DE10344051A1 - Measurement device for measuring distance and spatial coordinates of object, has light source that generates spatially structured light pattern imaged on object surface using projection optics - Google Patents

Measurement device for measuring distance and spatial coordinates of object, has light source that generates spatially structured light pattern imaged on object surface using projection optics Download PDF

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Abstract

Device for measuring the distance to and spatial coordinates of an object (4), or their change over time. The device has a light source, projection optics (2) and a recording device for recording an image of the object surface that is then analyzed in an evaluation unit. The light source can be spatially structured to generate a spatially structured light pattern, which is then imaged on the object surface using the projection optics. An independent claim is made for a method for measuring the distance to and spatial coordinates of an object, or their change over time.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Vermessung von Entfernungen und/oder räumlichen Koordinaten eines Gegenstandes bzw. deren zeitlicher Änderungen. Derartige Verfahren werden insbesondere im Bereich der Qualitätskontrolle, der Digitalisierung von Prototypen, der Bestimmung von Oberflächentopographien sowie ganz generell zur Bestimmung von 3D-Formen eingesetzt. Anwendungsbereiche liegen insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, im Maschinenbau, Automobilbau, Keramikindustrie, Schuhindustrie, Schmuckindustrie, Dentaltechnik, Medizin, beispielsweise Orthopädie.The The present invention relates to an apparatus and a method for measuring distances and / or spatial coordinates of a Subject or its temporal changes. Such methods especially in the field of quality control, digitization of prototypes, the determination of surface topographies as well as whole Generally used to determine 3D shapes. applications particularly, but not exclusively, in mechanical engineering, automotive engineering, Ceramics industry, shoe industry, jewelery industry, dental technology, Medicine, for example orthopedics.

Unter den 3D-Messverfahren sind insbesondere die optischen Messverfahren von zunehmendem Interesse. Insbesondere die optischen Triangulationsverfahren wer den bevorzugt eingesetzt, da diese wesentliche Vorteile aufweisen. Die Messung erfolgt berührungslos und damit rückwirkungsfrei und die Information über das vermessene Objekt liegt bildhaft vor. Die Verbindung mit neuen technischen Lösungen für die schnelle Datenakquisition und Datenanalyse führt zu Verarbeitungsgeschwindigkeiten, die anderen Verfahren deutlich überlegen sind.Under The 3D measuring methods are in particular the optical measuring methods of increasing interest. In particular, the optical triangulation method who used the preferred, since they have significant advantages. The measurement is contactless and thus without feedback and the information about the measured object is visually present. The connection with new ones technical solutions for the fast data acquisition and data analysis leads to processing speeds that clearly superior to other methods are.

Bei den Triangulationsverfahren wird zwischen aktiv und passiv messenden Verfahren unterschieden. 1 zeigt die Unterteilung dieser Triangulationsverfahren, wobei die Unterscheidung zwischen aktiven und passiven Messverfahren deutlich wird.The triangulation method distinguishes between active and passive measuring methods. 1 shows the subdivision of these triangulation methods, whereby the distinction between active and passive measuring methods becomes clear.

Passive Systeme kommen ohne besondere Beleuchtungseinheit aus, da die Information über das Messobjekt durch Auswertung von Pixelposition der Objektpunkte in der Bildebene erhalten wird.passive Systems do not require a special illumination unit, because the information about the measurement object by evaluating the pixel position of the object points in the image plane is obtained.

Demgegenüber erfordern aktiv messende Verfahren eine spezielle Beleuchtung des zu vermessenden Objektes. Die aktiv messenden Verfahren können dabei nach Art der Beleuchtung in drei Untergruppen unterteilt werden. Im eindimensionalen Fall wird ein Lichtpunkt auf das Messobjekt projiziert und das vom Objekt reflektierte Licht unter einem Winkel mit einem positionsempfindlichen Detektor, z.B. einer CCD-Kamera aufgenommen. Aus der Geometrie des optischen Aufbaus, der im wesentlichen durch den Winkel zwischen Beleuchtungs- und Beobachtungsrichtung bestimmt ist, errechnet sich durch Triangulation die Lage des beobachteten Objektpunktes. Dies ist die sog. Punkttriangulationstechnik. Der Lichtstrahl bzw. Lichtpunkt kann auch über die Oberfläche des Objektes scannen und dadurch diese flächenhaft abtasten.In contrast, require active measuring method a special illumination of the to be measured Object. The active measuring methods can thereby according to the type of lighting be divided into three subgroups. In the one-dimensional case becomes a point of light is projected onto the measuring object and that of the object reflected light at an angle with a position sensitive Detector, e.g. a CCD camera. From the geometry of the optical Structure, which is essentially determined by the angle between lighting and observation direction is calculated by triangulation the position of the observed object point. This is the so-called point triangulation technique. The light beam or light spot can also over the surface of the Scan object and thereby scan this area.

Eine Erweiterung des einfachen Triangulationsverfahrens mit einem Lichtpunkt (eindimensionaler Fall) stellt die Methode des Lichtschnittverfahrens dar. Statt eines einzelnen Lichtpunktes wird ein Lichtband mit einer scharfen Hell-/Dunkelgrenze auf das Objekt projiziert. Auch hier wird das Lichtband mittels einer positionsempfindlichen Kamera erfasst und durch Triangulation ausgewertet. Diese Techniken sind beispielsweise in „Sechster Leitfaden zur optischen 3D-Messtechnik, Herausgeber Fraunhofer-Allianz-Vision, www.vision.fhg.de (2003)" dargestellt.A Extension of the simple triangulation method with a light point (one-dimensional case) represents the method of the light-section method. Instead of a single point of light, a band of light with a sharp light / dark boundary projected onto the object. Here too the light band is detected by means of a position-sensitive camera and evaluated by triangulation. These techniques are for example in "Sixth Guide to 3D optical metrology, Publisher Fraunhofer Alliance Vision, www.vision.fhg.de (2003) ".

Ermöglicht die punktweise Beleuchtung eine punktweise 3D-Vermessung, die linienhafte Beleuchtung eine Triangulation entlang eines einzelnen Objektschnittes, so gestattet die flächenhafte Projektion von strukturiertem Licht, die sog., Streifenprojektion, eine bildhafte Triangulation der gesamten Messszene.Allows the point-by-point illumination a pointwise 3D measurement, the linear one Lighting a triangulation along a single object section, so allows the areal Projection of structured light, the so-called, stripe projection, a Pictorial triangulation of the entire measuring scene.

Zur Erzeugung der Lichtmuster werden im Stand der Technik unterschiedliche Projektionstechniken eingesetzt. Bekannt sind hierbei insbesondere die pixelweise ansteuerbaren Projektoren auf der Basis von transmittiven Mikrodisplays oder reflektiven Mikrodisplays. Hierbei wird mittels einer Lichtquelle ein einheitliches Licht erzeugt und das Streifenmuster beispielsweise durch ein transmittives LCD-Array (Liquid Crystal Display Array) oder einem reflektiven DMD (Digital Micromirror Display) bzw. einem reflektiven LCoS-Display (Liquid Crystal on Silicon) das gewünschte Muster erzeugt. Alternativen hierzu bestehen in der Verschiebung eines Glasträgers mit unterschiedlichen Gitterstrukturen im erzeugten Projektionslicht, die Verwendung eines elektrisch schaltbaren Gitters mit einer mechanischen Verschiebeeinrichtung oder auch die Projektion von Einzelgittern auf der Basis von Glasträgern.to Generation of the light patterns are different in the prior art Projection techniques used. In particular, these are known pixel-wise controllable projectors on the basis of transmissive Microdisplays or reflective microdisplays. This is by means of a light source generates a uniform light and the stripe pattern for example, by a transmittive LCD array (Liquid Crystal Display Array) or a reflective DMD (Digital Micromirror Display) or a reflective LCoS display (Liquid Crystal on Silicon) the wished Pattern generated. Alternatives to this are the shift a glass carrier with different grating structures in the generated projection light, the use of an electrically switchable grid with a mechanical Displacement device or the projection of individual gratings the base of glass slides.

All diesen Projektionstechniken ist gemeinsam, dass das Projektionslicht zuerst erzeugt und anschließend moduliert wird. Dies bedeutet, dass ausschließlich extern beleuchtete Mikrodisplays verwendet werden.Alles These projection techniques have in common that the projection light generated first and then is modulated. This means that only externally illuminated microdisplays be used.

Nachteilig an diesen Beleuchtungsgruppen ist, dass eine Miniaturisierung und Vereinfachung des Projektionssystems aufgrund der erforderlichen separaten Beleuchtungsbaugruppe für die Ausleuchtung der Chipebene kaum möglich ist.adversely At these lighting groups is that of miniaturization and Simplification of the projection system due to the required separate Lighting assembly for the illumination of the chip level is hardly possible.

Eine derartige Vorrichtung zeigt beispielsweise die DE 196 33 686 A1 , bei der als Projektionselement für das Licht eine Anordnung aus mehreren in einem zweidimensionalen Array angeordneten Spiegeln verwendet wird. Die Kippstellung der einzelnen Mikrospiegel ist dabei variabel, so dass jeder einzelne Mikrospiegel einen ansteuerbaren Bildpunkt bildet. Es handelt sich also hier um ein Beispiel für die oben genannte reflektiven Mikrodisplays.Such a device shows, for example, the DE 196 33 686 A1 in which an arrangement of a plurality of mirrors arranged in a two-dimensional array is used as the projection element for the light. The tilting of the individual micromirror is variable, so that each individual micromirror forms a controllable pixel. This is an example of the above-mentioned reflective microdisplays.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung von Entfernungen und/oder räumlichen Koordinaten bzw. deren zeitlicher Änderungen eines Gegenstandes zur Verfügung zu stellen, das aufgrund seiner Projektionseinheit klein, kompakt und/oder robust ist und weiterhin niedrige Betriebskosten und eine lange Lebensdauer aufweist.task The present invention is now, a device and a Method for measuring distances and / or spatial Coordinates or their temporal changes of an object to disposal because of its projection unit small, compact and / or is robust and continues to have low operating costs and a has a long service life.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie das Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben. Die Ansprüche 24 und 25 geben Verwendungen für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren.These The object is achieved by the device according to claim 1 and the method solved according to claim 11. Advantageous developments of the device according to the invention and of the method according to the invention are in the respective dependent claims given. The requirements 24 and 25 give uses for the device according to the invention and the method according to the invention.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sie als Vorrichtung zur Projektion von Lichtmustern für die optische 3D-Formvermessung neuartige, in diesem Bereich bisher nicht bekannte Lichtquellen verwendet, nämlich eine selbstleuchtende, räumlich strukturierbare Lichtquelle, d.h. selbstleuchtende Mikrodisplaystrukturen. Vorteilhafterweise können diese Mikrodisplays organische Leuchtdioden-Arrays (OLEDs) sein.The The present invention is characterized in that it can be used as a device for the projection of light patterns for 3D optical shape measurement novel, used in this area previously unknown light sources, namely a self-luminous, spatial structurable light source, i. self-luminous microdisplay structures. Advantageously, can these microdisplays be organic light-emitting diode arrays (OLEDs).

Mit einer derartigen Projektionsvorrichtung ist es möglich, beliebige Lichtstrukturen zeitlich nacheinander zu generieren und auf das zu vermessende Objekt zu projizieren. Da derartige Displays bzw, ihre Elektrodenstruktur mit photolithographischen Techniken hergestellt werden können, besitzen die einzelnen Pixel eine sehr gute intrinsische Maßverkörperung.With Such a projection device makes it possible to have any desired light structures time-sequentially and on the object to be measured to project. Such displays or their electrode structure can be produced with photolithographic techniques possess the individual pixels a very good intrinsic material measure.

Damit ist der Aufbau sehr einfacher Projektionseinheiten für die 3D- und Oberflächenmesssysteme möglich, die durch diese Miniaturisierung die Anwendung unterschiedlichster, sich ergänzender Projektionstechniken und Auswertemethoden gestatten.In order to is the construction of very simple projection units for the 3D and surface measuring systems possible, which, through this miniaturization, allows the use of a wide variety of complementary Permit projection techniques and evaluation methods.

Neben den auch im Stand der Technik bereits gegebenen Möglichkeiten, beliebige Muster zu generieren, beispielsweise mit verschiedenen Gitterperioden, Gray-Code, die vollständige Vermeidung von Phasenschiebefehlern durch pixelsynchrone Erzeugung, der Vermeidung mechanisch bewegter Teile, dem schnellen Bild aufbau und der Projektion auch von Farbmustern und generell der freien Adressierbarkeit jedes einzelnen Pixelelementes zur Erzeugung beliebiger Lichtmuster zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, dass die Beleuchtungsbaugruppe nunmehr stark vereinfacht wird. Die bisherige Beleuchtungsbaugruppe, die aus Lichtquelle, dem Modulationselement sowie der Kondensor und Einkoppeloptik zur Beleuchtung der transmissiven oder reflektiven Displays bestand, entfällt vollständig. Es sind keine Beleuchtungsoptiken zwischen der Lichtquelle und dem Display mehr erforderlich. Damit kann eine kurze displayseitige (objektseitige) Schnittweite der Projektionsoptik realisiert werden. Dies führt zu dem genannten hohen Grad an Miniaturisierbarkeit, Kompaktheit und Robustheit des erfindungsgemäßen Projektionssystems.Next the possibilities already given in the prior art, Generate any pattern, for example with different ones Grid periods, Gray code, the complete Avoidance of phase shift errors due to pixel-synchronous generation, the avoidance of mechanically moving parts, the fast image construction and the projection also of color patterns and generally the free ones Addressability of each pixel element to generate any Light pattern, the present invention is characterized by that the lighting assembly is now greatly simplified. The previous Lighting assembly consisting of light source, the modulation element as well as the condenser and coupling optics for the illumination of the transmissive or reflective displays, is completely eliminated. They are not illumination optics between the light source and the display more required. In order to can have a short display-side (object-side) intercept of the Projection optics are realized. This leads to the said high Degree of miniaturization, compactness and robustness of the projection system according to the invention.

Weiterhin reduziert sich die Temperaturproblematik im Projektionskopf, die bisher aufgrund der Aufheizung des Projektionskopfs aufgrund der Verwendung intensiver Lichtquellen und deren Netzteile vorlag. Die verwendeten selbstleuchtenden Mikrodisplays weisen zusätzlich niedrigere Betriebskosten und eine längere Lebensdauer auf.Farther reduces the temperature problem in the projection head, the previously due to the heating of the projection head due to Use of intense light sources and their power supplies existed. The used self-luminous microdisplays have in addition lower Operating costs and a longer one Life on.

Zusammenfassend ermöglicht die Erfindung die Konzeption ultraleichter Projektionssysteme und auch die einfache Integration in bereits bestehende, auch räumlich beschränkte Aufbauten, wie beispielsweise Stereomikroskope oder Endoskope für die optische 3D- und Oberflächenvermessung.In summary allows the invention is the design of ultralight projection systems and also easy integration into existing, even spatially limited structures, such as stereomicroscopes or endoscopes for the optical 3D and surface measurement.

Vorteilhafterweise können auch mehrere selbstleuchtende Mikrodisplays objektseitig angeordnet sein zur Erzeugung und Projektion der unterschiedlichen Lichtmuster bzw. zur zusammengesetzten Erzeugung und Pro jektion eines Lichtmusters. Das oder die selbstleuchtenden Mikrodisplays sind dabei vorteilhafterweise so angeordnet, dass sie sich in der objektseitigen Schnittebene der Projektionsoptik befinden. Damit kann dann das mit dem selbstleuchtenden Mikrodisplay erzeugte Lichtmuster direkt auf das vermessene Objekt projiziert werden.advantageously, can Also several self-luminous microdisplays arranged on the object side be to the generation and projection of different light patterns or for composite generation and pro jection of a light pattern. The or the self-luminous microdisplays are advantageously arranged so that they are in the object-side cutting plane the projection optics are located. This can then with the self-luminous Microdisplay generated light patterns directly on the measured object be projected.

Vorteilhafterweise erfolgt dabei die Ansteuerung jedes einzelnen Pixelelementes des selbstleuchtenden Mikrodisplays, unabhängig vom Nachbarelement über direkte oder indirekte Rechnersteuerung, d.h. durch unmittelbare Ansteuerung durch den Rechner oder mittels eines Pufferspeichers.advantageously, The control of each individual pixel element of the self-luminous microdisplays, regardless of the neighboring element via direct or indirect computer control, i. by direct control through the computer or by means of a buffer memory.

Vorteilhafterweise erfolgt die Messwertaufzeichnung, d.h. die Messung der Intensitätsverteilung des projizierten Musters auf der zu vermessenden Oberfläche synchronisiert mit dem Displayarray über beispielsweise CCD-Kameras. Dies ermöglicht eine Berechnung der Objektpunktkoordinaten unter Verwendung der im Stand der Technik hinreichend beschriebenen Phase-Shift-Techniken, Kombination von Gray-Codes oder Phase-Step-Techniken sowie anderer Verfahren.advantageously, the measurement record, i. the measurement of the intensity distribution the projected pattern on the surface to be measured is synchronized with the display array over for example, CCD cameras. This allows a calculation of the Object point coordinates using the prior art sufficiently described phase-shift techniques, Combination of Gray codes or phase-step techniques as well as others Method.

Im folgenden wird ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren gegeben.in the Following is an example of a device according to the invention and a method according to the invention given.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine Übersicht über verschiedene Triangulationsverfahren und ihre Unterteilung sowie systematische Zuordnung; 1 an overview of different triangulation methods and their subdivision as well as systematic assignment;

2 eine erfindungsgemäße Anordnung mit selbstleuchtendem Mikrodisplay; 2 an inventive arrangement with self-illuminating microdisplay;

3 ein erfindungsgemäß erzeugtes Streifenmuster mit einer sinusförmigen Intensitätsverteilung; und 3 a stripe pattern generated according to the invention having a sinusoidal intensity distribution; and

4 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung. 4 another arrangement according to the invention.

In 2 ist schematisch eine typische Anordnung zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet die Displayfläche eines selbstleuchtenden Mikrodisplays mit einzelnen Displayelementen 1.1, die sich in der objektseitigen Schnittebene, d.h. der Objektebene einer Projektionsoptik 2 befindet. Die Projektionsoptik 2 besteht beispielsweise aus einer Objektivlinse. Das Mikrodisplay 1 ist ein organisches Leuchtdiodenarray (OLED) als selbstleuchtendes Mikrodisplay. Die Projektionsoptik 2 projiziert das von dem selbstleuchtenden Mikrodisplay 1.1 erzeugte Muster auf die Oberfläche eines Gegenstandes 4, der sich in der Bildebene 3 der Projektionsoptik 2 befindet.In 2 schematically a typical arrangement for the realization of a device according to the invention is shown. The reference number 1 denotes the display surface of a self-luminous microdisplay with individual display elements 1.1 located in the object-side section plane, ie the object plane of a projection optics 2 located. The projection optics 2 For example, it consists of an objective lens. The microdisplay 1 is an organic light-emitting diode array (OLED) as a self-luminous microdisplay. The projection optics 2 projects this from the self-luminous microdisplay 1.1 generated pattern on the surface of an object 4 who is in the picture plane 3 the projection optics 2 located.

Durch die freie Adressierbarkeit jedes einzelnen Displayelementes 1.1 des Mikrodisplays 1 ist es möglich, beliebige Lichtmuster zu erzeugen und auf das zu vermessende Objekt 4 zu projizieren.Due to the free addressability of each display element 1.1 of the microdisplay 1 It is possible to create any pattern of light and the object to be measured 4 to project.

3 zeigt ein derart erzeugtes Streifenmuster, das quer zur Längsausdehnung der Streifen eine sinusförmige Intensitätsverteilung aufweist. 3 shows a strip pattern produced in this way, which has a sinusoidal intensity distribution transverse to the longitudinal extent of the strips.

Die Ansteuerung jedes einzelnen Mikrodisplayelements 1.1 erfolgt hierbei unabhängig vom Nachbarelement über eine Rechnersteuerung. Die Messwerte werden mittels einer CCD-Kamera aufgezeichnet und in einem Rechner ausgewertet.The activation of each individual microdisplay element 1.1 takes place here independently of the neighboring element via a computer control. The measured values are recorded by means of a CCD camera and evaluated in a computer.

4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung, wobei für gleiche und ähnliche Elemente gleiche und ähnliche Bezugszeichen verwendet wurden. Diese Anordnung basiert auf einem Stereomikroskop, dessen erster Strahlengang zur Beleuchtung eines Objektes 4 verwendet wird, während der zweite Strahlengang zur Beobachtung der auf dem Gegenstand 4 erzeugten Lichtmuster verwendet wird. Dementsprechend wird ein selbstleuchtendes Mikrodisplay 1 (SVGA OLED Microdisplay 852 × 600 Pixel, Pixelgröße 15 × 15 μm, Bildrate 40–65 Hz von eMagin Corporation) in die Bildebene des Okulars 2a in einem ersten Stereokanal des Stereomikroskops montiert. Das von dem OLED-Display 1 erzeugte Muster wird auf das Objekt 4 über das Objektiv 2b projiziert. 4 shows a further arrangement according to the invention, wherein the same and similar reference numerals have been used for the same and similar elements. This arrangement is based on a stereomicroscope, the first beam path for illuminating an object 4 is used while the second beam path for observation of the object 4 generated light pattern is used. Accordingly, a self-luminous microdisplay 1 (SVGA OLED Microdisplay 852 × 600 pixels, pixel size 15 × 15 μm, frame rate 40-65 Hz from eMagin Corporation) into the image plane of the eyepiece 2a mounted in a first stereo channel of the stereomicroscope. That of the OLED display 1 generated pattern is applied to the object 4 over the lens 2 B projected.

Auf diese Art und Weise wird auf der Oberfläche des Gegenstandes 4 ein räumlich strukturiertes Lichtmuster aufprojiziert, das dann unter dem Triangulationswinkel β über den zweiten Stereokanal mit Objektiv 2b' und Okular 2a' beobachtet wird. Die Beobachtung erfolgt dabei durch eine Bildaufnahmeeinrichtung 6 (CCD-Kamera Sony XC 55). Die Größe des Triangulationswinkels β wird dabei durch die Stereobasis des Mikroskops bestimmt.In this way will be on the surface of the object 4 a spatially structured light pattern aufprojiziert, which then under the triangulation angle β on the second stereo channel with lens 2 B' and eyepiece 2a ' is observed. The observation is carried out by an image recording device 6 (CCD camera Sony XC 55). The size of the triangulation angle β is determined by the stereo base of the microscope.

Wird nun durch das Mikrodisplay 1 ein Schnittlinienbild auf der Oberfläche des Gegenstandes 4 erzeugt, so wird unter Nutzung bekannter Phasenauswerteverfahren (hier siebenstufiger Gray-Code in Kombination mit einem vierstufigen Phase-Shift-Verfahren), aus diesen Schnittlinienbildern auf der Oberfläche des Gegen standes 4 die Oberflächenform des Gegenstandes 4 berechnet.Will now through the microdisplay 1 a cut line image on the surface of the object 4 produced using known Phasenauswerteverfahren (here seven-level Gray code in combination with a four-stage phase-shift method), from these intersection images on the surface of the object 4 the surface shape of the object 4 calculated.

Claims (24)

Vorrichtung zur Vermessung von Entfernungen und/oder räumlichen Koordinaten mindestens eines Gegenstandes oder deren zeitlicher Änderung mit einer Lichtquelle zur Erzeugung von Licht, einer das von der Lichtquelle erzeugte Licht auf den mindestens einen Gegenstand abbildenden Projektionsoptik, mindestens einer Aufnahmevorrichtung zur Erzeugung eines Bildes der Oberfläche des mindestens einen Gegenstandes sowie einer Auswerteeinheit zur Auswertung der erzeugten Bilder und Bestimmung der Entfernungen und/oder räumlichen Koordinaten des mindestens einen Gegenstandes oder deren zeitlicher Änderungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle selbst bezüglich ihrer Lichtemission räumlich strukturierbar ist zur Erzeugung mindestens eines räumlich strukturierten Lichtmusters, das durch die Projektionsoptik auf die Oberfläche des mindestens einen Gegenstandes abbildbar ist.Apparatus for measuring distances and / or spatial coordinates of at least one object or its temporal change with a light source for generating light, a light generated by the light source on the at least one object imaging projection optics, at least one recording device for generating an image of the surface of the at least one object and an evaluation unit for evaluating the generated images and determining the distances and / or spatial coordinates of the at least one object or their temporal changes, characterized in that the light source itself is spatially structurable with respect to its light emission for generating at least one spatially structured light pattern, which can be imaged by the projection optics on the surface of the at least one object. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mindestens ein selbstleuchtendes Mikrodisplay mit einem Array von Bildpunkten zur Erzeugung strukturierter Lichtmuster aufweist.Device according to the preceding claim, characterized in that the light source is at least one self-luminous one Microdisplay with an array of pixels to produce structured Has light pattern. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtintensi tät der Bildpunkte des selbstleuchtenden Displays getrennt voneinander und/oder einzeln steuerbar ist.Device according to the preceding claim, characterized in that the luminous intensity of the pixels of the self-luminous Displays separated from each other and / or individually controllable. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das selbstleuchtende Mikrodisplay ein organisches Leuchtdioden-Array aufweist.Device according to one of the two preceding Claims, characterized in that the self-luminous microdisplay on having organic light-emitting diode array. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle in der objektseitigen Schnittebene der Projektionsoptik angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the light source in the object-side sectional plane the projection optics is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, mit der die Leuchtintensität und/oder Form der erzeugten Lichtmuster steuerbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a control device is provided with the light intensity and / or shape of the generated light pattern is controllable. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuervorrichtung die Leuchtintensität einzelner Bildpunkte der Lichtquelle steuerbar ist.Device according to the preceding claim, characterized in that with the control device the luminous intensity of individual Pixels of the light source is controllable. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung einen Mikroprozessor aufweist.Device according to one of the two preceding Claims, characterized in that the control device is a microprocessor having. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera oder eine sonstige Bildaufnahmevorrichtung aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device is a CCD camera or a CMOS camera or another image pickup device. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen Mikroprozessor aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the evaluation unit has a microprocessor. Verfahren zur Vermessung von Entfernungen und/oder räumlichen Koordinaten mindestens eines Gegenstandes oder deren zeitlicher Änderung dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einem selbstleuchtenden Mikrodisplay mindestens ein räumlich strukturiertes Lichtmuster erzeugt, das Lichtmuster auf den Gegenstand abgebildet, mindestens ein Bild der Oberfläche des Gegenstandes erfasst wird und aus dem mindestens einen erzeugten Bild die Entfernungen und/oder räumlichen Koordinaten des mindestens einen Gegenstandes oder deren zeitliche Änderungen bestimmt werden.Method for measuring distances and / or spatial Coordinates of at least one object or its temporal change characterized, that with at least one self-luminous Microdisplay at least one spatially creates a structured light pattern, the light pattern on the Item shown, at least one image of the surface of the Object is detected and from the at least one generated Picture the distances and / or spatial Coordinates of the at least one item or their temporal changes be determined. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich aufeinanderfolgend mehrere räumlich verschieden strukturierte Lichtmuster erzeugt werden.Method according to the preceding claim, characterized characterized in that temporally successive several spatially different structured light patterns are generated. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass strukturierte Lichtmuster erzeugt werden, die bezüglich der Form, Grauwertverteilung und/oder Farbe räumlich strukturiert sind.Method according to one of the two preceding claims, characterized characterized in that structured light patterns are generated, the in terms of the shape, gray scale distribution and / or color are spatially structured. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als strukturierte Lichtmuster Streifenmuster erzeugt werden.Method according to one of claims 11 to 13, characterized that stripe patterns are generated as structured light patterns. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgend periodische oder nichtperiodische, unterschiedlich strukturierte Lichtmuster erzeugt werden.Method according to one of claims 11 to 14, characterized that consecutive periodic or non-periodic, different structured light patterns are generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtmuster mindestens ein Lichtpunkt, mindestens eine Lichtlinie oder ein zweidimensionales Lichtmuster erzeugt wird.Method according to one of claims 11 to 15, characterized that at least one light spot, at least one light line, or as a light pattern a two-dimensional light pattern is generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtmuster additive Kreuzgitter erzeugt werden und die räumlichen Koordinaten mittels Streifenprojektion und/oder mittels Photogrammetrie bestimmt werden.Method according to one of claims 11 to 15, characterized that as a light pattern additive cross gratings are generated and the spatial Coordinates by fringe projection and / or by photogrammetry be determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtmuster Rechteckgitter unterschiedlicher Periode erzeugt werden und die räumlichen Koordinaten mittels Gray-Code-Verfahren bestimmt werden.Method according to one of claims 11 to 15, characterized that rectangular gratings of different periods are generated as light patterns and the spatial Coordinates are determined by Gray code method. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtmuster bezüglich ihrer Lichtintensität in einer Ausdehnungsrichtung der Lichtmusters sinusförmige Gitter mit gleicher oder unterschiedlicher Periode der Lichtintensität innerhalb eines Musters oder zwischen verschiedenen Mustern erzeugt und die räumlichen Koordinaten mittels Mehr-Wellenlängen-Verfahren bestimmt werden.Method according to one of claims 11 to 15, characterized that as a light pattern regarding their light intensity sinusoidal gratings in an extension direction of the light pattern with equal or different period of light intensity within a pattern or created between different patterns and the spatial Coordinates by multi-wavelength method be determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtmuster aufeinanderfolgend Lichtmuster mit zueinander jeweils phasenverschobener sinusförmiger Intensitätsverteilung erzeugt werden.Method according to one of claims 11 to 15, characterized that as a light pattern successive patterns of light with each other each phase-shifted sinusoidal intensity distribution be generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtmuster mit stochastischer Struktur erzeugt und die räumlichen Koordinaten mittels Photogrammetrie oder Korrelationsverfahren bestimmt werden.Method according to one of claims 11 to 15, characterized that generates light patterns with stochastic structure and the spatial coordinates be determined by photogrammetry or correlation method. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmuster durch eine Kombination aus codiertem Lichtansatz und Phase-Shiftverfahren codiert werden.Method according to one of claims 11 to 15, characterized that the light patterns through a combination of coded light approach and Phase-shift method are coded. Verwendung einer Vorrichtung und/oder eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Qualitätskontrolle, zur Digitalisierung von Prototypen, zur Aufnahme von Oberflächentopografien und/oder zur Bestimmung von 3D-Formen und/oder von Oberflächenrauhigkeiten und dergleichen.Use of a device and / or a method according to any one of the preceding claims for quality control, for the digitization of prototypes, for recording surface topographies and / or for determining 3D shapes and / or surface roughnesses and the same. Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch im Maschinenbau, Automobilbau, Keramikindustrie, Schuhindustrie, Schmuckindustrie, Dentaltechnik, Medizin, Orthopädie und dergleichen.Use according to the preceding claim in mechanical engineering, automotive engineering, ceramics industry, shoe industry, jewelry industry, dental technology, medicine, orthopedics and the like.
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