotierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500) zu erhalten. A thirteenth embodiment provides a deflectometer (00) according to any one of the first to twelfth embodiments, wherein the deflectometer (100) is configured to rotate the reference pattern (200, 300, 400, 500) on the display (110), and wherein the deflectometer (100) is adapted to obtain images of the rejections of the rotated reference pattern (200, 300, 400, 500) based on the rotated reproduction.
Ein 14. Ausführungsbeispiei schafft ein Deflektometer (100) nach dem 12. oder 13. Ausführungsbeispiel, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, die Topografiebestimmung anhand von Phaseninformationen durchzuführen, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, die Phaseninformationen basierend auf den Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500) zu erhalten. Ein 15. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach dem 14. Ausführungsbeispiel, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, die Phaseninformationen basierend auf einer diskreten Fouriertransformation der Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters zu erhalten. Ein 16. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach dem 14. Ausführungsbeispiel, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, die Phaseninformationen basierend auf Phasenschiebeformeln aus den Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500) zu erhalten. Ein 17. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach einem der 1. bis 16. Ausführungsbeispiele, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf Aufnahmen einer rotierten Wiedergabe des Referenzmusters (200, 300, 400, 500) aus der ersten Mehrzahl von Spiralen eine erste Phaseninformation zu erhalten, und basierend auf Aufnahmen einer rotierten Wiedergabe des Referenzmusters (200, 300, 400, 500) aus der zweiten Mehrzahl von Spiralen eine zweite Phaseninformation zu erhalten, und wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, eine Topografiebestimmung basierend auf der ersten Phaseninformation und der zweiten Phaseninformation zu erhalten. An embodiment of the present invention provides a deflectometer (100) according to the 12th or 13th embodiment, wherein the deflectometer (100) is adapted to perform the topography determination on the basis of phase information. wherein the deflectometer (100) is configured to obtain the phase information based on the images of the reflections of the rotated reference pattern (200, 300, 400, 500). A 15th embodiment provides a deflectometer (100) according to the 14th embodiment, wherein the deflectometer (100) is adapted to obtain the phase information based on a discrete Fourier transform of the recordings of the reflections of the rotated reference pattern. A 16th embodiment provides a deflectometer (100) according to the 14th embodiment, wherein the deflectometer (100) is configured to obtain the phase information based on phase shift formulas from the images of the reflections of the rotated reference pattern (200, 300, 400, 500). A 17th embodiment provides a deflectometer (100) according to any one of the first to sixteenth embodiments, wherein the deflectometer (100) is configured based on shooting a rotated reproduction of the reference pattern (200, 300, 400, 500) from the first plurality to obtain first phase information from spirals, and to obtain second phase information based on recordings of a rotated reproduction of the reference pattern (200, 300, 400, 500) from the second plurality of spirals, and wherein the deflectometer (100) is designed, a topography designation based on the first phase information and the second phase information.
Ein 18. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach einem der 14. bis 17. Ausführungsbeispiele, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf den Phaseninformationen Ablenkungen von Strahlengängen zu bestimmen, und wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf den Ablenkungen von Strahlengängen eine Mehrzahl von Steigungsparametern einer reflektierenden Oberfläche des Objekts (120) zu bestimmen. Ein 19. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach dem 18. Ausführungsbeispiel, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf einer Integration der Mehrzahl von Steigungsparameiern die Topografiebestimmung des Objekts (120) durchzuführen. An 18th embodiment provides a deflectometer (100) according to any one of the 14th to 17th embodiments, wherein the deflectometer (100) is configured to determine deflections of optical paths based on the phase information, and wherein the deflectometer (100) is designed based on the deflections of optical paths to determine a plurality of pitch parameters of a reflective surface of the object (120). A 19th embodiment provides a deflectometer (100) according to the 18th embodiment, wherein the deflectometer (100) is designed based on integration of Plurality of slope parameters to perform the topography determination of the object (120).
Ein 20. Ausführungsbeispiel schafft ein Deflektometer (100) nach dem 19. Ausführungs- beispiel, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf den Ablenkungen von Strahlengängen, Fiächennormalen der reflektierenden Oberfläche des Objekts (120) zu bestimmen, und wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf einer Integration der Flächen- normalen eine Topografiebestimmung des Objekts (120) durchzuführen. A 20th embodiment provides a deflectometer (100) according to the 19th embodiment, wherein the deflectometer (100) is configured to determine, based on the deflections of optical paths, finned normals of the reflective surface of the object (120), and wherein the deflectometer (100) is adapted to perform a topography determination of the object (120) based on an integration of the area normal.
Ein 21. Ausführungsbeispiel schafft ein Referenzmuster (200, 300, 400, 500) zur Topografiebestimmung eines Objekts (120), wobei das Referenzmuster eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungs- richtung (2101, 3101) der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung (220j, 320j) der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist. A 21st embodiment provides a reference pattern (200, 300, 400, 500) for topography determination of an object (120), the reference pattern having a first plurality of spirals and having a second plurality of spirals, wherein a winding direction (2101, 3101 ) of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction (220j, 320j) of the second plurality of spirals.
Ein 22. Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren (1300) zur Topografiebestimmung eines Objekts (120), mit folgenden Schritten: A 22th embodiment provides a method (1300) for topography determination of an object (120), comprising the following steps:
Erzeugen (1310) einer Spiegelung eines Referenzmusters (200, 300, 400, 500) an einer Oberfläche des Objekts (120), wobei das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) eine erste Mehrzahl von Spiralen auf- weist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungsrichtung (2101, 3101) der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung (220j, 320j) der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist, Generating (1310) a reflection of a reference pattern (200, 300, 400, 500) on a surface of the object (120), the reference pattern (200, 300, 400, 500) comprising a first plurality of spirals and a second plurality of spirals, wherein a winding direction (2101, 3101) of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction (220j, 320j) of the second plurality of spirals,
Erfassen (1320) des von dem Objekt (120) reflektierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500), und Detecting (1320) the reference pattern (200, 300, 400, 500) reflected by the object (120), and
Bereitstellen (1330) einer topografischen Information basierend auf dem erfassten reflektierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500). Ein 23. Ausführungsbeispiel schafft ein Computerprogramm mit einem Programmcode zurProviding (1330) topographic information based on the detected reference reflected pattern (200, 300, 400, 500). A 23rd embodiment provides a computer program with a program code for
Durchführung des Verfahrens nach dem 22. Ausführungsbeispiel, wenn das Programm auf einem Computer abläuft. Execution of the method according to the 22nd embodiment, when the program runs on a computer.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu ver- stehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen program- mierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step , Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device. Some or all of the method steps may be performed by a hardware device (or using a hardware device). Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important method steps may be performed by such an apparatus.
Ein erfindungsgemäß codiertes Signal, wie beispielsweise ein Audiosignal oder ein Video- signal oder ein Transportstromsignal, kann auf einem digitalen Speichermedium gespeichert sein oder kann auf einem Übertragungsmedium wie beispielsweise einem drahtlosen Übertragungsmedium oder einem verdrahteten Übertragungsmedium, z.B. dem Internet, übertragen werden. Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magneti- sehen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem pro- grammierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. An encoded signal according to the invention, such as an audio signal or a video signal or a transport stream signal, may be stored on a digital storage medium or may be transmitted on a transmission medium such as a wireless transmission medium or a wired transmission medium, eg the Internet. Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetics Viewing or optical storage are carried on the electronically readable control signals are stored, which can cooperate with a programmable computer system or cooperate such that the respective method is performed. Therefore, the digital storage medium can be computer readable. Some embodiments according to the invention thus comprise a data carrier which has electronically readable control signals which are capable of being used with a pro- programmable computer system such that one of the methods described herein is performed.
Allgemein können Ausführungsbeispieie der vorliegenden Erfindung als Computerpro- grammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. In general, embodiments of the present invention may be implemented as a computer program product having a program code, wherein the program code is operable to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger ge- speichert sein. The program code can also be stored, for example, on a machine-readable carrier.
Andere Ausführungsbeispieie umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Other embodiments include the computer program for performing any of the methods described herein, wherein the computer program is stored on a machine-readable medium.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. In other words, an embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nicht-vergänglich bzw. nichtvorübergehend. A further embodiment of the inventive method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program is recorded for carrying out one of the methods described herein. The data carrier, the digital storage medium or the computer-readable medium are typically representational and / or non-transitory.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durch- führen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents or represents the computer program for carrying out one of the methods described herein. The data stream or the sequence of signals may be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet. Another embodiment includes a processing device, such as a computer or a programmable logic device, that is configured or adapted to perform one of the methods described herein. Another embodiment includes a computer on which the computer program is installed to perform one of the methods described herein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumin- dest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen. Another embodiment according to the invention comprises a device or system adapted to transmit a computer program for performing at least one of the methods described herein to a receiver. The transmission can be done for example electronically or optically. The receiver may be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device. For example, the device or system may include a file server for transmitting the computer program to the recipient.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASiC. In some embodiments, a programmable logic device (eg, a field programmable gate array, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform one of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed by any hardware device. This may be a universal hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process, such as an ASiC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines H a rdwa re-Appa rats und eines Computers implementiert werden. Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein. For example, the devices described herein may be implemented using a hardware device, or using a computer, or using a combination of a home appliance and a computer. The devices described herein, or any components of the devices described herein, may be implemented at least in part in hardware and / or software (computer program).
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hard- ware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden. Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden. The methods described herein may be implemented, for example, using a hardware device, or using a computer, or using a combination of a hardware device and a computer. The methods described herein, or any components of the methods described herein, may be performed at least in part by hardware and / or by software.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten ein-leuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.
Referenzen: References:
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A fast optical scanning deflectometer for measuring the topography of large Silicon wafers, Proc. SPIE, Current Developments in Lens Design and Optical Engineering V, 2004, 5523, 110-120  A fast optical scanning deflectometer for measuring the topography of large silicon wafers, Proc. SPIE, Current Developments in Lens Design and Optical Engineering V, 2004, 5523, 110-120
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Claims

Patentansprüche claims
Defiektometer (100) zur Topografiebestimmung eines Objekts (120), mit folgenden Merkmalen: einer Anzeige (110), die ausgelegt ist, um ein Referenzmuster (200, 300, 400, 500) wiederzugeben, wobei das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungsrichtung (2101, 3101) der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung (220j, 320j) der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist, wobei das Defiektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf einer Reflektion des Referenzmusters an dem Objekt (120) eine topografische Information über das Objekt (120) bereitzustellen, wobei das Defiektometer (100) ausgelegt ist, das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) rotierend auf der Anzeige (110) wiederzugeben, wobei das Defiektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf der rotierten Wiedergabe Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500) zu erhalten, wobei das Defiektometer (100) ausgelegt ist, die Topografiebestimmung anhand von Phaseninformationen durchzuführen, wobei das Defiektometer (100) ausgelegt ist, die Phaseninformationen basierend auf den Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500) zu erhalten, und wobei das Defiektometer (100) ausgelegt ist, die Phaseninformationen basierend auf einer diskreten Fouriertransformation der Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters zu erhalten. Deflektometer (100) zur Topografiebestimmung eines Objekts (120), mit folgenden Merkmalen: einer Anzeige (110), die ausgelegt ist, um ein Referenzmuster (200, 300, 400, 500) wiederzugeben, wobei das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungs- richtung (2101, 3101) der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung (220j, 320j) der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf einer Reflektion des Referenzmusters an dem Objekt (120) eine topografische Information über das Objekt (120) bereitzustellen, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf Aufnahmen einer rotierten Wiedergabe des Referenzmusters (200, 300, 400, 500) aus der ersten Mehrzahl von Spiralen eine erste Phaseninformation zu erhalten, und basierend auf Aufnahmen einer rotierten Wiedergabe des Referenzmusters (200, 300, 400, 500) aus der zweiten Mehrzahl von Spiralen eine zweite Phaseninformation zu erhalten, und wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, eine Topografiebestimmung basierend auf der ersten Phaseninformation und der zweiten Phaseninformation zu erhalten. Defectometer (100) for topography determination of an object (120), comprising: a display (110) adapted to render a reference pattern (200, 300, 400, 500), the reference pattern (200, 300, 400, 500) has a first plurality of spirals and a second plurality of spirals, wherein a winding direction (2101, 3101) of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction (220j, 320j) of the second plurality of spirals, the defectometer (100 ) is adapted to provide topographic information about the object (120) based on a reflection of the reference pattern on the object (120), the defectometer (100) being arranged to rotate the reference pattern (200, 300, 400, 500) on the object Display (110), wherein the Defiektometer (100) is adapted to receive based on the rotated playback recordings of the reflections of the rotated reference pattern (200, 300, 400, 500), wherein the D efiectometer (100) is adapted to perform the topography determination based on phase information, wherein the defiectometer (100) is adapted to obtain the phase information based on the images of the reflections of the rotated reference pattern (200, 300, 400, 500), and wherein the defiectometer (100) is adapted to obtain the phase information based on a discrete Fourier transform of the recordings of the reflections of the rotated reference pattern. A deflectometer (100) for topography determination of an object (120), comprising: a display (110) adapted to render a reference pattern (200, 300, 400, 500), the reference pattern (200, 300, 400, 500) 500) has a first plurality of spirals and a second plurality of spirals, wherein a winding direction (2101, 3101) of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction (220j, 320j) of the second plurality of spirals, wherein the deflectometer (100) is adapted to provide topographic information about the object (120) based on a reflection of the reference pattern on the object (120), the deflectometer (100) being configured based on images of a rotated representation of the reference pattern (200, 300 , 400, 500) of the first plurality of spirals to obtain first phase information, and based on recordings of a rotated representation of the reference pattern (200, 300, 400, 500) the second plurality of spirals to obtain second phase information, and wherein the deflectometer (100) is configured to obtain a topography determination based on the first phase information and the second phase information.
Deflektometer (100) zur Topografiebestimmung eines Objekts (120), mit folgenden Merkmalen: einer Anzeige (110), die ausgelegt ist, um ein Referenzmuster (200, 300, 400, 500) wiederzugeben, wobei das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungs- richtung (2101, 3101) der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung (220j, 320j) der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf einer Reflektion des Referenzmusters an dem Objekt (120) eine topografische Information über das Objekt (120) bereitzustellen, und wobei Abstände zwischen Spiralarmen der ersten Mehrzahl von Spiralen und/oder der zweiten Mehrzahl von Spiralen radial in geometrischer Progression zunehmen, so dass die Spiralen logarithmische Spiralen sind. A deflectometer (100) for topography determination of an object (120), comprising: a display (110) adapted to render a reference pattern (200, 300, 400, 500), wherein the reference pattern (200, 300, 400, 500) has a first plurality of spirals and has a second plurality of spirals, wherein a winding direction (2101, 3101) of the first plurality of spirals opposite to a winding direction (220j, 320j) the second plurality of spirals, wherein the deflectometer (100) is configured to provide topographic information about the object (120) based on a reflection of the reference pattern on the object (120), and distances between spiral arms of the first plurality of spirals and or the second plurality of spirals increase radially in geometric progression such that the spirals are logarithmic spirals.
4. Deflektometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Mehrzahl von Spiralen und die zweite Mehrzahl von Spiralen konzentrisch angeordnet sind, so dass die erste Mehrzahl von Spiralen und die zweite Mehrzahl von Spiralen einen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen. 4. A deflectometer (100) according to any one of claims 1 to 3, wherein the first plurality of spirals and the second plurality of spirals are concentrically arranged so that the first plurality of spirals and the second plurality of spirals have a common center.
5. Deflektometer (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei Abstände zwischen Spiralarmen der ersten Mehrzahl von Spiralen und/oder der zweiten Mehrzahl von Spiralen radial konstant bleiben. 5. A deflectometer (100) according to claim 1 or 2, wherein distances between spiral arms of the first plurality of spirals and / or the second plurality of spirals remain radially constant.
6. Deflektometer (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei Abstände zwischen Spiralarmen der ersten Mehrzahl von Spiralen und/oder der zweiten Mehrzahl von Spiralen radial zunehmen. 6. A deflectometer (100) according to claim 1 or 2, wherein distances between spiral arms of the first plurality of spirals and / or the second plurality of spirals increase radially.
7. Deflektometer (100) nach Anspruch 6, wobei die Abstände in geometrischer Progression zunehmen. 7. Deflectometer (100) according to claim 6, wherein the distances increase in geometric progression.
8. Deflektometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich Spiralarme der ersten Mehrzahl von Spiralen und Spiralarme der zweiten Mehrzahl von Spiralen unter einem Winkel schneiden, der kleiner als 180° ist und größer als 0° ist. The deflectometer (100) of any one of claims 1 to 7, wherein spiral arms of the first plurality of spirals and spiral arms of the second plurality of spirals intersect at an angle that is less than 180 ° and greater than 0 °.
9. Deflektometer (100) nach Anspruch 8, wobei der Winkel 90° ist. 10. Deflektometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein erster Radius der ersten Mehrzahl von Spiralen eine größere Steigung aufweist als ein zweiter Radius der zweiten Mehrzahl von Spiralen. 9. Deflectometer (100) according to claim 8, wherein the angle is 90 °. 10. Deflectometer (100) according to one of claims 1 to 9, wherein a first radius of the first plurality of spirals has a greater pitch than a second radius of the second plurality of spirals.
Deflektometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Anzeige (110) relativ zum Objekt (120) so angeordnet ist, dass eine Reflektion des Referenzmusters (200, 300, 400, 500) auf einer reflektierenden Oberfläche des Objekts (120) erzeugt wird. A deflectometer (100) according to any one of claims 1 to 10, wherein the display (110) is disposed relative to the object (120) such that reflection of the reference pattern (200, 300, 400, 500) on a reflective surface of the object (120 ) is produced.
Deflektometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei das Deflektometer (100) eine Kamera aufweist, die in einem gemeinsamen Mittelpunkt der ersten Mehrzahl von Spiralen und der zweiten Mehrzahl von Spiralen angeordnet ist, und wobei die Kamera ausgelegt ist, eine Reflektion des Referenzmusters (200, 300, 400, 500) auf dem Objekt (120) zu erfassen. The deflectometer (100) of any one of claims 1 to 11, wherein the deflectometer (100) comprises a camera disposed in a common center of the first plurality of spirals and the second plurality of spirals and wherein the camera is configured to provide a reflection of the reference pattern (200, 300, 400, 500) on the object (120).
13. Deflektometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, eine Topografiebestimmung eines rotationssymmetrischen Objekts oder eines quasi-rotationssymmetrischen Objekts durchzuführen. 13. Deflectometer (100) according to one of claims 1 to 12, wherein the deflectometer (100) is designed to perform a Topografiebestimmung a rotationally symmetric object or a quasi-rotationally symmetric object.
14. Deflektometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) und das Objekt (120) relativ zueinander zu rotieren, und wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf der Rotation Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500) zu erhalten. 14. A deflectometer (100) according to any one of claims 1 to 13, wherein the deflectometer (100) is adapted to rotate the reference pattern (200, 300, 400, 500) and the object (120) relative to each other, and wherein the deflectometer ( 100) is adapted to obtain based on the rotation recordings of the reflections of the rotated reference pattern (200, 300, 400, 500).
15. Deflektometer (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf den Phaseninformationen Ablenkungen von Strahlengängen zu bestimmen, und wobei das Deflektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf den Ablenkungen von Strahlengängen eine Mehrzahl von Steigungsparametern einer reflektierenden Oberfläche des Objekts (120) zu bestimmen. Defiektometer (100) nach Anspruch 15, wobei das Defiektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf einer Integration der Mehrzahl von Steigungsparametern die To- pografiebestimmung des Objekts (120) durchzuführen. The deflectometer (100) of any one of claims 1 to 14, wherein the deflectometer (100) is configured to determine deflections of optical paths based on the phase information, and wherein the deflectometer (100) is configured based on the deflections of optical paths Determine a plurality of slope parameters of a reflective surface of the object (120). The defibrometer (100) of claim 15, wherein the defibrometer (100) is configured to perform the tomography determination of the object (120) based on integration of the plurality of slope parameters.
Defiektometer (100) nach Anspruch 16, wobei das Defiektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf den Ablenkungen von Strahlengängen, Flächennormalen der reflektierenden Oberfläche des Objekts (120) zu bestimmen, und wobei das Defiektometer (100) ausgelegt ist, basierend auf einer Integration der Flächennormalen eine Topografiebestimmung des Objekts (120) durchzuführen. The defectometer (100) of claim 16, wherein the defectometer (100) is configured to determine surface normal of the reflective surface of the object (120) based on the deflections of optical paths, and wherein the defectometer (100) is configured based on integration the surface normal perform a topography determination of the object (120).
Referenzmuster (200, 300, 400, 500) zur Topografiebestimmung eines Objekts (120), wobei das Referenzmuster eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungsrichtung (2101, 3101) der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung (220j, 320j) der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist, und wobei Abstände zwischen Spiralarmen der ersten Mehrzahl von Spiralen und/oder der zweiten Mehrzahl von Spiralen radial in geometrischer Progression zunehmen, so dass die Spiralen logarithmische Spiralen sind. Reference pattern (200, 300, 400, 500) for topography determination of an object (120), the reference pattern having a first plurality of spirals and having a second plurality of spirals, wherein a winding direction (2101, 3101) is opposite to the first plurality of spirals a winding direction (220j, 320j) of the second plurality of spirals, and wherein spacings between spiral arms of the first plurality of spirals and / or the second plurality of spirals increase radially in geometric progression such that the spirals are logarithmic spirals.
Verfahren (1300) zur Topografiebestimmung eines Objekts (120), mit folgenden Schritten: Method (1300) for topography determination of an object (120), comprising the following steps:
Erzeugen (1310) einer Spiegelung eines Referenzmusters (200, 300, 400, 500) an einer Oberfläche des Objekts (120), wobei das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungsrichtung (2101, 3101) der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung (220j, 320j) der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist, Erfassen (1320) des von dem Objekt (120) reflektierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500), und Generating (1310) a mirror of a reference pattern (200, 300, 400, 500) on a surface of the object (120), wherein the reference pattern (200, 300, 400, 500) comprises a first plurality of spirals and a second plurality of spirals wherein a winding direction (2101, 3101) of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction (220j, 320j) of the second plurality of spirals, Detecting (1320) the reference pattern (200, 300, 400, 500) reflected by the object (120), and
Bereitsteilen (1330) einer topografischen Information basierend auf dem erfassten reflektierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500), wobei das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) rotierend auf der Anzeige (110) wiedergegeben wird, wobei basierend auf der rotierten Wiedergabe Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500) erhalten werden, wobei die Topografiebestimmung anhand von Phaseninformationen durchgeführt wird, wobei die Phaseninformationen basierend auf den Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500) erhalten werden, und wobei die Phaseninformationen basierend auf einer diskreten Fouriertransformation der Aufnahmen der Reflektionen des rotierten Referenzmusters erhalten werden. Providing (1330) topographic information based on the detected reference reflected pattern (200, 300, 400, 500), the reference pattern (200, 300, 400, 500) being displayed in rotation on the display (110), based on the rotated Playback images of the reflections of the rotated reference pattern (200, 300, 400, 500) are obtained, wherein the Topografiebestimmung is performed based on phase information, the phase information based on the images of the reflections of the rotated reference pattern (200, 300, 400, 500) receive and the phase information is obtained based on a discrete Fourier transform of the recordings of the reflections of the rotated reference pattern.
Verfahren (1300) zur Topografiebestimmung eines Objekts (120), mit folgenden Schritten: Method (1300) for topography determination of an object (120), comprising the following steps:
Erzeugen (1310) einer Spiegelung eines Referenzmusters (200, 300, 400, 500) an einer Oberfläche des Objekts (120), wobei das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungsrichtung (2101, 3101) der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung (220j, 320j) der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist, Generating (1310) a mirror of a reference pattern (200, 300, 400, 500) on a surface of the object (120), wherein the reference pattern (200, 300, 400, 500) comprises a first plurality of spirals and a second plurality of spirals wherein a winding direction (2101, 3101) of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction (220j, 320j) of the second plurality of spirals,
Erfassen (1320) des von dem Objekt (120) reflektierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500), und Bereitstellen (1330) einer topografischen Information basierend auf dem erfassten reflektierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500), wobei basierend auf Aufnahmen einer rotierten Wiedergabe des Referenzmusters (200, 300, 400, 500) aus der ersten Mehrzahl von Spiralen eine erste Phaseninformation erhalten wird, wobei basierend auf Aufnahmen einer rotierten Wiedergabe des Referenzmusters (200, 300, 400, 500) aus der zweiten Mehrzahl von Spiralen eine zweite Phaseninformation erhalten wird, und wobei eine Topografiebestimmung basierend auf der ersten Phaseninformation und der zweiten Phaseninformation erhalten wird. Detecting (1320) the reference pattern (200, 300, 400, 500) reflected by the object (120), and Providing (1330) topographic information based on the detected reference reflected pattern (200, 300, 400, 500), wherein based on recordings of a rotated representation of the reference pattern (200, 300, 400, 500) from the first plurality of spirals, first phase information wherein a second phase information is obtained based on recordings of a rotated reproduction of the reference pattern (200, 300, 400, 500) from the second plurality of spirals, and wherein a topography determination is obtained based on the first phase information and the second phase information.
21. Verfahren (1300) zur Topografiebestimmung eines Objekts (120), mit folgenden Schritten: 21. Method (1300) for topography determination of an object (120), comprising the following steps:
Erzeugen (1310) einer Spiegelung eines Referenzmusters (200, 300, 400, 500) an einer Oberfläche des Objekts (120), wobei das Referenzmuster (200, 300, 400, 500) eine erste Mehrzahl von Spiralen aufweist und eine zweite Mehrzahl von Spiralen aufweist, wobei eine Wicklungsrichtung (2101, 3101) der ersten Mehrzahl von Spiralen entgegengesetzt zu einer Wicklungsrichtung (220j, 320j) der zweiten Mehrzahl von Spiralen ist, und wobei Abstände zwischen Spiralarmen der ersten Mehrzahl von Spiralen und/oder der zweiten Mehrzahl von Spiralen radial in geometrischer Progression zunehmen, so dass die Spiralen logarithmische Spiralen sind Generating (1310) a reflection of a reference pattern (200, 300, 400, 500) on a surface of the object (120), wherein the reference pattern (200, 300, 400, 500) comprises a first plurality of spirals and a second plurality of spirals wherein a winding direction (2101, 3101) of the first plurality of spirals is opposite to a winding direction (220j, 320j) of the second plurality of spirals, and wherein spacings between spiral arms of the first plurality of spirals and / or the second plurality of spirals are radial increase in geometric progression, so that the spirals are logarithmic spirals
Erfassen (1320) des von dem Objekt (120) reflektierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500), und Detecting (1320) the reference pattern (200, 300, 400, 500) reflected by the object (120), and
Bereitstellen (1330) einer topografischen Information basierend auf dem erfassten reflektierten Referenzmusters (200, 300, 400, 500). Providing (1330) topographic information based on the detected reference reflected pattern (200, 300, 400, 500).
22. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 17 oder 18, wenn das Programm auf einem Computer abläuft. 22. A computer program with a program code for carrying out the method according to claim 17 or 18, when the program runs on a computer.
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