DE10220177A1

DE10220177A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung eines Objekts

Info

Publication number: DE10220177A1
Application number: DE2002120177
Authority: DE
Inventors: Ludwin Monz; Christoph Hauger
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Vermessung eines Objekts (3) vorgeschlagen, umfassend einen Frequenzgenerator (11) zur Bereitstellung einer vorbestimmten Frequenz (f), eine mit der Frequenz (f) intensitätsmodulierte Strahlungsquelle (5) zur Beleuchtung des Objekts (3), eine Abbildungsoptik (15), um in einer Bildebene (17) der Abbildungsoptik (15) ein Bild des Objekts (3) zu erzeugen, einen Integrator (35) zur Integration einer aus dem Bild erzeugten Darstellung des Objekts (3) und zur Ausgabe der während wenigstens einer Integrationsdauer des Integrators (35) integrierten Darstellung des Objekts (3) und einen zwischen dem Integrator (35) und dem Objekt (3) vorgesehenen Modulator (19, 47), um die Darstellung des Objekts (3) vor deren Integration mit der Frequenz (f) intensitätszumodulieren. DOLLAR A Die Vorrichtung kennzeichnet sich aus durch einen Phasenschieber (27), um eine Phasendifferenz (DELTAphi) zwischen der Modulation der Strahlungsquelle (5) und der Modulation der Darstellung einzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung eines Objekts und insbesondere zur Erstellung von dreidimensionalen Bildern bzw. Darstellungen des Objekts, welche neben dem üblichen zweidimensionalen Bild des Objekts, das laterale Ausdehnungen von Komponenten des Objekts angibt, auch relative oder absolute Abstände von Komponenten des Objekts zu einem Bezugspunkt angibt.

Bekannte derartige Verfahren umfassen beispielsweise photogrammetrische Verfahren, bei denen aus wenigstens zwei verschiedenen Perspektiven Bilder des Objekts gewonnen werden und aus Unterschieden zwischen den beiden Bildern auf die räumliche Struktur des Objekts geschlossen wird. Weiter sind Verfahren der Streifenprojektion bekannt, bei welchen das Objekt mit einem Streifenmuster beleuchtet wird und wenigstens eine Aufnahme des beleuchteten Objekts mit einer Kamera gewonnen wird. Aus dem Verlauf der Beleuchtungsstreifen in dem Kamerabild wird auf die dreidimensionale Gestalt des Objekts geschlossen.

Ferner sind Verfahren der Triangulation bekannt, bei denen das Objekt beispielsweise mit einem Lichtstrahl abgetastet wird und eine Kamera einen entsprechenden Lichtpunkt auf dem Objekt registriert. Aus der Lage des Lichtpunkts im Kamerabild und Kenntnis der Richtung des Lichtstrahls kann nach systematischem Abtasten des Objekts mit dem Lichtstrahl die dreidimensionale Struktur des Objekts rekonstruiert werden.

Aus der US 6,100,517 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei dem ein Objekt zu seiner Vermessung mit intensitätsmoduliertem Licht beleuchtet wird und Bilder des Objekts mit einer Kamera aufgenommen werden. Zwischen dem Objekt und der Kamera ist ein Lichtmodulator angeordnet, dessen Lichtdurchlässigkeit synchron mit der Intensität der Strahlungsquelle moduliert wird. Aufgrund von Laufzeitunterschieden, die für verschiedene Orte des Objekts im Lichtweg zwischen Quelle, dem jeweiligen Ort des Objekts und dem Detektor entstehen, entstehen auch in dem von der Kamera aufgenommenen Bild für verschiedene Orte des Objekts Intensitätsunterschiede. Die für verschiedene Orte des Objekts gemessenen Intensitäten repräsentieren damit Abstände zwischen beispielsweise den verschiedenen Orten und der Kamera bzw. der Strahlungsquelle.

Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die von der Kamera registrierte Intensität an einem Ort des Objekts grundsätzlich auch von dessen Farbe, Textur oder Orientierung zur Kamera abhängig ist. Das herkömmliche Verfahren erlaubt es nicht, befriedigend abklären zu können, ob ein von der Kamera registrierter Intensitätsunterschied zwischen zwei Orten des Objekts auf einen unterschiedlichen Abstand der beiden Punkte beispielsweise von der Kamera oder auf unterschiedliche Helligkeiten der Orte des Objekts selbst zurückzuführen ist.

Entsprechend ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung eines Objekts vorzuschlagen, bei dem relative Abstände zwischen verschiedenen Orten des Objekts mit erhöhter Genauigkeit bestimmbar sind.

Die Erfindung geht hierzu aus von einer Vorrichtung zur Vermessung eines Objekts mit einem Frequenzgenerator zur Bereitstellung einer vorbestimmten Frequenz, einer mit der Frequenz intensitätsmodulierten Strahlungsquelle zur Beleuchtung des Objekts, und einer Abbildungsoptik, um in einer Bildebene der Abbildungsoptik ein Bild des Objekts zu erzeugen.

Der Begriff "intensitätsmodulierte Strahlungsquelle" soll hier jegliche Vorrichtung erfassen, welche dazu führt, dass das Objekt mit Licht von modulierter Intensität beleuchtet wird. Dies kann beispielsweise durch eine Laserdiode erfolgen, deren Erregung zeitlich moduliert ist, es kann dies allerdings auch eine Laserdiode sein, welche zeitlich konstant erregt wird, der allerdings ein mit der Frequenz angesteuerter Lichtmodulator vorgeschaltet ist, wie beispielsweise ein schaltbarer Verschluß, so dass die Laserdiode und der Verschluß zusammen als intensitätsmodulierte Strahlungsquelle wirken.

Die Abbildungsoptik bildet das Objekt optisch derartig ab, dass in einer Bildebene der Abbildungsoptik ein im wesentlichen scharfes Bild des Objekt entsteht. Diese Abbildung erfolgt zum einen mit dem Licht, das von der intensitätsmodulierten Strahlungsquelle auf das Objekt gestrahlt und von diesem zurückgeworfen wird. Zum anderen erfolgt die Abbildung mit weiterem Licht, das von dem Objekt ausgeht, beispielsweise aufgrund der Bestrahlung des Objekts mit Umgebungslicht.

Es ist ferner ein Integrator vorgesehen, um eine aus dem Bild erzeugte Darstellung des Objekts zeitlich zu integrieren und eine entsprechende integrierte Darstellung des Objekts auszugeben. Der Integrator integriert damit ortsabhängig die Darstellung des Objekts, welche Lichtintensitäten repräsentiert, wie sie ortsabhängig von dem Objekt zur Abbildungsoptik hin abgestrahlt werden. Die Darstellung des Objekts kann direkt oder indirekt aus dem Bild des Objekts erzeugt werden. Beispielsweise kann die Darstellung ein elektrisches Ladungsmuster umfassen, welches auf einer lichtempfindlichen Fläche einer Kamera erzeugt wird, wenn diese lichtempfindliche Fläche nahe der Bildebene der Abbildungsoptik angeordnet ist.

Die Vorrichtung umfasst ferner noch einen Modulator, der funktionell zwischen dem Objekt und dem Integrator vorgesehen ist, um die von dem Integrator integrierte Darstellung des Objekts vor deren Integration mit der von dem Frequenzgenerator bereitgestellten Frequenz hinsichtlich der Intensität zu modulieren. Hierdurch wird erreicht, dass die Darstellung des Objekts zeitlich zum einen moduliert ist durch die Intensitätsmodulation der Strahlungsquelle, wodurch auch das von dem Objekt zur Abbildungsoptik hin zurückgeworfene Licht intensitätsmoduliert ist, und zum anderen wird die Darstellung des Objekts direkt durch den zwischen dem Objekt und dem Integrator vorgesehenen Modulator moduliert. Diese beiden Modulationen erfolgen mit der gleichen, von dem Frequenzgenerator bereitgestellten Frequenz.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Phasenschieber vorgesehen ist, um eine Phasendifferenz zwischen der Modulation der Strahlungsquelle und der Modulation der Darstellung des Objekts einzustellen. Hiermit ist es möglich, die Zeitabhängigkeit der Intensität der Darstellung durch Einstellung der Phasendifferenz zu variieren, was zu unterschiedlichen integrierten Darstellungen des Objekts führt. Durch den Vergleich mehrerer, bei unterschiedlichen Einstellungen der Phasendifferenz ausgegebenen integrierten Darstellung ist es dann möglich, Informationen über die Struktur des Objekts zu gewinnen, welche Informationen insbesondere Informationen hinsichtlich der Abstände verschiedener Orte des Objekts von einem Bezugspunkt an beispielsweise der Strahlungsquelle der Abbildungsoptik beinhalten.

Vorzugsweise ist die Modulation der Strahlungsquelle oder und die Modulation des Modulators der Darstellung des Objekts eine in etwa sinusförmige Modulation. Die Integrationsdauer des Integrators ist vorzugsweise größer als die Periode der Modulation. Der Integrator umfasst vorzugsweise eine Kamera, insbesondere eine CCD-Kamera oder jegliche andere Art von Kamera, welche Lichtintensitäten oder entsprechende elektronische Intensitäten während einer "Belichtungszeit" integriert und das Ergebnis der Integration beispielsweise als elektronische Analogdaten oder digitale Daten ausgibt.

Der Modulator zur Modulation der Darstellung des Objekts ist vorzugsweise zwischen der Bildebene und dem Integrator angeordnet und kann hierbei beispielsweise einen Bildverstärker mit änderbarer Verstärkung umfassen, wobei die Verstärkung des Bildverstärkers dann durch die von dem Frequenzgenerator bereitgestellte Frequenz moduliert ist. Insbesondere kann der Modulator eine Mikrokanalplatte umfassen, deren Verstärkung mit der Frequenz moduliert wird. Es kann jedoch auch eine Verstärkung der Kamera selbst direkt mit der Frequenz moduliert werden.

Alternativ oder ergänzend hierzu ist es auch möglich, den Modulator funktionell zwischen dem Objekt und der Bildebene anzuordnen. Der Modulator ist dann vorzugsweise als ein Lichtdämpfer mit änderbarer Dämpfung ausgebildet, wobei die Dämpfung des Lichtdämpfers mit der von dem Frequenzgenerator bereitgestellten Frequenz moduliert wird. Hierbei ist der Modulator beispielsweise als ein schaltbarer Lichtverschluß ausgebildet, oder auch als ein Lichtverschluß, dessen Absorption kontinuierlich änderbar ist. Beispiele hierfür sind ein akusto-optischer Modulator oder eine Pockels-Zelle.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Untersuchung eines Objekts und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Untersuchung eines Objekts.
In Fig. 1 ist ein Untersuchungssystem 1 zur Vermessung eines Objekts 3, dargestellt als der Umriß eines Hauses, schematisch dargestellt. Das Untersuchungssystem umfasst eine Lichtquelle 5 in Form eines Halbleiterlasers, dessen emittiertes Licht durch ein Projektionsobjektiv 7 zu einem Lichtbündel 9 geformt wird, um das Objekt 3 zu beleuchten. Zur Beleuchtung des Objekts 3 wird die Intensität des Lichtbündels 9 mit einer Frequenz f intensitätsmoduliert. Die Frequenz f, im vorliegenden Ausführungsbeispiel 200 MHz, wird durch einen Hochfrequenzgenerator 11 bereitgestellt, welcher einen Treiber 13 der Lichtquelle 5 derart ansteuert, dass dieser die Lichtquelle 5 so ansteuert, dass die emittierte Lichtintensität sinusförmig mit der Frequenz f intensitätsmoduliert ist.
Das Untersuchungssystem 1 umfasst ferner ein schematisch dargestelltes Objektiv 15, welches das Objekt 3 in eine Bildebene 17 des Objektivs derart abbildet, dass in der Bildebene 17 ein im wesentlichen scharfes optisches Bild des Objekts 3 entsteht. In der Bildebene 17 des Objektivs 15 ist ein Bildverstärker 19 in Form einer Mikrokanalplatte ("Micro channel plate") derart angeordnet, dass eine Eingangsseite bzw. lichtempfindliche Fläche 21 des Bildverstärkers 19 in der Bildebene 17 des Objektivs 15 angeordnet ist. Das in der Bildebene 17 als Lichtintensitätsmuster entstehende Bild des Objekts 3 erzeugt in der lichtempfindlichen Fläche 21 des Bildverstärkers freie Elektronen, so dass deren Ladung ebenfalls als eine Darstellung des Objekts 3 betrachtet werden kann. Diese Elektronen werden in der Mikrokanalplatte 19 verstärkt und treffen auf eine Fluoreszenzschicht 23, welche an der der lichtempfindlichen Schicht 21 gegenüberliegenden Seite des Bildverstärkers 19 angeordnet ist, so dass das nach der Verstärkung in der Fluoreszenzschicht 23 entstehende Fluoreszenzbild ebenfalls eine Darstellung des Objekts 3 verkörpert.
Ein Verstärkungsfaktor des Bildverstärkers 19 wird durch eine Hochspannung eingestellt, welche von einer Treiberschaltung 25 für die Mikrokanalplatte 19 ausgegeben wird. Der Treiberschaltung 25 wird ebenfalls die von dem Hochfrequenzgenerator ausgegebene Frequenz f zugeführt, so dass auch der Verstärkungsfaktor des Bildverstärkers 19 mit dieser Frequenz f moduliert ist. Allerdings ist zwischen dem Hochfrequenzgenerator 11 und der Treiberschaltung 25 eine Phasenschiebeschaltung 27 angeordnet, mit der eine Phasendifferenz Δφ zwischen der Modulation der Strahlungsquelle 5 und der Modulation des Bildverstärkers 19 durch einen Rechner 29 einstellbar ist.
Das in der Fluoreszenzschicht 23 des Bildverstärkers 19 entstehende Fluoreszenzbild des Objekts 3 wird durch eine Abbildungsoptik 31 auf eine lichtempfindliche Schicht 33 eines Kamerachips 35, in Form eines CCD-Chips abgebildet, so dass auch auf der lichtempfindlichen Schicht 33 des Kamerachips 35 eine Darstellung des Objekts 3 entsteht. Der Kamerachip 35 integriert diese in der Schicht 33 entstehende Darstellung während einer Integrationsdauer der Kamera und gibt sodann aus der Darstellung des Objekts 3 gewonnene integrierte Darstellungen des Objekts 3, d. h. Bilder des Objekts 3, an den Rechner 29 aus. Die Integrationsdauer der Kamera ist länger als eine Periode der Modulation der Strahlungsquelle 5 bzw. des Bildverstärkers 19.
Diese von der Kamera 35 ausgegebenen Bilder des Objekts 3 enthalten Information über verschiedene Orte des Objekts 3 sowohl hinsichtlich ihrer lateralen Ausdehnung bezüglich beispielsweise einer optischen Achse 16 des Objektivs 15 als auch hinsichtlich ihrer Anordnung in Richtung der optischen Achse 16. Die Auswertung der lateralen Anordnung von Orten des Objekts 3 kann auf herkömmliche Weise erfolgen, wie sie bei zweidimensionalen Bildern von Objekten üblich ist. Zur Auswertung der Information hinsichtlich der Anordnung von verschiedenen Orten des Objekts 3 in Richtung der optischen Achse 16 ist es jedoch nötig, dass wenigstens zwei Bilder des Objekts 3 von der Kamera 35 aufgenommen werden, wobei die Bilder bei verschiedenen Einstellungen der Phasendifferenz Δφ zwischen der Modulation der Strahlungsquelle 5 und der Modulation des Bildverstärkers 19 gewonnen werden. Mit Hilfe des Rechners 29 werden diese wenigstens zwei Bilder miteinander verglichen und verrechnet, um hieraus die gewünschte Information über die räumliche Anordnung der Orte des Objekts 3 in Richtung der optischen Achse zu gewinnen. Sobald diese Information gewonnen ist, erzeugt der Rechner 29 eine dreidimensionale Darstellung des Objekts 3 auf einem Bildschirm 37.
Die Auswertung der wenigstens zwei bei verschieden eingestellten Phasendifferenzen Δφ gewonnenen Bilder des Objekts 3 kann auf vielfältige Weise geschehen. Eine Möglichkeit, die auch das Verständnis der Arbeitsweise des Untersuchungssystems 1 erläutert, sei nachfolgend anhand von zwei an dem Objekt 3 mit Abstand voneinander angeordneten Orten X und Y erläutert:
Beide Orte X und Y werden mit dem intensitätsmodulierten Licht 9 der Strahlungsquelle 5 beleuchtet, wobei zwischen der zeitabhängigen Beleuchtungsintensität an dem Ort X und der entsprechenden zeitabhängigen Beleuchtungsintensität an dem Ort Y aufgrund des Abstandes der beiden Orte X und Y voneinander in Richtung der Strahlrichtung des Lichtes 9 ein Phasenunterschied φ₁' besteht. An dem Ort X kann die absolute Phase der Modulation der Strahlungsquelle 5 willkürlich auf 0 gesetzt werden. Somit läßt sich die Beleuchtungsstärke an dem Ort Y schreiben als:

I(t) = I₀[1 + y.sin(2πft + φ₁')] (1)
Hierbei bedeutet I₀ eine Konstante, in die die Lichtstärke der Strahlungsquelle 5 eingeht, y ist eine Modulationstiefe für die Modulation der Strahlungsquelle, 2πf repräsentiert die Kreisfrequenz für die von dem Hochfrequenzgenerator 11 bereitgestellte Frequenz, und φ₁' repräsentiert die aufgrund der Lichtlaufdauer zwischen den Orten X und Y erzeugte Phasendifferenz. Es gilt: φ₁' = d'(x)/λ, wobei d'(x) der Abstand zwischen den beiden Punkten in Richtung des Beleuchtungslichts 9 ist und λ die Wellenlänge der Intensitätsmodulation des Lichts.
Die von der Strahlungsquelle 5 beleuchteten Orte X und Y strahlen wiederum Licht in Richtung zu dem Objektiv 15 ab. Die Rückstrahlintensität für den Ort Y kann geschrieben werden als:

U₁(x, t) = A(x)[1 + y.sin(2πft + φ₁' + φ₁")] (2)
Hierin bedeutet A(x) eine ortsabhängige Konstante, in die die Farbe, Reflektivitäten usw., d. h. das Albedo der verschiedenen Orte des Objekts 3 eingeht. φ₁" ist die Phasenverschiebung, welche aufgrund des Abstands der Orte X und Y in Richtung der optischen Achse 16 erzeugt wird.
Die Phasendifferenz φ₁', die aufgrund der Beleuchtung erzeugt wird und die Phasendifferenz φ₁", die durch die Abbildung des Objekts 3 erzeugt wird, können zu einem gemeinsamen Term φ₁ zusammengefaßt werden, der ortsabhängig ist. Es ergibt sich somit:

U₁(x, t) = A(x)[1 + y.sin(2πft + φ₁(x))] (3)
Das in der Bildebene 17 entstehende Bild des Objekts 3 hat somit die in Formel 3 angegebene Zeit- und Ortsabhängigkeit.
Zwischen der Bildebene 17 und der Kamera 35 ist allerdings noch der zeitlich modulierte Bildverstärker 19 angeordnet. Dessen Verstärkung kann durch folgende Formel angegeben werden:

U₂(t) = B[1 + z.cos(2πft + φ₂)] (4)
Hierbei bedeutet B eine Konstante, z eine Modulationstiefe und φ₂ den von dem Phasenschieber 27 bereitgestellten Phasenwinkel zwischen der Modulation der Strahlungsquelle 5 und der Modulation des Bildverstärkers 19.
In die in der lichtempfindlichen Fläche 33 der Kamera 35 entstehende Darstellung des Objekts 3 gehen die Formeln 3 und 4 multiplikativ ein, so dass die Orts- und Zeitabhängigkeit dieser Darstellung geschrieben werden kann als:

U₃(x, t) = U₁(x, t).U₂(t) = A(x).B[1 + y.sin(2πft + φ₁(x))].[1 + z.cos(2πft ± φ₂)] (5)
Aus dieser orts- und zeitabhängigen Darstellung erzeugt die Kamera durch zeitliche Integration während einer Integrationsdauer eine zeitliche integrierte Darstellung U ₃(x) von x. Darin sind Zeitabhängigkeiten, die durch die Terme mit ωt in Gleichung (5) hervorgerufen werden, herausgemittelt. Die Ortsabhängigkeit der integrierten Darstellung kann somit geschrieben werden als:

U ₃(x) = A(x).B[1 + 1/2yz.sin(φ₁(x) - φ₂)] (6)
Hierbei ist φ₁(x) der interessierende Term, da er die Information über die Anordnung der Orte X und Y in Richtung quer zur Lateralrichtung des Bildes des Objekts 3 enthält. Allerdings sind in der Formel 6 noch einige andere ortsabhängige oder auch ortsunabhängige Parameter enthalten, welche es ebenfalls zu bestimmen gilt. Hierzu werden mehrere derartige integrierte Darstellungen U ₃(x) für verschiedene Einstellungen der Phase φ₂ gewonnen, woraufhin dann schließlich für einen jeden Ort x des Objekts die Phasenlage φ₁(x) berechnet werden kann.
Aus den Phasenlagen φ₁(x) der verschiedenen Orte des Objekts 3 konstruiert der Rechner die dreidimensionale Struktur des Objekts 3 und generiert dann eine dreidimensionale Darstellung des Objekts 3, um diese auf der Anzeige 37 anzuzeigen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können Ortsauflösungen in Strahlrichtung von besser als etwa 0,3 m erreicht werden.
Bei der schematischen Darstellung der Fig. 1 ist ein vergleichsweise großer Winkel zwischen der Richtung des Lichtbündels 9 und der optischen Achse 16 vorgesehen. Obwohl auch bei Berücksichtigung dieses Winkels die dreidimensionale Struktur des Objekts 3 rekonstruierbar ist, vereinfacht sich der Aufwand einer solchen Rekonstruktion in der Praxis dann, wenn der laterale Abstand zwischen dem Projektionsobjektiv 7 und dem Objektiv 15 wesentlich kleiner ist als der Abstand zwischen dem Objekt und den Objektiven 7 und 15. Es ist dann nämlich dieser Winkel vernachlässigbar. Im übrigen ist es auch möglich, sowohl für die Projektion des Lichtstrahls auf das Objekt als auch für dessen Abbildung auf den Detektor ein gemeinsames Objektiv einzusetzen, also die Komponenten 7 und 15 der Fig. 1 zu einer einzigen Komponente zusammenzufassen.
Die Berechnung φ₁(x) kann für jedes Pixel des von der Kamera 35 ausgegebenen Bildes erfolgen. Hierzu können einander hinsichtlich ihrer Position innerhalb der Bilder entsprechende Pixel von den bei verschiedenen Phasendifferenzen aufgenommenen Bildern miteinander verrechnet werden, um die verschiedenen Unbekannten in Gleichung (6) und damit auch den interessierenden Term φ₁ des entsprechenden Pixels zu ermitteln. Es ist jedoch auch möglich, anhand mehrerer oder sämtlicher Pixel der Bilder die Terme in Formel 6 zu ermitteln, welche im wesentlichen nicht ortsabhängig sind. Es sind dies beispielsweise die Modulationstiefen y und z und die konstanten Anteile von A und B, welche die Beleuchtungsintensität und die Modulationsamplitude des Modulators verkörpern.
Nachfolgend werden Varianten der Erfindung erläutert. Hierbei sind Komponenten, die hinsichtlich ihrer Funktion und ihres Aufbaus Komponenten der in Fig. 1 erläuterten Ausführungsform entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern wie in der Fig. 1 bezeichnet, zur Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen Buchstaben versehen.
Ein in Fig. 2 dargestelltes Untersuchungssystem 1a weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie das anhand der Fig. 1 erläuterte Untersuchungssystem. Ein Hochfrequenzgenerator 11a stellt eine Hochfrequenz bereit, welche einen Verstärker 13a ansteuert, der eine Strahlungsquelle 5a treibt, so dass diese über ein Projektionsobjektiv 7a ein Strahlenbündel 9a zur Beleuchtung eines Objekts 3a erzeugt. Das Licht des Strahlenbündels 9a ist über seinen Querschnitt eine im wesentlichen gleichförmige Intensität auf und ist mit der von dem Generator 11a bereitgestellten Hochfrequenz intensitätsmoduliert.
Von dem Objekt 3a zurückgeworfenes Licht wird von einer Abbildungsoptik 15a aufgefangen und auf eine Bildebene 17a derart geführt, dass in dieser ein im wesentlichen scharfes optisches Abbild des Objekts 3a entsteht. Eine lichtempfindliche Fläche 33a eines Kamerachips 35a fällt mit der Bildebene 17a zusammen, so dass der Kamerachip 35a ein zeitintegriertes, ortaufgelöstes Bild des Objekts 3a an einen Rechner 29a ausgeben kann.
Die Abbildungsoptik 15a umfasst ein Objektiv mit einer ersten Linsengruppe 41 und einer zweiten Linsengruppe 42, welche zusammen das von dem Objekt 3a ausgehende Licht zu einem parallelen Strahlenbündel 45 formen. Das parallele Strahlenbündel 45 durchsetzt einen akusto-optischen Modulator 47 und wird sodann durch eine weitere Linsengruppe 49 auf die lichtempfindliche Fläche 33a des Kamerachips 35a geführt, so dass dort Bild des Objekts 3a entsteht. Der akusto-optische Modulator 47 wird von einem Treiber 25a angesteuert, welcher wiederum mit der von dem Generator 11a bereitgestellten Frequenz angesteuert wird. Hierbei ist allerdings zwischen dem Generator 11a und dem Treiber 25a eine Phasenschiebeschaltung 27a eingefügt, welche von dem Rechner 29a angesteuert wird, um eine Phasendifferenz zwischen der Intensitätsmodulation der Lichtquelle 5a und der Modulation des akusto-optischen Modulators 47 frei einzustellen.
Der akusto-optische Modulator führt zu einer periodischen Abschwächung der Intensität des in der Bildebene 17a entstehenden Bildes des Objekts 3a. Damit wirkt der akusto-optische Modulator 47 ähnlich wie der modulierbare Bildverstärker 19 in Fig. 1. Er führt nämlich dazu, dass eine Intensität des von dem Integrator, d. h. dem Kamerachip, zeitlich integrierten Bildes vor dessen Integration intensitätsmoduliert wird.
Damit können von dem Rechner 29a aus der Kamera 35a mehrere Bilder ausgelesen werden, welche bei jeweils verschiedenen Einstellungen der Phasendifferenz Δφ zwischen der Modulation der Beleuchtung und der Modulation des akusto-optischen Modulators 47 aufgenommen wurden. Entsprechend ist es möglich, aus diesen Bildern Information über Abstände verschiedener Orte des Objekts 3a von einem beliebigen Bezugspunkt, etwa der Linsengruppe 41 oder dem Projektionsobjektiv 7a oder einem anderen derart gewählten Punkt, zu ermitteln.

Claims

1. Vorrichtung zur Vermessung eines Objekts (3), umfassend:
einen Frequenzgenerator (11) zur Bereitstellung einer vorbestimmten Frequenz (f),
eine mit der Frequenz (f) intensitätsmodulierte Strahlungsquelle (5) zur Beleuchtung des Objekts (3),
eine Abbildungsoptik (15), um in einer Bildebene (17) der Abbildungsoptik (15) ein Bild des Objekts (3) zu erzeugen,
einen Integrator (35) zur Integration einer aus dem Bild erzeugten Darstellung des Objekts (3) und zur Ausgabe der während wenigstens einer Integrationsdauer des Integrators (35) integrierten Darstellung des Objekts (3), und
einen zwischen dem Integrator (35) und dem Objekt (3) vorgesehenen Modulator (19, 47), um die Darstellung des Objekts (3) vor deren Integration mit der Frequenz (f) intensitätszumodulieren,
gekennzeichnet durch
einen Phasenschieber (27), um eine Phasendifferenz (Δφ) zwischen der Modulation der Strahlungsquelle (5) und der Modulation der Darstellung einzustellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Rechner (29) zur Auswertung von wenigstens zwei bei voneinander verschieden eingestellten Phasendifferenzen (Δφ) von dem Integrator (35) ausgegebenen integrierten Darstellungen und zur Erzeugung von Geometrie-Daten, die eine räumliche Beziehung verschiedener Orte des Objekts relativ zueinander repräsentieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Modulation im wesentlichen sinus-förmig ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Integrationsdauer wenigstens ein Inverses der Frequenz beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Integrator eine Kamera, insbesondere eine CCD-Kammera (35), umfasst.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Modulator (19) zwischen der Bildebene (17) und dem Integrator (35) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Modulator ein Bildverstärker (19) mit änderbarer Verstärkung ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Modulator eine Mikrokanalplatte (19) umfasst.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Modulator (47) zwischen dem Objekt (3a) und der Bildebene (17a) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Modulator einen Lichtdämpfer (47) mit änderbarer Dämpfung umfasst.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der Modulator einen akusto-optischen Modulator (47) oder/und eine Pockels- Zelle umfasst.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend eine Anzeige (37) zur Darstellung der Geometrie-Daten.

13. Verfahren zur Vermessung eines Objekts, umfassend:
Beleuchten des Objekts mit mit einer vorbestimmten Frequenz periodisch intensitätsmoduliertem Licht,
Abbilden des Objekts mit Licht, welches von dem Objekt zurückgeworfen wurde,
Erzeugen einer Darstellung des Objekts aus dessen Abbild, wobei die Darstellung eine ortsabhängige Intensitätsverteilung des von dem Objekt zurückgeworfenen Lichts wiedergibt,
Intensitätsmodulieren der Darstellung mit der vorbestimmten Frequenz und mit einer einstellbaren Phasendifferenz relativ zu der Modulation des für das Beleuchten verwendeten intensitätsmodulierten Lichts,
Integrieren der Darstellung während einer Integtationsdauer,
wobei wenigstens zwei integrierte Darstellungen bei voneinander verschiedenen Phasendifferenzen gewonnen werden und aus den wenigstens zwei integrierten Darstellungen Geometrie-Daten erzeugt werden, die eine räumliche Beziehung verschiedener Orte des Objekts relativ zueinander repräsentieren.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die integrierten Darstellungen für ein Feld von Pixeln jeweils Pixel-Intensitätsdaten umfassen und wobei einem jeden Pixel ein Intensitätsdatensatz zugeordnet ist und für ein jedes Pixel jeweils ein Geometrie-Datensatz berechnet wird.