DE102017213248A1 - Method for the structural analysis of a target object and corresponding device - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung zeigt ein Verfahren zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts (1404), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Durchleuchten (S01) eines Volumenhologramms (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) mit einem einfallenden Lichtfeld (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) zum Erzeugen eines gebeugten Lichtfeldes (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423), Beleuchten (S02) des Zielobjekts (1404) mit zumindest einem Teil des gebeugten Lichtfelds (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) zum Erzeugen eines Musters auf dem beleuchteten Zielobjekt (1404), Aufnehmen (S03) von optischen Messdaten (1430) des beleuchteten Zielobjektes (1404), und Ableiten (S04) von Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes (1404) basierend auf den optischen Messdaten (1430). Ferner zeigt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung (1400) zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts (1404).

The present invention shows a method for the structural analysis of a target object (1404), the method comprising the following steps: screening (S01) a volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) having an incident light field (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) for generating a diffracted light field (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423), illuminating ( S02) of the target object (1404) with at least part of the diffracted light field (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) for generating a pattern on the illuminated target object (1404), taking (S03) optical measurement data (1430 ) of the illuminated target object (1404), and deriving (S04) statements about structural properties of the target object (1404) based on the optical measurement data (1430). Further, the present invention features a device (1400) for structural analysis of a target object (1404).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts und eine entsprechende Vorrichtung.The present invention relates to a method for the structural analysis of a target object and a corresponding device.

Technischer HintergrundTechnical background

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der optischen Messtechnik. Wenngleich andere Anwendungen denkbar sind, werden die Erfindung und die einschlägigen technischen Probleme im Zusammenhang mit der optischen 3D-Messtechnik beschrieben. Eine Aufgabe der 3D-Messtechnik ist es, die dreidimensionale Struktur eines Objektes zu messen und rechnerisch zu rekonstruieren.The present invention relates to the technical field of optical metrology. Although other applications are conceivable, the invention and the pertinent technical problems associated with 3D optical metrology will be described. One of the tasks of 3D metrology is to measure and reconstruct the three-dimensional structure of an object.

Verschiedene Verfahren zur Erfassung der dreidimensionalen Struktur von Oberflächen sind bereits bekannt. Beispielweise ist aus dem Stand der Technik das Verfahren der strukturierten Beleuchtung bzw. aktiven Triangulation bekannt.Various methods for detecting the three-dimensional structure of surfaces are already known. For example, the method of structured illumination or active triangulation is known from the prior art.

Die Triangulation ist ein Verfahren der Messtechnik. In einem einfachen Beispiel für die Triangulation wird durch Messung zweier Winkel auf die Position eines Objektpunktes geschlossen. Die Winkel werden von zwei Positionen aus gemessen. Die Position des Objektpunktes wird in Relation zu einer Verbindungslinie der Punkte, genannt Basislinie, bestimmt. Historisch wurde das Verfahren der Triangulation auch zur Vermessung von Land in der Geodäsie eingesetzt. Bei der aktiven Triangulation wird ein Objekt dabei mit einem Muster beleuchtet.Triangulation is a measurement technique. In a simple example of triangulation, the position of an object point is closed by measuring two angles. The angles are measured from two positions. The position of the object point is determined in relation to a connecting line of the points called baseline. Historically, the method of triangulation has also been used to survey land in geodesy. In active triangulation, an object is illuminated with a pattern.

Der Stand der Technik bringt jedoch Eigenschaften mit sich, die nachteilig sein können. Die bekannten Verfahren sind häufig nicht sehr flexibel und lassen sich nicht sehr vielfältig einsetzen und optimal an die Anwendungssituation anpassen. Viele der bekannten Lösungen sind teuer und mechanisch sehr komplex. Schnelle Musteranpassungen und -wechsel sind häufig nicht möglich, wodurch die Verfahren des Standes der Technik nicht zeiteffizient eingesetzt werden können.The prior art, however, entails properties that may be detrimental. The known methods are often not very flexible and can not be used very varied and optimally adapted to the application situation. Many of the known solutions are expensive and mechanically very complex. Fast pattern adjustments and changes are often not possible, whereby the prior art methods can not be used time efficiently.

Die vorliegende Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Stand der Technik im Hinblick auf diese Eigenschaften zu verbessern.The present invention has set itself the task of improving the state of the art in terms of these properties.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The present invention provides a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 9.

Demgemäß ist ein Verfahren zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Durchleuchten eines Volumenhologramms mit einem einfallenden Lichtfeld zum Erzeugen eines gebeugten Lichtfeldes, Beleuchten des Zielobjekts mit zumindest einem Teil des gebeugten Lichtfelds zum Erzeugen eines Musters auf dem beleuchteten Zielobjekt, Aufnehmen von optischen Messdaten des beleuchteten Zielobjektes und Ableiten von Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes basierend auf den optischen Messdaten.Accordingly, there is provided a method of structural analysis of a target object, the method comprising the steps of: scanning a volume hologram with an incident light field to produce a diffracted light field, illuminating the target object with at least a portion of the diffracted light field to produce a pattern on the illuminated target object , Recording optical measurement data of the illuminated target object and deriving statements about structural properties of the target object based on the optical measurement data.

Demgemäß ist außerdem eine Vorrichtung zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts vorgesehen, mit: mindestens einem Projektor mit mindestens einer Lichtquelle, welche dazu ausgebildet ist, ein Lichtfeld zu erzeugen, und einem Volumenhologramm, welches dazu ausgebildet ist, das von der Lichtquelle erzeugte Lichtfeld zu beugen, und mindestens einem Bildsensor, welche dazu ausgebildet ist, optische Messdaten des mit dem gebeugten Lichtfeld beleuchteten Zielobjektes aufzunehmen, und einer Auswertungseinheit, welche dazu ausgebildet ist, aus den durch den mindestens einen Bildsensor aufgenommenen optischen Messdaten Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes abzuleiten.Accordingly, there is also provided an apparatus for structural analysis of a target object comprising: at least one projector having at least one light source adapted to generate a light field and a volume hologram configured to diffract the light field generated by the light source; and at least one image sensor, which is designed to record optical measurement data of the target object illuminated by the diffracted light field, and an evaluation unit, which is designed to derive statements about structural properties of the target object from the optical measurement data recorded by the at least one image sensor.

Erfindungsgemäß wird ein Volumenhologramm mit einem einfallenden Lichtfeld durchleuchtet. Das Volumenhologramm ist ein Hologramm, dessen Dicke ebenfalls zur Speicherung des holografischen Bildes genutzt wird. Im Gegensatz zu einem Flächenhologramm, bei welchem hierzu eine zweidimensionale Struktur zum Einsatz kommt, werden bei einem Volumenhologramm sämtliche drei Raumdimensionen genutzt. Mit anderen Worten ist ein Volumenhologramm ein optisches Element, welches sich durch eine dreidimensionale Modulation optischer Eigenschaften innerhalb des Substratkörpers auszeichnet. Beispielsweise können Brechungsindex, Absorptionsgrad oder Reflexionsgrad moduliert sein. Die Struktur der Modulation ist dabei dreidimensional ausgebildet. Das heißt, für jeden Punkt des dreidimensionalen Körpers, dessen Ort durch eine Raumkoordinate in drei Dimensionen beschrieben werden kann, kann eine solche Modulationseigenschaft anders eingestellt sein.According to the invention, a volume hologram is transilluminated with an incident light field. The volume hologram is a hologram whose thickness is also used to store the holographic image. In contrast to a surface hologram, in which a two-dimensional structure is used for this purpose, in a volume hologram all three spatial dimensions are used. In other words, a volume hologram is an optical element which is characterized by a three-dimensional modulation of optical properties within the substrate body. For example, refractive index, degree of absorption or reflectance can be modulated. The structure of the modulation is formed in three dimensions. That is, for each point of the three-dimensional body whose location can be described by a space coordinate in three dimensions, such a modulation property may be set differently.

Beim Durchleuchten des Volumenhologramms mit dem einfallenden Lichtfeld fällt das Lichtfeld auf das Volumenhologramm ein, wobei das Lichtfeld am Volumenhologramm gebeugt wird. Es entsteht ein gebeugtes Lichtfeld. In einer möglichen Ausführungsform ist das einfallende Lichtfeld das Strahlungsfeld eines Lasers, es können aber auch andere einfallende Lichtfelder in Betracht kommen, welche aus anderen Lichtquellen herrühren, welche mono- oder polychromatisch emittieren können. Beispielsweise kommen Lichtfelder von Laserdioden, Leuchtdioden, Lampen, Leuchtstoffröhren oder anderweitigen Leuchtmitteln in Betracht. Insbesondere können jedoch Lichtfelder von Lichtquellen mit einem schmalbandigen Spektrum und hoher zeitlicher und/oder örtlicher Kohärenz zum Einsatz gebracht werden. Durch den Einsatz von schmalbandigem Licht können insbesondere durch entsprechende Bandpassfilterung seitens der Kamera Störeffekte durch Umgebungslicht minimiert werden.When the volume hologram is illuminated with the incident light field, the light field is incident on the volume hologram, with the light field being diffracted at the volume hologram. The result is a diffracted light field. In one possible embodiment, the incident light field is the radiation field of a laser, but other incident light fields can also be considered, which originate from other light sources which can emit monochromatically or polychromatically. For example, light fields of laser diodes, LEDs, lamps, fluorescent tubes or other bulbs come into consideration. In particular, however, light fields of light sources with a narrow-band spectrum and high temporal and / or spatial coherence can be used. Through the use of narrow-band light, interference effects due to ambient light can be minimized, in particular by appropriate band-pass filtering by the camera.

Das Zielobjekt wird mit zumindest einem Teil des gebeugten Lichtfelds beleuchtet, wodurch ein Muster auf dem beleuchteten Zielobjekt erzeugt wird.The target object is illuminated with at least a portion of the diffracted light field, thereby producing a pattern on the illuminated target object.

Schließlich werden optische Messdaten des beleuchteten Zielobjekts aufgenommen. Dies kann durch eine oder mehrere Kameras realisiert werden. Da die optischen Messdaten am beleuchteten Zielobjekt aufgenommen werden, ist auch das Muster in den optischen Messdaten enthalten.Finally, optical measurement data of the illuminated target object is recorded. This can be realized by one or more cameras. Since the optical measurement data are recorded on the illuminated target object, the pattern is also included in the optical measurement data.

Danach werden Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes basierend auf den optischen Messdaten hergeleitet. So können beispielsweise aus den optischen Messdaten verschiedene Arten von Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes hergeleitet werden wie beispielsweise über eine dreidimensionale äußere Struktur des Zielobjektes oder die Oberflächenbeschaffenheit des Zielobjektes. Dies ist insbesondere möglich, wenn diese mit den bekannten Informationen über das gebeugte Lichtfeld und das Muster kombiniert werden. Dies sind jedoch lediglich Beispiele. Da die aufgenommenen optischen Messdaten Informationen über das gebeugte Lichtfeld als auch über die Wechselwirkung des Zielobjektes mit dem gebeugten Lichtfeld enthalten, sind eine Vielzahl an verschiedenen Arten von Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes denkbar.Then statements about structural properties of the target object are derived based on the optical measurement data. Thus, for example, different types of statements about structural properties of the target object can be derived from the optical measurement data, such as, for example, a three-dimensional outer structure of the target object or the surface texture of the target object. This is especially possible when combined with the known information about the diffracted light field and the pattern. These are just examples. Since the recorded optical measurement data contain information about the diffracted light field as well as about the interaction of the target object with the diffracted light field, a large number of different types of statements about structural properties of the target object are conceivable.

Die Idee der vorliegenden Erfindung bietet eine kompakt realisierbare, lichteffiziente, vielfältig einsetzbare und leicht anpassbare, kostengünstige Musterprojektion mit geringer mechanischer Komplexität, die vielseitige, zweckangepasste Muster und schnelle Musterfolgen bereitstellt. Insbesondere können durch den einfachen und kompakten Aufbau, die leichte Handhabung und die Möglichkeit für zahlreiche vielseitige Muster sowohl effiziente Messungen durchgeführt werden als auch unnötige Ausfallzeiten, welche durch eine Rekonfiguration der Apparatur zwischen Messungen, beispielsweise für einen Musterwechsel, bedingt sind, minimiert werden. Dies sind lediglich einige der Vorteile der vorliegenden Erfindung, viele weitere Vorteile sind denkbar.The idea of the present invention provides a compact, light efficient, versatile, and easily adaptable low cost, low mechanical complexity pattern projection that provides versatile, purpose-adapted patterns and fast pattern sequences. In particular, the simple and compact design, ease of use, and the potential for many versatile patterns can both make efficient measurements and minimize unnecessary downtime caused by device reconfiguration between measurements, such as pattern swapping. These are but a few of the advantages of the present invention, many more advantages are conceivable.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.

Gemäß einer Weiterbildung können die Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes Aussagen über die dreidimensionale Struktur einer Oberfläche des Zielobjektes aufweisen. Demgemäß kann außerdem die Auswertungseinheit dazu ausgebildet sein, Aussagen über die dreidimensionale Struktur einer Oberfläche des Zielobjektes abzuleiten.According to a development, the statements about structural properties of the target object can have statements about the three-dimensional structure of a surface of the target object. Accordingly, in addition, the evaluation unit can be designed to derive statements about the three-dimensional structure of a surface of the target object.

Beispielsweise werden diese Aussagen durch die Verzerrung des Musters, welche durch die dreidimensionale Struktur der Oberfläche des Zielobjektes bedingt ist, hergeleitet.For example, these statements are derived by the distortion of the pattern, which is due to the three-dimensional structure of the surface of the target object.

Insbesondere können hierbei besonders gestaltete Bereiche des Musters identifiziert werden. Diese Bereiche können dann am verzerrten Muster identifiziert und mit Soll-Werten verglichen werden. Diese Soll-Werte beschreiben die Positionen der besonders gestalteten Bereiche für das unverzerrte Muster und sind beispielsweise im Zusammenhang mit dem Muster bekannt oder ergeben sich aus der Regelmäßigkeit des Musters.In particular, in this case, specially designed regions of the pattern can be identified. These areas can then be identified on the distorted pattern and compared to target values. These target values describe the positions of the specially designed areas for the undistorted pattern and are known, for example, in connection with the pattern or result from the regularity of the pattern.

Die besonders gestalteten Bereiche können Musterelemente wie Punkte oder Linien sein, aber auch andere geeignete helle oder dunkle Strukturen des Musters können hierzu benutzt werden.The specially designed areas may be pattern elements such as dots or lines, but other suitable light or dark patterns of the pattern may be used.

Beispielsweise kann so ein 3D-Modell einer Oberfläche des Zielobjektes erstellt werden. Es sind aber Alternativen hierzu denkbar. So kann gemäß eines anderen Beispiels eine zweidimensionale Karte einer Oberfläche erstellt werden, in welcher Tiefeninformationen gespeichert werden.For example, such a 3D model of a surface of the target object can be created. But there are alternatives conceivable. Thus, according to another example, a two-dimensional map of a surface may be created in which depth information is stored.

Alternativ zur dreidimensionalen Struktur können die Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes auch beispielsweise Aussagen über eine zwei- oder vierdimensionale Struktur aufweisen, wobei letztere dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zusätzlich eine zeitliche Entwicklung einbezieht.Alternatively to the three-dimensional structure, the statements about structural properties of the target object can also have, for example, statements about a two- or four-dimensional structure, the latter being characterized in that it additionally includes a temporal development.

Das Volumenhologramm kann das einfallende Lichtfeld im ersten Verfahrensschritt derart beugen, dass das Muster, welches auf dem beleuchteten Zielobjekt erzeugt wird, für das Ableiten der gewünschten Aussagen über das Zielobjekt in besonders guter Weise geeignet ist. Beispielsweise können die Muster so gewählt werden, dass sie besonders viele besonders gestaltete Bereiche aufweisen, die leicht identifiziert werden können. Beispielsweise können so die gewonnenen Aussagen über die dreidimensionale Struktur besonders genau sein und die Ungenauigkeit durch Messfehler kann minimiert werden.The volume hologram can bend the incident light field in the first method step in such a way that the pattern which is generated on the illuminated target object is particularly well suited for deriving the desired statements about the target object. For example, the patterns may be chosen to have particularly many specially designed areas that can be easily identified. For example, the information obtained about the three-dimensional structure can thus be particularly accurate, and the inaccuracy due to measurement errors can be minimized.

Zum Beispiel kann das erzeugte Muster ein Punktmuster, ein Linienmuster oder ein flächiges Muster sein, aber auch andere Muster können je nach spezifischer Anwendung vorteilhaft sein. For example, the generated pattern may be a dot pattern, a line pattern, or a two-dimensional pattern, but other patterns may also be advantageous depending on the specific application.

Beispielsweise ist es auch möglich, mehrere Aufnahmen eines Zielobjektes aus unterschiedlichen Richtungen aufzunehmen. Dazu kann zum Beispiel das Zielobjekt gedreht werden. Ein größerer Teil der Oberfläche des Zielobjektes kann so analysiert werden. So kann beispielsweise auch ein 3D-Modell erzeugt werden, welches größere Teile des Zielobjektes oder gar das ganze Zielobjekt umfasst.For example, it is also possible to record multiple shots of a target object from different directions. For this purpose, for example, the target object can be rotated. A larger part of the surface of the target object can thus be analyzed. Thus, for example, a 3D model can be generated, which includes larger parts of the target object or even the entire target object.

Gemäß einer Weiterbildung können die Aussagen basierend auf einem Triangulationsverfahren, insbesondere einer aktiven Triangulation, abgeleitet werden. Demgemäß kann außerdem die Auswertungseinheit dazu ausgebildet sein, die Aussagen durch Triangulation, insbesondere aktive Triangulation, abzuleiten. According to a development, the statements can be derived based on a triangulation method, in particular an active triangulation. Accordingly, the evaluation unit can also be designed to derive the statements by triangulation, in particular active triangulation.

Die Triangulation ist ein Verfahren der Messtechnik. In einem einfachen Beispiel für die Triangulation wird durch Messung zweier Winkel auf die Position eines Objektpunktes geschlossen. Die Winkel werden von zwei Positionen aus gemessen. Die Position des Objektpunktes wird in Relation zu einer Verbindungslinie der Punkte, genannt Basislinie, bestimmt.Triangulation is a measurement technique. In a simple example of triangulation, the position of an object point is closed by measuring two angles. The angles are measured from two positions. The position of the object point is determined in relation to a connecting line of the points called baseline.

Bei der aktiven Triangulation wird ein Objekt dabei mit einem Muster beleuchtet. In einem einfachen Beispiel für die aktive Triangulation bildet der Musterprojektor dabei den ersten Endpunkt der Basislinie und ein Bildsensor den zweiten Endpunkt der Basislinie.In active triangulation, an object is illuminated with a pattern. In a simple example of active triangulation, the pattern projector forms the first endpoint of the baseline and an image sensor the second endpoint of the baseline.

So reicht insbesondere eine einzelne Winkelmessung seitens des Bildsensors, sofern die Emissionswinkel des Musterprojektors bekannt sind und korrekt zugeordnet werden können, um die räumliche Position von einem oder mehreren Messpunkten zu bestimmen. Es können aber auch mehrere Messungen, beispielweise aus unterschiedlichen Winkeln heraus, vorgenommen werden.In particular, a single angle measurement by the image sensor is sufficient if the emission angles of the pattern projector are known and can be correctly assigned in order to determine the spatial position of one or more measurement points. However, it is also possible to make several measurements, for example from different angles.

Das Grundprinzip des Verfahrens der Triangulation wird im Folgenden anhand eines einfachen zweidimensionalen Beispiels erklärt. Bei einem allgemeinen Triangulationsverfahren wird ausgehend von zwei Basispunkten A und B, deren Entfernung voneinander, also die Länge der Strecke [AB], bekannt ist, jeweils der Winkel bestimmt, bei dem sich ein Punkt C befindet. Die Lage von C kann so durch Berechnung bestimmt werden. Beispielsweise kann C als Schnittpunkt zweier Geraden bestimmt werden, welche durch die Punkte A bzw. B und in dem entsprechenden gemessenen Winkel α bzw. β in Hinblick auf die Strecke [AB] verlaufen.The basic principle of the method of triangulation is explained below with reference to a simple two-dimensional example. In a general triangulation method, starting from two base points A and B whose distance from each other, ie the length of the line [AB], is known, the angle at which a point C is located is determined. The position of C can thus be determined by calculation. For example, C may be determined as the intersection of two straight lines passing through points A and B, respectively, and at the corresponding measured angles α and β with respect to the distance [AB].

In einem einfachen Beispiel für ein Triangulationsverfahren könnte so jeder der Punkte A und B jeweils einer Kamera entsprechen.In a simple example of a triangulation method, each of the points A and B could thus each correspond to one camera.

Bei der aktiven Triangulation wird beispielsweise ein Projektor eingesetzt und mindestens eine Kamera. In Bezug auf das zweidimensionale Beispiel könnte der Projektor dem Punkt A und eine einzelne Kamera dem Punkt B entsprechen.In active triangulation, for example, a projector is used and at least one camera. With regard to the two-dimensional example, the projector could correspond to point A and a single camera to point B.

Der Projektor projiziert ein Muster, wobei Elemente des Musters unter bestimmten bekannten Winkeln projiziert werden. Dieser Winkel entspricht in einem Beispiel dem Winkel α. Der Winkel β entspricht dann in diesem Beispiel dem Winkel, unter dem das entsprechende Element des Musters von der Kamera aufgenommen wird. Durch den Einsatz des Musters ist also prinzipiell nur eine Kamera vonnöten.The projector projects a pattern, whereby elements of the pattern are projected at certain known angles. This angle corresponds in one example to the angle α. The angle β then corresponds in this example to the angle at which the corresponding element of the pattern is picked up by the camera. By using the pattern so basically only one camera is needed.

Ein Vorteil der aktiven Triangulation ist beispielsweise durch die durch das Muster vordefinierten Bezugspunkte gegeben. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein einziges aufgenommenes Bild (und nur ein Bildsensor) ausreichend ist, um die Oberflächenstruktur eines Objektes zu bestimmen.An advantage of active triangulation is given, for example, by the reference points predefined by the pattern. Another advantage is that a single captured image (and only one image sensor) is sufficient to determine the surface texture of an object.

Die angeführten Beispiele für Triangulationsverfahren sind lediglich als solche zu betrachten. Es sind viele andere Ausgestaltungen denkbar.The examples given for triangulation methods are to be considered as such. There are many other embodiments conceivable.

Gemäß einer Weiterbildung können die optischen Messdaten aus mindestens zwei unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das Zielobjekt aufgenommen werden.According to a development, the optical measurement data can be recorded from at least two different angles with respect to the target object.

Dadurch können die Genauigkeit und der Detailgrad weiter verbessert werden und eventuelle Fehler in der Musterprojektion können erkannt werden.This can further improve accuracy and detail, and detect any errors in the pattern projection.

Es können also aus optischen Messdaten aus mindestens zwei unterschiedlichen Winkeln direkte Informationen über die dreidimensionale räumliche Struktur des Zielobjekts gewonnen werden. Dies sei im Folgenden an einem Beispiel erläutert. Während beispielsweise ein einfaches gewöhnliches Kamerabild (in Abwesenheit eines projizierten Musters) keine Tiefeninformation enthält und daher keine verlässlichen Aussagen über räumliche Struktur erlaubt, so sind in zwei oder mehr Bildern desselben Zielobjektes aus unterschiedlichen Winkeln Stereoinformationen enthalten. Diese Informationen können also extrahiert und zur Berechnung der Stereostruktur des Zielobjekts zusätzlich genutzt werden.Thus, direct information about the three-dimensional spatial structure of the target object can be obtained from optical measurement data from at least two different angles. This will be explained below using an example. For example, while a simple ordinary camera image (in the absence of a projected pattern) contains no depth information and therefore does not allow reliable statements about spatial structure, stereo information is contained in two or more images of the same target object from different angles. This information can therefore be extracted and additionally used to calculate the stereostructure of the target object.

Ferner entsteht der Vorteil, dass genauere und umfassendere Aussagen über das Zielobjekt möglich werden, je mehr Bilder aus unterschiedlichen Winkeln aufgenommen werden. Das Zielobjekt wird also genauer und umfassender inspiziert und es werden Messungenauigkeiten minimiert.Furthermore, there is the advantage that more accurate and comprehensive statements about the target object become possible the more images are taken from different angles. The target object becomes that is, inspected more accurately and comprehensively, and measurement inaccuracies are minimized.

Zur Durchführung dieses Ausführungsbeispiels wird beispielsweise das Zielobjekt rotiert oder anderweitig bewegt. Es ist aber auch möglich, den Bildsensor zu bewegen. In einer weiteren Variante werden mehrere Bildsensoren eingesetzt, welche in unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das Zielobjekt aufgestellt werden.To carry out this embodiment example, the target object is rotated or otherwise moved. But it is also possible to move the image sensor. In a further variant, a plurality of image sensors are used, which are set up at different angles with respect to the target object.

Insbesondere ist es auch möglich, dass der Bildsensor und der Projektor ortsfest zueinander in Beziehung stehen und gemeinsam um das Zielobjekt rotiert werden. So können optische Messdaten aus zwei oder mehr Perspektiven auf das Zielobjekt aufgenommen werden, ohne dass der Winkel zwischen Projektor und Bildsensor geändert und neu kalibriert werden muss.In particular, it is also possible that the image sensor and the projector are stationary relative to each other and are rotated together around the target object. Thus, optical measurement data from two or more perspectives on the target object can be recorded without the angle between the projector and the image sensor must be changed and recalibrated.

Gemäß einer Weiterbildung kann ein Reflexionshologramm und/oder ein Transmissionshologramm, welches insbesondere als Phasenhologramm und/oder Amplitudenhologramm und/oder Bragg-Gitter ausgebildet ist, als Volumenhologramm eingesetzt werden. So können die unterschiedlichen Einsatz- und Modulationsmöglichkeiten des Volumenhologramms effizient genutzt werden.According to a development, a reflection hologram and / or a transmission hologram, which is designed in particular as a phase hologram and / or amplitude hologram and / or Bragg grating, can be used as a volume hologram. Thus, the different application and modulation options of the volume hologram can be used efficiently.

Es können auch mehrere Modulationsmöglichkeiten kombiniert werden.It is also possible to combine several modulation options.

Gemäß einer Weiterbildung kann das Volumenhologramm dazu ausgebildet sein, bei in Bezug auf das Volumenhologramm unterschiedlichen einfallenden Lichtfeldern unterschiedliche gebeugte Lichtfelder zu erzeugen.According to a further development, the volume hologram can be designed to generate different diffracted light fields with respect to the volume hologram of different incident light fields.

Es kommt Multiplexing bzw. ein Multiplexverfahren zum Einsatz. Verschiedene gebeugte Lichtfelder können so in Abhängigkeit von dem einfallenden Lichtfeld bei der Beugung am Volumenhologramm entstehen. Das Volumenhologramm kann so also mehrere gebeugte Lichtfelder bzw. damit einhergehende Muster „speichern“, und diese Lichtfelder bzw. Muster können dann abgerufen werden.It comes multiplexing or a multiplex method used. Different diffracted light fields can thus arise as a function of the incident light field during the diffraction on the volume hologram. The volume hologram can thus "store" several diffracted light fields or associated patterns, and these light fields or patterns can then be retrieved.

Dadurch können das Volumenhologramm und das Musterprojektionsverfahren vielseitig eingesetzt werden.As a result, the volume hologram and the pattern projection method can be used in a variety of ways.

Gemäß einer Weiterbildung können die unterschiedlichen gebeugten Lichtfelder einzeln oder in Kombination erzeugt und/oder gleichzeitig oder zeitlich sequentiell erzeugt werden.According to a development, the different diffracted light fields can be generated individually or in combination and / or generated simultaneously or chronologically sequentially.

So können die durch Multiplexing im Volumenhologramm gespeicherten gebeugten Lichtfelder einzeln oder in Kombination erzeugt werden. In letzterem Fall wird also eine Kombination bzw. Überlagerung von mehreren im Volumenhologramm gespeicherten gebeugten Lichtfeldern erzeugt. Dies geschieht, indem entsprechende einfallende Lichtfelder entsprechend kombiniert bzw. überlagert werden.Thus, the diffracted light fields stored by multiplexing in the volume hologram can be generated singly or in combination. In the latter case, therefore, a combination or superimposition of a plurality of diffracted light fields stored in the volume hologram is generated. This is done by appropriately combining or superimposing corresponding incident light fields.

Beispielsweise können so auch unterschiedliche gebeugte Lichtfelder gleichzeitig oder zeitlich sequentiell abgerufen werden, indem entsprechende einfallende Lichtfelder gleichzeitig bzw. zeitlich sequentiell zur Verfügung gestellt werden.For example, different diffracted light fields can be retrieved simultaneously or chronologically sequentially by providing corresponding incident light fields simultaneously or temporally sequentially.

Verschiedene gleichzeitig eingesetzte Muster haben beispielsweise den Vorteil, dass dadurch genauere Messdaten und genauere Aussagen über das Zielobjekt erlangt werden können. Different patterns used at the same time, for example, have the advantage that more accurate measurement data and more accurate statements about the target object can be obtained as a result.

Außerdem sind durch die zeitlich sequentielle Form des Multiplexing schnelle Musterwechsel möglich.In addition, the temporal sequential form of multiplexing rapid pattern changes are possible.

Es sei im Zusammenhang mit Multiplexing angemerkt, dass ein Volumenhologramm stets eine finite optische Speicherkapazität aufweist. Es ist daher am Rande angemerkt, dass Multiplexing nur im Rahmen der optischen Speicherkapazität erfolgreich betrieben werden kann. Eine Überschreitung der Kapazität äußert sich dann beispielsweise in einer Unschärfe der projizierten Muster oder einem Übersprechen zwischen den Mustern.It should be noted in the context of multiplexing that a volume hologram always has a finite optical storage capacity. It is therefore noted in passing that multiplexing can only be successfully operated within the scope of the optical storage capacity. Exceeding the capacity then manifests itself for example in a blurring of the projected patterns or a crosstalk between the patterns.

Gemäß einer Weiterbildung können die unterschiedlichen gebeugten Lichtfelder durch mehrere unterschiedliche und/oder an unterschiedlichen Orten befindliche und/oder in unterschiedlichen Winkeln im Hinblick auf das Volumenhologramm angeordnete Lichtquellen des einfallenden Lichtfeldes erzeugt werden. Alternativ können gemäß einer Weiterbildung die unterschiedlichen gebeugten Lichtfelder durch Translation, zum Beispiel parallel oder in einem Winkel zur Richtung des Lichtstrahls wie beispielsweise orthogonal, oder Rotation des Volumenhologramms relativ zum einfallenden Lichtfeld erzeugt werden. Alternativ können gemäß einer Weiterbildung die unterschiedlichen gebeugten Lichtfelder durch unterschiedliche Wellenlängen des einfallenden Lichtfeldes erzeugt werden.According to a development, the different diffracted light fields can be generated by a plurality of different light sources of the incident light field located at different locations and / or arranged at different angles with respect to the volume hologram. Alternatively, according to a further development, the different diffracted light fields can be generated by translation, for example parallel or at an angle to the direction of the light beam such as orthogonal, or rotation of the volume hologram relative to the incident light field. Alternatively, according to a development, the different diffracted light fields can be generated by different wavelengths of the incident light field.

Das Multiplexing kann also auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Sämtliche Eigenschaften des einfallenden Lichtfeldes kommen zwecks Multiplexing/selektivem Abruf des Volumenhologramms in Frage.The multiplexing can therefore be carried out in various ways. All properties of the incident light field come into question for the purpose of multiplexing / selective retrieval of the volume hologram.

So können diese unterschiedlichen Eigenschaften durch unterschiedliche Lichtquellen des einfallenden Lichtfeldes bedingt sein. Sie können auch durch an unterschiedlichen Orten/in unterschiedlichen Winkeln im Hinblick auf das Volumenhologramm angeordnete Lichtquellen des einfallenden Lichtfeldes bedingt sein.Thus, these different properties may be due to different light sources of the incident light field. They can also be caused by light sources of the incident light field arranged at different locations / at different angles with respect to the volume hologram.

Es kann aber auch das Volumenhologramm translatorisch oder rotatorisch in Bezug auf das einfallende Lichtfeld bewegt werden. Alternativ können auch eine oder mehrere Lichtquellen translatorisch oder rotatorisch in Bezug auf das Volumenhologramm bewegt werden. Alternativ hierzu ist es beispielsweise auch möglich, sowohl das Volumenhologramm als auch eine oder mehrere Lichtquellen translatorisch oder rotatorisch zu bewegen. However, it is also possible to move the volume hologram in a translatory or rotational manner with respect to the incident light field. Alternatively, one or more light sources can also be moved in a translatory or rotational manner relative to the volume hologram. Alternatively, for example, it is also possible to move both the volume hologram and one or more light sources in a translatory or rotational manner.

Desweiteren können auch unterschiedliche Wellenlängen des einfallenden Lichtfeldes zwecks Multiplexing zum Einsatz kommen. In einem Beispiel ist die Lichtquelle ein Laser. Die zentrale Wellenlänge des Lasers kann dabei eingestellt werden. Diese Einstellung der Wellenlänge kann zum Beispiel bei einem kontinuierlich durchstimmbaren Laser kontinuierlich erfolgen oder sie kann in diskreten Stufen erfolgen.Furthermore, different wavelengths of the incident light field for the purpose of multiplexing can be used. In one example, the light source is a laser. The central wavelength of the laser can be adjusted. This adjustment of the wavelength can be done continuously, for example, in a continuously tunable laser or it can be done in discrete stages.

Insbesondere können mehrere Eigenschaften des einfallenden Lichtfeldes zwecks Multiplexing kombiniert werden. So kann beispielsweise die Kombination von Ort, Winkel und Wellenlänge zum gezielten Abrufen des Volumenhologramms benutzt werden.In particular, several properties of the incident light field can be combined for the purpose of multiplexing. For example, the combination of location, angle and wavelength can be used to specifically retrieve the volume hologram.

Durch diese Form des Multiplexing kann die vielseitige Einsetzbarkeit der im Volumenhologramm gespeicherten Muster maximiert werden. Insbesondere kann dieser Vorteil mit einer sehr kompakten Bauweise des Projektors kombiniert werden.This form of multiplexing maximizes the versatility of the patterns stored in the volume hologram. In particular, this advantage can be combined with a very compact design of the projector.

Gemäß einer Weiterbildung kann ein Strahlteiler oder ein dichroitischer Spiegel in den optischen Weg zwischen der mindestens einen Lichtquelle und das auszulesende Volumenhologramm eingesetzt werden.According to a development, a beam splitter or a dichroic mirror can be inserted into the optical path between the at least one light source and the volume hologram to be read out.

Insbesondere stellt dies einen geeigneten Weg dar, mehrere Lichtquellen in einen gemeinsamen optischen Weg, insbesondere zwecks Multiplexing, einzukoppeln.In particular, this represents a suitable way to couple several light sources in a common optical path, in particular for the purpose of multiplexing.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Figurenlistelist of figures

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

• 1, 2 schematische Darstellungen eines Volumenhologramms gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 3 eine schematische Darstellung eines Volumenhologramms gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 4, 5 schematische Darstellungen eines Volumenhologramms gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Multiplexing über den Einfallswinkel;
• 6, 7 schematische Darstellungen eines Volumenhologramms gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit spektralem Multiplexing;
• 8 eine schematische Darstellung eines Projektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 9-13 schematische Darstellungen eines Projektors gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
• 14 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts gemäß einer Ausführungsform;
• 15 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts gemäß einer weiteren Ausführungsform;
• 16 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts gemäß einer Ausführungsform;
• 17 eine schematische Darstellung einiger Beispiele für Muster gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. It shows:

• 1 . 2 schematic representations of a volume hologram according to an embodiment of the present invention;
• 3 a schematic representation of a volume hologram according to another embodiment of the present invention;
• 4 . 5 schematic representations of a volume hologram according to another embodiment of the present invention with multiplexing over the angle of incidence;
• 6 . 7 schematic representations of a volume hologram according to another embodiment of the present invention with spectral multiplexing;
• 8th a schematic representation of a projector according to an embodiment of the present invention;
• 9-13 schematic diagrams of a projector according to further embodiments of the present invention;
• 14 a schematic representation of an apparatus for structural analysis of a target object according to an embodiment;
• 15 a schematic representation of an apparatus for structural analysis of a target object according to another embodiment;
• 16 a schematic representation of a method for structural analysis of a target object according to an embodiment;
• 17 a schematic representation of some examples of patterns according to an embodiment of the present invention.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In all figures, identical or functionally identical elements and devices have been provided with the same reference numerals, unless stated otherwise.

Beschreibung der ZeichnungenDescription of the drawings

Die 1 ist eine schematische Darstellung des Volumenhologramms 103 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Darstellung ist das Volumenhologramm 103 quaderförmig ausgestaltet. Das Volumenhologramm 103 kann aber auch eine andere Form haben. In der 1 ist ein Schreibprozess dargestellt, bei dem Informationen in das Volumenhologramm 103 geschrieben werden. Dabei wird das Volumenhologramm 103 sowohl mit einem Referenzlichtfeld 120 als auch einem Signallichtfeld 121 beleuchtet. Durch diesen Vorgang können Informationen, die im Signallichtfeld 121 enthalten sind, in das Volumenhologramm 103 geschrieben werden. Beispielsweise kann durch diesen Vorgang das Volumenhologramm 103 dazu eingerichtet werden, bei einem späteren Auslesevorgang, zum Beispiel in einem Musterprojektor, wie er erfindungsgemäß eingesetzt wird, ein Muster erzeugen zu können. Das Volumenhologramm 103 ist als Transmissionshologramm ausgestaltet. Das Referenzlichtfeld 120 und das Signallichtfeld 121 fallen beim Schreibvorgang von derselben Seite auf das Volumenhologramm 103 ein.The 1 is a schematic representation of the volume hologram 103 according to an embodiment of the present invention. In the illustration is the volume hologram 103 cuboid shaped. The volume hologram 103 but it can also have a different form. In the 1 is a writing process in which information is written in the volume hologram 103 to be written. This is the volume hologram 103 both with a reference light field 120 as well as a signal light field 121 illuminated. Through this process, information in the signal light field 121 contained in the volume hologram 103 to be written. For example, through this process, the volume hologram 103 be set up to be able to generate a pattern in a later read-out, for example in a pattern projector, as it is used in the invention. The volume hologram 103 is designed as a transmission hologram. The reference light field 120 and the signal light field 121 fall from the same page on the volume hologram when writing 103 one.

Der in 1 dargestellte Schreibprozess ist ein analoger Schreibprozess. Dabei wird ein photosensitives Substrat wie in der Figur dargestellt beschrieben. Ein Volumenhologramm kann aber auch durch ein digitales Verfahren beschrieben werden. Beispielsweise kann ein Volumenhologramm computergeneriert, insbesondere auch unter Einsatz von Software zur Erstellung einer von einem Zielmuster abgeleiteten dreidimensionalen Modulation optischer Eigenschaften, erstellt werden. Die physische Aufprägung der dreidimensionalen Modulation optischer Eigenschaften geschieht mittels digitaler Verfahren zum Beschreibung von Volumenhologrammen, beispielsweise einem direkten Laserschrieb.The in 1 illustrated writing process is an analog writing process. In this case, a photosensitive substrate as shown in the figure is described. However, a volume hologram can also be described by a digital method. For example, a volume hologram can be generated computer-generated, in particular also using software for generating a three-dimensional modulation of optical properties derived from a target pattern. The physical imprinting of the three-dimensional modulation of optical properties is done by means of digital methods for the description of volume holograms, for example a direct laser writing.

Die 2 ist eine schematische Darstellung eines Volumenhologramms 203 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist der Ausleseprozess des Volumenhologramms 203 dargestellt. Das Ausleselichtfeld 222 fällt auf das Volumenhologramm 203 ein und wird an diesem gebeugt. Dabei einsteht ein gebeugtes Lichtfeld 223. Beispielsweise kann das gebeugte Lichtfeld 223 dazu verwendet werden, im Rahmen eines erfindungsgemäßen Musterprojektors ein Muster auf ein Zielobjekt zu projizieren. Das Volumenhologramm 203 ist als Transmissionshologramm ausgestaltet. Das Ausleselichtfeld 222 tritt auf der einen Seite des Volumenhologramms 203 ein. Das gebeugte Lichtfeld 223 entsteht sodann durch Beugung auf der anderen Seite des Volumenhologramms 203.The 2 is a schematic representation of a volume hologram 203 according to an embodiment of the present invention. It is the readout process of the volume hologram 203 shown. The readout light field 222 falls to the volume hologram 203 and is bent on this. Thereby stands a diffracted light field 223 , For example, the diffracted light field 223 be used to project a pattern on a target object in the context of a pattern projector according to the invention. The volume hologram 203 is designed as a transmission hologram. The readout light field 222 occurs on one side of the volume hologram 203 one. The diffracted light field 223 then arises by diffraction on the other side of the volume hologram 203 ,

Die 3 ist eine schematische Darstellung eines Volumenhologramms 303 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Volumenhologramm 303 ist als Reflexionshologramm ausgestaltet. In der Figur ist sowohl der Ausleseprozess als auch der Schreibprozess für das Volumenhologramm 303 dargestellt. Dabei stellt das dargestellte Lichtfeld 324 im Falle des Auslesens des Volumenhologramms 303 ein Ausleselichtfeld dar. Im Falle eines Schreibens des Volumenhologramms 303 stellt das Lichtfeld 324 ein Referenzlichtfeld dar. Im Folgenden werden sowohl der Schreibprozess als auch der Ausleseprozess des Volumenhologramms 303 kurz beschrieben. Beim Schreibvorgang wird das Volumenhologramm 303 von der einen Seite mit einem Signallichtfeld 323 und von der anderen Seite mit einem Referenzlichtfeld 324 beleuchtet. Beim Auslesevorgang wird das Volumenhologramm 303 mit einem Ausleselichtfeld 324 beleuchtet. Dabei entsteht durch Beugung ein gebeugtes Lichtfeld 323. Da das Volumenhologramm 303 der 3 als Reflexionshologramm ausgestaltet ist, befinden sich beim Auslesevorgang das Ausleselichtfeld 324 und das gebeugte Lichtfeld 323 auf derselben Seite des Volumenhologramms 303.The 3 is a schematic representation of a volume hologram 303 according to another embodiment of the present invention. The volume hologram 303 is designed as a reflection hologram. In the figure, both the readout process and the writing process for the volume hologram 303 shown. In this case, the illustrated light field 324 in the case of reading the volume hologram 303 a reading light field. In case of writing the volume hologram 303 represents the light field 324 a reference light field. In the following, both the writing process and the readout process of the volume hologram 303 briefly described. When writing, the volume hologram 303 from one side with a signal light field 323 and from the other side with a reference light field 324 illuminated. The readout process becomes the volume hologram 303 with a readout field of view 324 illuminated. This diffraction creates a diffracted light field 323 , Because the volume hologram 303 of the 3 is designed as a reflection hologram, are located during the reading process, the readout field of view 324 and the diffracted light field 323 on the same side of the volume hologram 303 ,

Der in 3 dargestellte Schreibprozess ist ein analoger Schreibprozess. Ferner gilt das bereits zu 1 gesagte.The in 3 illustrated writing process is an analog writing process. Furthermore, this already applies to 1 said.

Die 4 ist eine schematische Darstellung eines Volumenhologramms 403 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unterschiedliche Einfallswinkel von Lichtfeldern in Bezug auf das Volumenhologramm 403 werden dazu genutzt, um Multiplexing durchzuführen. Die 4 verdeutlicht den Schreibprozess des Volumenhologramms 403 unter Nutzung von Multiplexing über unterschiedliche Einfallswinkel. Die Referenzlichtfelder 420a und 420b werden unter unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das Volumenhologramm 403 bereitgestellt. Die Signallichtfelder 421a und 421b können beispielsweise unter einem identischen Winkel in Bezug auf das Volumenhologramm 403 bereitgestellt sein. In einem ersten Schritt werden die Informationen des Signallichtfeldes 421a in das Volumenhologramm 403 geschrieben, in dem zeitgleich mit dem Signallichtfeld 421a ein Referenzlichtfeld 420a bereitgestellt wird. Danach werden die Informationen des Signallichtfeldes 421b in das Volumenhologramm 403 geschrieben in dem zeitgleich mit dem Signalfeld 421b ein Referenzlichtfeld 420b bereitgestellt wird. Durch die unterschiedlichen Einfallswinkel der Referenzlichtfelder 420a und 420b ist durch Multiplexing gewährleistet, dass die Informationen beider Signallichtfelder 421a und 421b im Volumenhologramm 403 gespeichert sind.The 4 is a schematic representation of a volume hologram 403 according to another embodiment of the present invention. Different angles of incidence of light fields with respect to the volume hologram 403 are used to perform multiplexing. The 4 illustrates the writing process of the volume hologram 403 using multiplexing over different angles of incidence. The reference light fields 420a and 420b are at different angles with respect to the volume hologram 403 provided. The signal light fields 421a and 421b For example, at an identical angle with respect to the volume hologram 403 be provided. In a first step, the information of the signal light field 421a into the volume hologram 403 written in the same time as the signal light field 421a a reference light field 420a provided. After that, the information of the signal light field 421b into the volume hologram 403 written in the same time as the signal field 421b a reference light field 420b provided. Due to the different angles of incidence of the reference light fields 420a and 420b is ensured by multiplexing that the information of both signal light fields 421a and 421b in the volume hologram 403 are stored.

Der in 4 dargestellte Schreibprozess ist ein analoger Schreibprozess. Ferner gilt das bereits zu 1 gesagte. In der 5 ist dargestellt wie die durch Multiplexing über den Einfallswinkel in einem Volumenhologramm 503 gespeicherten Informationen selektiv abgerufen werden können. Dazu wird das Volumenhologramm 503 beispielsweise mit einem Ausleselichtfeld 522a unter einem ersten Winkel in Bezug auf das Volumenhologramm 503 beleuchtet, wobei ein gebeugtes Lichtfeld 523a entsteht. Wird das Volumenhologramm 503 mit einem Ausleselichtfeld 522b unter einem zweiten Winkel beleuchtet, so entsteht ein gebeugtes Lichtfeld 523b. Auf diese Weise können durch Variation des Einfallswinkels des Ausleselichtfeldes unterschiedliche im Volumenhologramm 503 gespeicherte Information abgerufen werden. Beispielsweise können dies unterschiedliche Muster sein, die in den gebeugten Lichtfeldern 523a und 523b enthalten sind und die so selektiv abgerufen werden können.The in 4 illustrated writing process is an analog writing process. Furthermore, this already applies to 1 said. In the 5 is shown as that by multiplexing over the angle of incidence in a volume hologram 503 stored information can be selectively retrieved. This is the volume hologram 503 for example, with a readout field of view 522a at a first angle with respect to the volume hologram 503 illuminated, with a diffracted light field 523a arises. Will the volume hologram 503 with a readout field of view 522b Illuminated at a second angle, the result is a diffracted light field 523b , In this way, by varying the angle of incidence of the readout field of view different in the volume hologram 503 stored information can be retrieved. For example, these may be different patterns in the diffracted ones light boxes 523a and 523b are included and can be selectively retrieved.

Es wurde beschrieben, wie die im Volumenhologramm 503 gespeicherten Informationen zeitlich sequenziell abgerufen werden können. Es ist aber auch ein gleichzeitiges Abrufen möglich. Dazu wird das Volumenhologramm 503 gleichzeitig mit den Referenzlichtfeldern 522a und 522b beleuchtet. Dadurch entsteht durch Beugung eine Überlagerung der beiden gebeugten Lichtfelder 523a und 523b. Beispielsweise können diese gebeugten Lichtfelder 523a und 523b Muster enthalten, die durch Nutzung des Multiplexing auf diese Art in überlagerter Form erzeugt werden können.It was described as the volume hologram 503 stored information can be retrieved sequentially in time. But it is also a simultaneous retrieval possible. This is the volume hologram 503 simultaneously with the reference light fields 522a and 522b illuminated. This results in a superposition of the two diffracted light fields by diffraction 523a and 523b , For example, these diffracted light fields 523a and 523b Contain patterns that can be generated by using the multiplexing in this way in superimposed form.

Die 6 ist eine schematische Darstellung eines Volumenhologramms 603 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist der Schreibvorgang des Volumenhologramms 603 unter Ausnutzung von spektralem Multiplexing dargestellt. Die Referenzlichtfelder 620a und 620b haben unterschiedliche Wellenlängen und fallen auf das Volumenhologramm 603 ein. Des Weiteren werden entsprechende Signallichtfelder 621a und 621b mit den entsprechenden Wellenlängen bereitgestellt. Durch den Einsatz der unterschiedlichen Wellenlängen werden die in den Signallichtfeldern 621a und 621b enthaltenen Informationen im Volumenhologramm 603 gespeichert. Das Beschreiben des Volumenhologramms 603 mit den unterschiedlichen Wellenlängen kann gleichzeitig, aber auch zeitlich sequenziell erfolgen.The 6 is a schematic representation of a volume hologram 603 according to another embodiment of the present invention. It is the writing process of the volume hologram 603 using spectral multiplexing. The reference light fields 620a and 620b have different wavelengths and fall on the volume hologram 603 one. Furthermore, corresponding signal light fields 621a and 621b provided with the appropriate wavelengths. By using the different wavelengths are in the signal light fields 621a and 621b contained information in the volume hologram 603 saved. Describing the volume hologram 603 with the different wavelengths can be done simultaneously, but also temporally sequential.

Der in 6 dargestellte Schreibprozess ist ein analoger Schreibprozess. Ferner gilt das bereits zu 1 gesagte.The in 6 illustrated writing process is an analog writing process. Furthermore, this already applies to 1 said.

Die 7 ist eine schematische Darstellung eines Volumenhologramms 703 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist ein Auslesevorgang unter Benutzung von spektralem Multiplexing dargestellt. Die Ausleselichtfelder 722a und 722b besitzen unterschiedliche Wellenlängen und fallen auf das Volumenhologramm 703 ein. Dabei entstehen gebeugte Lichtfelder unterschiedlicher Wellenlänge 723a und 723b. Das Auslesen des Volumenhologramms 703 durch Ausleselichtfelder 722a und 722b unterschiedlicher Wellenlänge kann gleichzeitig, aber auch zeitlich sequenziell erfolgen. Bei einem gleichzeitigen Auslesen des Volumenhologramms 703 durch Ausleselichtfelder 722a und 722b unterschiedlicher Wellenlänge entsteht so durch Beugung eine Überlagerung der beiden gebeugten Lichtfelder 723a und 723b. Beispielsweise können diese gebeugten Lichtfelder 723a und 723b Muster enthalten, die durch Nutzung des Multiplexing auf diese Art in überlagerter Form erzeugt werden können.The 7 is a schematic representation of a volume hologram 703 according to another embodiment of the present invention. A readout process using spectral multiplexing is shown. The readout light fields 722a and 722b have different wavelengths and fall on the volume hologram 703 one. This results in diffracted light fields of different wavelengths 723a and 723b , Reading out the volume hologram 703 by readout light fields 722a and 722b different wavelength can be done simultaneously, but also temporally sequential. With a simultaneous readout of the volume hologram 703 by readout light fields 722a and 722b diffracted by diffraction, a superposition of the two diffracted light fields 723a and 723b , For example, these diffracted light fields 723a and 723b Contain patterns that can be generated by using the multiplexing in this way in superimposed form.

Die unterschiedlichen Varianten des Multiplexing können auch beliebig mit einander kombiniert werden. So können zum Beispiel das Winkelmultiplexing der 4 und 5 und das spektrale Multiplexing der 6 und 7 miteinander kombiniert werden.The different variants of the multiplexing can also be combined with each other. For example, the angle multiplexing of the 4 and 5 and the spectral multiplexing of 6 and 7 be combined with each other.

Die 8 ist eine schematische Darstellung eines Projektors 801 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Drei Lichtquellen 802a, 802b, 802c sind in unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das Volumenhologramm 803 angeordnet. Mit dieser Anordnung ist ein Auslesen des Volumenhologramms unter Nutzung von Multiplexing über den Einfallswinkel möglich. In der Figur sind drei Lichtquellen dargestellt. Dies ist lediglich beispielhaft und es kann eine beliebige andere Anzahl an Lichtquellen eingesetzt werden, beispielsweise 1-15, oder auch 1, 2, 4, 5 oder 12.The 8th is a schematic representation of a projector 801 according to an embodiment of the present invention. Three light sources 802a . 802b . 802c are at different angles with respect to the volume hologram 803 arranged. With this arrangement, a readout of the volume hologram using multiplexing over the angle of incidence is possible. In the figure, three light sources are shown. This is merely exemplary and any other number of light sources may be used, for example 1-15, or even 1, 2, 4, 5 or 12.

Die Lichtquellen können gleiche Lichtquellen oder unterschiedliche Lichtquellen sein. Beispielsweise kann so auch zusätzlich spektrales Multiplexing genutzt werden, wenn Lichtquellen mit unterschiedlicher Wellenlänge bereitgestellt werden. Es können auch gleiche Lichtquellen zum Einsatz kommen, an denen unterschiedliche Einstellungen vorgenommen werden. Beispielsweise können mehrere durchstimmbare Laser eingesetzt werden und unterschiedliche Wellenlängen an den durchstimmbaren Lasern eingestellt werden.The light sources may be the same light sources or different light sources. For example, spectral multiplexing can additionally be used if light sources with different wavelengths are provided. It can also be the same light sources are used, where different settings are made. For example, several tunable lasers can be used and different wavelengths can be set on the tunable lasers.

Die 9 ist eine schematische Darstellung eines Projektors 901 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zwei Lichtquellen 902a und 902b sind an unterschiedlichen Orten in Bezug auf das Volumenhologramm 903 derart angeordnet, dass das Licht an unterschiedlichen Orten in das Volumenhologramm 903 eintritt. Es wird also Multiplexing über den unterschiedlichen Eintrittsort bereitgestellt. In der Figur sind zwei Lichtquellen 902a, 902b dargestellt, es kann aber auch eine andere Anzahl an Lichtquellen eingesetzt werden, beispielsweise 1-15, 1, 2, 3, 5 oder 12.The 9 is a schematic representation of a projector 901 according to an embodiment of the present invention. Two light sources 902a and 902b are in different places with respect to the volume hologram 903 arranged so that the light at different locations in the volume hologram 903 entry. Thus, multiplexing is provided via the different entry location. In the figure are two light sources 902a . 902b However, it is also possible to use a different number of light sources, for example 1-15, 1, 2, 3, 5 or 12.

Die 10 ist eine schematische Darstellung eines Projektors 1001 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Durch einen Strahlteiler oder dichroitischen Spiegel 1011, der in den optischen Weg zwischen den Lichtquellen 1002a und 1002b und dem Volumenhologramm 1003 eingebracht ist, können mehrere Lichtquellen in einen gemeinsamen optischen Weg eingekoppelt werden. Dies ermöglicht insbesondere den Einsatz unterschiedlicher Lichtquellen zwecks Multiplexing mit einem gemeinsamen optischen Weg. Beispielsweise können die Lichtquellen 1002a und 1002b bei unterschiedlichen Wellenlängen emittieren und es kann spektrales Multiplexing genutzt werden. Insbesondere ermöglicht diese Anordnung, durch die Einkopplung in den gemeinsamen optischen Weg ein rein spektrales Multiplexing bei geringer mechanischer Komplexität bereitzustellen.The 10 is a schematic representation of a projector 1001 according to an embodiment of the present invention. Through a beam splitter or dichroic mirror 1011 which is in the optical path between the light sources 1002a and 1002b and the volume hologram 1003 is introduced, a plurality of light sources can be coupled into a common optical path. This allows in particular the use of different light sources for the purpose of multiplexing with a common optical path. For example, the light sources 1002a and 1002b emit at different wavelengths and it can be used spectral multiplexing. In particular, this arrangement allows, through the Coupling in the common optical path to provide a pure spectral multiplexing with low mechanical complexity.

Die 11 ist eine schematische Darstellung eines Projektors 1101 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Lichtquelle ist eine variable Lichtquelle 1102 wie beispielsweise ein stimmbarer Laser. Beispielsweise kann durch Abstimmen des Spektrums des Lasers erreicht werden, dass das Volumenhologramm 1101 unter Nutzung von spektralem Multiplexing ausgelesen werden kann.The 11 is a schematic representation of a projector 1101 according to an embodiment of the present invention. The light source is a variable light source 1102 such as a tuneable laser. For example, by tuning the spectrum of the laser, it can be achieved that the volume hologram 1101 can be read using spectral multiplexing.

Die 12 ist eine schematische Darstellung eines Projektors 1201 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Volumenhologramm 1203 kann in Bezug auf die Lichtquelle 1202 bewegt werden. Die Pfeile in der Figur verdeutlichen eine translatorische Bewegung des Volumenhologramms 1203 in Bezug auf die Lichtquelle 1202. Beispielsweise kann das Volumenhologramm 1203 durch einen Motor oder Servomotor bewegt werden.The 12 is a schematic representation of a projector 1201 according to an embodiment of the present invention. The volume hologram 1203 can in terms of the light source 1202 to be moved. The arrows in the figure illustrate a translational movement of the volume hologram 1203 in terms of the light source 1202 , For example, the volume hologram 1203 be moved by a motor or servomotor.

Es wird also Multiplexing über den unterschiedlichen Eintrittsort bereitgestellt. Der unterschiedliche Eintrittsort wird hierbei über eine Bewegung des Volumenhologramms 1203 erreicht. Alternativ kann auch die Lichtquelle 1202 einer translatorischen Bewegung unterzogen werden.Thus, multiplexing is provided via the different entry location. The different entry location here is via a movement of the volume hologram 1203 reached. Alternatively, the light source 1202 undergo a translational movement.

Die 13 ist eine schematische Darstellung eines Projektors 1301 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Volumenhologramm 1303 kann in Bezug auf die Lichtquelle 1302 gedreht werden. Die Pfeile in der Figur verdeutlichen eine rotatorische Bewegung des Volumenhologramms 1303 in Bezug auf die Lichtquelle 1302. Beispielsweise kann das Volumenhologramm 1303 durch einen Motor oder Servomotor gedreht werden.The 13 is a schematic representation of a projector 1301 according to an embodiment of the present invention. The volume hologram 1303 can in terms of the light source 1302 to be turned around. The arrows in the figure illustrate a rotational movement of the volume hologram 1303 in terms of the light source 1302 , For example, the volume hologram 1303 be turned by a motor or servomotor.

Es wird also Multiplexing über den unterschiedlichen Eintrittswinkel bereitgestellt. Der unterschiedliche Eintrittswinkel wird hierbei über eine Bewegung des Volumenhologramms 1303 erreicht. Alternativ kann auch die Lichtquelle 1302 um das Volumenhologramms 1203 herum rotiert werden.Thus, multiplexing over the different entrance angle is provided. The different entrance angle is in this case via a movement of the volume hologram 1303 reached. Alternatively, the light source 1302 around the volume hologram 1203 be rotated around.

Die 14 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1400 zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts gemäß einer Ausführungsform. Der Projektor 1401 umfasst eine Lichtquelle 1402 und ein Volumenhologramm 1403. Die Lichtquelle 1402 ist beispielsweise ein Laser. In der dargestellten Ausführungsform ist das Volumenhologramm 1403 ein Transmissionshologramm. Die Lichtquelle 1402 erzeugt ein Lichtfeld 1422 und durchleuchtet das Volumenhologramm 1403 mit dem Lichtfeld 1422. Dabei entsteht ein gebeugtes Lichtfeld 1423. Ein Zielobjekt 1404 wird von dem Projektor 1401, der das gebeugte Lichtfeld 1423 emittiert, beleuchtet. Der optische Bildsensor 1405 nimmt optische Messdaten des beleuchteten Zielobjektes 1404 auf. Der optische Bildsensor 1405 kann beispielsweise als Teil einer Kamera (nicht gezeigt) ausgebildet sein. Eine Steuereinheit 1406 ist dazu eingerichtet, die Vorrichtung 1400 zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts zu steuern und die Verfahrensschritte zu koordinieren. Beispielsweise kann die Steuereinheit 1406 so die Lichtquelle 1402 und den Bildsensor 1405 steuern. Sie kann aber auch andere Teile der Vorrichtung steuern, wie beispielsweise einen Servomotor, der dazu eingerichtet ist, das Volumenhologramm 1403 translatorisch oder rotatorisch zu bewegen. Die Steuereinheit 1406 kann beispielsweise auch die optischen Messdaten 1430 von dem Bildsensor 1405 empfangen und an die Auswertungseinheit 1410 weiterleiten, oder eine solche Weiterleitung veranlassen. Die Messdaten 1430 können dann von der Auswertungseinheit 1410 ausgewertet werden. Beispielsweise werden von der Auswertungseinheit 1410 Aussagen über die dreidimensionale Struktur einer Oberfläche des beleuchteten Zielobjektes hergeleitet, wie beispielsweise ein 3D-Modell oder eine Karte der Oberfläche, welche die dreidimensionale Struktur der Oberfläche in Form von Tiefeninformationen enthält. Beispielsweise wird hierzu ein aktives Triangulationsverfahren verwendet.The 14 is a schematic representation of a device 1400 for structural analysis of a target object according to an embodiment. The projector 1401 includes a light source 1402 and a volume hologram 1403 , The light source 1402 is for example a laser. In the illustrated embodiment, the volume hologram is 1403 a transmission hologram. The light source 1402 creates a light field 1422 and shines through the volume hologram 1403 with the light field 1422 , This creates a diffracted light field 1423 , A target object 1404 is from the projector 1401 who is the diffracted field of light 1423 emitted, illuminated. The optical image sensor 1405 takes optical measurement data of the illuminated target object 1404 on. The optical image sensor 1405 may for example be formed as part of a camera (not shown). A control unit 1406 is set up the device 1400 to steer the structural analysis of a target object and to coordinate the process steps. For example, the control unit 1406 so the light source 1402 and the image sensor 1405 Taxes. However, it may also control other parts of the device, such as a servomotor, which is adapted to the volume hologram 1403 to move translationally or rotationally. The control unit 1406 can, for example, the optical measurement data 1430 from the image sensor 1405 received and to the evaluation unit 1410 forward, or arrange for such forwarding. The measured data 1430 can then from the evaluation unit 1410 be evaluated. For example, by the evaluation unit 1410 Statements about the three-dimensional structure of a surface of the illuminated target object derived, such as a 3D model or a map of the surface, which contains the three-dimensional structure of the surface in the form of depth information. For example, an active triangulation method is used for this purpose.

Über eine Ausgabeeinheit 1407 können die Daten ausgeben oder visualisiert werden. Beispielsweise können die Daten über eine elektronische Schnittstelle einer externen Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Die Ausgabeeinheit 1407 kann aber auch mit einem Display ausgestattet sein, und beispielsweise einer Benutzerschnittstelle, sodass der Benutzer die Ergebnisse der strukturellen Analyse betrachten und über die Benutzerschnittstelle interagieren kann.About an output unit 1407 the data can be output or visualized. For example, the data can be made available to an external device via an electronic interface. The output unit 1407 however, it may also be equipped with a display, and for example a user interface, so that the user can view the results of the structural analysis and interact via the user interface.

In einer möglichen Ausgestaltung werden mehrere Laser unterschiedlicher Wellenlänge eingesetzt. Beispielsweise können dies drei Laser sein mit den Farben blau, rot und grün. Das heißt, jeder der drei Laser emittiert bei einer anderen Farbe des optischen Spektrums. Es kann aber auch eine andere Anzahl an Lasern eingesetzt werden, beispielsweise 12. Beispielsweise kann der Bildsensor auch dazu ausgestaltet sein, die drei Farben voneinander zu trennen, sodass drei Bilder entstehen. Wenn weitere Messungen benötigt werden, können zusätzlich zeitlich sequentiell mehrere Messungen durchgeführt und mehrere Bilder aufgenommen werden. So kann eine Mehrzahl an Bildern effizient aufgenommen werden. Es gibt auch eine Möglichkeit, eine Phasenschiebesequenz einzusetzen.In one possible embodiment, a plurality of lasers of different wavelengths are used. For example, these can be three lasers with the colors blue, red and green. That is, each of the three lasers emits at a different color of the optical spectrum. However, it is also possible to use a different number of lasers, for example 12. For example, the image sensor can also be designed to separate the three colors from one another, so that three images are formed. If further measurements are required, several measurements can be carried out sequentially in time and several images can be taken. Thus, a plurality of images can be efficiently recorded. There is also a way to use a phase shift sequence.

Die 15 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1500 zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts 1404 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden mehrere Projektoren 1501a, 1501b eingesetzt. Beispielsweise können es zwei Projektoren 1501a und 1501b sein, oder auch mehr. Jeder der Projektoren 1501a, 1501b enthält ein Volumenhologramm sowie eine oder mehrere Lichtquellen. In der Ausführungsform können auch mehrere Bildsensoren eingesetzt werden. Beispielsweise können es zwei Bildsensoren 1505a und 1505b sein, oder auch mehr. Die Bildsensoren 1505a und 1505b können auch als Teil von einer Kamera oder mehreren Kameras ausgebildet sein. Desweiteren sind in der Figur eine Steuereinheit 1506, eine Auswertungseinheit 1510 und eine Ausgabeeinheit 1507 dargestellt. Die Bildsensoren 1505a und 1505b, die Projektoren 1501a und 1501b und die Steuereinheit 1506 können beispielsweise über einen gemeinsamen Kommunikationsbus 1531 miteinander verbunden sein, über welchen sie miteinander kommunizieren und Daten übertragen und austauschen.The 15 is a schematic representation of a device 1500 for the structural analysis of a target object 1404 according to another Embodiment. In this embodiment, multiple projectors 1501a . 1501b used. For example, there may be two projectors 1501a and 1501b be, or more. Each of the projectors 1501a . 1501b contains a volume hologram and one or more light sources. In the embodiment, a plurality of image sensors can also be used. For example, there may be two image sensors 1505a and 1505b be, or more. The image sensors 1505a and 1505b may also be formed as part of a camera or multiple cameras. Furthermore, in the figure, a control unit 1506 , an evaluation unit 1510 and an output unit 1507 shown. The image sensors 1505a and 1505b , the projectors 1501a and 1501b and the control unit 1506 For example, you can use a common communication bus 1531 be interconnected, over which they communicate with each other and transmit and exchange data.

Die 16 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts gemäß einer Ausführungsform. Gemäß der Ausführungsform werden die Verfahrensschritte S01, S02, S03, S04 in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt. Die Verfahrensschritte sind: Durchleuchten S01 eines Volumenhologramms 1403 mit einem einfallenden Lichtfeld zum Erzeugen eines gebeugten Lichtfeldes, Beleuchten S02 des Zielobjekts 1404 mit zumindest einem Teil des gebeugten Lichtfelds zum Erzeugen eines Musters auf dem beleuchteten Zielobjekt 1404, Aufnehmen S03 von optischen Messdaten des beleuchteten Zielobjektes 1404, Ableiten S04 von Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes 1404 basierend auf den optischen Messdaten. Die Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes können Aussagen über die dreidimensionale Struktur einer Oberfläche des Zielobjektes aufweisen.The 16 FIG. 10 is a schematic diagram of a method for structural analysis of a target object according to an embodiment. FIG. According to the embodiment, the method steps S01 . S02 . S03 . S04 performed in the order shown. The process steps are: Examining S01 a volume hologram 1403 with an incident light field for generating a diffracted light field, illuminate S02 of the target object 1404 with at least a portion of the diffracted light field for generating a pattern on the illuminated target object 1404 , Take up S03 of optical measurement data of the illuminated target object 1404 , Derive S04 Statements about structural properties of the target object 1404 based on the optical measurement data. The statements about structural properties of the target object may include statements about the three-dimensional structure of a surface of the target object.

Die Aussagen können auch basierend auf einem Triangulationsverfahren, insbesondere einer aktiven Triangulation, abgeleitet werden. Die optischen Messdaten können aus mindestens zwei unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das Zielobjekt aufgenommen werden.The statements can also be derived based on a triangulation method, in particular an active triangulation. The optical measurement data may be acquired from at least two different angles with respect to the target object.

Als Volumenhologramm kann ein Reflexionshologramm und/oder ein Transmissionshologramm, welches insbesondere als Phasenhologramm und/oder Amplitudenhologramm und/oder Bragg-Gitter ausgebildet ist, eingesetzt werden. Das Volumenhologramm kann dazu ausgebildet sein, bei in Bezug auf das Volumenhologramm unterschiedlichen einfallenden Lichtfeldern unterschiedliche gebeugte Lichtfelder zu erzeugen. Somit kann Multiplexing zum Einsatz kommen.As a volume hologram, a reflection hologram and / or a transmission hologram, which is designed in particular as a phase hologram and / or amplitude hologram and / or Bragg grating, can be used. The volume hologram may be configured to generate different diffracted light fields with respect to the volume hologram different incident light fields. Thus, multiplexing can be used.

Die unterschiedlichen gebeugten Lichtfelder können einzeln oder in Kombination erzeugt werden und/oder gleichzeitig oder zeitlich sequentiell erzeugt werden. Die unterschiedlichen gebeugten Lichtfelder können auch durch mehrere unterschiedliche und/oder an unterschiedlichen Orten befindliche und/oder in unterschiedlichen Winkeln im Hinblick auf das Volumenhologramm angeordnete Lichtquellen des einfallenden Lichtfeldes erzeugt werden, und/oder durch Translation oder Rotation des Volumenhologramms relativ zum einfallenden Lichtfeld erzeugt werden, und/oder durch unterschiedliche Wellenlängen des einfallenden Lichtfeldes erzeugt werden.The different diffracted light fields can be generated singly or in combination and / or generated simultaneously or sequentially in time. The different diffracted light fields can also be generated by a plurality of different and / or located at different locations and / or arranged at different angles with respect to the volume hologram light sources of the incident light field, and / or generated by translation or rotation of the volume hologram relative to the incident light field , and / or generated by different wavelengths of the incident light field.

Die 17 eine schematische Darstellung einiger Beispiele für Muster gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise werden die Muster durch einen Projektor 1401 erzeugt, wenn sie auf eine ebene Fläche des Zielobjektes 1404 treffen.The 17 a schematic representation of some examples of patterns according to an embodiment of the present invention. For example, the patterns are projected by a projector 1401 generated when placed on a flat surface of the target object 1404 to meet.

Die 17a) zeigt ein Beispiel für ein Punktmuster. Ein solches Punktmuster weist punktförmige Intensitätszentren auf. Die 17b) zeigt ein Beispiel für ein Linienmuster. Ein solches Linienmuster weist linienförmige Bereiche hoher Lichtintensität auf. Die 17c) zeigt ein Beispiel für ein rasterartiges Muster. Die 17d) zeigt ein Beispiel für ein schachbrettartiges Muster.The 17a) shows an example of a dot pattern. Such a dot pattern has dot-shaped intensity centers. The 17b) shows an example of a line pattern. Such a line pattern has line-shaped areas of high light intensity. The 17c) shows an example of a grid-like pattern. The 17d) shows an example of a checkered pattern.

Es können aber auch andere Muster als die dargestellten verwendet werden. Insbesondere können die Muster in gröberer oder feinerer Struktur als dargestellt verwendet werden oder es können Musterparameter wie beispielsweise Linienprofile variiert werden. Die Muster können auch rotiert werden. Sie können vergrößert oder verkleinert werden. Es können auch die Abstände zwischen den Strukturen variiert werden. Zum Beispiel können bei Linienmustern die Abstände zwischen den Linien verändert werden.However, other patterns than those shown may be used. In particular, the patterns may be used in a coarser or finer pattern than illustrated, or pattern parameters such as line profiles may be varied. The patterns can also be rotated. They can be enlarged or reduced. It is also possible to vary the spacings between the structures. For example, in line patterns, the distances between the lines can be changed.

Die 17 zeigt verschiedene Beispiele für regelmäßige Muster. Ebenso können nicht-regelmäßige oder nichtperiodische Muster zum Einsatz kommen. Ein nicht-periodisches Muster ist ein Muster, dessen Teilbereiche zumindest in einer Dimension nicht identisch zu anderen Teilbereichen desselben Musters sind. Beispiele sind zufällige oder pseudo-zufällige, Linienmuster mit variierenden Linienabständen oder Muster mit beliebiger Intensitätsmodulation.The 17 shows different examples of regular patterns. Likewise, non-regular or non-periodic patterns may be used. A non-periodic pattern is a pattern whose portions are not identical, at least in one dimension, to other portions of the same pattern. Examples are random or pseudo-random line patterns with varying line spacing or patterns with arbitrary intensity modulation.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.

Claims (15)

Verfahren zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts (1404), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Durchleuchten (S01) eines Volumenhologramms (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) mit einem einfallenden Lichtfeld (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) zum Erzeugen eines gebeugten Lichtfeldes (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423); - Beleuchten (S02) des Zielobjekts (1404) mit zumindest einem Teil des gebeugten Lichtfelds (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) zum Erzeugen eines Musters auf dem beleuchteten Zielobjekt (1404); - Aufnehmen (S03) von optischen Messdaten (1430) des beleuchteten Zielobjektes (1404); - Ableiten (S04) von Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes (1404) basierend auf den optischen Messdaten (1430).A method of structural analysis of a target object (1404), the method comprising the steps of: - Scanning (S01) of a volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) with an incident light field (222, 522a, 522b, 722a , 722b, 1422) for generating a diffracted light field (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423); Illuminating (S02) the target object (1404) with at least part of the diffracted light field (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) to produce a pattern on the illuminated target object (1404); - capturing (S03) optical measurement data (1430) of the illuminated target object (1404); Deriving (S04) statements about structural properties of the target object (1404) based on the optical measurement data (1430). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes (1404) Aussagen über die dreidimensionale Struktur einer Oberfläche des Zielobjektes (1404) aufweisen.Method according to Claim 1 wherein the statements about structural properties of the target object (1404) include statements about the three-dimensional structure of a surface of the target object (1404). Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Aussagen basierend auf einem Triangulationsverfahren, insbesondere einer aktiven Triangulation, abgeleitet werden.Method according to Claim 2 , where the statements are derived based on a triangulation method, in particular an active triangulation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optischen Messdaten (1430) aus mindestens zwei unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das Zielobjekt (1404) aufgenommen werden.The method of any one of the preceding claims, wherein the optical measurement data (1430) is acquired from at least two different angles with respect to the target object (1404). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Reflexionshologramm und/oder ein Transmissionshologramm, welches insbesondere als Phasenhologramm und/oder Amplitudenhologramm und/oder Bragg-Gitter ausgebildet ist, als Volumenhologramm (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a reflection hologram and / or a transmission hologram, which is designed in particular as a phase hologram and / or amplitude hologram and / or Bragg gratings, as a volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Volumenhologramm (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) dazu ausgebildet ist, bei in Bezug auf das Volumenhologramm (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) unterschiedlichen einfallenden Lichtfeldern (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) unterschiedliche gebeugte Lichtfelder (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) zu erzeugen.Method according to one of the preceding claims, wherein the volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) is designed with respect to Volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) different diffracted light fields (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) different diffracted To generate light fields (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423). Verfahren nach Anspruch 6, wobei die unterschiedlichen gebeugten Lichtfelder (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) einzeln oder in Kombination erzeugt werden und/oder gleichzeitig oder zeitlich sequentiell erzeugt werden.Method according to Claim 6 wherein the different diffracted light fields (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) are generated singly or in combination and / or are generated simultaneously or temporally sequentially. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die unterschiedlichen gebeugten Lichtfelder (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) durch mehrere unterschiedliche und/oder an unterschiedlichen Orten befindliche und/oder in unterschiedlichen Winkeln im Hinblick auf das Volumenhologramm (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) angeordnete Lichtquellen (802a, 802b, 802c, 902a, 902b, 1002a, 1002b, 1102, 1202, 1302, 1402) des einfallenden Lichtfeldes (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) erzeugt werden; und/oder durch Translation oder Rotation des Volumenhologramms (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) relativ zum einfallenden Lichtfeld (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) erzeugt werden; und/oder durch unterschiedliche Wellenlängen des einfallenden Lichtfeldes (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) erzeugt werden.Method according to Claim 6 or 7 in which the different diffracted light fields (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) are located at different angles and / or at different angles with respect to the volume hologram (103, 203, 303, 403) , 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) light sources (802a, 802b, 802c, 902a, 902b, 1002a, 1002b, 1102, 1202, 1302, 1402) of the incident Light field (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) are generated; and / or by translation or rotation of the volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) relative to the incident light field (222, 522a, 522b , 722a, 722b, 1422) are generated; and / or by different wavelengths of the incident light field (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422). Vorrichtung (1400) zur strukturellen Analyse eines Zielobjekts (1404) mit - mindestens einem Projektor (801, 901, 1001, 1101, 1201, 1301, 1401) mit - mindestens einer Lichtquelle (802a, 802b, 802c, 902a, 902b, 1002a, 1002b, 1102, 1202, 1302, 1402), welche dazu ausgebildet ist, ein Lichtfeld (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) zu erzeugen, und - einem Volumenhologramm (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503), welches dazu ausgebildet ist, das von der Lichtquelle (802a, 802b, 802c, 902a, 902b, 1002a, 1002b, 1102, 1202, 1302, 1402) erzeugte Lichtfeld (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) zu beugen; und - mindestens einem Bildsensor (1405), welcher dazu ausgebildet ist, optische Messdaten (1430) des mit dem gebeugten Lichtfeld (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) beleuchteten Zielobjektes (1404) aufzunehmen; und - einer Auswertungseinheit (1410), welche dazu ausgebildet ist, aus den durch den mindestens einen Bildsensor (1405) aufgenommenen optischen Messdaten (1430) Aussagen über Struktureigenschaften des Zielobjektes (1404) abzuleiten.Apparatus (1400) for structural analysis of a target object (1404) - At least one projector (801, 901, 1001, 1101, 1201, 1301, 1401) with - At least one light source (802a, 802b, 802c, 902a, 902b, 1002a, 1002b, 1102, 1202, 1302, 1402), which is adapted to generate a light field (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) , and - A volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503), which is adapted to that of the light source (802a, 802b, 802c , 902a, 902b, 1002a, 1002b, 1102, 1202, 1302, 1402) to diffract light field (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422); and - at least one image sensor (1405) adapted to receive optical measurement data (1430) of the target object (1404) illuminated by the diffracted light field (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423); and - An evaluation unit (1410), which is adapted to derive from the at least one image sensor (1405) recorded optical measurement data (1430) statements about structural properties of the target object (1404). Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Auswertungseinheit ausgebildet ist, Aussagen über die dreidimensionale Struktur einer Oberfläche des Zielobjektes (1404) abzuleiten.Device after Claim 9 wherein the evaluation unit is designed to derive statements about the three-dimensional structure of a surface of the target object (1404). Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Auswertungseinheit ausgebildet ist, die Aussagen durch Triangulation, insbesondere aktive Triangulation, abzuleiten.Device after Claim 10 , wherein the evaluation unit is designed to derive the statements by triangulation, in particular active triangulation. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, welche dazu ausgebildet ist, die optischen Messdaten (1430) aus mindestens zwei unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das Zielobjekt (1404) aufzunehmen.Device according to one of Claims 9 - 11 , which is adapted to the optical Acquire measurement data (1430) from at least two different angles with respect to the target object (1404). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-12, wobei ein Reflexionshologramm und/oder ein Transmissionshologramm, welches insbesondere als Phasenhologramm und/oder Amplitudenhologramm und/oder Bragg-Gitter ausgebildet ist, als Volumenhologramm (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) eingesetzt wird.Device according to one of Claims 9 - 12 , wherein a reflection hologram and / or a transmission hologram, which is designed in particular as a phase hologram and / or amplitude hologram and / or Bragg grating, as a volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) is used. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-13, wobei das Volumenhologramm (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) derart ausgebildet ist, bei in Bezug auf das Volumenhologramm (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) unterschiedlichen einfallenden Lichtfeldern (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) unterschiedliche gebeugte Lichtfelder (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) zu erzeugen, wobei die unterschiedlichen gebeugten Lichtfelder (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) einzeln oder in Kombination erzeugt werden und/oder gleichzeitig oder zeitlich sequentiell erzeugt werden; und wobei der mindestens eine Projektor (801, 901, 1001, 1101, 1201, 1301, 1401) insbesondere ausgebildet ist, die unterschiedlichen gebeugten Lichtfelder (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) durch mehrere unterschiedliche und/oder an unterschiedlichen Orten befindliche und/oder in unterschiedlichen Winkeln im Hinblick auf das Volumenhologramm (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) angeordnete Lichtquellen (802a, 802b, 802c, 902a, 902b, 1002a, 1002b, 1102, 1202, 1302, 1402) des einfallenden Lichtfeldes (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) zu erzeugen; und/oder durch Translation oder Rotation des Volumenhologramms (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) relativ zum einfallenden Lichtfeld (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) zu erzeugen; und/oder durch unterschiedliche Wellenlängen des einfallenden Lichtfeldes (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) zu erzeugen.Device according to one of Claims 9 - 13 wherein the volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) is formed in such a way with respect to the volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) different incident light fields (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422) different diffracted light fields (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423), wherein the different diffracted light fields (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) are generated singly or in combination and / or are generated simultaneously or temporally sequentially; and wherein the at least one projector (801, 901, 1001, 1101, 1201, 1301, 1401) is in particular formed, the different diffracted light fields (223, 323, 523a, 523b, 723a, 723b, 1423) by a plurality of different and / or located at different locations and / or at different angles with respect to the volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) arranged light sources (802a 802b, 802c, 902a, 902b, 1002a, 1002b, 1102, 1202, 1302, 1402) of the incident light field (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422); and / or by translation or rotation of the volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) relative to the incident light field (222, 522a, 522b , 722a, 722b, 1422); and / or by different wavelengths of the incident light field (222, 522a, 522b, 722a, 722b, 1422). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-14, wobei ein Strahlteiler oder ein dichroitischer Spiegel (1011) in den optischen Weg zwischen der mindestens einen Lichtquelle (802a, 802b, 802c, 902a, 902b, 1002a, 1002b, 1102, 1202, 1302, 1402) und das auszulesende Volumenhologramm (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503) eingesetzt wird.Device according to one of Claims 9 - 14 in which a beam splitter or a dichroic mirror (1011) is introduced into the optical path between the at least one light source (802a, 802b, 802c, 902a, 902b, 1002a, 1002b, 1102, 1202, 1302, 1402) and the volume hologram (103, 203, 303, 403, 503, 603, 703, 803, 903, 1003, 1103, 1203, 1303, 1403, 1503).

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