DE10192962B4

DE10192962B4 - Method for the optical measurement of a surface of an object

Info

Publication number: DE10192962B4
Application number: DE10192962T
Authority: DE
Inventors: Michael Haen
Original assignee: Mycrona Gesellschaft fuer Innovative Messtechnik mbH
Current assignee: Hexagon Technology Center GmbH
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: DE10192962D2; AU2001289686A1; WO2002008737A1

Abstract

Verfahren zur optischen Vermessung mindestens einer Zone einer Oberfläche eines Objektes mit Hilfe eines abbildenden Systems von geringer Tiefenschärfe, dadurch gekennzeichnet, daß a) das abbildende System so angeordnet ist, daß – der Winkel (α) zwischen der optische Achse (A) des abbildenden Systems (1) und der Oberfläche (5, 9, 11, 12, 14) maximal 45 Grad beträgt, – sich eine begrenzte Zone (7, 7a) der Oberfläche (5, 9, 11, 12, 14) innerhalb des Tiefenschärfebereiches des abbildenden Systems (1) befindet und durch dieses (1) als reelles Bild scharf abgebildet wird, wobei diese Zone (7, 7a) aufgrund der geringen Tiefenschärfe des abbildenden Systems (1) in Richtung der Projektion der optischen Achse (A) auf die Oberfläche (5, 9, 11, 12, 14) schmal ist, – der auf die Oberflächennormale (N) bezogene Ausfallswinkel (β) für alle Lichtstrahlen, die von der scharf abgebildeten Zone (7, 7a) ausgehen und in das abbildende System...Method for the optical measurement of at least one zone of a surface of an object with the aid of an imaging system of shallow depth of field, characterized in that a) the imaging system is arranged in such a way that - the angle (α) between the optical axis (A) of the imaging system (1) and the surface (5, 9, 11, 12, 14) is a maximum of 45 degrees, - there is a limited zone (7, 7a) of the surface (5, 9, 11, 12, 14) within the depth of field of the imaging System (1) and is sharply imaged as a real image by this (1), this zone (7, 7a) due to the shallow depth of field of the imaging system (1) in the direction of the projection of the optical axis (A) onto the surface ( 5, 9, 11, 12, 14) is narrow, - the angle of reflection (β) related to the surface normal (N) for all light rays emanating from the sharply imaged zone (7, 7a) and into the imaging system ...

Description

Technisches Gebiet:Technical area:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Vermessung mindestens einer Zone einer Oberfläche eines Objektes mit Hilfe eines abbildenden Systems von geringer Tiefenschärfe, wobei das Verfahren die Erfassung von Strukturen mit einer Ausdehnung von weniger als einem Mikrometer erlaubt und dadurch die Erstellung einer hochaufgelösten dreidimensionalen topographischen Karte der Oberfläche oder eines Teiles davon ermöglicht.The invention relates to a method for optical measurement of at least one zone of a surface of an object with the aid of an imaging system of shallow depth of field, the method allowing the detection of structures with an extent of less than one micrometer and thereby the creation of a high-resolution three-dimensional topographic map Surface or part of it.

Stand der Technik:State of the art:

Für viele Anwendungen ist es wünschenswert oder erforderlich, Oberflächen von Festkörpern mit so großer Genauigkeit zu vermessen, daß auch Strukturen, Störungen oder Veränderungen der Oberfläche im Mikrometerbereich ungeachtet ihrer geometrischen Form erfaßt werden. Ein Beispiel ist die Kontrolle von Oberflächen, welche der Einwirkung von Kavitation, wie etwa Turbinenschaufeln, oder Dampf- und Wasserschlägen, wie etwa die Innenflächen von Dampf- und Kondensatleitungen, ausgesetzt sind. Weitere Beispiele sind die Untersuchung von Bruchflächen, die quantitative Prüfung der Schädigung von Rollen eines Rollenlagers aufgrund des Eindringens eines körnigen Fremdstoffes wie z. B. Staub oder die Überwachung der Einwirkung von Abbrand und Korrosion auf elektrische Kontaktflächen oder Elektroden. Ein Bedarf an geeigneten Verfahren besteht insbesondere auch im Bereich der Fein- und Mikromechanik, etwa zum Zweck der exakten Ausmessung von Präzisionsformteilen.For many applications, it is desirable or necessary to measure surfaces of solids with such great accuracy that also structures, perturbations or changes in surface area in the micrometer range are detected regardless of their geometric shape. One example is the control of surfaces exposed to the effects of cavitation, such as turbine blades, or steam and water hammer, such as the inner surfaces of steam and condensate lines. Further examples are the investigation of fracture surfaces, the quantitative examination of the damage of rollers of a roller bearing due to the penetration of a granular foreign substance such. As dust or monitoring the action of erosion and corrosion on electrical contact surfaces or electrodes. A need for suitable methods exists in particular in the field of fine and micromechanics, for example, for the purpose of the exact measurement of precision moldings.

Es ist bekannt, eine Oberfläche optisch zu vermessen, indem mit Hilfe einer abbildenden Optik ein Draufsicht-Bild der zu vermessenden Oberfläche erzeugt wird, wobei oft eine CCD-Kamera und ein Bildverarbeitungssystem zum Einsatz kommen. Derartige Verfahren sind allerdings mit dem Nachteil behaftet, daß sie nur eine zweidimensionale Projektion der tatsächlichen räumlichen Struktur der Oberfläche liefern, wobei die Projektionsebene (x-y-Richtung) senkrecht zur optischen Achse der Optik (z-Richtung) steht. Kanten und Strukturen der Oberfläche werden anhand von Helligkeitsunterschieden erkannt. Eine Kante ist z. B. an einem steilen Helligkeitsgradienten erkennbar.It is known to optically measure a surface by using an imaging optics to produce a top view image of the surface to be measured, often using a CCD camera and an image processing system. However, such methods suffer from the disadvantage that they provide only a two-dimensional projection of the actual spatial structure of the surface, wherein the projection plane (x-y direction) is perpendicular to the optical axis of the optics (z-direction). Edges and structures of the surface are identified by brightness differences. An edge is z. B. recognizable by a steep brightness gradient.

Jedoch können solche Strukturen in der Oberfläche, die sich weniger scharf von ihrer Umgebung absetzen, wie z. B. eine flache ausgerundete Mulde, oftmals nur schwer erkannt werden. Eine genaue Quantifizierung der erkannten Strukturen in z-Richtung ist in vielen Fällen ebenfalls schwierig. Daher ist mit derartigen Verfahren insbesondere auch die Abweichung einer gekrümmten Oberfläche von einer bestimmten Soll-Krümmung zahlenmäßig nur schwer erfaßbar.However, such structures in the surface, which are less sharply set off from their environment, such. B. a flat rounded well, are often difficult to recognize. Accurate quantification of the recognized structures in the z-direction is also difficult in many cases. Therefore, with such methods, in particular, the deviation of a curved surface from a certain desired curvature is difficult to detect numerically.

Ein weiterer Nachteil derartiger Verfahren besteht in der Notwendigkeit, ein Draufsicht-Bild der zu vermessenden Oberfläche zu erzeugen, was bedeutet, daß die Optik in einer ”Vogelperspektive” über der Oberfläche positioniert werden muß. Dies ist jedoch in vielen Fällen aus Platzgründen unmöglich, z. B. dann, wenn die zu vermessende Oberfläche die Innenseite eines schmalen Spaltes oder einer engen Bohrung ist.Another disadvantage of such methods is the need to create a top view image of the surface to be measured, which means that the optics must be positioned "above the surface" in a "bird's-eye view". However, this is impossible in many cases for reasons of space, z. B. when the surface to be measured is the inside of a narrow gap or a narrow bore.

Eine andere Möglichkeit zur Vermessung einer Oberfläche besteht darin, die Oberfläche in Draufsicht mit einem abbildenden optischen System von so geringer Tiefenschärfe abzubilden, daß nur solche topographische Strukturen der Oberfläche, die innerhalb des Tiefenschärfebereiches liegen, scharf abgebildet werden, während solche Strukturen, die oberhalb oder unterhalb des Tiefenschärfebereiches liegen, unscharf abgebildet werden. Durch Vergrößern oder Verringern des Abstandes zwischen dem abbildenden System und der Oberfläche wird erreicht, daß der Tiefenschärfebereich nach oben oder unten wandert, so daß höher oder tiefer gelegene Strukturen der Oberfläche scharf abgebildet werden. Durch Messung der zur scharfen Abbildung einer bestimmten Struktur notwendigen Vergrößerung oder Verringerung des Abstandes zwischen dem abbildenden System und der Oberfläche kann somit die relative Höhenlage der Struktur auf der Oberfläche bestimmt werden. Nach scharfer Abbildung aller vorkommenden Höhenlagen kann eine topographische Karte der betrachteten Oberfläche erstellt werden. Hierbei lassen sich Höhenauflösungen bis herab zu Mikrometer realisieren.Another possibility for measuring a surface is to image the surface in plan view with an imaging optical system of such shallow depth of focus that only those topographical structures of the surface lying within the depth of field are sharply imaged, while those above or lie below the depth of field, be shown out of focus. Increasing or decreasing the distance between the imaging system and the surface will cause the depth of focus range to move up or down so that higher or lower surface structures are sharply imaged. By measuring the magnification necessary to sharply image a particular structure or reducing the distance between the imaging system and the surface, the relative height of the structure on the surface can thus be determined. After sharp imaging of all occurring altitudes, a topographical map of the considered surface can be created. In this case, height resolutions down to micrometers can be realized.

Auch dieses Verfahren mit dem Nachteil behaftet, daß ein Draufsicht-Bild der zu vermessenden Oberfläche erzeugt werden muß, so daß die über der zu vermessenden Oberfläche verfügbare freie lichte Höhe mindestens der Baulänge des abbildenden Systems entsprechen muß. Die Innenseite eines schmalen Spaltes, einer engen Bohrung und andere unzugängliche Oberflächen können daher mit diesem Verfahren aus Platzgründen ebenfalls nicht vermessen werden. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß zur Erstellung eines Höhenprofils mehrere Verfahrensschritte, notwendig sind, nämlich die sukzessive scharfe Abbildung der einzelnen Höhenintervalle.This method also has the disadvantage that a top view image of the surface to be measured must be generated, so that the free clear height available above the surface to be measured must correspond at least to the overall length of the imaging system. The inside of a narrow gap, a narrow bore and other inaccessible surfaces can therefore also not be measured with this method for reasons of space. Another disadvantage of this method is that to create a height profile several steps are necessary, namely the successive sharp mapping of the individual height intervals.

Als weitere Möglichkeit zur optischen Vermessung einer Oberfläche ist bekannt, auf die zu vermessende Oberfläche ein Gitternetz zu projizieren. Durch die Topographie der Oberfläche wird das Gitternetz in einer Richtung parallel zur Oberflächennormalen verformt. Diese Verformungen werden durch eine schräg auf die Oberfläche blickende Kamera erfaßt und zur Ermittlung der Topographie benutzt. Die Innenseite eines schmalen Spaltes, einer engen Bohrung und andere unzugängliche Oberflächen können mit auch mit diesem Verfahren nicht vermessen werden. Des Weiteren ist die mit diesem Verfahren erreichte Auflösung für viele Anwendungen unbefriedigend.As a further possibility for optical measurement of a surface, it is known to project a grid onto the surface to be measured. Due to the topography of the surface, the grid is deformed in a direction parallel to the surface normal. These deformations are caused by a camera looking obliquely onto the surface recorded and used to determine the topography. The inside of a narrow gap, a narrow bore and other inaccessible surfaces can not be measured with this method. Furthermore, the resolution achieved with this method is unsatisfactory for many applications.

Eine weitere Möglichkeit zur Vermessung einer Oberfläche besteht in der mechanischen Punkt-für-Punkt-Abtastung der Oberfläche mit Hilfe eines Tasters. Dieses Verfahren erlaubt eine sehr präzise quantitative Bestimmung der Form von Oberflächen einschließlich Strukturen mit einer Ausdehnung im Mikrometer-Bereich. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß eine sehr große Zahl von Punkten der Oberfläche einzeln abgetastet werden muß, um ein hochaufgelöstes Bild derselben zu erzeugen, wobei diese Zahl und damit auch die zur Bilderzeugung nötige Zeit selbstverständlich mit der geforderten Flächenauflösung schnell ansteigen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zur Führung des Tasters von Punkt zu Punkt über die zu vermessende Oberfläche ein sehr aufwendiger Mechanismus einschließlich höchstpräziser Steuerung erforderlich ist. Ein dritter Nachteil besteht darin, daß die zu vermessende Oberfläche für den Taster mechanisch zugänglich sein muß, was für viele Oberflächenformen, z. B. die Innenseite eines schmalen Spaltes oder einer engen Bohrung, nicht gegeben ist.Another way to measure a surface is by mechanical point-by-point scanning of the surface using a stylus. This method allows a very precise quantitative determination of the shape of surfaces including structures with an extension in the micrometer range. A disadvantage, however, is that a very large number of points of the surface must be scanned individually to produce a high-resolution image of the same, and this number and thus the time required for image formation, of course, increase rapidly with the required area resolution. Another disadvantage is that a very complex mechanism including highly precise control is required to guide the probe from point to point on the surface to be measured. A third disadvantage is that the surface to be measured for the probe must be mechanically accessible, which is the case for many surface shapes, eg. As the inside of a narrow gap or a narrow hole, is not given.

Aus der US 5,963,328 ist laut dortigem Anspruch 1 eine Vorrichtung bekannt, welche es erlaubt, eine Oberfläche, die auch gewölbt sein kann, auf anhaftende Fremdstoffe und auf Unebenheiten zu untersuchen. Hierzu wird die Oberfläche mit Licht bestrahlt, dessen Einfallsrichtung um einen sehr kleinen Einfallswinkel von typischerweise 10° zu der Oberfläche geneigt ist, mit einer Kamera im Gegenlicht beobachtet. Anhaftungen sowie Unebenheiten werden an ihrer abweichenden Reflektivität erkannt Der Elevationswinkel, unter dem die Kamera auf die Oberfläche blickt, beträgt typischerweise 15°...40° und ist somit wesentlich größer als der Winkel zwischen Lichteinfallsrichtung und Oberfläche. Durch die Wahl des Elevationswinkels wird ein Kompromiß geschlossen zwischen der Bildhelligkeit einerseits und dem erfaßbaren Oberflächenbereich, der erzielten Auflösung und dem Ausmaß der störenden Wirkung einer Oberflächenwölbung andererseits. Zur Beobachtung der Oberfläche eignet sich insbesondere ein abbildendes System mit möglichst großer Tiefenschärfe.From the US 5,963,328 According to local claim 1 there is known a device which makes it possible to examine a surface, which may also be curved, for adhering foreign substances and for irregularities. For this purpose, the surface is irradiated with light whose direction of incidence is inclined by a very small angle of incidence of typically 10 ° to the surface, observed with a camera in the backlight. Adhesion and unevenness are recognized by their different reflectivity The elevation angle under which the camera looks at the surface is typically 15 ° to 40 ° and is therefore significantly larger than the angle between the direction of light incidence and the surface. By choosing the elevation angle, a compromise between the image brightness on the one hand and the detectable surface area, the resolution achieved and the extent of the disturbing effect of a surface curvature on the other hand. In particular, an imaging system with the greatest possible depth of field is suitable for observing the surface.

Aus der US 4,863,268 ist ein Verfahren zur Untersuchung einer Oberfläche bekannt, bei welchem die zu untersuchende Oberfläche unter schrägem Lichteinfall beleuchtet wird. Das so eingestrahlte Licht wird an der Oberfläche reflektiert und gelangt danach an einen Retro-Reflektor. Von diesem gelangt das Licht erneut an die Oberfläche, wo es wiederum reflektiert wird. Das somit 3-fach reflektierte Licht gelangt in eine Kamera, die in unmittelbarer Nähe der Lichtquelle angeordnet ist. Unebenheiten der Oberfläche verraten sich durch eine abweichende Oberflächenhelligkeit, welche sich aufgrund der Ortsabhängigkeit der Oberflächen-Neigungswinkel ergibt. Auf diese Weise wird die Oberfläche auf unerwünschte Wölbungen untersucht.From the US 4,863,268 is a method for examining a surface is known in which the surface to be examined is illuminated under oblique light. The thus irradiated light is reflected on the surface and then passes to a retro-reflector. From this, the light reaches the surface again, where it is reflected again. The thus 3-fold reflected light enters a camera, which is located in the immediate vicinity of the light source. Unevenness of the surface is revealed by a differing surface brightness, which results from the spatial dependence of the surface inclination angles. In this way, the surface is examined for unwanted bulges.

Aus der WO 96/25659 ist eine Vorrichtung zur Hervorhebung der Topographie eines Objektes bekannt. Das Objekt wird mit einem sehr schmalen Lichtstreifen bestrahlt. Dieser wird erzeugt, indem das Licht einer Lichtquelle eine schmale Schlitzblende passiert. Mit zunehmender Entfernung vom Zentrum des Lichtstreifens fällt die Intensität des Lichts zunächst nur langsam, in den Randbereichen des Lichtstreifens jedoch sehr schnell ab. Dennoch weisen die Randbereiche eine endliche Breite auf, was auf Beugung des Lichts am Spalt zurückzuführen ist. Mit Hilfe von Umlenkspiegeln wird einer der Randbereiche so von einer Kamera unter einem streifenden Elevationswinkel von vorzugsweise 3...6° erfaßt. Kleine Unterschiede der Neigungswinkels der Oberfläche bewirken daher große Helligkeitsunterschiede im Bild des von der Kamera erfaßten Randbereiches. Topographische Strukturen des von dem Randbereich des Lichtstreifen getroffenen Teils des Objektes sind daher mit großer Deutlichkeit erkennbar. Das Objekt bzw. die Kamera und die Beleuchtungseinrichtung werdn quer zur Längsrichtung des Lichtstreifens bewegt, so daß dieser und damit auch der Randbereich nach und nach das gesamte Objekt überstreicht. Auf diese Weise entsteht zeilenartig eine Abbildung der Oberfläche des Objektes, in welcher die Neigung der Oberfläche in ein Hell-Dunkel-Muster umgesetzt ist.From the WO 96/25659 is a device for highlighting the topography of an object known. The object is irradiated with a very narrow strip of light. This is created by the light of a light source passes through a narrow slit diaphragm. As the distance from the center of the light strip increases, the intensity of the light initially drops only slowly, but very rapidly in the edge regions of the light strip. Nevertheless, the edge regions have a finite width, which is due to diffraction of the light at the gap. With the help of deflecting mirrors, one of the edge regions is detected by a camera at a grazing elevation angle of preferably 3... 6 °. Small differences in the inclination angle of the surface therefore cause large differences in brightness in the image of the edge area detected by the camera. Topographic structures of the part of the object struck by the edge region of the light strip can therefore be recognized with great clarity. The object or the camera and the illumination device are moved transversely to the longitudinal direction of the light strip, so that this and thus also the edge area gradually passes over the entire object. In this way, a line-like image of the surface of the object is formed, in which the inclination of the surface is converted into a light-dark pattern.

In keiner der drei letztgenannten Veröffentlichungen ist eine quantitative dreidimensionale Vermessung der Oberfläche vorgesehen; eine Information über Oberflächenstrukturen bezüglich der tatsächlichen Höhe der Struktur kann nicht bereitgestellt werden.None of the latter three publications provides for a quantitative three-dimensional measurement of the surface; Information about surface structures with respect to the actual height of the structure can not be provided.

Technische Aufgabe:Technical task:

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Vermessung einer Oberfläche eines Objektes bereitzustellen, welches mit geringem Aufwand und innerhalb kurzer Zeit die hochauflösende dreidimensionale Vermessung von Oberflächen, z. B. zur Erstellung einer topographischen Karte derselben, ermöglicht, wobei noch Oberflächenstrukturen von weniger als einem Mikrometer Ausdehnung auflösbar sind und das Verfahren insbesondere auch für schwer zugängliche Oberflächen wie z. B. die Innenseite eines schmalen Spaltes oder einer engen Bohrung anwendbar ist.The invention is therefore based on the object to provide a method for measuring a surface of an object, which with little effort and within a short time, the high-resolution three-dimensional measurement of surfaces, for. B. for creating a topographic map of the same, while still surface structures of less than a micrometer expansion are resolvable and the method especially for hard to reach surfaces such. B. the inside of a narrow gap or a narrow bore is applicable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur optischen Vermessung mindestens einer Zone einer Oberfläche eines Objektes mit Hilfe eines abbildenden Systems von geringer Tiefenschärfe, wobei

a) das abbildende System so angeordnet ist, daß – der Winkel zwischen der optische Achse des abbildenden Systems und der Oberfläche maximal 45 Grad beträgt, – sich eine begrenzte Zone der Oberfläche innerhalb des Tiefenschärfebereiches des abbildenden Systems befindet und durch dieses als reelles Bild scharf abgebildet wird, wobei diese Zone aufgrund der geringen Tiefenschärfe des abbildenden Systems in Richtung der Projektion der optischen Achse auf die Oberfläche schmal ist, – der auf die Oberflächennormale bezogene Ausfallswinkel für alle Lichtstrahlen, die von der scharf abgebildeten Zone ausgehen und in das abbildende System einfallen, größer ist als 45 Grad, so daß diese Zone unter einem Elevationswinkel von weniger als 45 Grad betrachtet wird und das reelle Bild dieser Zone eine Kurve oder im wesentlichen eine Kurve ist, deren Verlauf dem Höhenprofil oder im wesentlichen dem Höhenprofil dieser Zone in der Richtung parallel zur Oberfläche und senkrecht zur optischen Achse entspricht, – solche Teile der Oberfläche, die sich außerhalb des Tiefenschärfebereiches des abbildenden Systems und damit außerhalb der scharf abgebildeten Zone befinden, durch das abbildende System unscharf oder überhaupt nicht als reelles Bild abgebildet werden und einen Bildhintergrund liefern, gegen den sich die Kurve abzeichnet,
b) der durch das reelle Bild der scharf abgebildeten Zone gebildete Kurvenverlauf zur Vermessung der Oberflächenform dieser Zone in deren Längsrichtung ausgewertet wird.

This object is achieved by a method for optical measurement of at least one zone of a surface of an object by means of an imaging system of shallow depth of field, wherein

a) the imaging system is arranged so that - the angle between the optical axis of the imaging system and the surface is a maximum of 45 degrees, - is a limited zone of the surface within the depth of field of the imaging system and sharply imaged by this as a real image this zone is narrow due to the small depth of field of the imaging system in the direction of the projection of the optical axis onto the surface, the angle of reflection related to the surface normal for all light rays emanating from the sharply imaged zone and entering the imaging system, is greater than 45 degrees, so that this zone is viewed at an elevation angle of less than 45 degrees and the real image of that zone is a curve or substantially a curve whose course is parallel to the elevation profile or substantially the elevation profile of that zone to the surface and perpendicular to the op corresponding to the axis of the axis, such parts of the surface which are outside the depth of field of the imaging system and thus outside the sharply imaged zone are imaged by the imaging system blurred or not at all as a real image and provide an image background against which the curve is directed looming,
b) the curve formed by the real image of the sharply imaged zone is evaluated to measure the surface shape of this zone in its longitudinal direction.

Erfindungsgemäß wird somit die zu vermessende Oberfläche unter einem Elevationswinkel von maximal 45° betrachtet.According to the invention thus the surface to be measured is considered at an elevation angle of at most 45 °.

Im folgenden werden folgende Richtungsbezeichnungen verwendet:

x-Richtung:: Richtung senkrecht zur optischen Achse des abbildenden Systems und parallel zur zu vermessenden Oberfläche,
y-Richtung:: Richtung parallel zur Projektion der optischen Achse auf die zu vermessende Oberfläche,
z-Richtung:: Richtung senkrecht zur zu vermessenden Oberfläche.

The following direction labels are used in the following:

x direction:: Direction perpendicular to the optical axis of the imaging system and parallel to the surface to be measured,
y-direction:: Direction parallel to the projection of the optical axis on the surface to be measured,
z-direction:: Direction perpendicular to the surface to be measured.

Das abbildende System ist vorzugsweise ein System von Linsen und besitzt erfindungsgemäß eine geringe Tiefenschärfe. Der Tiefenschärfebereich weist vorzugsweise eine Tiefe von nur 1 Mikrometer bis 50 Mikrometer auf. Die Ausdehnung der scharf abgebildeten Zone in y-Richtung ergibt sich aus der Tiefe des Tiefenschärfebereiches, multipliziert mit dem Cosinus des Winkels zwischen optischer Achse und Oberfläche. Da dieser Winkel zwischen 0° und 45° beträgt, beträgt die Ausdehnung der scharf abgebildeten Zone in y-Richtung zwischen 100% und ca. 71% der Tiefe des Tiefenschärfebereiches. Die scharf abgebildete Zone ist daher in y-Richtung sehr schmal.The imaging system is preferably a system of lenses and has a small depth of field according to the invention. The depth of focus range preferably has a depth of only 1 micrometer to 50 micrometers. The extension of the sharply imaged zone in the y-direction results from the depth of the depth-of-field, multiplied by the cosine of the angle between the optical axis and the surface. Since this angle is between 0 ° and 45 °, the extent of the sharply imaged zone in the y direction is between 100% and approx. 71% of the depth of the depth of field. The sharply imaged zone is therefore very narrow in the y-direction.

In x-Richtung hingegen ist die Ausdehnung der scharf abgebildeten Zone hingegen nur durch die Größe des Bildfeldes begrenzt.In contrast, in the x direction, the extent of the sharply imaged zone is limited only by the size of the image field.

Im folgenden wird die Ausdehnung der scharf abgebildeten Zone in x-Richtung als x₀, diejenige in y-Richtung als y₀ bezeichnet.In the following, the extent of the sharply imaged zone in the x-direction is referred to as x ₀ , that in the y-direction as y ₀ .

Erfindungsgemäß wird nur diese Zone scharf abgebildet. Da diese Zone durch das abbildende System unter einem Elevationswinkel von weniger als 45° betrachtet wird, ist das vom abbildenden System erzeugte reelle Bild dieser Zone im wesentlichen eine Kurve, die im folgenden als Bildkurve bezeichnet wird und deren Verlauf durch die Form bzw. das Höhenprofil der Oberfläche der abgebildeten schmalen Zone in x-Richtung, also in der Richtung von der einen Schmalseite der Zone zur anderen, vorgegeben ist.According to the invention, only this zone is displayed sharply. Since this zone is viewed by the imaging system at an elevation angle of less than 45 °, the real image of that zone produced by the imaging system is essentially a curve, hereafter referred to as the image curve, and its course through the shape or elevation profile the surface of the imaged narrow zone in the x-direction, ie in the direction from the one narrow side of the zone to the other, is predetermined.

Falls z. B. die scharf abgebildete Zone Teil einer ebenen Oberfläche ist, ist das vom abbildenden System erzeugte scharfe reelle Bild dieser Zone im wesentlichen eine Gerade, wobei sich Abweichungen der Oberflächenform der schmalen Zone von der Ebene, d. h. Abweichungen in z-Richtung, sich im Bild als Abweichungen der Bildkurve von der Geraden niederschlagen.If z. For example, if the sharply-imaged zone is part of a flat surface, the sharp real image of that zone produced by the imaging system is essentially a straight line, with deviations of the surface shape of the narrow zone from the plane, i. H. Deviations in z-direction, reflected in the image as deviations of the image curve from the line.

Falls z. B. die scharf abgebildete Zone ein Teil der Mantelfläche eines Zylinders ist, ist das vom abbildenden System erzeugte scharfe reelle Bild dieser Zone im wesentlichen ein Teil eines Kreises. Bei Abweichungen der Oberflächenform der schmalen Zone von der Zylinderform ergeben sich Abweichungen der Bildkurve von der Kreisform.If z. For example, if the sharply-imaged zone is part of the envelope of a cylinder, the sharp real image of that zone produced by the imaging system is essentially a part of a circle. Deviations of the surface shape of the narrow zone from the cylindrical shape result in deviations of the image curve from the circular shape.

Durch die Betrachtung der Oberfläche unter einem Elevationswinkel von mehr als Null Grad entsteht eine perspektivische Verzerrung, welche für kleine Elevationswinkel vernachlässigbar ist und mit zunehmendem Elevationswinkel anwächst. Daher wird die bei einer Betrachtung der scharf abgebildeten Zone unter einem Elevationswinkel von mehr als Null Grad entstehende perspektivische Verzerrung softwaremäßig in Abhängigkeit vom Elevationswinkel korrigiert.By observing the surface at an elevation angle of more than zero degrees, a perspective distortion arises, which is negligible for small elevation angles and increases with increasing elevation angle. Therefore, the perspective distortion resulting from viewing the sharply imaged zone at an elevation angle greater than zero degrees is corrected by software as a function of elevation angle.

Außerhalb des Tiefenschärfebereiches liegende Teile der Oberfläche werden je nach Entfernung vom abbildenden System entweder unscharf oder überhaupt nicht reell abgebildet. Letzteres ist für solche Punkte der Oberfläche der Fall, die so nahe am abbildenden System liegen, daß die von ihnen ausgehenden Lichtstrahlen nach Durchgang durch das abbildende System nicht mehr konvergieren, sondern parallel verlaufen oder divergieren. Depending on the distance from the imaging system, parts of the surface lying outside of the depth of field range are either displayed blurred or not at all real. The latter is the case for those points on the surface which are so close to the imaging system that the light rays emanating from them no longer converge after passing through the imaging system, but run parallel or diverge.

Daher liefern die außerhalb des Tiefenschärfebereiches liegenden Teile der Oberfläche einen unscharfen oder diffusen Hintergrund des vom abbildenden System erzeugten Bildes, jedoch keinen Beitrag zum Verlauf der Bildkurve. Die Bildkurve hebt sich somit aufgrund ihrer Schärfe vom Bildhintergrund ab.Therefore, the out-of-depth portions of the surface provide a blurred or diffuse background to the image produced by the imaging system, but no contribution to the progression of the image curve. The image curve thus stands out from the background due to its sharpness.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird zur Vermessung eines flächenhaften Bereiches der Oberfläche das abbildende System schrittweise gegenüber der Oberfläche oder umgekehrt um je höchstens die strecke y₀ in y-Richtung verschoben, so daß nacheinander eine Mehrzahl von Bildkurven gewonnen wird. Auf diese Weise wird die Oberfläche zeilenweise vermessen. Die so erhaltene Schar von Bildkurven kann zu einem Gesamtbild oder z. B. auch zu einer topographischen Karte der vermessenen Oberfläche kombiniert werden. In einer anderen Variante der Erfindung erfolgt die Verschiebung des abbildenden Systems gegenüber der Oberfläche oder umgekehrt kontinuierlich.In a preferred variant of the invention, for measuring a planar area of the surface, the imaging system is shifted stepwise relative to the surface or vice versa by at most the distance y ₀ in the y direction, so that a plurality of image curves is successively obtained. In this way, the surface is measured line by line. The set of image curves thus obtained can be combined to form an overall image or z. B. also be combined to a topographic map of the surveyed surface. In another variant of the invention, the displacement of the imaging system relative to the surface or vice versa is continuous.

Zur Vergrößerung des insgesamt erfaßten Bereiches der Oberfläche kann das abbildende System nach der Erfassung einer ersten Kurvenschar gegenüber der Oberfläche oder umgekehrt zunächst in die anfängliche y-Position zurückversetzt und dann in x-Richtung um z. B. den Weg x₀ verschoben werden, oder umgekehrt, und ausgehend von dieser Position eine zweite Kurvenschar erfassen. Auf diese Weise können beliebige Bereiche der Oberfläche vermessen werden.To increase the total recorded area of the surface, the imaging system after the detection of a first set of curves relative to the surface or vice versa initially set back to the initial y-position and then in the x-direction by z. B. the path x _{0 are} moved, or vice versa, and starting from this position capture a second set of curves. In this way, any areas of the surface can be measured.

Die relative Verschiebung zwischen dem abbildenden System und der Oberfläche in x- und y-Richtung kann vorteilhaft jeweils gemessen werden, z. B. durch je einen Wegaufnehmer, so daß die Angabe der wahren Abmessungen des erfaßten Bereiches und aller erfaßten Strukturen möglich ist.The relative displacement between the imaging system and the surface in the x and y directions can advantageously be measured in each case, for. B. by a respective transducer so that the indication of the true dimensions of the detected area and all detected structures is possible.

Insbesondere können mit einem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise auch für herkömmliche Verfahren schwer oder überhaupt nicht zugängliche Flächen wie z. B. die Innenflächen von engen Spalte oder engen Bohrungen vermessen werden.In particular, with a method according to the invention advantageously for conventional methods difficult or impossible to access surfaces such. B. the inner surfaces of narrow gaps or narrow holes are measured.

In einer bevorzugten Variante wird das vom abbildenden System 1 gelieferte reelle Bild durch eine CCD-Einrichtung oder Video-Kamera erfaßt. Das von der CCD-Einrichtung oder Video-Kamera gelieferte Signal kann vorteilhaft digitalisiert und in eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung eingelesen werden. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung kann den durch das reelle Bild der scharf abgebildeten Zone 7 gebildeten Kurvenverlauf z. B. auf einem Bildschirm oder mittels eines Druckers darstellen.In a preferred variant, that of the imaging system 1 delivered real image captured by a CCD device or video camera. The signal delivered by the CCD device or video camera can advantageously be digitized and read into an electronic data processing device. The electronic data processing device can by the real image of the sharply imaged zone 7 formed curve z. B. on a screen or by means of a printer.

In einer weiteren bevorzugten Variante stellt die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung den durch das reelle Bild der scharf abgebildeten Zone gebildeten Kurvenverlauf mit Hilfe eines Programmes fest, welches das vom abbildenden System gelieferte Bild einer Schärfeerkennung unterzieht. Dieser Vorgang kann durch Kontrastverstärkung und/oder Konturverstärkung und/oder jedes weitere Bildverarbeitungsverfahren zur Hervorhebung der Bildkurve unterstützt werden. Dieser Vorgang kann des weiteren dadurch unterstützt werden, daß die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung den Mittelwert des Bildhintergrundes ermittelt und softwaremäßig von dem vom abbildenden System gelieferten Bild subtrahiert.In a further preferred variant, the electronic data processing device determines the curve shape formed by the real image of the sharply imaged zone with the aid of a program which subjects the image supplied by the imaging system to sharpness detection. This process can be assisted by contrast enhancement and / or contour enhancement and / or any other image processing technique to highlight the image curve. This process can be further supported by the fact that the electronic data processing device determines the mean value of the image background and subtracts software from the image supplied by the imaging system.

Mit Hilfe mathematischer Algorithmen oder Rechenverfahren kann eine Erkennung der Kurve erfolgen. In einer Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens führt die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung mit Hilfe von Software eine Parametrisierung der erkannten Kurve durch, so daß die erkannte Kurvenform durch mathematische Parameter ausgedrückt wird. In einer weiteren Variante ermittelt die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung die Abweichung zwischen dem erkannten Kurvenverlauf und einem vorgegebenen Soll-Kurvenverlauf durch Differenzbildung.With the help of mathematical algorithms or calculation methods a recognition of the curve can take place. In a variant of a method according to the invention, the electronic data processing device uses software to parameterize the detected curve, so that the recognized waveform is expressed by mathematical parameters. In a further variant, the electronic data processing device determines the deviation between the detected curve shape and a predetermined desired curve shape by subtraction.

Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung kann die Ergebnisse der Vermessung benachbarter schmaler Zonen zu einem Gesamtbild oder einer topographischen Karte zusammensetzen oder jedem vermessenen Bildpunkt eine x-, eine y- und eine z-Koordinate zuordnen und somit die Topographie des vermessenen Bereiches der Oberfläche in ein 3-dimensionales Koordinatenfeld umsetzen. Die so erhaltenen Werte können gespeichert und später z. B. zu Vergleichszwecken herangezogen werden.The electronic data processing device can compose the results of the measurement of adjacent narrow zones to form an overall image or a topographical map, or assign each x, y and z coordinates to the measured image point and thus the topography of the measured area of the surface into a 3-dimensional map Convert coordinate field. The values thus obtained can be stored and later z. B. are used for comparison purposes.

Der zu vermessende Bereich der Oberfläche kann zum Zwecke seiner Aufhellung durch eine inkohärentes Licht aussendende Lichtquelle, z. B. eine Halogenlampe, beleuchtet werden. In einer Variante der Erfindung passiert das Licht hierbei vor Eintritt in das abbildende System ein Filter, welches nur einen bestimmten Spektralbereich passieren läßt, was zur Beobachtung von Oberflächenstrukturen bestimmter Größe, Form oder Beschaffenheit vorteilhaft ein kann.The area of the surface to be measured, for the purpose of its illumination by an incoherent light emitting light source, for. As a halogen lamp, illuminated. In one variant of the invention, the light passes before entering the imaging system a filter which allows only a certain spectral range to pass, which can be advantageous for observing surface structures of a specific size, shape or nature.

Die Aufhellung des zu vermessenden Bereiches der Oberfläche kann auch durch eine kohärentes Licht aussendende Lichtquelle, z. B. einen Laser, erfolgen. Ein Vorteil hierbei ist die leichte Erreichbarkeit einer sehr hohen Lichtintensität. Eine Beleuchtung mit inkohärentem Licht kann demgegenüber jedoch aufgrund der ständig sehr schnell wechselnden gegenseitigen Phasenlage der einzelnen Wellenzüge des beleuchtenden Lichtstrahls zur Erkennung und Vermessung von Strukturen, deren Größe im Bereich einer Lichtwellenlänge oder darunter liegt, von Vorteil sein. The brightening of the area of the surface to be measured can also by a coherent light emitting light source, for. As a laser done. An advantage here is the easy accessibility of a very high light intensity. By contrast, illumination with incoherent light can, however, be advantageous due to the constantly changing mutual phase position of the individual wave trains of the illuminating light beam for detecting and measuring structures whose size is in the range of one light wavelength or less.

Die Erkennbarkeit der Bildkurve auf dem Bildhintergrund kann dadurch verbessert werden, daß die Beleuchtungseinrichtung z. B. mittels einer schlitzförmigen Blende so ausgebildet ist, daß die scharf abgebildete Zone mit höherer Intensität beleuchtet wird als die übrigen Teile der Oberfläche. In einer Variante der Erfindung tritt das Licht der Lichtquelle bildseitig in das abbildende System eintritt und objektseitig aus diesem aus und gelangt von dort auf den zu vermessenden Bereich der Oberfläche. In dieser Variante der Erfindung dient somit das abbildende System zugleich als Teil der Beleuchtungseinrichtung, wobei die Beobachtung und die Beleuchtung aus annähernd der gleichen Richtung erfolgen. In einer anderen Variante der Erfindung ist die Lichtquelle so angeordnet, daß ihr Licht aus einer Richtung auf den zu vermessenden Bereich der Oberfläche auftrifft, welche der Beobachtungsrichtung entgegengesetzt oder im wesentlichen entgegengesetzt ist. In einer wiederum anderen Variante wird zur Beleuchtung ein oder mehrere Lichtleiter eingesetzt, durch welchen bzw. durch welche Licht von der Lichtquelle auf den zu vermessenden Bereich der Oberfläche, zumindest jedoch auf die scharf abgebildete Zone gelangt.The visibility of the image curve on the image background can be improved by the lighting device z. B. is formed by means of a slit-shaped aperture so that the sharp zone is illuminated with higher intensity than the other parts of the surface. In a variant of the invention, the light from the light source enters the imaging system on the image side and emerges on the object side from there, and from there to the area of the surface to be measured. In this variant of the invention, therefore, the imaging system also serves as part of the illumination device, wherein the observation and the illumination take place from approximately the same direction. In another variant of the invention, the light source is arranged so that its light impinges on the area of the surface to be measured from one direction, which is opposite or substantially opposite to the direction of observation. In yet another variant, one or more light guides are used for illumination, through which or through which light from the light source reaches the region of the surface to be measured, or at least the sharp-focused zone.

Die Verwendung eines oder mehrerer Lichtleiter eignet sich insbesondere sehr vorteilhaft zur Beleuchtung von mechanisch nur schwer zugänglichen Flächen, z. B. die Innenseite eines schmalen Spaltes oder einer engen Bohrung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermessen werden sollen.The use of one or more light guides is particularly advantageous for illuminating areas difficult to reach mechanically, eg. As the inside of a narrow gap or a narrow hole to be measured by the method according to the invention.

Der bzw. die Lichtleiter können dabei vorteilhafterweise im objektseitigen Endbereich so angeordnet und ausgebildet sein, z. B. gebogen, daß das Licht in einen bestimmten, z. B. kegelförmigen Raumwinkelbereich oder im Wesentlichen in einen bestimmten, z. B. kegelförmigen Raumwinkelbereich abgestrahlt wird, wobei die scharf abgebildete Zone innerhalb dieses Raumwinkelbereiches liegt.The one or more optical fibers can advantageously be arranged and formed in the object-side end region, z. B. bent that the light in a certain, z. B. conical solid angle range or substantially in a certain, z. B. cone-shaped solid angle range is emitted, wherein the sharply-imaged zone is within this solid angle range.

Bei Einsatz mehrerer Lichtleiter können die einzelnen Lichtleiter im Bereich ihrer objektseitigen Enden entsprechend der gewünschten Form des Raumwinkelbereiches in unterschiedliche Richtungen gebogen sein.When using a plurality of optical fibers, the individual optical fibers can be bent in different directions in the region of their object-side ends in accordance with the desired shape of the solid angle region.

Zur Beleuchtung schwer zugänglicher Flächen kann es vorteilhaft sein, wenn jeder Lichtleiter eine schräg zu dessen Achse verlaufende objektseitige Stirnfläche aufweist, so daß Licht aufgrund von Refraktion und/oder Reflexion an der schrägen Stirnfläche asymmetrisch zu dieser Achse abgestrahlt wird.For illuminating difficult to access surfaces, it may be advantageous if each light guide has an obliquely to the axis extending object-side end face, so that light due to refraction and / or reflection on the oblique face is emitted asymmetrically to this axis.

Eine Möglichkeit, den Raumwinkelbereich, in welchen Licht abgestrahlt wird, zu vergrößern, besteht darin, daß jeder Lichtleiter eine konkav gewölbte objektseitige Stirnfläche aufweist, so daß die Stirnseite als Zerstreuungslinse wirkt. Eine ähnliche Wirkung läßt sich bei hinreichendem Abstand zwischen Stirnfläche und zu vermessender Oberfläche durch eine konvexe Wölbung der Stirnfläche erzielen, da das die konvexe Stirnfläche verlassende Licht zunächst konvergiert und nach Durchtritt durch einen Brennpunkt wieder divergiert.One way to increase the solid angle range, in which light is emitted, is that each light guide has a concavely curved object-side end face, so that the end face acts as a diverging lens. A similar effect can be achieved with sufficient distance between the end face and surface to be measured by a convex curvature of the end face, since the light leaving the convex end face first converges and diverges again after passing through a focal point.

Umgekehrt läßt sich daher der Raumwinkelbereich durch eine konvexe Wölbung der Stirnfläche verkleinern, wenn Abstand zwischen Stirnfläche und zu vermessender Oberfläche hinreichend klein gewählt wird.Conversely, therefore, the solid angle range can be reduced by a convex curvature of the end face, if the distance between the end face and the surface to be measured is chosen to be sufficiently small.

Das objektseitige Ende jedes Lichtleiters kann des Weiteren zum Zweck der Lichtabstrahlung in alle Raumrichtungen kugel- oder tropfenförmig ausgebildet sein.The object-side end of each light guide can furthermore be designed spherical or teardrop-shaped in all spatial directions for the purpose of emitting light.

Das objektseitige Ende jedes Lichtleiters kann des Weiteren die Form einer kegelförmigen Spitze oder die Form eines Hohlkegels aufweisen. In diesen Fällen liegt das austretende Licht rotationssymmetrisch im Wesentlichen nur auf der Mantelfläche eines Kegels, so daß das austretende Licht ein divergentes Ringlicht bildet, was besonders vorteilhaft ist, wenn die zu vermessende Oberfläche die Innenseite einer engen Bohrung ist, da auf diese Weise im Inneren der Bohrung eine Konzentration des Lichtes entlang eines die Zentralachse der Bohrung vollständig umlaufenden Ringes erzielt werden kann.The object-side end of each optical fiber may further have the shape of a conical tip or the shape of a hollow cone. In these cases, the exiting light is rotationally symmetrical substantially only on the lateral surface of a cone, so that the exiting light forms a divergent ring light, which is particularly advantageous if the surface to be measured is the inside of a narrow bore, as in this way inside the bore a concentration of light along a central axis of the bore completely circumferential ring can be achieved.

Eine ähnliche Wirkung kann erreicht werden, wenn das objektseitige Ende des Lichtleiters die Form eines über die dortige Stirnfläche hinausragenden Vollkonus aufweist, dessen Basisfläche dem Lichtleiter zugewandt ist. Die rotationssymetrische seitliche Lichtablenkung erfolgt in diesem Fall im Wesentlichen durch Reflexion des Lichtes an der Außenseite der Mantelfläche des Konus.A similar effect can be achieved if the object-side end of the light guide has the shape of a solid cone projecting beyond the end face there, whose base surface faces the light guide. The rotationally symmetrical lateral light deflection takes place in this case essentially by reflection of the light on the outside of the lateral surface of the cone.

In einer weiteren Variante der Erfindung ist die Lichtquelle in den Lichtleiter eingebettet. Beispielsweise kann die Lichtquelle eine Glühlampe sein, deren Kolben sich an einer Seite immer weiter verjüngt und unmittelbar in einen Lichtleiter 21 übergeht. In einer anderen Variante ist die Lichtquelle eine Leuchtdiode, deren Kopf unmittelbar in einen Lichtleiter übergeht.In a further variant of the invention, the light source is embedded in the light guide. For example, the light source may be an incandescent lamp whose piston tapers on one side more and more and directly into a light guide 21 passes. In another variant, the light source is a LED whose head merges directly into a light guide.

In einer weiteren Variante der Erfindung kann der Abbildungsmaßstab des abbildenden Systems und damit durch Austausch eines optischen Elementes oder eine Zoom-Vorrichtung verändert werden.In a further variant of the invention, the magnification of the imaging system and thus by changing an optical element or a zoom device can be changed.

Wie oben bereits erwähnt wurde, kann die bei einer Betrachtung der scharf abgebildeten Zone unter einem Elevationswinkel von mehr als Null Grad entstehende perspektivische Verzerrung softwaremäßig in Abhängigkeit vom Elevationswinkel korrigiert werden. Diese Korrektur wird vorzugsweise durch die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung numerisch durchgeführt.As already mentioned above, the perspective distortion arising when viewing the sharply imaged zone at an elevation angle of more than zero degrees can be corrected by software as a function of the elevation angle. This correction is preferably performed numerically by the electronic data processing device.

Typische Parameter zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind z. B.:
Maße des Bildausschnitts: 570 × 760 μm,
Vergrößerungsfaktor: 500-fach,
Tiefe des Tiefenschärfebereiches: 1...50 μm,
laterale Auflösung: 10 nm...1 μm,
Entfernung zwischen Objektiv des abbilden Systems und scharf abgebildeter Zone: 55 mm.Typical parameters for operating a method according to the invention are, for. B .:
Dimensions of the image section: 570 × 760 μm,
Magnification factor: 500-fold,
Depth of depth of field: 1 ... 50 μm,
lateral resolution: 10 nm ... 1 μm,
Distance between the lens of the imaging system and the focused zone: 55 mm.

In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das abbildende System (1) ein elektronenoptisches System, welches mittels Elektronen, die von der zu vermessenden Oberfläche (5, 9, 11, 12, 14) ausgehen, ein Bild erzeugt, bei welchem sich die scharf abgebildete Zone (7, 7a) erkennbar von einem Bildhintergrund (18, 18a) abhebt. Diese Variante ist mit einem relativ großen Aufwand verbunden. Diesem Nachteil steht jedoch der Vorteil einer stark verbesserten lateralen Auflösung in x- und z-Richtung gegenüber. Da elektronenoptische Abbildungssysteme in vielen Fällen eine extrem geringe Tiefenschärfe aufweisen, läßt sich mit dieser Variante auch eine wesentlich erhöhte Auflösung in y-Richtung erreichen.In another variant of the method according to the invention, the imaging system ( 1 ) an electron-optical system, which by means of electrons, from the surface to be measured ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ), produces an image in which the sharply imaged zone ( 7 . 7a ) recognizable from an image background ( 18 . 18a ) takes off. This variant is associated with a relatively large effort. However, this disadvantage is offset by the advantage of greatly improved lateral resolution in the x and z directions. Since electron-optical imaging systems in many cases have an extremely small depth of field, this variant can also achieve a significantly increased resolution in the y-direction.

In der Zeichnung sind bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawing, preferred variants of the method according to the invention are shown schematically. Show it:

1 eine in x-Richtung gesehene schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abbildens einer Zone einer Oberfläche eines Quaders gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a schematic view, seen in the x-direction, of the mapping according to the invention of a zone of a surface of a cuboid according to a variant of the method according to the invention,

2 eine in z-Richtung gesehene schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abbildens der Zone der Quaderoberfläche von 1, 2 a seen in the z-direction schematic representation of the inventive mapping of the zone of the cuboid surface of 1 .

3 eine in x-Richtung gesehene schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abbildens einer Zone einer Seitenfläche einer langen Stange gemäß einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, 3 a diagrammatic view, seen in the x-direction, of the imaging according to the invention of a zone of a side surface of a long bar according to another variant of the method according to the invention,

4 eine in x-Richtung gesehene schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abbildens der Seitenfläche von 3 gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, 4 a seen in the x-direction schematic representation of the inventive imaging of the side surface of 3 according to a further variant of the method according to the invention,

5 eine in x-Richtung gesehene schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abbildens einer Zone der Innenseite eines engen Spaltes gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, 5 1 in the x-direction schematic representation of the inventive imaging of a zone of the inside of a narrow gap according to a further variant of the method according to the invention,

6 eine in y-Richtung nach unten gesehene schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abbildens einer Zone der Oberfläche des Quaders von 1, 6 seen in the y-direction downwards schematic representation of the inventive mapping of a zone of the surface of the cuboid of 1 .

7 eine schematische Darstellung der gemäß 6 gewonnenen Abbildung, 7 a schematic representation of the according to 6 obtained picture,

8 eine in y-Richtung nach unten gesehene schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abbildens einer Zone der Mantelfläche eines Zylinders, und 8th seen in the y-direction downwards schematic representation of the inventive mapping of a zone of the lateral surface of a cylinder, and

9 eine schematische Darstellung der gemäß 8 gewonnenen Abbildung, 9 a schematic representation of the according to 8th obtained picture,

10 die Anordnung von 1, wobei zusätzlich eine Beleuchtung der zu vermessenden Oberfläche gemäß einer Variante der Erfindung mit Hilfe eines Lichtleiters erfolgt, dessen objektseitiger Endbereich gebogenen ist, 10 the arrangement of 1 , wherein additionally an illumination of the surface to be measured according to a variant of the invention takes place with the aid of a light guide whose object-side end region is curved,

11 die Anordnung von 1, wobei zusätzlich eine Beleuchtung der zu vermessenden Oberfläche gemäß einer weiteren Variante der Erfindung mit Hilfe eines Lichtleiters erfolgt, dessen objektseitige Stirnfläche schräg zur Achse des Lichtleiters verläuft, 11 the arrangement of 1 , wherein in addition an illumination of the surface to be measured according to a further variant of the invention takes place with the aid of a light guide whose object-side end face extends obliquely to the axis of the light guide,

12 die Anordnung von 1, wobei zusätzlich eine Beleuchtung der zu vermessenden Oberfläche gemäß einer weiteren Variante der Erfindung mit Hilfe eines Lichtleiters erfolgt, dessen objektseitige Stirnfläche schräg zur Achse des Lichtleiters verläuft und verspiegelt ist, 12 the arrangement of 1 , wherein in addition an illumination of the surface to be measured according to a further variant of the invention takes place with the aid of a light guide whose object-side end face is oblique to the axis of the light guide and is mirrored,

13 die Anordnung von 1, wobei zusätzlich eine Beleuchtung der zu vermessenden Oberfläche gemäß einer weiteren Variante der Erfindung mit Hilfe eines Lichtleiters erfolgt, dessen objektseitige Stirnfläche konvex gewölbt ist, 13 the arrangement of 1 , wherein additionally an illumination of the surface to be measured according to a further variant of the invention takes place with the aid of a light guide whose object-side end face is convexly curved,

14 die Anordnung von 1, wobei zusätzlich eine Beleuchtung der zu vermessenden Oberfläche gemäß einer weiteren Variante der Erfindung mit Hilfe eines Lichtleiters erfolgt, dessen objektseitiges Ende eine kegelförmige Spitze aufweist, 14 the arrangement of 1 , wherein in addition an illumination of the surface to be measured according to a further variant of the invention takes place with the aid of a light guide whose object-side end has a conical tip,

15 die Anordnung von 1, wobei zusätzlich eine Beleuchtung der zu vermessenden Oberfläche gemäß einer weiteren Variante der Erfindung mit Hilfe eines Lichtleiters erfolgt, dessen objektseitiges Ende die Form eines Hohlkegels aufweist, 15 the arrangement of 1 , wherein in addition an illumination of the surface to be measured according to a further variant of the invention takes place with the aid of a light guide whose object-side end has the shape of a hollow cone,

16 die Anordnung von 1, wobei zusätzlich eine Beleuchtung der zu vermessenden Oberfläche gemäß einer weiteren Variante der Erfindung mit Hilfe eines Lichtleiters erfolgt, dessen objektseitiges Ende die Form eines Hohlkegels mit verspiegelter Mantelfläche aufweist, und 16 the arrangement of 1 , In addition, an illumination of the surface to be measured according to a further variant of the invention is carried out with the aid of a light guide whose object-side end has the shape of a hollow cone with mirrored lateral surface, and

17 die Anordnung von 1, wobei zusätzlich eine Beleuchtung der zu vermessenden Oberfläche gemäß einer weiteren Variante der Erfindung mit Hilfe eines Lichtleiters erfolgt, dessen objektseitiges Ende die Form eines überstehenden Konus aufweist, dessen Basisfläche vom Lichtleiter abgewandt ist. 17 the arrangement of 1 , wherein in addition an illumination of the surface to be measured according to a further variant of the invention is carried out with the aid of a light guide whose object-side end has the shape of a protruding cone whose base surface is remote from the light guide.

Die 1–6 und 8 zeigen je ein abbildendes System 1, welches aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich schematisch als eine einzelne Linse dargestellt ist. Das abbildende System 1 ist jedoch ist vorzugsweise ein System von Linsen. Des weiteren kann das abbildende System auch durch Spiegel oder eine Kombination von Linsen und Spiegeln gebildet sein.The 1 - 6 and 8th each show an imaging system 1 which, for reasons of clarity, is shown only schematically as a single lens. The imaging system 1 however, is preferably a system of lenses. Furthermore, the imaging system may also be formed by mirrors or a combination of lenses and mirrors.

Die Tiefe y₀ des Tiefenschärfebereiches des abbildenden Systems 1 ist in den 1–5 stark übertrieben eingezeichnet.The depth y _{0 of} the depth of field of the imaging system 1 is in the 1 - 5 greatly exaggerated.

1 zeigt ein abbildendes System 1, welches über einer Kante 2 eines auf einer Unterlage 4 stehenden quaderförmigen Objektes 3 angeordnet ist, dessen in 1 rechts gelegene Oberfläche 5 vermessen werden soll. Die Normale N dieser Oberfläche 5 weist in z-Richtung. Der auf die Oberflächennormale N bezogene Ausfallswinkel β für alle Lichtstrahlen, die von der scharf abgebildeten Zone ausgehen und in das abbildende System einfallen, ist erfindungsgemäß größer als 45 Grad, so daß diese Zone unter einem Elevationswinkel von weniger als 45 Grad betrachtet wird 1 shows an imaging system 1 which over an edge 2 one on a pad 4 standing cuboid object 3 is arranged, whose in 1 right surface 5 to be measured. The normal N of this surface 5 points in z-direction. The angle of incidence β related to the surface normal N for all rays of light emanating from the sharply imaged zone and incident in the imaging system is greater than 45 degrees in accordance with the invention, so that this zone is viewed at an elevation angle of less than 45 degrees

Das abbildende System 1 ist so angeordnet, daß ein Punkt P der in rechten Oberfläche 5 des quaderförmigen Objektes 3 im Tiefenschärfebereich y₀ des abbildenden Systems 1 liegt. Der Punkt P wird daher scharf abgebildet. Diejenige Ebene, welche senkrecht zur optischen Achse des abbildenden Systems und zugleich durch den von diesem erzeugten Bildpunkt des Punktes P verläuft, wird im folgenden Bildebene genannt (in den Figuren nicht eingezeichnet).The imaging system 1 is arranged so that a point P in the right surface 5 of the cuboid object 3 in the depth of field y _{0 of} the imaging system 1 lies. The point P is therefore sharply displayed. The plane which is perpendicular to the optical axis of the imaging system and at the same time passes through the pixel of the point P generated by it is referred to below as the image plane (not shown in the figures).

Der Tiefenschärfebereich weist in y-Richtung eine Tiefe von y₀ auf. Das Bild eines unterhalb des Tiefenschärfebereiches gelegenen Punktes P₂ liegt vor der Bildebene und ist daher in der Bildebene unscharf. Für einen auf der Unterlage 4 gelegenen Punkt P₃ gilt sinngemäß dasselbe.The depth of field has a depth of y ₀ in the y direction. The image of a point P ₂ situated below the depth of focus region lies in front of the image plane and is therefore blurred in the image plane. For one on the pad 4 point P ₃ applies mutatis mutandis the same.

Das Bild eines oberhalb des Tiefenschärfebereiches auf der rechten Quaderoberfläche 5 gelegenen Punktes P₁ liegt entweder hinter der Bildebene ist daher in der Bildebene unscharf, oder die vom Punkt P₂ ausgehenden Lichtstrahlen werden durch das abbildende System nicht zur Konvergenz gebracht, so daß überhaupt kein reelles Bild des Punktes P₁ entsteht. Für einen auf der oberen Oberfläche 6 des quaderförmigen Objektes 3 gelegenen Punkt P₃ gilt sinngemäß dasselbe.The image of one above the depth of field on the right cuboid surface 5 Point P ₁ lying either behind the image plane is therefore blurred in the image plane, or the light rays emanating from point P ₂ are not converged by the imaging system, so that no real image of the point P ₁ is formed at all. For one on the upper surface 6 of the cuboid object 3 point P ₃ applies mutatis mutandis the same.

Außerhalb des Tiefenschärfebereiches y₀ gelegene Punkte verursachen daher nur einen unscharfen bzw. diffusen Bildhintergrund des vom abbildenden System 1 gelieferten Bildes.Therefore, points located outside of the depth of field range y ₀ only cause a blurred or diffuse image background of the imaging system 1 delivered picture.

2 zeigt eine aus z-Richtung gesehene schematische Darstellung des Abbildens der Zone der Quaderoberfläche von 1. In 2 liegt somit die rechte Oberfläche 5 des Quaders 3 vorne. Zur Verdeutlichung ist die Blickrichtung von 2 in 1 durch einen nach links weisenden Pfeil gekennzeichnet. 2 shows a schematic representation of the imaging of the zone of the cuboid surface of FIG 1 , In 2 thus lies the right surface 5 of the cuboid 3 front. For clarity, the line of sight of 2 in 1 indicated by an arrow pointing to the left.

Die scharf abgebildete Zone 7 bildet einen Ausschnitt der Oberfläche 5. In x-Richtung ist die Ausdehnung der scharf abgebildeten Zone 7 hingegen nur durch die Breite x₀ des Bildfeldes begrenzt. Erfindungsgemäß wird nur diese Zone scharf abgebildet. Die außerhalb dieser Zone liegenden Punkte P₁, P₂, P₃, P₄ werden unscharf oder überhaupt nicht abgebildet.The sharp zone 7 forms a section of the surface 5 , In the x-direction is the extent of the sharply imaged zone 7 however, limited only by the width x _{0 of} the image field. According to the invention, only this zone is displayed sharply. The points P ₁ , P ₂ , P ₃ , P ₄ lying outside this zone are blurred or not displayed at all.

Das maximal nutzbare Bildfeld ist i. a. durch die Abbildungsfehler des abbildenden Systems 1 begrenzt. Das Bildfeld kann jedoch z. B. durch Blenden weiter eingeschränkt sein.The maximum usable image field is generally due to the aberrations of the imaging system 1 limited. The image field can, however, z. B. be further limited by aperture.

Durch Verändern der relativen Position zwischen abbildendem System 1 und zu vermessender Oberfläche 5 in y-Richtung können nacheinander verschiedene, parallel in y-Richtung gegeneinander versetzte Zonen scharf abgebildet werden. Durch Verändern der relativen Position zwischen abbildendem System 1 und zu vermessender Oberfläche 5 in x-Richtung kann der erfaßte Bereich der zu vermessenden Oberfläche 5 auch über die durch die Bildfeldbreite x₀ hinaus vergrößert werden. Auf dieses Weise sind größere Bereiche der Oberfläche 5 erfaßbar.By changing the relative position between the imaging system 1 and surface to be measured 5 In succession, different zones offset in parallel in the y-direction can be imaged sharply in the y-direction. By changing the relative position between the imaging system 1 and surface to be measured 5 in the x-direction, the detected area of the surface to be measured 5 be increased beyond the image field width x ₀ beyond. In this way, larger areas of the surface 5 detectable.

In einer bevorzugten Variante erfolgt die Verschiebung des abbildenden Systems 1 gegenüber der Oberfläche 5 oder umgekehrt mit Hilfe einer elektrischen oder elektronischen Steuerung. Die Steuerung kann hierbei automatisch betrieben sein.In a preferred variant, the displacement of the imaging system takes place 1 opposite the surface 5 or vice versa with the help of a electrical or electronic control. The controller can be operated automatically.

Das abbildende System 1 in 1 und 2 ist oberhalb der Kante 2 der zu vermessenden Oberfläche 5 angeordnet. Eine solche Anordnung besitzt den Vorteil, daß der Elevationswinkel, unter dem die scharf abgebildete Zone 7 betrachtet wird, klein ist, so daß das Höhenprofil der scharf abgebildeten Zone mit nur geringen perspektivischen Verzerrungen erfaßt wird.The imaging system 1 in 1 and 2 is above the edge 2 the surface to be measured 5 arranged. Such an arrangement has the advantage that the elevation angle below which the sharply imaged zone 7 is considered, is small, so that the height profile of the sharply imaged zone is detected with only slight perspective distortions.

Dem steht der Nachteil gegenüber, daß das abbildende System 1 nach Absenken in y-Richtung zur oberen Oberfläche 6 des quaderförmigen Objektes 3 um eine bestimmte Strecke auf der oberen Oberfläche 6 aufliegt und somit nicht weiter abgesenkt werden kann. Der erfaßbare Bereich der zu vermessenden Oberfläche 5 ist daher nach unten in y-Richtung begrenzt.This is offset by the disadvantage that the imaging system 1 after lowering in y-direction to the upper surface 6 of the cuboid object 3 by a certain distance on the upper surface 6 rests and thus can not be lowered further. The detectable area of the surface to be measured 5 is therefore limited downwards in the y-direction.

Dieser Nachteil wird durch eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beseitigt, die in 3 dargestellt ist. 3 zeigt eine in x-Richtung gesehene schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abbildens einer Zone der in 3 rechts gelegenen Seitenfläche 9 eines langen stangenförmigen Objektes 8 gemäß einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das abbildende System 1 nicht über, sondern in z-Richtung neben dem stangenförmigen Objekt 8 angeordnet ist, so daß es in y-Richtung beliebig weit relativ zum stangenförmigen Objekt 8 nach unten verschoben werden kann. Auf dieses Weise sind beliebige Bereiche der Seitenfläche 9 erfaßbar.This disadvantage is eliminated by a variant of the method according to the invention, which in 3 is shown. 3 shows a schematic representation, viewed in the x-direction, of the imaging according to the invention of a zone of the invention shown in FIG 3 right side surface 9 a long rod-shaped object 8th according to another variant of the method according to the invention, wherein the imaging system 1 not over, but in the z-direction next to the rod-shaped object 8th is arranged so that it is arbitrarily far in the y-direction relative to the rod-shaped object 8th can be moved down. In this way, any areas of the side surface 9 detectable.

Die optische Achse des abbildenden Systems 1 ist in 3 parallel zur Seitenfläche 9 ausgerichtet. Ein Nachteil deiner solchen Anordnung besteht darin, daß die scharf abgebildete Zone 7 vollständig außerhalb der optischen Achse des abbildenden Systems 1 liegt, was in der Regel zu einer Verschlechterung der Bildqualität, insbesondere der Bildschärfe, führt.The optical axis of the imaging system 1 is in 3 parallel to the side surface 9 aligned. A disadvantage of your arrangement is that the sharply mapped zone 7 completely outside the optical axis of the imaging system 1 which usually leads to a deterioration of the picture quality, in particular the picture sharpness.

Dieser Nachteil ist in der in 4 gezeigten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beseitigt. Der Unterschied zu 3 besteht darin, daß die optische Achse A des abbildenden Systems 1 in 4 so ausgerichtet ist, daß ein die optische Achse des abbildenden Systems die zu vermessende Fläche 9 unter einem Winkel α > 0° im Bereich der scharf abgebildete Fläche 7 schneidet, wodurch die Bildqualität, insbesondere die Bildschärfe, gegenüber der Anordnung von 3 verbessert ist.This disadvantage is in the in 4 eliminated variant of the method according to the invention. The difference to 3 is that the optical axis A of the imaging system 1 in 4 is aligned so that the optical axis of the imaging system, the surface to be measured 9 at an angle α> 0 ° in the area of the sharply imaged area 7 cutting, whereby the image quality, in particular the sharpness, compared to the arrangement of 3 is improved.

Der auf die Oberflächennormale N bezogene Ausfallswinkel β für alle Lichtstrahlen, die von der scharf abgebildeten Zone ausgehen und in das abbildende System einfallen, ist weiterhin erfindungsgemäß größer als 45 Grad.The incident angle β related to the surface normal N for all light rays emanating from the sharply imaged zone and incident into the imaging system is still greater than 45 degrees according to the invention.

Die gemäß der Anordnungen von 3 und 4 entstehende perspektivische Verzerrung kann in Abhängigkeit vom Elevationswinkel korrigiert werden. Diese Korrektur wird vorzugsweise durch eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung numerisch durchgeführt.The according to the arrangements of 3 and 4 resulting perspective distortion can be corrected depending on the elevation angle. This correction is preferably performed numerically by an electronic data processing device.

Insbesondere können vorteilhafterweise mit einem erfindungsgemäßen Verfahren auch schwer zugängliche Flächen wie z. B. die Innenflächen von engen Spalte oder engen Bohrungen vermessen werden. 5 zeigt als Beispiel hierfür eine in x-Richtung gesehene schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abbildens einer Zone einer ersten Oberfläche 11 eines engen Spaltes 10. Das abbildende System ist so angeordnet, daß die scharf abgebildete Zone 7 auf der ersten Oberfläche 11 des Spaltes 10 liegt. Bei dieser Anordnung wird auf eine entsprechende Zone der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 12 des Spaltes scharf abgebildet (in 5 nicht dargestellt). Durch Verschieden des abbildenden Systems 1 in y-Richtung kann die gesamten inneren Oberflächen 11, 12 des Spaltes vermessen werden.In particular, advantageously with a method according to the invention also hard to reach areas such. B. the inner surfaces of narrow gaps or narrow holes are measured. 5 shows as an example of this seen in the x-direction schematic representation of the inventive mapping of a zone of a first surface 11 a narrow gap 10 , The imaging system is arranged so that the sharply imaged zone 7 on the first surface 11 of the gap 10 lies. In this arrangement, a corresponding zone of the opposite second surface 12 of the slit in sharp focus (in 5 not shown). By miscellaneous of the imaging system 1 in y-direction can be the entire inner surfaces 11 . 12 of the gap are measured.

Nun wird auf 6 Bezug genommen, die eine in y-Richtung nach unten gesehene schematische Darstellung der bereits in 1 und 2 veranschaulichten Anordnung zum erfindungsgemäßen Abbilden der zu vermessenden Oberfläche 5 des quaderförmigen Objektes 3 zeigt. Die lichtablenkende Wirkung des abbildenden Systems 1 ist in 6 aus Gründen der Verständlichkeit nicht berücksichtigt. 6 zeigt ferner einen willkürlich gewählten Bildausschnitt 15 des vom abbildenden System abgebildeten Bereiches, welcher die scharf abgebildete Zone 7 einschließt.Now it will open 6 Reference is made, which seen in the y-direction downwards schematic representation of the already in 1 and 2 illustrated arrangement for mapping the surface to be measured according to the invention 5 of the cuboid object 3 shows. The light-deflecting effect of the imaging system 1 is in 6 not included for reasons of clarity. 6 also shows an arbitrarily selected image detail 15 the imaged by the imaging system area, which the sharply imaged zone 7 includes.

Da die scharf abgebildete Zone 7, die ein Ausschnitt der zu vermessenden Oberfläche 5 ist, durch das abbildende System 1 erfindungsgemäß unter einem Elevationswinkel von weniger als 45° betrachtet wird, ist das vom abbildenden System 1 erzeugte reelle Bild der scharf abgebildeten Zone 7 im wesentlichen eine in x-Richtung Kurve, die im folgenden als Bildkurve bezeichnet wird. Der Verlauf der Bildkurve ist durch die Form bzw. das Höhenprofil der Oberfläche der scharf abgebildeten Zone 7 vorgegeben. Erhöhung schlagen sich als Auslenkung der Bildkurve in z-Richtung nieder.Because the sharp zone 7 , which is a section of the surface to be measured 5 is through the imaging system 1 According to the invention is considered at an elevation angle of less than 45 °, that is the imaging system 1 created real image of the sharply imaged zone 7 essentially a curve in the x-direction, which is referred to below as the image curve. The curve of the image curve is determined by the shape or the height profile of the surface of the sharply imaged zone 7 specified. Elevation is reflected as a deflection of the image curve in the z-direction.

7 zeigt eine schematische, vergrößerte Darstellung der gemäß 6 gewonnenen Abbildung. Die durch den Bildausschnitt 15 verlaufende Bildkurve 16 ist im wesentlichen eine Gerade, da die scharf abgebildete Zone 7 (1, 2, 6) Teil einer ebenen Oberfläche 5 ist. Eine Abweichung der Oberfläche der scharf abgebildete Zone 7 von einem ebenen Höhenprofil in z-Richtung bewirkt eine Abweichung 19 der Bildkurve 16 von der Form einer Geraden. 7 shows a schematic, enlarged view of the according to 6 won picture. The through the picture section 15 running image curve 16 is essentially a straight line, as the sharply defined zone 7 ( 1 . 2 . 6 ) Part of a flat surface 5 is. A deviation of Surface of the sharply defined zone 7 from a level height profile in the z-direction causes a deviation 19 the image curve 16 from the shape of a straight line.

7 zeigt ferner einen unscharfen bzw. diffusen Bildhintergrund 18. Dieser wird, wie bereits oben erläutert wurde, durch das Licht verursacht, welches von außerhalb der scharf abgebildeten Zone 7 gelegenen und daher von nicht scharf abgebildeten Punkte stammt. Die Bildkurve 16 hebt sich erkennbar durch einen Intentsitätsunterschied gegenüber dem Bildhintergrund 18 ab. 7 also shows a blurred or diffuse image background 18 , This is, as already explained above, caused by the light coming from outside the sharply focused zone 7 located and therefore not sharply depicted points. The image curve 16 stands out visibly by a difference in intensity compared to the background image 18 from.

Topographische Strukturen der scharf abgebildeten Zone, welche diese Zone nicht in Richtung des abbilden Systems überragen, führen zu einer erkennbaren Verdickung 20 der Bildkurve 16 in Richtung der Oberflächennormalen. Die Bildkurve 16, Verdickungen 20 derselben und Unregelmäßigkeiten, Störungen oder Abweichungen 19 des Höhenprofils der scharf abgebildeten Zone 7 schlagen sich somit als erkennbare Inhomogenitäten der Intensität, z. B. des Grauwertes, gegenüber dem Bildhintergrund 18 nieder.Topographical structures of the sharply imaged zone, which do not project beyond this zone in the direction of the imaging system, lead to a noticeable thickening 20 the image curve 16 in the direction of the surface normal. The image curve 16 , Thickening 20 same and irregularities, disturbances or deviations 19 the height profile of the sharply defined zone 7 thus suggest themselves as recognizable inhomogeneities of intensity, eg. B. the gray value, compared to the image background 18 low.

8 zeigt zur weiteren Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine in y-Richtung nach unten gesehene schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abbildens einer Zone der Mantelfläche eines zylinderförmigen Objektes 13. 8th shows for further explanation of a method according to the invention seen in the y-direction downwards schematic representation of the inventive mapping of a zone of the lateral surface of a cylindrical object 13 ,

Die gemäß der Anordnung von 8 gewonnene Abbildung ist in 9 schematisch und vergrößert dargestellt. Die scharf abgebildete Zone 7a ist Teil der Mantelfläche 14 des zylinderförmigen Objektes 13 und somit gewölbt. Die durch den Bildausschnitt 15a verlaufende Bildkurve 16a ist daher im wesentlichen ein Kreisabschnitt. Eine Abweichung der Oberfläche der scharf abgebildete Zone 7a von der Zylinderform bewirkt eine Abweichung 19a der Bildkurve 16a von der Kreisform. Durch das Licht, welches von außerhalb der scharf abgebildeten Zone 7a gelegenen und daher nicht scharf abgebildeten Punkte stammt, entsteht ein unscharfer bzw. diffuser Bildhintergrund 18a, von dem sich die Bildkurve 16a erkennbar abhebt.The according to the arrangement of 8th won picture is in 9 shown schematically and enlarged. The sharp zone 7a is part of the lateral surface 14 of the cylindrical object 13 and thus arched. The through the picture section 15a running image curve 16a is therefore essentially a circle section. A deviation of the surface of the sharply imaged zone 7a from the cylindrical shape causes a deviation 19a the image curve 16a from the circular shape. By the light coming from outside the sharply focused zone 7a and therefore not sharply reproduced points, creates a blurred or diffuse image background 18a from which the image curve 16a recognizable lifts.

Die 10–17 zeigen beispielhaft anhand der Anordnung von 1 verschiedene bevorzugte Varianten der Erfindung, bei denen Licht durch einen Lichtleiter 21 auf die zu vermessende Oberfläche 5 des Objektes 3 und dort insbesondere auf die scharf abgebildete Zone gelangt. Der Lichtleiter 21 kann insbesondere z. B. ein Glasfaserkabel oder ein Lichtwellenleiter sein. Statt eines Lichtleiters 21 können erfindungsgemäß auch mehrere Lichtleiter 21 zugleich verwendet werden.The 10 - 17 show by way of example with reference to the arrangement of 1 Various preferred variants of the invention, in which light passes through a light guide 21 on the surface to be measured 5 of the object 3 and there, in particular, reaches the sharply imaged zone. The light guide 21 can in particular z. As a fiber optic cable or an optical fiber. Instead of a light guide 21 can according to the invention also several optical fibers 21 used at the same time.

Dabei ist der Lichtleiter 21 bevorzugterweise im Bereich seines objektseitigen Endes so angeordnet und ausgebildet, bzw. dabei sind die Lichtleiter 21 im Bereich ihrer objektseitigen Enden so angeordnet und ausgebildet, daß das Licht im Wesentlichen in einen bestimmten Raumwinkelbereich 22 abgestrahlt wird, wobei die scharf abgebildete Zone 7 innerhalb dieses Raumwinkelbereiches 22 liegt.Here is the light guide 21 Preferably arranged and formed in the region of its object-side end, or in this case are the light guides 21 arranged and formed in the region of their object-side ends so that the light substantially in a certain solid angle range 22 is emitted, with the sharp zone 7 within this solid angle range 22 lies.

Der bzw. die Lichtleiter 21 können im Bereich ihrer objektseitigen Enden z. B. so angeordnet und ausgebildet sein, daß das Licht kegelförmig divergierend aus ihnen austritt, so daß der Raumwinkelbereich 22 die Form eines Kegels oder im Wesentlichen die Form eines Kegels aufweist. In einer anderen Variante tritt das das Licht näherungsweise parallel aus, so daß der Raumwinkelbereich 22 im Wesentlichen die Form eines Zylinders aufweist.The or the light guide 21 can in the range of their object-side ends z. B. arranged and designed so that the light emerges conically diverging from them, so that the solid angle range 22 has the shape of a cone or substantially the shape of a cone. In another variant, the light emerges approximately parallel, so that the solid angle range 22 has substantially the shape of a cylinder.

In einer weiteren Varaiante ist der bzw. sind die Lichtleiter 21 im Bereich ihrer objektseitigen Enden z. B. so angeordnet und ausgebildet, daß das austretende Licht im Wesentlichen nur auf der Mantelfläche eines Kegels oder Zylinders liegt, das austretende Licht also ein Ringlicht bildet. Der Raumwinkelbereich 22 weist in diesem Fall die Form eines Kegel- oder Zylindermantels oder im Wesentlichen die Form eines Kegel- oder Zylindermantels auf. Diese Variante ist z. B. dann vorteilhaft, wenn die zu vermessende Oberfläche die Innenfläche einer engen Bohrung ist.In another variant is or are the light guides 21 in the area of their object-side ends z. B. arranged and designed so that the exiting light is substantially only on the lateral surface of a cone or cylinder, the exiting light thus forms a ring light. The solid angle range 22 has in this case the shape of a cone or cylinder jacket or substantially the shape of a cone or cylinder jacket. This variant is z. B. advantageous if the surface to be measured is the inner surface of a narrow bore.

Eine Abstrahlung des Lichtes in Richtung der scharf abgebildete Zone 7 wird in einer Variante dadurch erreicht, daß jeder Lichtleiter 21 im Bereich seines objektseitigen Endes so gebogen ist, daß der Raumwinkelbereich 22, in welchen das Licht abgestrahlt wird, die scharf abgebildete Zone 7 enthält. Wenn das Licht durch eine ebene, senkrecht zur Achse des Lichtleiters 21 verlaufende objektseitige Stirnfläche 23a austritt, ist der Lichtleiter 21 hierbei vorzugsweise so gebogen, daß Normale seiner objektseitigen Stirnfläche 23A in Richtung der scharf abgebildeten Zone 7 weist. 10 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel, in welchem ein einzelner Lichtleiter 21 zum Einsatz kommt.A radiation of the light in the direction of the sharply imaged zone 7 is achieved in a variant in that each light guide 21 is bent in the region of its object-side end so that the solid angle range 22 in which the light is emitted, the sharply imaged zone 7 contains. When the light passes through a plane, perpendicular to the axis of the light guide 21 running object-side end face 23a exit, is the light guide 21 in this case preferably bent so that normal to its object-side end face 23A in the direction of the sharply defined zone 7 has. 10 shows for this purpose an embodiment in which a single light guide 21 is used.

Bei Verwendung mehrerer Lichtleiter 21 kann der Raumwinkelbereich 22, in welchen Licht abgestrahlt wird, gemäß einer weiteren Variante (nicht gezeigt) der Erfindung dadurch vergrößert werden, daß daß jeder Lichtleiter 21 im Bereich seines objektseitigen Endes so gebogen ist, daß die Normalen der objektseitigen Stirnflächen 23A der einzelnen Lichtleiter 21 in verschiedene Richtungen weisen.When using multiple optical fibers 21 can the solid angle range 22 in which light is radiated, according to a further variant (not shown) of the invention can be increased by the fact that each light guide 21 is bent in the region of its object-side end so that the normal of the object-side faces 23A the individual light guide 21 pointing in different directions.

Eine Abstrahlung des Lichtes in Richtung der scharf abgebildete Zone 7 kann des Weiteren auch dadurch erreicht werden, daß der Lichtleiter 21 schräg zu dessen Achse verlaufende objektseitige Stirnflächen 23B aufweist, so daß Licht überwiegend aufgrund von Refraktion asymmetrisch zu dieser Achse abgestrahlt wird. 11 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel, in welchem ein einzelner Lichtleiter 21 zum Einsatz kommt.A radiation of the light in the direction of the sharply imaged zone 7 can also be achieved by the fact that the light guide 21 extending obliquely to its axis Object-side faces 23B so that light is emitted mainly due to refraction asymmetric to this axis. 11 shows for this purpose an embodiment in which a single light guide 21 is used.

In dieser Variante wird – in Abhängigkeit vom Berechungsindex des Lichtleitermaterials – i. a. nur ein relativ kleiner Teil des Lichtes an der schräg verlaufenden objektseitigen Stirnfläche 23B des Lichtleiters 21 reflektiert und seitlich aus dem Lichtleiter 21 gestrahlt. In einer weiteren Variante sind daher die schräg zur Lichtleiterachse verlaufenden objektseitigen Stirnflächen 23B verspiegelt, so daß Licht überwiegend aufgrund von Reflexion asymmetrisch zur Lichtleiterachse seitlich abgestrahlt wird. 12 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel, in welchem ein einzelner Lichtleiter 21 zum Einsatz kommt.In this variant, depending on the refractive index of the optical waveguide material, generally only a relatively small part of the light is incident on the obliquely projecting end face 23B of the light guide 21 reflected and laterally out of the light guide 21 blasted. In a further variant, therefore, the object-side end surfaces running obliquely to the light guide axis are 23B mirrored, so that light is emitted laterally asymmetrically to the light guide axis mainly due to reflection. 12 shows for this purpose an embodiment in which a single light guide 21 is used.

Eine andere Möglichkeit, den Raumwinkelbrereich 22, in welchen Licht abgestrahlt wird, zu vergrößern, besteht darin, daß jeder Lichtleiter 21 eine konvex oder konkav gewölbte objektseitige Stirnfläche 23C aufweist. Eine konkav gewölbte Stirnfläche wirkt hiebei als Zerstreuungslinse, eine konvex gewölbte Stirnfläche 23C (13) hingegen als Sammellinse, wobei das Licht nach Durchgang durch deren Brennebene wieder divergiert, wodurch der Raumwinkelbereich 22 ebenfalls vergrößert wird. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den letztgenannten Fall, wobei einzelner, im Endbereich gebogener Lichtleiter 21 zum Einsatz kommt.Another possibility, the solid angle range 22 in which light is radiated, is that each light guide 21 a convex or concave curved object-side face 23C having. A concavely curved end face acts as a diverging lens, a convexly curved end face 23C ( 13 ), however, as a convergent lens, wherein the light diverges again after passing through the focal plane, whereby the solid angle range 22 is also enlarged. 13 shows an embodiment for the latter case, wherein individual, bent in the end region light guide 21 is used.

Umgekehrt läßt sich bei Bedarf, z. B. zur Vergrößerung der Lichtintensität auf der scharf abgebildeten Zone 7, der Raumwinkelbereich 22 verkleinern, indem die objektseitige Stirnfläche jedes Lichtleiters 21 konvex mit einer solchen Krümmung gewölbt ist oder die Entfernung der Stirnfläche zur zu vermessenden Oberfläche 11 so gewählt ist, daß die scharf abgebildeten Zone 7 entweder im Bereich der Brennebene oder zwischen Stirnfläche und Brennebene liegt.Conversely, if necessary, for. B. to increase the light intensity on the sharply imaged zone 7 , the room angle area 22 zoom out by the object-side end face of each light guide 21 is curved convex with such a curvature or the removal of the end face to the surface to be measured 11 is chosen so that the sharply imaged zone 7 either in the region of the focal plane or between the end face and focal plane.

Eine weitere Möglichkeit, den Raumwinkelbereich 22, in welchen Licht abgestrahlt wird, zu vergrößern, besteht darin, daß das objektseitige Ende jedes Lichtleiters 21 zum Zweck der Lichtabstrahlung in alle Raumrichtungen kugel- oder tropfenförmig ausgebildet ist. Die Isotropie der Abstrahlung kann dadurch verbessert werden, daß das kugel- oder tropfenförmig ausgebildete objektseitige Ende jedes Lichtleiters 21 stellenweise verspiegelt und/oder mindestens stellweise teildurchlässig verspiegelt ist, so die Richtungsverteilung des austretenden Lichtes durch vielfältiges Zusammenwirken von einfacher und mehrfacher Reflexion sowie von Refraktion bestimmt ist.Another possibility, the solid angle range 22 in which light is radiated to enlarge, is that the object-side end of each light guide 21 for the purpose of light emission in all spatial directions is spherical or drop-shaped. The isotropy of the radiation can be improved by the spherical or droplet-shaped object-side end of each light guide 21 mirrored in places and / or at least partially partially transparent, so the directional distribution of the exiting light is determined by diverse interaction of simple and multiple reflection as well as refraction.

Eine Möglichkeit, den Lichtaustritt so zu beeinflussen, daß das austretende Licht im Wesentlichen nur auf der Mantelfläche eines Kegels liegt, das austretende Licht also ein divergentes Ringlicht bildet, besteht darin, daß das objektseitige Ende jedes Lichtleiters 21 die Form einer kegelförmigen Spitze 26 aufweist. Durch Refraktion an den Mantelflächen der kegelförmigen Spitze 26 tritt das Licht aus dem Lichtleiter 21 in einen Raumwinkelbereich 22 aus, welcher im Wesentlichen die Form eines Kegelmantels aufweist. 14 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel, in welchem ein einzelner Lichtleiter 21 zum Einsatz kommt.One way to influence the light emission so that the exiting light is essentially only on the lateral surface of a cone, the exiting light thus forms a divergent ring light, is that the object-side end of each light guide 21 the shape of a conical tip 26 having. By refraction on the lateral surfaces of the conical tip 26 the light emerges from the light guide 21 in a solid angle area 22 from which has substantially the shape of a cone sheath. 14 shows for this purpose an embodiment in which a single light guide 21 is used.

Eine ähnliche Wirkung läßt sich erzielen, wenn daß das objektseitige Ende jedes Lichtleiters 21 als Hohlkegel 24 geformt ist. 15 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel, in welchem ein einzelner Lichtleiter 21 zum Einsatz kommt.A similar effect can be achieved if that the object-side end of each light guide 21 as a hollow cone 24 is shaped. 15 shows for this purpose an embodiment in which a single light guide 21 is used.

In einer weiteren Variante ist die Mantelfläche des Hohlkegels 24 von 15 verspiegelt. Auf diese Weise wird mittels Reflexion des Lichtes an der Mantelfläche des Hohlkegels 24 ein im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Achse des Lichtleiters 21 verteilter seitlicher Lichtaustritt aus dem Lichtleiter 21 erreicht. 16 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel, in welchem ein einzelner Lichtleiter 21 zum Einsatz kommt. Durch geeignete Wahl des Öffnungswinkels des Hohlkegels 24 kann selbstverständlich auch mit dieser Variante erreicht werden, daß der Raumwinkelbereich 22 des Lichtaustritts im Wesentlichen Form der Mantelfläche eines Kegels aufweist.In a further variant, the lateral surface of the hollow cone 24 from 15 mirrored. In this way, by means of reflection of the light on the lateral surface of the hollow cone 24 a substantially rotationally symmetrical about the axis of the light guide 21 distributed lateral light emission from the light guide 21 reached. 16 shows for this purpose an embodiment in which a single light guide 21 is used. By suitable choice of the opening angle of the hollow cone 24 can of course be achieved with this variant, that the solid angle range 22 the light exit has substantially the shape of the lateral surface of a cone.

Eine ähnliche Wirkung wird erreicht, wenn das objektseitige Ende des Lichtleiters 21 die Form eines über die dortige Stirnfläche hinausragenden Vollkonus 25 aufweist, dessen Basisfläche dem Lichtleiter 21 zugewandt ist. Zur Erhöhung des Reflexionskoeffizienten kann dabei die Mantelfläche des Vollkonus 25 vorteilhafterweise verspiegelt sein. 17 zeigt hierfür ein Ausführungsbeispiel, in welchem ein einzelner Lichtleiter 21 zum Einsatz kommt.A similar effect is achieved when the object-side end of the light guide 21 the shape of a projecting beyond the local face full cone 25 whose base surface is the light guide 21 is facing. To increase the reflection coefficient while the lateral surface of the full cone 25 advantageously be mirrored. 17 shows for this purpose an embodiment in which a single light guide 21 is used.

Gewerbliche Anwendbarkeit:Industrial Applicability:

Die Erfindung ist in Bereichen anwendbar, in denen eine Vermessung von kleinen oder mikroskopischen Strukturen von Oberflächen von Objekten gewünscht oder erforderlich ist, insbesondere solcher Oberflächen, welche aus Platzgründen nur schwer zugänglich sind, wie z. B. die Innenflächen von engen Spalten oder engen Bohrungen.The invention is applicable in areas in which a measurement of small or microscopic structures of surfaces of objects is desired or required, in particular those surfaces which are difficult to access for reasons of space, such. As the inner surfaces of narrow gaps or narrow holes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: abbildendes Systemimaging system
22: Kante von 3 Edge of 3
33: quaderförmiges Objektcuboid object
44: Unterlagedocument
55: zu vermessende Oberfläche von 3 to be measured surface of 3
66: obere Oberfläche von 3 upper surface of 3
7, 7a7, 7a: scharf abgebildete Zonensharp zones
88th: stangenförmiges Objektrod-shaped object
99: Seitenfläche von 8 Side surface of 8th
1010: Spaltgap
1111: erste Oberfläche von 10 first surface of 10
1212: zweite Oberfläche von 10 second surface of 10
1313: zylinderförmiges Objektcylindrical object
1414: Mantelfläche von 13 Lateral surface of 13
15, 15a15, 15a: Bildausschnittimage section
16, 16a16, 16a: BildkurvenCurving
1717: Kante von 14 Edge of 14
18, 18a18, 18a: Hintergrundbackground
19, 19a19, 19a: Abweichungendeviations
2020: Verdickung von 16 Thickening of 16
2121: Lichtleiteroptical fiber
2222: Raumwinkelbereich des Lichtaustritts aus 21 Solid angle range of the light exit 21
23A, B, C23A, B, C: Stirnflächen von 21 End faces of 21
2424: Hohlkegelhollow cone
2525: Vollkonusfull cone
2626: kegelförmige Spitzeconical tip
AA: optische Achse von 1 optical axis of 1
NN: Normale zu 5, 9, 11, 12, 14 Normal too 5 . 9 . 11 . 12 . 14

Claims

Method for optical measurement of at least one zone of a surface of an object with the aid of an imaging system of shallow depth of field, characterized in that a) the imaging system is arranged such that - the angle (α) between the optical axis (A) of the imaging system ( 1 ) and the surface ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) is a maximum of 45 degrees, - a limited zone ( 7 . 7a ) of the surface ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) within the depth-of-field of the imaging system ( 1 ) and by this ( 1 ) is sharply imaged as a real image, this zone ( 7 . 7a ) due to the shallow depth of field of the imaging system ( 1 ) in the direction of the projection of the optical axis (A) on the surface ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) is narrow, - the angle of incidence (β) related to the surface normal (N) for all light rays coming from the sharply imaged zone ( 7 . 7a ) and into the imaging system ( 1 ), is greater than 45 degrees, so that this zone is viewed at an elevation angle of less than 45 degrees and the real image of that zone ( 7 . 7a ) a curve ( 16 . 16a ) whose course corresponds to the elevation profile of this zone ( 7 . 7a ) in the direction parallel to the surface ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) and perpendicular to the optical axis (A), - such parts of the surface ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) outside the depth-of-field of the imaging system ( 1 ) and thus outside the sharply mapped zone ( 7 . 7a ) by the imaging system ( 1 ) blurred or not at all be depicted as a real image and a background image ( 18 . 18a ) against which the curve ( 16 . 16a b) which is represented by the real image of the sharply mapped zone ( 7 . 7a ) curve for measuring the surface shape of this zone ( 7 . 7a ) is evaluated in the longitudinal direction.

Method according to Claim 1, characterized in that the imaging system ( 1 ) opposite the surface ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) or vice versa is moved stepwise or continuously so that adjacent narrow zones ( 7 . 7a ) of the surface ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) and subjected to a measurement so that an arbitrarily large area of the surface ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) is three-dimensional topographisch ausßbar.

Method according to claim 2, characterized in that the sharp images of adjacent zones ( 7 . 7a ) to a total picture or a topographic map.

Method according to claim 1, characterized in that, when viewing the sharply imaged zone ( 7 . 7a ) is corrected under an elevation angle of more than zero degrees resulting perspective distortion of the height profile in dependence on the elevation angle.

Method according to Claim 2, characterized in that the change in the relative position of the imaging system ( 1 ) opposite the surface ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) or vice versa with the aid of an electrical or electronic control.

A method according to claim 5, characterized in that electrical or electronic control is operated automatically.

Method according to claim 1, characterized in that the image from the imaging system ( 1 ) supplied real image by a CCD device or video camera is detected.

A method according to claim 7, characterized in that the signal supplied by the CCD device or video camera is digitized and read into an electronic data processing device.

A method according to claim 8, characterized in that the electronic data processing device of the imaging system ( 1 ), including the one through the real image of the sharply mapped zone ( 7 . 7a ) is displayed on a screen.

Method according to claim 8 or 9, characterized in that the electronic Data processing device through the real image of the sharply imaged narrow zone ( 7 . 7a ) determines software curve by sharpness detection and / or detected by means of a mathematical algorithm or calculation method.

A method according to claim 9 or 10, characterized in that the electronic data processing device for improving the recognizability of the curve ( 16 . 16a ) performs a contrast enhancement and / or a contour enhancement and / or another method for highlighting the curve and / or the mean value of the image background ( 18 . 18a ) and this software by the from the imaging system ( 1 ) is subtracted.

Method according to Claim 10, characterized in that the electronic data processing device parameterizes the determined curve profile by software.

A method according to claim 10, characterized in that the electronic data processing device determines the deviation between the detected curve and a predetermined desired curve by subtraction.

Method according to Claims 2 and 8, characterized in that the electronic data processing device receives the results of the measurement of adjacent sharply mapped zones ( 7 . 7a ) to a total picture or a topographic map.

Method according to Claim 10, characterized in that the electronic data processing device assigns an x, ay and a z coordinate to each measured pixel and thus converts the topography of the measured area of the surface into a 3-dimensional coordinate field.

Process according to Claim 1, characterized in that the area of the surface to be measured ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) is illuminated for the purpose of its illumination by a halogen lamp or other incoherent light emitting light source.

A method according to claim 16, characterized in that the light passes through a filter before entering the imaging system, which passes only a certain spectral range.

Process according to Claim 1, characterized in that the area of the surface to be measured ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ) is illuminated for the purpose of its illumination by a laser or other coherent light emitting light source.

Method according to claim 16 or 18, characterized in that the sharply imaged zone ( 7 . 7a ) is illuminated with higher intensity than the remaining surface ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ).

Method according to claim 16 or 18, characterized in that the light of the light source is transferred on the image side into the imaging system ( 1 ) and on the object side emerges from this and from there to the area of the surface to be measured ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ), so that the observation and the illumination take place from approximately the same direction.

Method according to claim 16 or 18, characterized in that the light from the light source is directed from one direction onto the area of the surface to be measured ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ), which is opposite to the direction of observation.

Method according to one of Claims 16 to 18, characterized in that the light is transmitted through an optical waveguide ( 21 ), z. As fiber optic cable or fiber optic cable, on the sharp surface ( 7 . 7a ).

Method according to claim 16 or 18, characterized in that the light is transmitted through a plurality of optical fiber cables or optical waveguides or through a plurality of other optical fibers ( 21 ) on the sharply imaged area ( 7 . 7a ).

Method according to claim 22 or 23, characterized in that the light guide ( 21 ) in the region of its object-side end or the light guides ( 21 ) is arranged and formed in the region of its object-side ends such that the light is in a certain solid angle range ( 22 ), with the sharply imaged zone ( 7 . 7a ) within this solid angle range ( 22 ) lies.

Method according to claim 24, characterized in that the solid angle range ( 22 ) has the shape of a cone.

Method according to claim 24, characterized in that the solid angle range ( 22 ) has the shape of a cone sheath.

Method according to claim 24, characterized in that each light guide ( 21 ) is bent in the region of its object-side end so that the solid angle range ( 22 ) the sharply mapped zone ( 7 . 7a ) contains.

Method according to Claims 23 and 27, characterized in that each light guide ( 12 ) is bent in the region of its object-side end such that, in order to increase the solid angle range ( 22 ) the normals of the object - side faces of the individual light guide ( 21 ) in different directions.

Method according to claim 24, characterized in that each light guide ( 21 ) an obliquely to the axis extending object-side end face ( 23b ), so that light due to refraction and / or reflection at this end face ( 23b ) is radiated asymmetrically to this axis.

Method according to Claim 29, characterized in that the object-side end face ( 23b ) of each light guide ( 21 ) is mirrored.

Method according to Claim 24 or 27, characterized in that the object-side end face of each light guide ( 21 ) for the purpose of enlarging the solid angle range ( 22 ) is curved convexly or concavely.

Method according to claim 24 or 27, characterized in that the object-side end face ( 23c ) of each light guide ( 21 ) for the purpose of reducing the solid angle range ( 22 ) is convexly curved.

Method according to claim 22 or 23, characterized in that the object-side end of each light guide ( 21 ) is designed spherical or drop-shaped in all spatial directions for the purpose of light emission.

A method according to claim 33, characterized in that the spherical or droplet-shaped object-side end of each light guide ( 21 ) partially mirrored and / or at least partially semitransparent mirrored.

Method according to Claim 25, characterized in that the object-side end of each light guide ( 21 ) the shape of a conical tip ( 26 ) having.

Method according to Claim 25, characterized in that the object-side end of each light guide ( 21 ) the shape of a hollow cone ( 24 ) having.

Process according to Claim 36, characterized in that the lateral surface of the hollow cone ( 24 ) or hollow cone is mirrored.

Method according to claim 25, characterized in that the object-side end of the light guide ( 21 ) the shape of a over the local end face projecting full cone ( 25 ), the base surface of the optical fiber ( 21 ) is turned away.

Method according to claim 38, characterized in that the lateral surface of the full cone ( 25 ) is mirrored.

A method according to claim 22, characterized in that the light source in the light guide ( 21 ) is embedded.

Method according to Claim 40, characterized in that the light source is a light-emitting diode whose head is guided into a light guide ( 21 ) passes over.

Method according to Claim 1, characterized in that the imaging scale of the imaging system ( 1 ) is changeable by replacing an optical element or a zoom device.

Method according to Claim 1, characterized in that the imaging system ( 1 ) is an electron-optical system, which by means of electrons, which depends on the surface to be measured ( 5 . 9 . 11 . 12 . 14 ), produces an image in which the sharply imaged zone ( 7 . 7a ) recognizable from an image background ( 18 . 18a ) takes off.