[发明专利]用于光学测量的设备及相关方法

说明书

技术领域

大体上，本发明涉及光学器件。尤其地，但并非排它地，本发明涉及用于确定目标对象的地形的光学测量。

背景技术

已经证实，在很多情况下，难以测量与各种对象相关的高曲率表面的地形。传统的光学方法限于平面。对于小型平面，例如，可使用干涉仪，但是干涉仪昂贵、速度慢并且提供的精度不可接受。

包括与目标对象进行物理接触的不同方法通常冗长，提供较差的水平分辨率，甚至在进行分析时划伤或损坏可能精致的表面。根据通常使用的逐点扫描方法，这种缺点相当容易理解。替换的基于机器视觉的设置也运行不太好，尤其是对于光滑的表面。

至少可以说，实际上通常需要高曲率的光滑对象的形状测量。目前，例如，在明亮的照明中使用外观检查，手动进行光滑的对象的质量控制。这种检查的结果高度取决于特定的负责检查人员的专业知识，并且还随着时间和制造工艺本身变化。使用人工检查，仅仅可获得相当模糊的定性结果；更具有特征地，或者至少更确切地说，表示缺陷或3d形状的数值实际上依然是秘密。然而，很多光滑的产品被视为高质量或‘高端’产品，因此，在其制造期间或者紧接在制造之后，应优选地识别甚至很小的缺陷。

跟踪光滑表面的一种光学方法是基于使用平板数字显示器(例如，TFT显示器)和照相机。显示器可被设置为显示条纹图案，并且照相机可观察通过测试表面反射的图案。然后，关于在原始和反射版本之间的图案的相变的分析可相当精确地并且在总体的执行时间显示表面的斜率，但是对象的最大适用曲率相当有限，即，为了获得适当精度的综合分析结果，对象依然应当比较平坦。

发明内容

目标在于，至少缓解一个或多个上述问题并且提供一种用于测量可选地具有光滑表面的目标对象的形状的设备和相关方法。

该目的通过用于光学测量可选地光滑目标对象的表面(例如，表面形状和/或表面缺陷)的设备的不同实施方式实现，该设备包括：

漫射半透明照明结构，限定空心(优选地，弯曲的)表面形状，被配置为至少部分包围所述目标对象，优选地至少大致半球状地包围所述目标对象，所述表面进一步配备有至少两个优选大致针孔状并且可选地具有透镜的光圈，

多个光源，光学耦合至所述照明结构，用于通过所述照明结构的表面照亮目标对象，

至少两个成像装置，每个成像装置被配置为通过该至少两个光圈中的一个光圈对目标对象成像，以及

控制实体，被配置为指示所述多个光源在照明结构的表面上形成预定照明图案的图像序列，以便使用通过所述表面投射的图案照亮目标对象，指示至少两个成像装置获得目标对象的相对于每个照明模式的图像，并且通过利用所利用的所述图像以及所获得的图像，获得目标对象的预定表面相关性能。

在一个实施方式中，该设备(尤其是例如控制实体)可被配置为应用多个图像的图像数据，通过确定包括两个成像装置中的每一个的成像元素的成像元素(例如，像素)对，来确定目标对象的表面元素的位置和/或方向，其中，鉴于所述照明结构的两个发射光表面位置以及从目标对象的表面元素反射的相关光线，所述表面元素相对于这两个成像元件成镜像角(mirroring angle)。

因此，该设置可被配置为基于所发现的镜像角来推断表面元素的实际方向。

可选地，该设置可进一步被配置为基于所述成像元件对以及关于所述两个成像装置之间的不同成像元素的关系的校准信息，确定目标对象的表面元件的位置，所述信息优选地指示关于在成像装置的成像元件之间的潜在光线交叉点(例如，交叉位置)的知识。

在另一个补充或替换的实施方式中，该设置被配置为

基于所获得的多个图像的图像数据，为第一成像装置的第一成像元素(例如，像素)确定所述照明结构的匹配的第一发射光表面位置，所述第一光传输表面位置通过目标对象的实际的镜像表面(mirroring surface,镜面)元件将光提供给第一成像元件，

利用所述第一成像元件和所述照明结构的相关的第一光圈，确定第一线路，第一线路限定了多个潜在的表面元素，每个潜在的表面元素具有确定的(certain，某个)方向并且相对于所述第一表面位置和所述第一成像元素成镜像角，所述多个潜在的表面元素还包含所述实际的镜像表面元素，