用于测量表面形貌的设备和方法以及校准方法技术

用于测量表面形貌的设备和方法以及校准方法。本发明专利技术涉及用于测量物体（12）的光学有效面（18）的形貌和/或梯度和/或曲率的方法和设备（10）。该设备（10）能够实现以能够贴靠在该物体（12）上的接触部（17）将该物体（12）安排在接收范围（14）内。在该设备（10）中具有提供光的多个点光源（20），该光被反射到安排在该接收范围（14）内的物体的待测量的面（18）上。该设备（10）具有至少一个相机（34），该相机具有物镜组件（40）和图像传感器（46）用于采集亮度分布，该亮度分布在图像传感器（46）上由点光源（20）的反射到该待测量的面（18）上的光引起。

【技术实现步骤摘要】
用于测量表面形貌的设备和方法以及校准方法本申请是申请日为2017年4月7日、申请号为201780035577.8、国际申请号为PCT/EP2017/058412、专利技术名称为“用于测量表面形貌的设备和方法以及校准方法”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于测量物体、尤其眼镜镜片的光学有效面的形貌和/或梯度和/或曲率的方法和设备。此外，本专利技术涉及一种用于校准用于测量物体的光学有效面的形貌和/或梯度和/或曲率的设备的方法。
技术介绍
US4,998,819公开了一种用于测量物体的形貌的设备，在其中借助大量安排在球表面区段的内侧上的发光二极管在物体的表面产生反射，这些反射通过光电探测器进行采集然后进行评估。用于测量构成为眼镜镜片的物体的光学有效面的形貌和/或梯度和/或曲率的设备例如在DE102013208091A1和DE102013219838A1中进行了描述。为算出物体的空间结构，将其安排在夹持装置中。然后由大量点光源提供光，光反射到物体的光学有效面上。在用于测量形貌和/或梯度和/或曲率的设备中，通过相机采集由点光源的光引起的亮度分布并且借助计算机程序进行评估。该计算机程序针对每个借助相机采集的、物体表面上的点的光束和点光源的已知位置计算在该点上的表面法线并且由此通过积分和插补然后计算光学有效面的所需要的形貌。从DE102011010252A1中已知一种具有可移动的图像传感器的相机，该图像传感器能够在相机的光轴的方向上移位。US2006/0017720A1公布了一种用于测量光漫散射到的表面的系统，其方式为借助扫描仪用光束扫描该表面，这些光束在该表面上产生模型，然后通过相机对该模型进行采集。通过评估模型的由待测量的表面形成的形状以及扫描仪与相机之间的相对位置，然后系统就能够给出待测量的表面所需要的走向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种设备和一种方法，用于以小的相对误差精确地局部测量物体的光学有效面的形貌和/或梯度和/或曲率，例如以仅在百分比范围内的或更小的相对误差。尤其，本专利技术的目的在于，给出一种设备和一种方法，用于以至少10-2dpt的绝对精度测量光学有效面的局部曲率走向。此目的通过独立权利要求中给出的用于测量物体、尤其眼镜镜片的光学有效面的形貌和/或梯度和/或曲率的方法和设备实现，并且通过独立权利要求中给出的用于校准用于测量物体的光学有效面的形貌和/或梯度和/或曲率的设备的方法实现。本专利技术的有利的实施方式在从属权利要求中给出。在本专利技术的范围中，点光源应理解为这样的光源，即其范围如此小，即使得该光源从位于接收范围内的点看出去基本上呈现点状，也就是说，参考位于接收范围内的一个点，该光源例如仅覆盖住了尺寸ΩP≤0.5%sr或ΩP≤0.3%sr或ΩP≤0.1%sr或优选尺寸ΩP≤0.05%sr的立体角ΩP。这样的点光源能够构成为发光二极管（LED），例如构成为所谓的SMD发光二极管。然而在本专利技术的范围内中，点光源也能够构成为光导体的安排在多面体表面中的端部。但是在本专利技术的范围内中，点光源也能够为遮蔽屏中的孔，该孔对应有一个或多个背景光。在本专利技术的范围内中，点光源用于通过光点照亮待测量物体的光学有效面。本专利技术基于这样的思想，即通过采集关于物体的表面多个点的位置的信息不仅可以非常精确地算出物体的表面的曲率，还能非常精确地算出其形貌，方法是在计算机单元中通过计算机程序使用算法处理采集到的位置。在此本专利技术的一个主题思想是，使用迭代算法处理采集到的信息并且从而大大提高物体测量的测量精度。此外本专利技术的一个主题思想是，将使用迭代算法的计算转移到位于世界上任意地方的中央高性能计算机上（远程计算），以便以这种方式能够迅速地、即在数秒之内执行物体的光学有效面的形貌和/或梯度和/或曲率的测量。在本专利技术的范围内，在相应的算法中还能够使用外部的光线追踪程序，例如新思科技公司（690EastMiddlefieldRoad,MountainView,California94043USA）的CODEV®程序或者ZemaxLLC公司（10230NEPointsDr.Suite540,Kirkland,Washington(State)98033,USA）的Zemax®程序。该措施使得尤其能够减少所需的计算时间。本专利技术的一个主题思想还在于，用于处理在物体的表面的大量点上采集到的信息的迭代算法还能够转移到显卡处理器（GPU）上。该措施同样导致计算时间减少。通过将相机的图像传感器安排成可沿着穿过物镜组件的调节轴线线性移动式位移，能够实现，可通过测量测试对象非常精确地校准设备。本专利技术因此尤其能够实现以至少10-2dpt的精度测量非球面的折射能力。此外，本专利技术还能够实现凹形的和凸形的自由曲面的形貌的测量。尤其地，本专利技术能够实现在直径最大为80mm的物体尺寸的情况下平均半径介于-50mm--1000mm和+50mm-+1000mm之间的非球面透镜的测量，以及局部和整体折射能力和形貌的测量。专利技术人已经证明，通过本专利技术可行的是，在使用上述远程计算时在不超过10秒的时间间隔内测量自由曲面。根据本专利技术的在点光源中的用于测量物体的光学有效面的形貌和/或梯度和/或曲率的设备优选安排在邻接三维的半空间的二维超曲面上。与三维的半空间邻接的二维超曲面能够例如为多面体的侧面。多面体在此应理解为三维空间的子集，该子集仅邻接平坦的面、即平面。多面体能够例如为是钝角二十面体、立方体、十二面体、二十面体、具有圆柱结构的7角截锥体、具有圆柱中间结构的6角截锥体或具有不同节距的第二截锥体的9角锥体。点光源在此优选至少部分地构成为发光二极管。本专利技术的一个主题思想还在于，针对点光源为支架结构设置一个或多个电路板。在当前情况下，电路板、也称印刷电路板应理解为构成为板状载体的平面组件，用于容纳电气和/或电子部件。在这样的平面组件上，这些部件可以自由地布线或在优选的实施方式中连接至以电绝缘材料牢固粘附的导电连接中。该平面组件的板状载体可例如由材料FR2、FR3、CEM1、CEM3或FR4制成。以SMD形式的发光二极管可以用自动贴装机安装在电路板上。在此，自动贴装机使得可以在电路板上按照定义以这样的定位精度定位发光二极管，即定位精度处于从0.001mm到0.01mm的范围内并且例如可以使用CAD程序精确指定。物镜组件以适宜的方式具有光轴，该光轴与调节轴线齐平。在此，物镜组件的光轴应理解为物镜组件的光学元件的折射光的面的曲率中心点的连接线。通常，光轴是光学组件的光学元件的对称轴线。根据本专利技术的设备能够具有安排在接收范围与物镜组件之间的透镜、优选场透镜，该透镜的折射能力为正或为负。在当前情况下，场透镜这一概念应理解为聚光透镜，其作用在于使由点光源发出的光在待测量的物体的光学有效面上的参考表面法线的入射角变得更陡。从而可以实现，还能够以高精度确定待测量的物体的光学有效凹面的形貌。有利的是，透镜、优选场透镜也具有与物镜组件的光轴齐平的光轴，即与透镜组件的光轴重合的对称轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量物体（12）的光学有效面（18）的形貌和/或梯度和/或曲率的设备（10）；/n具有用于照亮该面（18）的多个点光源（20），并且/n具有至少一个相机（34），该相机具有物镜组件（40）和图像传感器（46）用于采集亮度分布，该亮度分布在图像传感器（46）上由多个点光源（20）的在该面（18）上反射的光引起；/n其特征在于，/n该相机（34）的该图像传感器（46）沿着穿过该物镜组件（40）的调节轴线（52）能够线性移动式位移地安排；/n其中设置有用于确定该图像传感器（46）在该调节轴线（52）上的位置的器件；并且其中/n设置有补偿器件，其用于基于沿着该调节轴线（52）依赖于该图像传感器（46）在该调节轴线（52）上的位置的位移补偿借助该图像传感器（56）所采集的亮度分布的光斑（57）的x、y漂移。/n

【技术特征摘要】
20160408 DE 102016106535.81.一种用于测量物体（12）的光学有效面（18）的形貌和/或梯度和/或曲率的设备（10）；
具有用于照亮该面（18）的多个点光源（20），并且
具有至少一个相机（34），该相机具有物镜组件（40）和图像传感器（46）用于采集亮度分布，该亮度分布在图像传感器（46）上由多个点光源（20）的在该面（18）上反射的光引起；
其特征在于，
该相机（34）的该图像传感器（46）沿着穿过该物镜组件（40）的调节轴线（52）能够线性移动式位移地安排；
其中设置有用于确定该图像传感器（46）在该调节轴线（52）上的位置的器件；并且其中
设置有补偿器件，其用于基于沿着该调节轴线（52）依赖于该图像传感器（46）在该调节轴线（52）上的位置的位移补偿借助该图像传感器（56）所采集的亮度分布的光斑（57）的x、y漂移。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该物镜组件（40）具有与该调节轴线（52）齐平的光轴（42）。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于用于将该待测量的物体（12）安排在接收范围（14）内贴靠在该物体（12）上的接触部上的设备（16）。


4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于提供光的多个点光源（20），该光在安排在该接收范围内的物体（12）的待测量的面（18）上被反射。


5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于计算机单元（56），其具有计算机程序和存储器，该计算机程序存储在该存储器上，其中该计...

【专利技术属性】
技术研发人员：L奥姆洛尔，C格拉泽纳普，
申请(专利权)人：卡尔蔡司股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE