DE3852890T2

DE3852890T2 - Verfahren und vorrichtung zur schnellen, hochauflösenden, dreidimensionalen abbildung eines gegenstandes an einer untersuchungsstation.

Info

Publication number: DE3852890T2
Application number: DE3852890T
Authority: DE
Inventors: Brian Doss; Donald Svetkoff
Original assignee: SYNTHETIC VISION SYST
Current assignee: View Engineering Inc
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-11-14
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2008-11-15
Also published as: US5024529A; BR8807464A; DE3852890D1; EP0397672A1; WO1989007238A1; USRE36560E; JPH0585845B2; CA1287486C; ES2012221A6; EP0397672B1; JPH03500332A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Abbilden eines Gegenstandes an einer Sichtstation zur Entwicklung von mit dem Gegenstand zusammenhängender Größeninformation, und insbesondere ein Verfahren und ein System zur schnellen, hochauflösenden Abbildung eines Gegenstandes an einer Sichtstation zur Entwicklung von mit dem Gegenstand zusammenhängender Größeninformation durch Projizieren eines Strahls gesteuerten Lichts auf den Gegenstand.

STAND DER TECHNIK

Ein schnelles, hochauflösendes (d.h. ungefähr 0,025 mm (0,0017 Inch) und feiner) 3-D-Laserabtastsystem zur Prüfung kleiner Gegenstände wie Leiterplattenbauteile, Lötmittel, Leitungen und Anschlußstifte, Drähte, Werkzeugmaschineneinsätze usw. kann die Möglichkeiten von maschinellen Sichtsystemen stark verbessern. Tatsächlich sind die meisten Sichtprobleme dreidimensionaler Art, Probleme in zweidimensionaler Hinsicht treten selten auf.
Zur Erfassung von 3-D-Daten werden mehrere Verfahren angewandt: Flugzeit, Phasendetektion, Autofokussierung, passives Stereo, Texturgradienten oder Triangulation.
Letztgenannter Ansatz ist für das hochauflösende Abbilden gut geeignet und möglicherweise die bekannteste Technik.
Bei dem allgemeinen Abtasttriangulationsverfahren wird ein Laserstrahl von einer Ablenkeinrichtung über den zu prüfenden Gegenstand abgelenkt und das diffuse gestreute Licht wird gesammelt und auf einen positionsempfindlichen Detektor abgebildet. Der Scanner kann ein Drehpolygon, ein Galvanometer, ein Resonanzscanner, eine holographische Ablenkeinrichtung oder eine akusto-optische Ablenkeinrichtung sein. Gleichermaßen kann der positionsempfindliche Detektor ein Linear- oder ein Flächen-Anordnungsdetektor, eine seitenempfindliche Photodiode, eine Bizelle oder eine elektrooptische Positionserfassungsvorrichtung sein. Manchmal werden zur Verringerung von Abschattungen zwei Positionsdetektoren verwendet. Bei linearen Anordnungen oder Flächenkameras besteht ein schwieriger Kompromiß zwischen Schatten, Lichtempfindlichkeit und Sichtfeld.
Zur Erzielung sehr hoher Geschwindigkeit und geringer Lichtempfindlichkeit wird das in oben angeführter Patentanmeldung beschriebene Positionserfassungssystem bevorzugt. Wenn es jedoch nicht erforderlich ist, sehr niedrige Lichtpegel zu erfassen, können seitenempfindliche Photodioden bei Datenraten von bis zu etwa 1 Mhz verwendet werden, wobei es sich um kostengünstige, im Handel erhältliche Vorrichtungen handelt.
Verfahren und Systeme auf Triangulationsbasis verwenden häufig das Konzept des "strukturierten Lichts". Wie in U.S.-Patent 4 105 925 beschrieben, umfaßt dieses Verfahren das Projizieren einer Linie oder mehrerer Linien auf die Oberfläche des zu prüfenden Gegenstandes und das Erfassen der Verschiebung der projizierten Linie (oder der mehreren Linien) mit einer Videokamera. Derartige Systeme sind nun im Handel erhältlich und sie sind relativ kostengünstig.
Die Hauptnachteile eines derartigen Systems sind die sehr niedrigen Geschwindigkeiten (üblicherweise 10.000 Punkte/Sekunde) und bei mehreren projizierten Linien in einem einzelnen Bild die aufgrund der Überlagerung benachbarter Streifen und dem mehrfach gestreuten Licht zwischen den Streifen mehrdeutigen Auswertungen des Datenergebnisses. Beide Nachteile können durch Ersetzen (1) des Linienprojektors durch einen Flying Spot-Scanner und (2) der Videokamera durch eine oder mehrere Arten von positionsempfindlichen Detektoren überwunden werden, wie in U.S.-Patent 4 375 921 veranschaulicht.
Herkömmliche, auf Triangulation basierende Scanner oder Strukturlichtsysteme verwenden häufig herkömmliche Abbildungslinsen (d.h. Verkleinerungslinsen, 35-mm-Linsen oder Zylinderlinsen, die für Detektoren für lange Linien konzipiert sind), um den positionsempfindlichen Detektoren mit großer Fläche, wie beispielsweise einem Flächensensor, linearen Anordnungen oder positionsempfindlichen Detektoren mit großer Fläche, Licht zuzuführen. Bei den positionsempfindlichen Großflächen-Detektoren bestehen mehrere Einschränkungen: geringe Geschwindigkeit wegen hoher Detektorkapazität, hohe Dunkelströme und ein wesentlich höherer Rauschpegel, als man ihn bei Kleinflächen-Vorrichtungen antrifft.
Eine P-I-N-Lateralphotodiode von 20 mm x 20 mm (äquivalent zu der ungefähren Fläche einer typischen Videokameraröhre von 25 mm (1 Inch) hat eine Kapazität von mehreren Hundert Picofarad und einen Dunkelstrom von mehreren Mikroampere. Andererseits hat eine Vorrichtung von 2 mm x 2 mm eine Kapazität von etwa 5 pF und einen Dunkelstrom von etwa 50 Nanoampere. Sowohl die Geschwindigkeits- als auch die Rauschleistung der kleineren Detektoren können um Größenordnungen besser sein als die mit großflächigen Vorrichtungen erzielbare Leistung. Die Steigerung der Geschwindigkeit ist direkt proportional zu der Verringerung der Kapazität und die Verbesserung von Signal zu Rauschen ist mindestens so groß wie die Quadratwurzel aus der Kapazitätsverringerung.
Bei üblichen, auf Triangulation basierenden Bildern ist es schwierig, einer kleinflächigen Vorrichtung Licht zuzuführen, ohne das Sichtfeld (und folglich die Prüfgeschwindigkeit) zu verringern. Ferner nimmt, wenn das Sichtfeld vergrößert wird, bei herkömmlichen, auf Triangulation basierenden Bildern die Höhenauf lösung notwendigerweise ab. Wenn eine sphärische Verkleinerungslinse verwendet wird, um dem Detektor Licht zuzuführen (mit der notwendigen proportionalen Abnahme bei der Auflösung), wird die Lichteinfangfähigkeit des Systems im Verhältnis zu der Fläche reduziert. Dies sind schwerwiegende Einschränkungen, die zu unerwünschten Kompromissen führen, welche die Leistungsfähigkeit des Systems einschränken.
Ein Ansatz des "synchronisierten Abtastens" kann zur Lösung dieses Problems, wie in U.S.-Patent Nr. 4 553 844, erteilt an Nakagawa et al, beschrieben, angewandt werden. Dieser Abtast- Ansatz wird üblicherweise mit polygonalen oder galvanometergetriebenen Spiegeln implementiert. Bei diesem Ansatz ist es jedoch erforderlich, daß der Sensorkopf bewegliche Teile in Form eines Drehspiegels (beispielsweise in der Fourier-Ebene oder der telezentrischen stopposition oder ein Spiegelpaar enthält. In der Praxis wird ein zweiter Spiegel verwendet, der dem Fleck folgt, der mittels des ersten Spiegels abtastet. Diese beweglichen Hochgeschwindigkeitsteile sind oft unerwünscht, insbesondere, wenn der Sensor der bei Koordinatentischen und Robotorarmen auf dem Industriesektor anzutreffenden Beschleunigung ausgesetzt ist.
Bei herkömmlichen Triangulationsabbildungseinrichtungen besteht ein Dilemma: die Verwendung eines kleinen Detektors ist erwünscht. Wenn jedoch keine beweglichen Teile enthalten sind, wird das Sichtfeld zu klein, die Auflösung zu grob und die Lichteinfangfähigkeit schlecht. Selbst wenn die grobe Auflösung tolerierbar ist, reduziert der Verlust an Lichteinfangfähigkeit das Signal-Rausch-Verhältnis des Systems noch weiter. An erster Stelle ist das Signal-Rausch-Verhältnis deshalb nicht gut (insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten), weil der großflächige Detektor verwendet wird, wodurch sich das Problem ergibt.
Viele andere frühere U.S.-Patente beschreiben verschiedene Verfahren zur Erfassung von 3-D-Daten mittels Triangulation. Beispielsweise beschreibt das U.S.-Patent 4 188 544, erteilt an Chasson, ein Struktur-Licht-Verfahren, bei dem zur Projizierung einer Lichtlinie auf einen Gegenstand eine Strahlexpansions- und -zylinderlinse verwendet wird. Die Lichtlinie wird mit einer Abbildungslinse und -videokamera abgetastet. Die Position jedes Punktes wird mit einem Spitzenermittlungsalgorithmus bestimmt. Aufgrund des Auslesens der Videokamera ist die Meßrate langsam. Mehrere Lichtlinien erleichtern dieses Problem zu einem gewissen Grade.
Bei dem an Bodlaj erteilten U.S.-Patent 4 201 475 wird ein Gegenstand in einer Positionserfassungsrichtung abgetastet und die Zeitverschiebung wird von einem einzelnen Photodetektor mit einem sehr engen Sichtfeld ermittelt. Die Geschwindigkeit des Systems ist durch die Rücklaufzeit der Abtastvorrichtung an jedem Meßpunkt begrenzt. Dieses Verfahren ist relativ langsam, insbesondere für die Anforderungen bei der Prüfung kleiner Teile bei Quasi-Videoraten (d.h. Mhz).
Im an Penny erteilten U.S.-Patent 4 645 917 ist ein Aperturüberstreichprofilierer beschrieben. Auch dieser mißt eine Zeitverschiebung zur Bestimmung der Position. Zur Abtastung einer Datenzeile (d.h. x-,y-Koordinaten) wird ein galvanometergetriebener Spiegel verwendet. Zur Abtastung der Positionserfassungsdimension wird eine akusto-optische Ablenkeinrichtung verwendet und der Zeitpunkt, in dem das Licht von der Photodetektorvorrichtung empfangen wird, gibt die Tiefe an. Die Verwendung der A-O-Ablenkeinrichtung für die z-Dimensionsabtastung stellt eine Verbesserung gegenüber früherer Technologie dar. Ferner läßt die Verwendung eines Photovervielfachers als Detektorvorrichtung einen stark verbesserten dynamischen Bereich zu.
Das an Balusubramanian erteilte U.S.-Patent 4 355 904 beschreibt ein auf Triangulation basierendes Verfahren, das eine Positionserfassungsvorrichtung in Form eines Filters von variabler Dichte zusammen mit einem System zum Ablenken des Laserstrahls und Steuern der Position des Meßfühlers kombiniert. Die Toleranz bei der Dichte der üblichen variablen Filter, seien sie mit einer Metallbeschichtung auf Glas oder mit einer photographischen Filmplatte hergestellt, beträgt üblicherweise ± 5% an jedem einzelnen Punkt.
Das an Satoshi Ido et al. erteilte U.S.-Patent 4 589 773 beschreibt ein Positionserfassungsverfahren und -system zur Prüfung von Wafern, wobei ein im Handel erhältlicher Positionsdetektor verwendet wird. Zur Fokussierung des Lichtes in einen kleinen Punkt auf der Oberfläche des Gegenstandes mit einer lofachen Verkleinerung wird eine Verkleinerungslinse verwendet.
Eine Vergrößerungslinse wird in dem Empfänger (10X) verwendet, um einem Detektor Licht zuzuführen. Der Triangulationswinkel beträgt 45 Grad, wobei der Empfänger und der Detektor unter komplementären Winkeln angeordnet sind (90 Grad). Dies eignet sich gut zur Waferprüfung. Bei anderen Arten von Prüfvorhaben jedoch hat das Verfahren Nachteile, da (1) bei großen Gegenständen nicht akzeptable Schatten und Abdeckeffekte auftreten würden; (2) das Sichtfeld des Meßfühlers sehr klein ist; (3) eine Reduzierung des Winkels auf 15 Grad (zur Reduzierung von Schatten) die Höhenempfindlichkeit bedeutend verschlechtern würde; und (4) die Detektorfläche relativ groß ist, was bei Erhöhung der Geschwindigkeit des Systems die Geschwindigkeit und das Signal- Rausch-Verhältnis des Systems beschränkt.
Das an Nakagawa et al. erteilte U.S.-Patent 4 472 056 beschreibt ein Verfahren, das das Projizieren einer Lichtlinie und die Verwendung einer rechtwinkligen CCD als Positionssensor umfaßt. Dies stellt eine bedeutende Verbesserung hinsichtlich der Geschwindigkeit gegenüber dem in oben erwähntem, an Chasson erteilten U.S.-Patent dar und ist zur Prüfung von Teilen mit einer relativ begrenzten Höhenabstufung (d.h. 16 Stufen) gut geeignet. Zur Spitzenermittlung, die zu der Tiefe des Objektes in Beziehung gesetzt werden kann, ist Logik und Hardware vorgesehen.
In dem an Crabb et al. erteilten U.S.-Patent 4 650 333 ist ein Verfahren der Projizierung strukturierten Lichts beschrieben, das dem Verfahren des unmittelbar vorher angeführten Nakagawa- Patents zu einem gewissen Grade komplementär ist. Ein mit einer zylindrischen Linse produzierter Lichtstreifen wird mit einer akusto-optischen Ablenkeinrichtung derart über den Gegenstand abgelenkt, daß eine einzige CCD-Reihenanordnung verwendet werden kann. Dies ist eine weniger kostenintensive Art der Implementierung des Strukturlichtverfahrens, bei der keine Spezial-CCD erforderlich ist. Wiederum sind die Geschwindigkeit und die Streulichtunterdrückungsfähigkeiten des Meßfühlers reduziert, wodurch er auf die Tiefenmessung von Gegenständen (wie Spuren), die nicht sehr groß sind, beschränkt ist. Dennoch ist das Verfahren für den Prüf zweck der Spurhöhenmessung geeignet.
Das an Haugen erteilte und an Honeywell übertragene U.S.-Patent 4 593 967 beschreibt ein auf Triangulation basierendes Abtastsystem, das eine holographische Ablenkvorrichtung verwendet, um die Größe und das Gewicht des Abtastsystems zu verringern, und eine digitale Maske zur Positionsermittlung. Die digitale Maske liegt in Form eines binären Graucodes vor und benötigt einen Detektor pro Bit (d.h. 8 Detektoren für einen 8-Bit-Code). In dem Empfänger wird eine einzelne Zylinderlinse verwendet, um einen Lichtpunkt in eine dünne Linie umzuwandeln, die scharf auf eine Reihe von Photodetektoren fokussiert werden muß. Mit anderen Worten, der Punkt wird in eine Linie umgewandelt, um das Licht der Reihe langer dünner Detektoren zuzuführen. In dem System wird weder eine räumliche Mittelung durchgeführt noch wird der Schwerpunkt des Lichtpunktes bestimmt.
U.S.-Patent Nr. 4 634 879 offenbart die Anwendung optischer Triangulation zur Bestimmung des Profils einer Oberfläche unter Verwendung eines Prismas und zweier Photovervielfacheröhren in einem Flying Spot-Kamerasystem. Diese sind in einer "Bizellen"- Konfiguration angeordnet. Die Bizelle berechnet jedoch nicht den Schwerpunkt des empfangenen Lichtpunktes und ist daher der Helligkeitsverteilung innerhalb des empfangenen Lichtpunktes gegenüber empfindlich. Als Anti-Rausch-Merkmal wird dem Laserstrahl Amplitudenmodulation aufgedrückt, und zur Filterphotovervielfacherreaktion wird ein Filternetzwerk verwendet, um eine Reaktion auf optisches Hintergrundrauschen auszuschließen.
U.S.-Patent Nr. 4 796 997 und EP-A-0 247 833 offenbaren ein Verfahren zur schnellen, hochauflösenden, dreidimensionalen Abbildung eines Gegenstandes an einer Sichtstation zur Entwicklung von mit dem Gegenstand zusammenhängender Größeninformation, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ablenken eines Strahls gesteuerten Lichtes in einer Abtastrichtung an der Oberfläche des Gegenstandes unter einem ersten vorbestimmten Winkel zur Erzeugung eines entsprechenden reflektierten Lichtsignals; Empfangen des reflektierten Lichtsignals unter einem zweiten Winkel mit einem Satz optischer Elemente zur Erzeugung eines fokussierten Lichtpunktes aus dem reflektierten Lichtsignal, wobei der Satz optischer Elemente erste und zweite Linsen aufweist; Messen der Menge der Strahlungsenergie in dem reflektierten Lichtsignal mit einem Kleinflächen-Positionsdetektor, der eine Detektorfläche und eine zur Abtastrichtung im wesentlichen orthogonale Positionserfassungsrichtung aufweist und wenigstens ein zu der Meßgröße propcrtionales elektrisches Signal erzeugt; und Berechnen eines Schwerpunktswertes für das reflektierte Lichtsignal aus dem wenigstens einen elektrischen Signal.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur schnellen, hochauflösenden, dreidimensionalen Abbildung eines Gegenstandes an einer Sichtstation zur Entwicklung von mit dem Gegenstand zusammenhängender Größeninformation vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ablenken eines Strahls gesteuerten Lichtes entlang einer Abtastzeile in einer Abtastrichtung an der Oberfläche des Gegenstandes unter einem ersten vorbestimmten Winkel zur Erzeugung eines entsprechenden reflektierten Lichtsignals; Empfangen des reflektierten Lichtsignals unter einem zweiten Winkel mit einem Satz optischer Elemente zur Erzeugung eines fokussierten Lichtpunktes aus dem reflektierten Lichtsignal, wobei der Satz optischer Elemente erste und zweite Linsen aufweist; Messen der Menge der Strahlungsenergie in dem reflektierten Lichtsignal mit einem Kleinflächen-Positionsdetektor, der eine Detektorfläche und eine zur Abtastrichtung im wesentlichen orthogonale Positionserfassungsrichtung aufweist und wenigstens ein zu der Meßgröße proportionales elektrisches Signal erzeugt; und Berechnen eines Schwerpunktswertes für das reflektierte Lichtsignal aus dem wenigstens einen elektrischen Signal, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:
Umwandeln des fokussierten Lichtpunktes in einen vergrößerten, länglichen Lichtpunkt und Abbilden des empfangenen Lichtsignals zu dem Kleinflächen-Positionsdetektor mit einem anamorphotischen optischen System, in das die Abtastzeile abgebildet wird und das aufweist: eine erste anamorphotische Linse zum Vergrößern des fokussierten Lichtpunktes in der Positionserfassungsrichtung des Positionsdetektors und eine zweite anamorphotische Linse mit einer kurzen Fokallänge zum Verkleinern des fokussierten Lichtpunktes in der Abtastrichtung zum Bilden des länglichen Lichtpunktes und zum Verringern der Länge der Abtastzeile derart, daß sie auf den Detektor paßt, wobei der Positionsdetektor ein einzelnes Detektorelement aufweist, das die Detektorfläche enthält und eine geringe Kapazität und geringen Dunkelstrom aufweist, und wobei der gesamte längliche Lichtpunkt gleichmäßig auf der Detektorfläche abgebildet wird, um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen, wobei das räumliche Rauschen, das aus Empfindlichkeitsveränderungen von Punkt zu Punkt in der Detektorfläche resultiert, gemittelt wird.
Ferner ist gemäß dieser Erfindung ein Abbildungssystem zur schnellen, hochauflösenden, dreidimensionalen Abbildung eines Gegenstandes an einer Sichtstation zur Entwicklung von mit dem Gegenstand zusammenhängender Größeninformation vorgesehen, wobei das System aufweist: eine Quelle zum Ablenken eines Strahls gesteuerten Lichtes entlang einer Abtastzeile in einer Abtastrichtung an der Oberfläche des Gegenstandes unter einem ersten vorbestimmten Winkel zur Erzeugung eines entsprechenden reflektierten Lichtsignals; einen ersten Satz optischer Elemente zur Erzeugung eines fokussierten Lichtpunktes aus dem reflektierten Lichtsignal, wobei der Satz optischer Elemente erste und zweite Linsen zum Empfang des reflektierten Lichtsignals unter einem zweiten Winkel aufweist; eine Meßeinrichtung mit einem Kleinflächen-Positionsdetektor mit einer Detektorfläche und einer zur Abtastrichtung im wesentlichen orthogonalen Positionserfassungsrichtung zum Messen der Menge der Strahlungsenergie in dem reflektierten Lichtsignal und zum Erzeugen wenigstens eines zu der Meßgröße proportionalen elektrischen Signales; und eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Berechnen eines Schwerpunktswertes für das reflektierte Lichtsignal aus dem wenigstens einen elektrischen Signal, wobei das System gekennzeichnet ist durch:
ein anamorphotisches optisches System, in das im Betrieb die Abtastzeile abgebildet wird und das zum Umwandeln des fokussierten Lichtpunktes in einen vergrößerten länglichen Lichtpunkt dient, wobei das anamorphotische optische System aufweist: eine erste anamorphotische Linse zum Vergrößern des fokussierten Lichtpunktes in der Positionserfassungsrichtung des Positionsdetektors und eine zweite anamorphotische Linse mit einer kurzen Fokallänge zum Verkleinern des fokussierten Lichtpunktes in der Abtastrichtung zum Bilden des länglichen Lichtpunktes und zum Verringern der Länge der Abtastzeile derart, daß sie auf den Detektor paßt, wobei der Positionsdetektor ein einzelnes Detektorelement aufweist, das die Detektorfläche enthält und eine relativ geringe Kapazität und geringen Dunkelstrom aufweist.
Vorzugsweise ist die zweite anamorphotische Linse speziell so angefertigt, daß sie eine Geschwindigkeit von f/0,5 bis f/0,7 und eine Fokallänge im Bereich von 20 bis 30 mm aufweist.
In einer Konstruktion des Abbildungssystems weist die Quelle vorzugsweise eine Festkörper- (d.h. akusto-optisch) Laserlichtablenkeinrichtung auf und der Satz optischer Elemente weist vorzugsweise zur Steuerung der Polarisations- und Eintrittswinkel des eingefangenen Lichtes eine Maske auf.
Ferner weist die Meßeinrichtung vorzugsweise einen hochempfindlichen Photodetektor wie beispielsweise eine seitenempfindliche Photodiode zur Umwandlung der Strahlungsenergie in mindestens einen elektrischen Strom auf.
Ferner wird das Sichtfeld des gefilterten Lichtsignals von einer Übertragungseinrichtung zur Ausdehnung des Bereichs der zu dem Gegenstand gehörenden Dimensionsinformation über den Positionsdetektor übertragen.
Die sich bei dem oben beschriebenen Verfahren und System ergebenden Vorteile sind zahlreich. Beispielsweise kann ein derartiges Abbildungssystem in ein Prüf/Meß-Produkt eingebaut werden, bei dem sowohl Entfernungs- als auch Intensitätsdaten erfaßt werden.
Ferner bieten ein derartiges Verfahren und ein derartiges System hohe Auflösung, eine Quasi-Video-Rate, eine volle 3-D-Abbildung bei relativ niedrigen Kosten. Es wird sowohl eine lange Abtastzeile (d.h. Sichtfeld) als auch ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis, eine hohe Höhenempfindlichkeit und Lichteinfangfähigkeit und geringe Kapazität und geringer "Dunkelstrom" erzielt.
Die vorliegende Erfindung löst zahlreiche Probleme des Standes der Technik, indem sie in Verbindung mit den Vorteilen der Nutzung eines Vollfestkörperlichtablenksystems (d.h. kompakt, robust, leicht koppelbar, usw.) ein System anamorphotischer Vergrößerungs- und Feldlinsen verwendet, um einem Kleinf lächen- Positionssensor Licht zuzuführen.
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels zur Ausführung der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIGUR 1 ist eine schematische Ansicht, die das 3-D-Verfahren und -System der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
FIGUR 2a ist ein Profil eines Gegenstandes an einer Sichtstation mit einem abgestuften Profil, wobei mehrere Positionen des Gegenstandes kenntlich gemacht sind;
FIGUR 2b ist eine Darstellung der Positionen von Figur 2a auf einem Großflächen-Detektor beim Abtasten eines Laserpunktes von entsprechenden Positionen entlang des Gegenstandes aus; und
FIGUR 2c ist eine der Darstellung von Figur 2b ähnliche Darstellung, mit dem Unterschied, daß das Verfahren und System der vorliegenden Erfindung zur Bewirkung der Zufuhr des reflektierten Lichts und der reflektierten Punktform zu einem Kleinflächen-Photodetektor verwendet werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN

AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

FIGUR 1 zeigt die Hauptelemente eines 3-D-Abbildungssystems, das gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert und generell mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Das System 10 ist an einer Sichtstation positioniert und weist eine gesteuerte Lichtquelle wie einen Laser, einen Modulator und eine optische Rückkopplungsschaltung 12 auf. Ein Scanner in Form einer akusto-optischen Ablenkeinrichtung 14 und eine Strahlform- und -fokussieroptik in Form verschiedener Linsenelemente erzeugen eine telezentrische Flachfeldabtastung, indem eine Reihe von Laserstrahlen auf die reflektierende Fläche 18 eines Gegenstandes, der generell mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist, projiziert werden. Der Gegenstand ist auf einer planaren Referenzfläche 22 an der Sichtstation gehalten.
Innerhalb des Blocks 12 ist ein Laser mit einem Modulator gekoppelt, um die Information auf eine höhere Frequenz zu verschieben, bei der die Systemrauschcharakteristiken besser sind. Der Modulator kann eine von vielen Modulationsarten durchführen, einschließlich Sinuswellen-, Pulsamplituden-, Pulslagemodulation usw. Vorzugsweise ist der Laser eine Festkörperlaserdiode und wird mit einem TTL-Signal "verschlossen" (d.h. TTL-Modulation). Auf diese Weise wird das Lasersignal kodiert, um während der "Ein"- und "Aus "-Intervalle, wie im einzelnen in der oben erwähnten Anmeldung beschrieben, die Durchführung separater Signalverarbeitungsfunktionen zu ermöglichen. Üblicherweise sind die Leistungspegel 20-30 mW (Klasse III-B), die für maschinelle Sichtanwendungen gut geeignet sind.
Vorzugsweise wird eine akusto-optische (d.h. A-O) Festkörperablenkeinrichtung 14, wie sie von Newport Electro-Optics im Handel erhältlich ist, verwendet. Die Ablenkeinrichtung ist leicht koppelbar, sehr robust und kompakt. Dies bietet zahlreiche Vorteile. Die Größe des Systems 10 kann etwa diejenige einer Videokamera sein. In dem System 10 sind keine beweglichen Teile vorhanden. Langzeitstabilität ist leicht zu erhalten. Das System 10 kann so stabil gestaltet werden, daß es mit relativ wenig Mühe an einer Übertragungseinrichtung wie einem Koordinatentisch oder einem Roboterarm befestigt werden kann. Daher ist die Produktion der Einheit in großen Mengen relativ leicht. Die meisten A-O-Ablenkeinrichtungen erzeugten etwa 500 Punkte/Abtastzeile, was eine sehr geeignete Schnittstelle für Digitalisiereinrichtungen und Bildverarbeitungsausstattung darstellt. Im Vergleich mit anderen Scannerarten ist auch das Tastverhältnis sehr hoch (95% gegenüber 50%).
Die A-O-Ablenkeinrichtung 14 hat den Vorteil, das sie, wie zuvor erwähnt, eine Voll-Festkörpereinrichtung ist. Aufgrund der Eigenart der Beugungsabtastung ergibt sich jedoch ein gleichförmiger Beleuchtungsgradient von etwa 10-30% des Mittelwertes in dem Sichtfeld. Zwar kann diese Art von Gradient manchmal toleriert werden, sie ist aber unerwünscht, da sie einen potentiell großen Vorteil der Laserabtastung im allgemeinen aufhebt: die Fähigkeit, dieselbe Lichtmenge unter demselben Einfallswinkel jedem Punkt in dem Sichtfeld zuzuführen.
Eine generell mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnete optische und elektronische Rückkopplungsschleife wird zur Korrektur dieses langsam variierenden Gradienten (d.h. zur Bildfeldebnungskorrektur) verwendet. Die A-O-Ablenkeinrichtung 14 erzeugt sowohl einen Abtaststrahl als auch einen DC-Strahl, der normalerweise durch ein Raumfilter blockiert wird. Dieser DC-Strahl enthält etwa 30% der Laserenergie. Durch Erfassung der Veränderungen in diesem Strahl ist es möglich, Veränderungen bei der Beleuchtung abzuschwächen, da das gesamte Licht die Summe des Abtastlichts (d.h. 1. Ordnung) und des DC-Strahls (0. Ordnung) ist.
Der DC-Strahl wird von einem Photodetektor 26 der Schleife 24 erfaßt. Das resultierende elektrische Signal wird von einer automatischen Verstärkungsregelungsschaltung 28 (d.h. einschließlich eines Verstärkers und eines Integrators) der Schleife 24 verwendet, um die HF-Energie, die an die A-O-Ablenkeinrichtung angelegt wird, an einem Abgleichmischer abzuschwächen oder zu verstärken. Die sich ergebende Intensitätsverteilung ist bis auf etwa 1% eben,was für die Grauskalaprüfung einen bedeutenden Vorteil und für die 3-D-Prüfung eine mäßige Verbesserung des dynamischen Bereiches darstellt.
Mit dem Bezugszeichen 38 ist generell ein optisches System zur Verwendung bei der optischen Verarbeitung des von dem Gegenstand 20 reflektierten Lichtsignals bezeichnet. Das optische System 38 weist einen Satz optischer Elemente, einschließlich einer telezentrischen Empfängerlinse 40 zum Einfangen gestreuten Lichts von dem Gegenstand 20 an einer ungefähr eine Fokallänge von dem Gegenstand 20 entfernten Position, auf. Eine Verkleinerungsfokussierlinse 42 wirkt als Teleskopobjektiv. Die Linsen 40 und 42 wirken als bevorzugte Konjugation. Die Verkleinerungslinse 42 kann zur Anpassung an verschiedene Verkleinerungs- und Vergrößerungsverhältnisse ausgetauscht werden. Die Verkleinerungslinse 42 ist direkt hinter einer Maske 44 angeordnet.
Die Maske 44 ist um eine Fokallänge von der Empfängerlinse 40 entfernt angeordnet und wirkt zur Bildung einer Raum- und Polarisationsfilterebene als telezentrische Blende. In einem Ausführungsbeispiel bildet die Maske eine rechtwinklige Apertur (d.h. Raumfilter), die an der Zwischen-Raumfilterebene angeordnet ist, um Licht, das unter unerwünschten Winkeln empfangen wird (d.h. außeraxiales Licht oder Streulicht), was aufgrund von Sekundärreflexionen von Gegenständen außerhalb des gewünschten augenblicklichen Sichtfeldes des Systems 10 häufig vorkommt, zu unterdrücken. Die Maske 44 kann eine feste Apertur 46 oder eine elektromechanische Blende sein oder sie ist vorzugsweise ein binärer Flüssigkristallraumlichtmodulator oder eine binäre Flüssigkristallraumlichtröhre, der oder die unter Softwaresteuerung dynamisch umkonf iguriert wird. Eine derartige Konfiguration ist nützlich bei der Prüfung sehr glänzender Gegenstände < geschmolzenes Lötmittel, Drahtverbondung, Schleifen, Anschlußstiftgitter usw.), die nahe beieinander liegen, wodurch Mehrfachreflexionen entstehen. Folglich können vor Zufuhr zu einem Detektor sowohl der Eintrittswinkel (durch die Blendengröße) als auch die Polarisation des Eingangslichts digital gesteuert werden.
Falls erwünscht, kann der Raumf ilter oder -streifen in einem gewählten Muster aus opaken und lichtdurchlässigen Mustern programmiert werden, die mit dem Höhenprofil des zu ermittelnden Gegenstandes korreliert und an dieses angepaßt sind. Beispielsweise ist eine Höhenmessung von auf einem glänzenden Hintergrund angeordneten glänzenden Anschlußstiften zuverlässiger, wenn nur ein schmaler Streifen, der dem Höhenbereich entspricht, über den die Anschlußstifte korrekt positioniert sind, betrachtet wird. Ansonsten können Mehrfachreflexionen eine Signalrückführung erzeugen, die bedeutend größer ist als die von nutzbarem Licht erzeugte Rückführung. Wenn der Anschlußstift korrekt angeordnet ist, wird die Position des Anschlußstiftes berichtet. Ist er dies nicht, wird kein Anschlußstift gefunden.
Wenn ein herkömmlicher, auf Triangulation basierender Scanner verwendet wird (d.h. eine Festkörpervorrichtung ohne bewegliche Teile, jedoch mit einem Flächendetektor), ist die Apertur 46 der Maske 44 nicht größer, als dies für die Ermittlung eines spezifizierten Höhenbereiches erforderlich ist, jedoch ist sie vorzugsweise dennoch programmierbar.
Das optische System 38 weist ferner ein anamorphotisches Vergrößerungs- und Feldlinsensystem auf, das generell mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnet ist. Das Linsensystem 48 weist zwei anamorphotische Elemente oder Linsen 50 und 52 auf. Die Linse 50 ist eine Präzisions-Negativ-Zylinderlinse mit sehr langer Fokallänge zur Vergrößerung des Bildes in der Positionserfassungsrichtung. Die Fokallänge der Linse 50 liegt üblicherweise zwischen etwa -300 mm und -1000 mm.
Die Linse 52 ist eine Spezialzylinderlinse mit kurzer Fokallänge, die eine bevorzugte Geschwindigkeit von etwa f/0,5 oder f/0,7 aufweist, was zur Ausdehnung des Sichtfeldes und der Lichteinfangfähigkeit des Systems 38 benötigt wird. Die Linse 52 hat eine bevorzugte Fokallänge von etwa 25 mm und kann eine Fokallänge im Bereich von 20 bis 30 mm aufweisen.
FIGUR 2a zeigt das Profil eines "abgestuften Gegenstandes", wobei mehrere Positionen an dem abgestuften Gegenstand kenntlich gemacht sind.
FIGUR 2b zeigt die kenntlich gemachten Positionen von Figur 2a, wie sie in einem Großflächendetektor zu sehen sind, wenn ein Laserpunkt entlang des Gegenstandes abgelenkt wird. Dies stellt den Stand der Technik dar.
FIGUR 2c zeigt dieselben kenntlich gemachten Positionen von Figur 2a und auch die Wirkung der Verwendung der beiden Linsen 50 und 52. Die Linsen 50 und 52 wandeln einen kleinen fokussierten Lichtpunkt in einen gleichförmigen, vergrößerten rechteckigen oder elliptischen Fleck um, der einen ausgedehnten Bereich eines einzelnen positionsempfindlichen Positionsdetektors 53 gleichmäßig beleuchtet und das sich aus Veränderungen der Empfindlichkeit von Punkt zu Punkt ergebende räumliche Rauschen mittelt.
Die Kombination aus den Linsen 42 und 50 dient zum Erzeugen einer Vergrößerung in der Positionserfassungsrichtung. Die Vergrößerung in der Positionserfassungsrichtung ist üblicherweise größer als 1:1, wodurch sich eine mikroskopische Vergrößerung ergibt.
Die Linse 52 dient als anamorphotische Feldlinse, in die die Abtastzeile abgebildet wird. Die Länge der abgebildeten Abtastzeile kann fast so groß wie die Linse 52 sein (d.h. 40 mm), ist jedoch deutlich größer als die Abmessung des Detektors 53. Somit dient sie als Verkleinerungsoptik. Die Linse 52 kann in Form eines bikonvexen Einlinsenobjektivs, eines Plankonvex-"Halbzylinders" oder mit einer Gradientenindexoptik mit einem radialen Gradienten oder einer Kombination daraus ausgebildet sein. Eine bikonvexe Gestaltung ist jedoch bevorzugt.
Um den Tiefenmeßbereich des Systems 10 zu vergrößern, ist ein Nachlaufspiegel 54 vorgesehen, der an einer beliebigen von mehreren geeigneten Positionen angeordnet werden kann, vorausgesetzt, er befindet sich hinter der Maske 44, um die Telezentrizität beizubehalten. Alternativ kann eine Kleinwinkelablenkeinrichtung verwendet werden, doch lenkt diese den Lichtstrahl eher ab, als daß sie ihn überträgt.
Der Übertragungsspiegel 54 ist auf einem Präzisionsminiaturtisch montiert, der unter Softwaresteuerung über eine Steuerung oder eine Steuereinrichtung 56, die ihrerseits mit einer Signalverarbeitungsschaltung 58 gekoppelt ist, verschoben wird.
Der Spiegel 54 ist nützlich, da er den Meßbereich des Systems 10 bedeutend ausdehnen kann. Beispielsweise kann der Positionssensor oder -detektor in jedem Augenblick etwa 256 Höhenstufen unterscheiden. Es kann beispielsweise erwünscht sein, die Höhe von Lötmittel auf Kontaktstellen zu messen, was eine Tiefenempfindlichkeit von etwa 0,01 mm (0,0004 Inch) erfordert. Andererseits kann es erwünscht sein, auch die Position und Geometrie von Bauteilanschlußleitungen, die mit den Kontaktstellen aus zurichten sind, zu messen. Die Anschlußleitungen können sich etwa 6,4 mm (0,25 Inch) oder mehr zu dem Bauteilkörper nach oben erstrecken. Dies übersteigt den Linearmeßbereich von Lateralphotodioden. Außerdem sind Drahtschleifen sehr dünn und erfordern für eine genaue Messung eine hohe Raum- und Tiefenauflösung. Diese Drähte können sich jedoch auch bis zu 6,4 mm (0,25 Inch) aufwärts erstrecken und ein Sensor, der diesen gesamten Bereich mit der erforderlichen Höhen- und Raumauflösung von 0,005 mm (0,0002 Inch) erfassen soll, ist nicht praktisch.
Der Übertragungsspiegel 54 schwächt dieses Problem ab. Die einzige Anforderung besteht darin, daß die Linse 40 das Licht empfängt. Man kann erwarten, daß die Linse 40 eine Bildgröße (in der Positionserfassungsrichtung) liefert, die etwas größer ist als der Detektor 53. Die Verschiebung des Spiegels 54 hat den Effekt der Übertragung des gesamten Sichtfeldes (eingeschränkt durch die Linse 40) über den Detektor 53, so daß viel mehr Höhenstufen erfaßt werden können, wobei dennoch der Kleinflächen- Detektor 53 verwendet wird.
Vorzugsweise wird als positionsempfindlicher Kleinflächen-Detektor 53 des Systems 10 ein einzelnes Detektorelement verwendet. Das System 10 kann recht genaue z-(d.h. Höhen-) Meßergebnisse mit einer Lateralphotodiode (LEP) erzielen, deren Innenwiderstand durch Abschwächung der Signalströme die Tiefenerfassungsund Schwerpunktsberechnungsfähigkeit liefert. Der Positionsdetektor 53 kann eine seitenempfindliche Photodiode wie Si-Tek 2L2 oder 2L4 sein, ist jedoch vorzugsweise ein spezieller rechtwinkliger Lateraleffektdetektor mit einer Breite von etwa 6 mm und einer Abmessung von 2 mm entlang der Positionserfassungsrichtung. Diese positionsempfindlichen Vorrichtungen haben gegenüber Linearanordnungen wesentliche Vorteile hinsichtlich der Geschwindigkeit und des Tiefenbereiches. Bizellen oder digitale Masken (d.h. optische Kodierer) sind nicht bevorzugt.
Der Detektor 53 ist mit einem Vorverstärker 58 gekoppelt, der seinerseits mit der Signalverarbeitungsschaltung 58 gekoppelt ist, die den Schwerpunkt des Lichtpunktes berechnet, wodurch ungleichmäßige und gerichtete Intensitätsverteilungen ermöglicht sind.
Die Signalverarbeitungsschaltung oder -einheit 58 expandiert/- komprimiert die variablen Daten, um den korrekten Z-Wert, Grauskalainformation und spezielle Werte, die inkorrekte Höheninformation angeben, zu erhalten. Die Signalverarbeitungsschaltung 58 ist in der oben angeführten Anmeldung ausführlicher beschrieben.
Zwar ist das System 10 zur Unterstützung eines Abtastmechanismus ohne bewegliche Teile konzipiert, jedoch kann es auch bei dieser Version mit synchronisierter Abtastgeometrie verwendet werden, um zusätzliche Vorteile zu liefern, nämlich die Steigerung der Auflösung unter Verwendung eines Detekors für sehr kleine Punkte und einer räumlichen Mittelwertbildung über den Detektor.
Das Abbildungsverfahren und -System, die oben beschrieben worden sind, bieten zahlreiche Vorteile. Beispielsweise kann das Abbilden mit hoher Auflösung und mit Quasi-Videoraten erfolgen, um volle 3-D-Information zu erhalten. Es werden sowohl eine große Abtastzeile (d.h. Sichtfeld) als auch ein hohes Signal-Rausch- Verhältnis, hohe Höhenempfindlichkeit und Lichteinfangfähigkeit sowie geringe Kapazität und geringer "Dunkelstrom" erzielt. Ferner bieten dieses Verfahren und dieses System die Möglichkeit einer genauen, Quasi-Video-Bildratentiefenerfassung bei geringen Kosten.
Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel zur Ausführung der Erfindung hier im einzelnen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Verfahren zur schnellen, hochauflösenden, dreidimensionalen Abbildung eines Gegenstandes (20) an einer Sichtstation zur Entwicklung von mit dem Gegenstand zusammenhängender Größeninformation, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ablenken eines Strahls gesteuerten Lichtes entlang einer Abtastzeile in einer Abtastrichtung an der Oberfläche (18) des Gegenstandes unter einem ersten vorbestimmten Winkel zur Erzeugung eines entsprechenden reflektierten Lichtsignals; Empfangen des reflektierten Lichtsignals unter einem zweiten Winkel mit einem Satz optischer Elemente zur Erzeugung eines fokussierten Lichtpunktes aus dem reflektierten Lichtsignal, wobei der Satz optischer Elemente erste und zweite Linsen (40 und 42) aufweist; Messen der Menge der Strahlungsenergie in dem reflektierten Lichtsignal mit einem Kleinflächen-Positionsdetektor (53), der eine Detektorfläche und eine zur Abtastrichtung im wesentlichen orthogonale Positionserfassungsrichtung aufweist und wenigstens ein zu der Meßgröße proportionales elektrisches Signal erzeugt; und Berechnen eines Schwerpunktswertes für das reflektierte Lichtsignal aus dem wenigstens einen elektrischen Signal, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:

Umwandeln des fokussierten Lichtpunktes in einen vergrößerten, länglichen Lichtpunkt und Abbilden des empfangenen Lichtsignals zu dem Kleinflächen-Positionsdetektor mit einem anamorphotischen optischen System (48), in das die Abtastzeile abgebildet wird und das aufweist: eine erste anamorphotische Linse (50) zum Vergrößern des fokussierten Lichtpunktes in der Positionserfassungsrichtung des Positionsdetektors und eine zweite anamorphotische Linse (52) mit einer kurzen Fokallänge zum Verkleinern des fokussierten Lichtpunktes in der Abtastrichtung zum Bilden des länglichen Lichtpunktes und zum Verringern der Länge der Abtastzeile derart, daß sie auf den Detektor paßt, wobei der Positionsdetektor (53) ein einzelnes Detektorelement aufweist, das die Detektorfläche enthält und eine geringe Kapazität und geringen Dunkelstrom aufweist, und wobei der gesamte längliche Lichtpunkt gleichmäßig auf der Detektorfläche abgebildet wird, um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen, wobei das räumliche Rauschen, das aus Empfindlichkeitsveränderungen von Punkt zu Punkt in der Detektorf läche resultiert, gemittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl gesteuerten Lichts moduliert wird und das Verfahren den Schritt des Demodulierens des wenigstens einen elektrischen Signales aufweist und der Schwerpunktswert aus dem wenigstens einen demodulierten Signal berechnet wird.

3. Abbildungssystem (10) zur schnellen, hochauflösenden, dreidimensionalen Abbildung eines Gegenstandes (20) an einer Sichtstation zur Entwicklung von mit dem Gegenstand zus ammenhängender Größeninformation, wobei das System aufweist: eine Quelle zum Ablenken eines Strahls gesteuerten Lichtes entlang einer Abtastzeile in einer Abtastrichtung an der Oberfläche (18) des Gegenstandes unter einem ersten vorbestimmten Winkel zur Erzeugung eines entsprechenden reflektierten Lichtsignals; einen ersten Satz optischer Elemente zur Erzeugung eines fokussierten Lichtpunktes aus dem reflektierten Lichtsignal, wobei der Satz optischer Elemente erste und zweite Linsen (40 und 42) zum Empfang des reflektierten Lichtsignals unter einem zweiten Winkel aufweist; eine Meßeinrichtung mit einem Kleinflächen-Positionsdetektor (53) mit einer Detektorfläche und einer zur Abtastrichtung im wesentlichen orthogonalen Positionserfassungsrichtung zum Messen der Menge der Strahlungsenergie in dem reflektierten Lichtsignal und zum Erzeugen wenigstens eines zu der Meßgröße proportionalen elektrischen Signales; und eine Signalverarbeitungseinrichtung (58) zum Berechnen eines Schwerpunktswertes für das reflektierte Lichtsignal aus dem wenigstens einen elektrischen Signal, wobei das System gekennzeichnet ist durch:

ein anamorphotisches optisches System (48), in das im Betrieb die Abtastzeile abgebildet wird und das zum Umwandeln des fokussierten Lichtpunktes in einen vergrößerten länglichen Lichtpunkt dient, wobei das anamorphotische optische System aufweist: eine erste anamorphotische Linse (50) zum Vergrößern des fokussierten Lichtpunktes in der Positionserfassungsrichtung des Positionsdetektors und eine zweite anamorphotische Linse (52) mit einer kurzen Fokallänge zum Verkleinern des fokussierten Lichtpunktes in der Abtastrichtung zum Bilden des länglichen Lichtpunktes und zum Verringern der Länge der Abtastzeile derart, daß sie auf den Detektor paßt, wobei der Positionsdetektor (53) ein einzelnes Detektorelement aufweist, das die Detektorfläche enthält und eine relativ geringe Kapazität und geringen Dunkelstrom aufweist.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite anamorphotische Linse (52) eine Fokallänge im Bereich von 20 bis 30 mm aufweist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite anamorphotische Linse (52) eine Geschwindigkeit im Bereich von f/0f 5 bis f/0,7 aufweist.

6. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste anamorphotische Linse (50) eine negative Zylinderlinse mit einer langen Fokallänge ist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste anamorphotische Linse (50) eine Fokallänge im Bereich von -300 bis -1.000 mm aufweist.

8. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite anamorphotische Linse (52) eine bikonvexe Feldlinse ist.

9. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Linse (42) und die erste anamorphotische Linse (50) zur Vergrößerung des empfangenen Lichtsignals in der Positionserfassungsrichtung des Positionsdetektors (53) zusammenwirken.

10. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Satz optischer Elemente eine zu einem Höhenprofil des Gegenstandes (20) korrelierte programmierbare Maske (44) zum Filtern des empfangenen Lichtsignals aufweist.

11. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Satz optischer Elemente eine Maske (44) mit fester Blende (46) zum Filtern des empfangenen Lichtsignals aufweist.

12. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Linse (40) eine erste Fokallänge aufweist und in einem Abstand von dem Gegenstand (20) angeordnet ist, der ungefähr gleich der ersten Fokallänge ist.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (44) in einem Abstand von der ersten Linse (40) angeordnet ist, der ungefähr gleich der ersten Fokallänge ist.

14. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorfläche geringer als 20 mm² ist.

15. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl gesteuerten Lichts ein Laserabtaststrahl ist.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserabtaststrahl von einer akusto-optischen Ablenkeinrichtung (14) geliefert wird.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtablenkeinrichtung (14) ferner einen DC-Strahl liefert, der zur Erzeugung eines zu der Meßgröße proportionalen Steuersignals bemessen ist, wobei das Steuersignal zur Steuerung der Lichtablenkeinrichtung (14) verwendet wird, so daß die Lichtablenkeinrichtung den Gegenstand (20) im wesentlichen gleichmäßig beleuchtet.

18. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sichtfeld des empfangenen Lichtsignals von einer Übertragungseinrichtung zur Ausdehnung der zu dem Gegenstand (20) gehörenden Größeninformation über den Positionsdetektor (53) übertragen wird.

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung einen Nachlaufspiegel (54) zum Reflektieren des gefilterten Lichtsignals und eine Steuereinrichtung (56) zur Steuerung der Bewegung des Nachlaufspiegels aufweist.

20. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle ein Flying Spot-Laserscanner mit einer Lichtablenkeinrichtung (14) zum Ablenken des Strahls gesteuerten Lichts in der Abtastrichtung auf der Oberfläche des Gegenstandes (20) unter einem ersten Triangulationswinkel zur Erzeugung des entsprechenden reflektierten Lichtsignals ist.

21. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vorbestimmte Triangulationswinkel kleiner als 20 Grad ist.