DD252119A1 - ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE SURFACES OF OBJECTS BY MEANS OF MORETECHNOLOGY - Google Patents

Abstract

Anordnung zur Bestimmung der Oberflaechengestalt von Objekten, vorzugsweise fuer Objekte mit spiegelnden oder transparenten Oberflaechen, besonders zur Untersuchung der Verformung der Augenhornhaut, bestehend aus einem auf die Oberflaeche projizierten Projektionsgitter sowie einem im Strahlengang einer Beobachtungs- und/oder Auswerteeinheit angeordneten Referenzgitter, wobei auf der Oberflaeche eine fluoreszierende Schicht vorgesehen ist, im Projektionsstrahlengang ein Bandpassfilter mit einem Durchlassbereich, der im wesentlichen der Anregungswellenlaenge der fluoreszierenden Schicht entspricht sowie im Strahlengang des Referenzgitters ein Bandpassfilter mit einem Durchlassbereich, der im wesentlichen der Wellenlaenge der Fluoreszenzstrahlung entspricht, angeordnet sind. Fig. 1Arrangement for determining the surface shape of objects, preferably for objects with specular or transparent surfaces, in particular for examining the deformation of the cornea, consisting of a projection grating projected onto the surface and a reference grating arranged in the beam path of an observation and / or evaluation unit, wherein on the A fluorescent layer is provided in the projection beam path, a bandpass filter having a passband substantially corresponding to the excitation wavelength of the fluorescent layer and in the beam path of the reference grating, a bandpass filter having a passband substantially corresponding to the wavelength of the fluorescence radiation are arranged. Fig. 1

Description

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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung ist bei der Untersuchung von gekrümmten, insbesondere konvexen, spiegelnd reflektierenden oder transparenten Oberflächen, speziell bei der Untersuchung der Hornhaut des Auges, anwendbar.The invention is applicable to the examination of curved, in particular convex, specularly reflecting or transparent surfaces, especially in the examination of the cornea of the eye.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bereits bekannt (DE-AS 2 139 836), durch interferometrische Anordnungen polierte transparente und spiegelnde Oberflächen mit hoher Genauigkeit auszumessen.It is already known (DE-AS 2 139 836) to measure by means of interferometric arrangements polished transparent and reflective surfaces with high accuracy.

Dabei werden bei Höhenunterschieden von einigen Wellenlängen über einige Millimeter Breite leicht interpretierbare Ergebnisse geliefert. Meßanordnungen dieser Art sind mit hohen Anforderungen an die mechanische Stabilität des gesamten Aufbaus und an die optische Güte der zu untersuchenden Oberflächen verbunden. Für Messungen der Größenordnung 0,1 mm bei Feldgrößen von 10 mm und mehr, wie z. B. bei der Untersuchung der Augenhornhaut, sind sie durch die hohe Interferenzliniendichte kaum geeignet, zumal die Größenordnungen der nachzuweisenden Höhenunterschiede der Augenhornhaut im Bereich von 3-4 mmEasily interpretable results are obtained for differences in height of a few wavelengths over a few millimeters in width. Measuring arrangements of this type are associated with high demands on the mechanical stability of the entire structure and on the optical quality of the surfaces to be examined. For measurements of the order of 0.1 mm for field sizes of 10 mm and more, such. As in the investigation of the cornea, they are hardly suitable due to the high interference line density, especially since the magnitudes of the detected differences in height of the cornea in the range of 3-4 mm

liegen kann. .can lie. ,

Außerdem bedingen interferometrische Anodnungen, sofern sie nicht mit aufwendigen Laserlichtquellen arbeiten, einen sehr kleinen Untersuchungsabstand zum untersuchten Objekt und einen komplizierten Aufbau.In addition, interferometric arrangements, if they do not work with complex laser light sources, require a very small examination distance to the examined object and a complicated structure.

Weiterhin ist es bekannt (WP 228 089), zur Untersuchung der Oberflächengestalt Moireverfahren anzuwenden, die je nach Bedarf, Höhenauflösungen von einigen um bis in den Zentimeterbereich, realisieren.Furthermore, it is known (WP 228 089), to investigate the surface shape moire method to apply, depending on the needs, height resolutions of some in the centimeter range realize.

Es sind jedoch keine technischen Lösungen bekannt, die es ermöglichen, auf einer transparenten bzw. spiegelnden, insbesondere stark gekrümmten Oberfläche Moiremuster sichtbar zu machen.However, there are no known technical solutions that make it possible to visualize moire patterns on a transparent or reflecting, in particular strongly curved surface.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine einfache Anordnung zu realisieren, die, vorzugsweise im Augenhornhautbereich, Verformungen im mm-Bereich sichtbar macht.The aim of the invention is to realize a simple arrangement, which, preferably in the cornea area, makes visible deformations in the mm range.

Darlegung des Wesen der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist eine Anordnung zur Bestimmung der Oberflächengestalt von Objekten mittels Moiretechnik, die auf spiegelnden und transparenten Oberflächen ggf. geringer Güte anwendbar ist und eine einfache, optische Fehler ausschaltende, visuelle oder automatische Auswertung ermöglicht.The object of the invention is an arrangement for determining the surface shape of objects by moiré technique, which is applicable to reflective and transparent surfaces possibly low quality and allows a simple, optical error ausschaltende, visual or automatic evaluation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zur Bestimmung der Oberflächengestalt von Objekten, vorzugsweise für Objekte mit spiegelnden oder transparenten Oberflächen, besonders zur Untersuchung der Gestalt der Augenhornhaut, bestehend aus einem auf die Oberfläche projizierten Projektionsgitter sowie einem im Strahlengang einer Beobachtungs- und/oder Auswerteeinheit angeordneten Referenzgitter, wobei auf der Oberfläche eine fluoreszierende Schicht vorgesehen ist, im Projektionsstrahlengang ein Bandpaßfilter mit einem Durchlaßbereich, der im wesentlichen der Anregungswellenlänge der fluoreszierenden Schicht entspricht sowie im Strahlengang des Referenzgitters ein Bandpaßfilter mit einem Durchlaßbereich, der im wesentlichen der Wellenlänge der Fluoreszenzstrahlung entspricht, angeordnet sind, gelöst.The object is achieved by an arrangement for determining the surface shape of objects, preferably for objects with specular or transparent surfaces, especially for examining the shape of the cornea, consisting of a projection grid projected onto the surface and one in the beam path of an observation and / or evaluation unit arranged reference grid, wherein on the surface a fluorescent layer is provided, in the projection beam path a bandpass filter having a passband substantially corresponding to the excitation wavelength of the fluorescent layer and in the beam path of the reference grating a bandpass filter having a passband substantially corresponding to the wavelength of the fluorescence radiation, are arranged, solved.

Bei der Untersuchung zu polierender Oberflächen ist es günstig, die fluoreszierende Substanz dem Poliermittel beizufügen.In the investigation of surfaces to be polished, it is convenient to add the fluorescent substance to the polishing agent.

Die Erfindung bewirkt eine mögliche Untersuchung spiegelnder und transparenter Oberflächen, ohne schädigende Nebenwirkungen, wie z. B. Beeinträchtigung der optischen Güte von polierten Oberflächen bzw. eine Beschädigung der Augenhornhaut.The invention causes a possible investigation of reflective and transparent surfaces, without damaging side effects, such. B. impairment of the optical quality of polished surfaces or damage to the cornea.

Durch die Trennung von Anregungs- und Fiuoreszenzlicht mittels der eingesetzten Filter wird eine kontrastreiche Darstellung der Höhenlinien gewährleistet.The separation of excitation and fluorescent light by means of the filters used ensures a high-contrast representation of the contour lines.

Ausführungsbeispielembodiment

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Moire-Mustern auf z. B. spiegelnd durchsichtigen Flächen. Eine Einzelheit aus Figur 1 ist in Figur 2 dargestellt und zeigt die wirksame Fluoreszenzschichtauf dem Objekt.FIG. 1 shows a device for generating moiré patterns on z. B. specular transparent surfaces. A detail of Figure 1 is shown in Figure 2 and shows the effective fluorescent layer on the object.

Die Vorrichtung in Figur 1 weist zwei Strahlengänge auf. Im ersten Strahlengang stellt 1 eine Lichtquelle dar, 2 und 6 sind Objektive, 3 ist ein spezielles Farbfilter und 4 ein periodisch strukturiertes Objekt, das Primärgitter. 5 stellt eine um die Achse A (senkrecht zur Päpierebene) schwenkbare' planparallele Glasplatte dar (gemäß WP 228 089). 7 ist das zu untersuchende Objekt, es wird in Figur 2 als Einzelheit dargestellt.The device in Figure 1 has two beam paths. In the first beam path 1 represents a light source, 2 and 6 are lenses, 3 is a special color filter and 4 is a periodically structured object, the primary grating. FIG. 5 shows a plane-parallel glass plate pivotable about the axis A (perpendicular to the plane of the paper) (according to WP 228 089). 7 is the object to be examined, it is shown as a detail in FIG.

Im zweiten Strahlengang sind 8 und 11 Objektive, 9 ein periodisch strukturiertes Objekt, das Referenzgitter, welches dem Primärgitter gleicht, 10 ein spezielles Farbfilter und 12 das Auge des Beobachters.In the second beam path are 8 and 11 lenses, 9 a periodically structured object, the reference grid, which is similar to the primary grid, 10 a special color filter and 12 the eye of the observer.

Die Lichtquelle 1 beleuchtet Gitter 4 und wird in das Objektiv 6 abgebildet. Das Objektiv 6 bildet das Primärgitter 4 auf das zu untersuchende Objekt 7 ab, welches erfindungsgemäß mit einer Schicht aus einer fluoreszierenden Flüssigkeit oder eines fluoreszierendes Lackes bedeckt ist. Im Beobachtungsstrahlengang werden die durch die Oberflächengestalt des Objektes beeinflußten Gitterlinien (oder die Linien einer anderen periodischen Struktur) auf das Referenzgitter 9 abgebildet. Der Beobachter 12 betrachtet mittels des Objektives 11 die auf dem Referenzgitter entstandene Moire-Figur.The light source 1 illuminates grid 4 and is imaged in the lens 6. The objective 6 images the primary grating 4 onto the object 7 to be examined, which according to the invention is covered with a layer of a fluorescent liquid or a fluorescent lacquer. In the observation beam path, the grid lines influenced by the surface shape of the object (or the lines of another periodic structure) are imaged onto the reference grid 9. The observer 12, by means of the objective 11, observes the moiré figure created on the reference grid.

Figur 2 zeigt eine Einzelheit aus Figur 1. 7 ist ein Schnitt durch ein Objekt mit einer z. B. transparenten oder spiegelnd reflektierenden Oberfläche. 7 a stellt den erfindungsgemäß aufgebrachten Film einer fluoreszierenden Flüssigkeit oder eines fluoreszierenden Lackes dar.Figure 2 shows a detail of Figure 1. Figure 7 is a section through an object with a z. B. transparent or specular reflective surface. FIG. 7 a represents the film of a fluorescent liquid or a fluorescent lacquer applied according to the invention. FIG.

7b sind die Stellen, die durch Abbildung des Primärgitters beleuchtet werden. Dabei erfolgt die Abbildung unter Verwendung des Filters 3 mit dem Licht der Wellenlänge λι + AA₁, welche die Flüssigkeit oder den Lack 7 a zur Fluoreszenz und damit zur Emission von Licht der Wellenlänge A₂ anregt. Die Filter sind so angewählt, daß A₁ + AA₁ < A₂ - Δλ₂ ist. Dadurch unterscheiden sich die beleuchteten Stellen 7b stark in der Intensität und Wellenlänge des emittierten Lichtes, die auf das Objekt projizierte periodische Struktur wird sichtbar (Bild des Primärgitters). Bei Abbildung dieses auf dem Objekt entstehenden, mit der Fluoreszenzwellenlänge beleuchteten Bildes des Primärgitters 4 auf das Referenzgitter 9, werden Moire-Streifen erzeugt, welche Höhenlinien über der Objektoberfläche sind.7b are the places illuminated by picture of the primary grid. In this case, the imaging is performed using the filter 3 with the light of the wavelength λι + AA ₁ , which excites the liquid or the paint 7 a for fluorescence and thus for the emission of light of wavelength A ₂ . The filters are chosen so that A ₁ + AA ₁ <A ₂ - Δλ ₂ . As a result, the illuminated areas 7b differ greatly in the intensity and wavelength of the emitted light, the periodic structure projected onto the object becomes visible (image of the primary grid). By imaging this image of the primary grating 4, which is produced on the object and illuminated by the fluorescence wavelength, onto the reference grating 9, moire fringes are produced which are contour lines above the object surface.

Die Auswertung der Moire-Figur kann visuell durch Abzählen der Ringe und Beurteilung ihrer Gestalt unmittelbar oder nach fotografischer Aufnahme erfolgen. In einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Methode wird die Moire-Figur auf einen lichteiektrischen Bildempfänger, vorzugsweise eine CCD-Matrix abgebildet und aus den gemessenen Daten wird in an sich bekannter Weise durch rechentechnische Bearbeitung die analytische Darstellung der Objekttopologie gewonnen. In einer anderen Ausführungsform wird als Empfänger eine CCD-Zeile verwendet und das Bild des Moire-Musters optisch um eine durch die Zeilenmitte gehende Achse gedreht.The evaluation of the Moire figure can be done visually by counting the rings and judging their shape immediately or after taking a photograph. In a further development of the apparatus and method according to the invention, the Moire figure is imaged onto a light-image receiver, preferably a CCD matrix, and the analytical representation of the object topology is obtained from the measured data in a manner known per se by computational processing. In another embodiment, a CCD line is used as the receiver and the image of the moiré pattern is optically rotated about an axis passing through the middle of the line.

Claims (2)

- 1 - ί,Όί. Ι 1Ό - 1 - ί, Όί. Ι 1 Ό Patentanspruch:Claim: 1. Anordnung zur Bestimmung der Oberflächengestalt von Objekten, vorzugsweise für Objekte mit spiegelnden oder transparenten Oberflächen, besonders zur Untersuchung der Gestalt der Augenhornhaut, bestehend aus einem auf die Oberfläche projizierten Projektionsgitter sowie einem im Strahlengang einer Beobachtungs- und/oder Auswerteeinheit angeordneten Referenzgitter, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche eine fluoreszierende Schicht vorgesehen ist, im Projektionsstrahlengang ein Bandpaßfilter mit einem Durchlaßbereich, der im wesentlichen der Anregungswellenlänge der fluoreszierenden Schicht entspricht sowie im Strahlengang des Referenzgitters ein Bandpaßfilter mit einem Durchlaßbereich, der im wesentlichen der Wellenlänge der Fluoreszenzstrahlung entspricht, angeordnet sind.1. Arrangement for determining the surface shape of objects, preferably for objects with specular or transparent surfaces, especially for examining the shape of the cornea, consisting of a projection grid projected onto the surface and a reference grating arranged in the beam path of an observation and / or evaluation unit characterized in that a fluorescent layer is provided on the surface, in the projection beam path a bandpass filter having a passband substantially corresponding to the excitation wavelength of the fluorescent layer and in the beam path of the reference grating a bandpass filter having a passband substantially corresponding to the wavelength of the fluorescence radiation arranged are. 2. Anordnung nach Anspruch 1, zur Bestimmung der Oberflächengestalt zu polierender Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die fluoreszierende Substanz Bestandteil des Poliermittels ist.2. Arrangement according to claim 1, for determining the surface shape to be polished surfaces, characterized in that the fluorescent substance is part of the polishing agent.