(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明体（１０）の屈折力を決定する方法であって、第１線格子（１４、１４´）の第１像は、前記透明体（１０）を介して、前記透明体の少なくとも１つの所定の点において、カメラ（１６）によって撮像され、前記第１線格子の線に対して横方向における前記第１像の線間隔は、前記少なくとも１つの所定の点において、前記第１像に基づいて、中央演算処理装置によって、決定され、
第２線格子（１３、１３´）の第２像及び第３線格子（１５、１５´）の第３像は、前記透明体（１０）を介して、前記カメラによってさらに撮像され、
前記第２線格子（１３、１３´）の線は、前記第１線格子（１４、１４´）の線に対して０°ではない角度で延在し、及び前記第３線格子（１５、１５´）の線は、前記第１線格子（１４、１４´）の線に対して０°ではない角度で延在し且つ前記第２線格子（１３、１３´）の線に対して０°ではない角度で延在し、前記中央演算処理装置によって、前記第２像及び前記第３像の線間隔を、前記第２像及び前記第３像にそれぞれ基づいて、各前記線格子（１３、１３´、１４、１４´、１５、１５´）に対する線の回転を考慮して、各前記線格子の線に対して横方向において決定し、
決定した前記線間隔に基づいて、及び各前記線格子（１３、１３´、１４、１４´、１５、１５´）に対する線の回転を考慮して、前記透明体（１０）の前記少なくとも１つの所定の点において、あらゆる方位角方向において、屈折力が計算されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記線間隔の決定は、前記第１像については、前記第１線格子（１４、１４´）に対して垂直に行われ、前記第２像については、前記第２線格子（１３、１３´）に対して垂直に行われ、前記第３像については、前記第３線格子（１５、１５´）に対して垂直に行われることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法において、前記透明体（１０）は、前記第１線格子（１４、１４´）及び前記第２線格子、さらに前記第３線格子（１５、１５´）に対して順次に動かされ且つ関連づけられた前記カメラ（１６）に対しても動かされることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、前記第１線格子（１４、１４´）及び前記第２線格子（１３、１３´）及び前記第３線格子（１５、１５´）は互いに平行に延在することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、前記第１線格子（１４、１４´）、及び前記第２線格子（１３、１３´）、さらに前記第３線格子（１５、１５´）は、光源素子をマトリクス配置した壁状光源によって生成されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、前記光源素子は、ＬＥＤ又はＯＬＥＤであることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、前記カメラ（１６）の光軸に対する前記透明体（１０）の傾斜がさらに考慮されることを特徴とする方法。
【請求項８】
透明体（１０）の屈折力をカメラ（１６）を用いて決定する装置であって、該装置は、
第１線格子（１４、１４´）と、
中央演算処理装置を備え、
前記カメラ（１６）は、前記第１線格子（１４、１４´）の第１像を、前記透明体（１０）を介して、前記透明体の少なくとも１つの所定の点において撮像し、
前記中央演算処理装置は、前記第１像に基づいて、前記第１像の線間隔を、前記所定の点において、前記第１線格子の線に対して横方向において決定し、
前記装置はさらに、第２線格子（１３、１３´）及び第３線格子（１５、１５´）を備え、
該当する場合は、前記第２線格子（１３、１３´）の線は、前記第１線格子（１４、１４´）の線に対して０°ではない角度で延在し、
該当する場合は、前記第３線格子（１５、１５´）の線は、前記第１線格子（１４、１４´）の線に対して０°ではない角度で且つ前記第２線格子（１３、１３´）の線に対して０°ではない角度で延在し、
前記カメラは、前記第２線格子（１３、１３´）の第２像及び前記第３線格子（１５、１５´）の第３像を、前記透明体（１０）を介して撮像し、前記中央演算処理装置は、前記第２像及び前記第３像に基づいて、各前記像の線間隔を、各前記線格子の線に対して横方向において決定し、
前記中央演算処理装置は、決定した前記線間隔に基づいて、各前記線格子（１３、１３´、１４、１４´、１５、１５´）に対する線の回転を考慮して、前記透明体（１０）の前記少なくとも１つの所定の点（１１、１１．１、１１．２、１１．３）において、あらゆる方位角方向において、屈折力を決定することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、前記第１線格子（１４、１４´）及び／又は前記第２線格子（１３、１３´）及び／又は前記第３線格子（１５、１５´）は互いに平行に延在するか又は共通の面に配置されることを特徴する装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の装置において、前記カメラは、マトリクスカメラ又はライン走査カメラとして構成されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、該装置は、前記第１線格子（１４、１４´）、前記第２線格子（１３、１３´）、前記第３線格子（１５、１５´）の各線格子それぞれに対してカメラ（１６）を有していることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の装置において、該装置は、光源素子をマトリクス配置した壁状光源を備え、前記壁状光源は、切り替えることによって、前記第１線格子（１４、１４´）、及び前記第２線格子（１３、１３´）、及び前記第３線格子（１５、１５´）を、順次生成することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、前記光源素子は、ＬＥＤ又はＯＬＥＤであることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明体、例えば、フロントガラス、矯正レンズ、コックピット用ガラス、ヘルメットバイザー等、の屈折力を決定する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フロントガラス（ＷＳＳ）において許される最大屈折力は、ＥＣＥ  Ｒ４３や指令２００１／９２／ＥＧのような法定要件によって規定されており、窓ガラスやそれに関連する車両の製造業者は、上記のような最大屈折力を順守しなければならない。
【０００３】
そのような窓ガラスの屈折力を測定するためには、以下のような方法が知られている。所定離間距離、例えば２４ｍｍ、で配置された複数の円板（例えば直径８ｍｍ）を有する格子を、フロントガラスを介してスクリーンに投影する。この方法では、投影された円板の歪みの大きさが、窓ガラスにおける屈折力の空間分布の測定値となる。非球面レンズの窓ガラスを介した投影では（通常の場合）、格子の全ての円板は、角度φだけ回転した楕円に歪む。すなわち、円板は、例えば、一方向に圧縮され、他方向に引き伸ばされる。円板７が楕円９に変形した状態を、図１に示す。球面レンズを用いた場合、円板は、拡大又は縮小される。
【０００４】
上記のような公知の円形格子方法（ｃｉｒｃｌｅ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）を用いることで、楕円の軸又は円の直径を測定することによって、円板の投影のために選ばれたフロントガラスの位置において、屈折力の極値を直接決定することができる。非球面レンズの位置は、角度φによって与えられ、この角度も測定することができる。レンズ座標系は、測定座標系に対して、角度φで回転する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の方法は以下のような問題を有している。すなわち、上記したように、円板は互いに所定の離間距離を有しており、すなわち、フロントガラス全体を測定するには、格子をフロントガラスに対して変位させて、複数回の測定を行わなければならない。その場合、検査者は、円板が屈折力の極値を有する領域を検知するように、円板の位置を手動で固定する。そして、スクリーン上のテンプレートを用いて、フロントガラス上の対応する点において、フロントガラスの屈折力が要件から逸脱しているかどうかを決定する。これは、誤りに影響され易く、非常に複雑な手順である。
【０００６】
従って、本発明の目的は、透明体の屈折力を、自動で間違えにくく簡便に決定できる方法を提供することにある。さらに、そのような方法を実行する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、請求項１の特徴を有する方法によって実現される。
【０００８】
本発明によれば、カメラを用いて、透明体（例えば、フロントガラス）の少なくとも１つの所定の点において、第１線格子の第１像を、該透明体を通して撮像し、中央演算処理装置を用いて、前記透明体の前記少なくとも１つの所定の点における前記第１像に基づいて、前記第１像の線間隔及び／又は前記第１線格子に対する前記第１像の線の回転を決定し、これらから、前記透明体の前記少なくとも１つの所定の点において屈折力を決定する。特に、前記透明体の前記少なくとも１つの所定の点（対応の体積要素）における屈折力の決定は、屈折力の極値を含んだ、該点のあらゆる方位角方向における屈折力の決定を含む。特に好ましくは、第１像の線間隔は、第１線格子の線に対して横方向において測定され、これから及び前記線の回転を考慮して、前記透明体の前記少なくとも１つの所定の点において屈折力が決定される。
【０００９】
この場合、透明体の直線状領域又は縞状領域を介して（すなわち、線状又は細片状に配置された透明体の複数の点を介して）、例えば直線状の又は縞状の線格子の第１像を同時に生成することが好ましい。透明体全体のあらゆる点において屈折力を決定するため、線格子の像は、並べて配置された透明体の線状領域又は細片状領域の全てを介して、連続して決定される。
【００１０】
本発明において、透明体の点は、屈折力を有する透明体の体積要素を意味する。透明体の体積要素は、好ましくは円板形状であり、従って１つの空間方向（円板厚み方向）において比較的小さな広がりをもち、透明体の表面から裏面に延在し、透明体の厚み全体を含む。透明体全体は複数の体積要素から構成され、それらの挙動は、以下に示されるレンズのモデルで近似される。
【００１１】
本発明は、如何なる形状を有するレンズであっても、その曲率は、楕円の軸によるレンズの任意の点における主曲率ｋ1、ｋ2及び２次元静止測定座標系５（座標ｘ、ｙ）に対する角度φを介した軸の方位角位置（図２参照）によって記述することができるという仮定に基づいている。表面曲率ｋ1、ｋ2を有するレンズの屈折力（屈折率）は、例えば、両凸レンズに適用される以下の式によって近似される。
【数１】
0006454332.tif 000002
ここで、ｆはレンズの焦点距離、ｎは屈折率、変数ｒ1、ｒ2はレンズ表面の曲率半径である。屈折力は１／ｆであり、曲率は１／ｒである。球面レンズであるｋ1＝ｋ2＝ｋを仮定して、またｎ＝１．５のガラスの屈折力を仮定すると、例えば以下が適用される。
【数２】
0006454332.tif 000003
従って、ガラスについては、屈折力１／ｆは、曲率ｋに等しくなる。曲率は、オイラーの公式により以下のように記述される。
【数３】
0006454332.tif 000004
ここで、角度γはレンズ座標系における角度である。γ＝０はｋ＝ｋ1と等価であり、γ＝９０°はｋ＝ｋ2と等価である。
【００１２】
本発明は、オイラーの公式（式（３））及び図２からの知見である、レンズの曲率を完全に特徴づけるためには、従って、任意の点（厚さｈを有する任意の体積要素）において屈折力を特徴づけるためには、２つの主曲率ｋ1、ｋ2及び静止座標系５に対するレンズの方向φを知らなければならないという知見を利用する。図３において、透明体１０（例えば、フロントガラスの一部）は、該透明体を複数の体積要素に分割した例が示されている。この例では、１０×７個の体積要素１１に分割されている。
【００１３】
本発明に係る方法はさらに、非球面レンズによって、線格子の線は方位角的に回転し、その線間隔は変化するという知見に基づいている。これは、各点における屈折力に応じて、線格子の像は、（元の）線格子とは異なる線間隔を有し、さらに、像の線は（元の）線格子に対して回転するということを意味する。これは、レンズを介した線格子の像において可視可能である。
【００１４】
図４には、選択された角度において、円柱レンズを介した線格子の像が上記の挙動の一例として示される。円柱レンズの軸が格子線の方向を向く場合、線間隔が変化するのみである。円柱軸が格子線に対して垂直に位置する場合、格子線は変化しない。その他全ての場合において、回転及び線間隔の変化は、屈折力に応じて起こる。
【００１５】
本発明では、透明体全体を要素ごとに又は点ごとに測定する格子を用いる方法（ｇｒａｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）において、上記の結果が利用される。第１線格子の像は、カメラを用いて、点ごとに撮像される。中央演算処理装置は、該像を利用して、線間隔及び／又は線格子に対する回転を決定する。これらに基づいて、中央演算処理装置によって、透明体の任意の点の屈折力を決定することができる。これは以下で説明される。
【００１６】
本発明の記載において、線間隔は、線に対して横方向に交互に隣り合って配置された、黒色（暗）線又は黒色（暗）細片及び／又は白色（明）線又は白色（明）細片の線幅を指す。本発明では、線格子の像を透明体を介して測定する場合、線間隔は、測定に用いられる線格子の線に対して垂直に測定されることが好ましい。
【００１７】
図７には、非球面レンズ（ｋ1はｋ2と等しくない）を介した斜めに配置された線格子の場合の像が現象論的に示される。該レンズは、格子線の前方において方位角的に回転している。格子線の方向及び間隔が回転角に応じて変化していることがわかる。特別な場合のみ、方向及び線間隔は変化しない。
【００１８】
図７では、静止座標系５に対して主軸ｘ´及びｙ´（座標系２５）を有するレンズが詳細に示される。レンズは、静止座標系５に対して角度σだけ回転した線格子１３の像を形成する。レンズの結像によって、線格子１３は、像の線格子２３が静止座標系５に対して角度βとなるように回転する。元の線格子１３の線間隔ｇは、像の座標系２５ではｄとなる。さらに、元の線格子１３上の点（ｅ,  ｓ）は、係数ν及びμによって、像の線格子２３上の点（νｅ,  μｓ）に変換される。点（０,  ｓ）は、点（０,  μｓ）に写される。図７から、以下の関係を求めることができる。
【数４】
0006454332.tif 000005
ここで、各パラメータは以下を意味する。
σ＝静止座標系５に対する元の線格子１３の角度
φ＝静止座標系５に対する（レンズ座標系２５の）レンズの回転角
β＝静止座標系５に対する結像した線格子２３の角度
【００１９】
係数ν及びμは、薄レンズの公式から以下となる。
【数５】
0006454332.tif 000006
ここで、ａは格子と被測定対象物との間の距離である（図５参照）。従って、これは、モアレ法ではなく、レンズを用いて結像することにより細片状の幅及び回転を測定する方法であることは明らかである。
【００２０】
ここで、レンズ座標系における点（νｅ,  μｓ）を、静止座標系における座標（ｘ、  ｙ）として表現する。座標系は互いに角度φで回転しており、従って以下のようになる。
【数６】
0006454332.tif 000007
【００２１】
レンズを介して結像した線格子２３は、静止座標系と角度βを形成し、ｄは、結像した格子の線幅である。ｄの臨界点は、σ−φ＝０°又は９０°である。従って、第１の式又は第２の式のどちらか一方を適用する。
【００２２】
水平格子の場合、σ＝０である。従って、以下のようになる。
【数７】
0006454332.tif 000008
【００２３】
球面レンズの場合、ν＝μである。この場合は、以下が適用される。
【数８】
0006454332.tif 000009
【００２４】
β＝σとなるので、元の格子は球面レンズによっては回転されない。水平格子の場合、線間隔は、元の格子の格子線に対して垂直に走査される。元の格子は、レンズの結像によって回転するので、ｄではなく、線間隔を決定する際、第１線格子の線に対して好ましくは垂直に測定（垂直走査）されるｄsである。以下となる。
【数９】
0006454332.tif 000010
【００２５】
水平格子の測定値Ｍhは、元の線格子の線幅に対する結像した線格子の垂直測定された線幅の差として定義される。従って、以下となる。
【数１０】
0006454332.tif 000011
【００２６】
対象物が球面レンズである場合、上記したように、μ＝ν＝ｍであり、従って、β＝σ＝０である。式（１０）から、球面レンズでは以下となる。
【数１１】
0006454332.tif 000012
【００２７】
従って、本発明によれば、球面レンズを測定する場合、第１線格子の像を撮像して、線幅の変化についてこれを評価すれば十分である。
【００２８】
任意の対象物形状（すなわち任意の形状のレンズ）の場合、主曲率ｋ1、ｋ2及び角度φの値が必要であり、従って、３つの独立した測定を、連続的に又は同時に行う必要がある。３つの独立した測定値を得るため、水平格子をある決まった角度だけ回転させ、線間隔を、測定用の走査装置の格子の格子線に対して垂直に測定することが好ましい。同時測定の場合、独立した測定値を得るため、複数の線格子の像同士を区別できるようにしなければならない。これは、例えば、異なる波長の光で線格子を照射することで実現できる。この場合、カメラは、ある特定の像の波長領域のみだけを撮像し、他の線格子の波長には反応しないようにすることで、他の線格子の像と干渉することがなくなる。
【００２９】
従って、本発明の好ましい実施形態では以下の方法が行われる。すなわち、前記カメラを用いて、第２線格子の第２像及び／又は第３線格子の第３像が、前記少なくとも１つの所定の点において前記透明体を介して、さらに撮像される。この場合、該当する場合、前記第２線格子の線は、前記第１線格子の線に対して０°（１８０°）ではない角度で延在し、及び／又は、該当する場合、前記第３線格子の線は、前記第１線格子の線に対して０°（１８０°）ではない角度（好ましくはさらに９０°でもない角度）で且つ前記第２線格子の線に対して０°（１８０°）ではない角度（好ましくはさらに９０°でもない角度）で延在する。そして、前記中央演算処理装置によって、前記第２像及び／又は前記第３像の線間隔を、前記第２像及び／又は前記第３像に基づいて決定し、及び／又は、各前記線格子に対する線の回転を決定し、これらのデータをさらに用いて、前記透明体の前記少なくとも１つの所定の点において屈折力を決定する。好ましくは、前記第２像及び／又は前記第３像の線間隔は、各線格子に対して測定され、これらに基づいて、透明体の少なくとも１つの所定の点における屈折力が、元の線格子に対する像の線の回転を考慮して、決定される。
【００３０】
好ましくは、線間隔の決定は、第２像では、第２線格子の線に対して垂直に（横方向に）、第３像では、第３線格子の線に対して垂直に（横方向に）行われる。
【００３１】
第２線格子及び第３線格子にそれぞれ対応する測定値Ｍr及びＭl（これらはそれぞれ、元の線格子の線幅に対する結像した線格子の垂直に測定された線幅の差である）は、式（１０）と同様にして得られる。この場合、第２線格子は、第１線格子に対して、例えば角度ε1で回転し、第３線格子は、第１線格子に対して、角度ε2で回転している。或いは、前記第１線格子及び／又は前記第２線格子及び／又は前記第３線格子は、（線格子が互いに回転しているならば）互いに平行に延在するか又は共通の面に配置されてもよい。この測定構成の利点は、線格子の分離に応じて透明対象物の移動のみを異ならせた３つの測定を対象物の各点に対して行うことにある。線格子が回転している場合、格子の互いの回転角をさらに考慮しなければならない。
【００３２】
測定値Ｍr、Ｍl、Ｍhを決定するため、前記透明体は、前記第１線格子及び関連づけられた前記カメラに対して動かされ、及び該当する場合は前記第２線格子及び関連づけられた前記カメラ、さらに該当する場合は前記第３線格子及び関連づけられた前記カメラに対して順次に動かされる。或いは、線格子を動かしてもよい。
【００３３】
３つの測定値Ｍh、Ｍl、Ｍrを用いて、３つのパラメータｋ1、ｋ2、線の回転角φを、反復法（例えば、Ｅｘｃｅｌソルバー）によって一意的に算出できる。好ましくは、以下の条件をさらに適用することによって、明確性を実現することができる。
Ｍl＜Ｍrの場合、φ＜９０°となり、Ｍl＞Ｍrの場合、φ＞９０°となる。…（１２）
主曲率ｋ1、ｋ2及び方位角位置φが静止座標系において利用できる場合、レンズの屈折力は、オイラーの公式（式（３））を用いて、任意の交差角において、計算することができる。
【００３４】
線格子の結像に必要となる光強度は、第１線格子の後方に、及び／又は該当する場合は第２線格子の後方に、及び／又は該当する場合は第３線格子の後方に、光源を配置することにより、得ることができる。光源は、各線格子を介してカメラ上に、光、好ましくは白色光を照射する。
【００３５】
或いは、本発明に係る装置は、光源素子をマトリクス配置した壁状光源を備えてよい。前記光源素子は、好ましくはＬＥＤ又はＯＬＥＤである。この壁状光源により、第１線格子及び／又は第２線格子及び／又は第３線格子は、例えば切り替えることにより、連続して生成させることが可能であり、従って、その他の別の光源を必要としない。或いは、線格子は、異なる色のＬＥＤ又はＯＬＥＤによって同時に発生させてもよい。この目的のため、光源素子の第１部分は、白色線又は明線を構成し、第２の部分は、各２つの白色線間に位置する黒色線又は暗線を構成するように、光源素子が動作される。従って、線幅は、１つの光源素子の幅に制限される。
【００３６】
例えば、標準的な適用要件に関する理由により、透明体を、カメラの光軸に対して垂直に配置するだけでなく、傾斜させて、例えば製品に搭載した状態で、分析することが必要な場合がある。例えば、水平（多くの場合、光軸）に対して傾斜角ξにおいて（フロントガラスを車両に搭載した状態で）フロントガラスの屈折力を決定しなければならない場合がある。この場合、カメラの光軸に対する対象物の傾斜を、特に２つの点において考慮する必要がある。第１の点は、屈折力は対象物が傾斜するにつれて増大することである。この目的のために、計算において、適切な増大係数が考慮される。該増大係数は、対象物の傾斜の特定の角度範囲における物質に対して、予め決定することができる。第２の点は、対象物の各線格子からの離間距離は、対象物に沿って変化していることである。従って、対象物の各点の各線格子からの距離ａが考慮されなければならない（式（５）参照）。
【００３７】
対象物が、例えばｘ軸の周りに角度ξで傾斜している場合（図１０参照）、屈折力の成分ｅ1及びｅ2は、角度λ1及びλ2に関連して、対象物のある点において増大する。これらの角度は通常はξよりも小さく、φ＝９０°では、λ1は角度ξになる。
【００３８】
図１０は、図７のｘ−ｙ面に対応する（ｘ−ｙ−ｚ座標系における）平面Ｅ1を示す（すなわち鉛直に配置された対象物）。平面Ｅ1は、ｘ軸の周りに角度ξで傾斜しており、従って、ｘ−ｙ´´−ｚ´´座標系を有する平面Ｅ2に対して傾斜している。ベクトルｅ1及びｅ2は、平面Ｅ1内にある。ベクトルｅ´´1及びｅ´´2は、平面Ｅ2内にあり、ベクトルｅ1及びｅ2のｘ軸周りの回転から生じる。ベクトルｅ1とｅ´´1との間の角度λ1及びベクトルｅ2とｅ´´2との間の角度λ2は、回転角φ及び傾斜角ξに依存する。
【００３９】
各増大係数は以下のように計算される。
【数１２】
0006454332.tif 000013
ここで
【数１３】
0006454332.tif 000014
【００４０】
以上に基づいて、格子の像に関連する係数μ及びνは以下のように計算される。
【数１４】
0006454332.tif 000015
【００４１】
線格子の回転ｔｇβ及び測定値Ｍhは、式（７）及び式（１０）に基づいて同様に計算することができる。
【００４２】
上記の問題は、請求項７の特徴を有する装置によって解決される。
【００４３】
本装置は、カメラと第１線格子と中央演算処理装置とを備える。第１線格子は好ましくは縞状線格子又は直線状線格子である。カメラは、第１線格子の第１像を、透明体を介して、好ましくは直線状領域又は縞状領域において、点ごとに撮像する。中央演算処理装置は、前記第１像に基づいて、前記第１像の線間隔及び／又は前記第１線格子に対する前記第１像の線の回転を決定し、それらに基づいて、透明体の各点（各体積要素）において屈折力を決定する。第１線格子の線に対して横方向における第１像の線間隔は、第１像を参照することによって測定されることが好ましい。それに基づいて、対象物の各点（各体積要素）における屈折力が、線の回転を考慮して決定される。
【００４４】
上記の装置の効果は、本発明に係る方法において上述された。
【００４５】
上述したように、好適には、さらに、透明体を介して第２像を生成するための第２線格子及び／又は透明体を介して特定の点において第３像を生成するための第３線格子が設けられる。該当する場合は、第２線格子の線は、第１線格子の線に対して０°（１８０°）ではない角度（好ましくはさらに９０°でもない角度）で延在し、及び／又は該当する場合は、第３線格子の線は、第１線格子の線に対して０°（１８０°）ではない角度（好ましくはさらに９０°でもない角度）で且つ第２線格子の線に対して０°（１８０°）ではない角度（好ましくはさらに９０°でもない角度）で延在する。そして、中央演算処理装置によって、第２像及び／又は第３像の線間隔が、第２像及び／又は第３像に基づいて決定され、及び／又は各線格子に対する線の回転が決定される。これらデータをさらに用いて、透明体の各点において屈折力が決定される。第２像及び／又は第３像の線間隔は、各線格子に対して決定されることが好ましい。これらに基づいて、透明体の少なくとも１つの所定の点における屈折力が、線の回転を考慮して決定される。
【００４６】
さらに好ましくは、前記カメラは、マトリクスカメラ又はライン走査カメラとして構成され、本発明に係る該装置は、好ましくは、第１線格子、該当する場合は第２線格子、該当する場合は第３線格子の各像のためにそれぞれカメラを有している。好ましくは、線幅が各線格子に対して垂直に測定されるように、カメラは配置され且つ中央演算処理装置は動作される。
【００４７】
以下では、本発明が、実施形態に基づき且つ図面を参照して詳細に説明される。ここに記載及び／又は示す全ての特徴は、請求項又は詳細な説明の文言にかかわらず、それ自体或いはそれらを組み合わせることで本発明の主題を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、従来技術に係る方法において、透明体の屈折力によって円板が歪んで楕円になる様子を示す図である。
【図２】図２は、静止座標系において２つの主曲率ｋ1、ｋ2を有する透明体の任意の点におけるレンズモデルの挙動を示す図である。
【図３】図３は、透明体の一部（例えばフロントガラスを点（体積要素）に分けたもの）の斜視図である。
【図４】図４は、円柱レンズ構成において、水平格子（ａ）の場合及び水平に対して種々の角度（上側参照）で右に斜めに回転させた格子（ｂ）の場合及び左に斜めに回転させた格子（ｃ）の場合における円柱レンズを介した線格子の像を示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る装置の実施形態を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係る方法の、カメラの方向から見た概略図である。
【図６ａ】図６ａは、縞状線格子の前面図である。
【図７】図７は、本発明に係る方法における、線格子のレンズを介した像の詳細図である。
【図８】図８は、図６に示した本発明の第１実施形態に係る方法において、本発明に係る装置のカメラの方向から見た図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態に係る方法において、カメラの方向から見た図である。
【図１０】図１０は、透明体が傾斜している場合、レンズ座標系のある点において、２つの平面における位置ベクトルの変化を示す図である。
【図１１】図１１は、走査方向は線格子に対して垂直であり（Ｍl＜Ｍrの場合はφ＜９０°、Ｍl＞Ｍrの場合はφ＞９０°）、レンズが透明体のある点において呈する方位角に対してプロットされた水平格子、右格子、左格子における計算された屈折率［ｍ-1］のグラフである。
【図１２】図１２は、ｋ1＝０．６ｍ-1である場合の図１０について示したグラフである。
【図１３】図１３は、線格子と透明体間の距離ａが０．４ｍである場合の図１０の構成における図１１に係るグラフである。
【図１４】図１４は、ｋ1＝ｋ2＝０．０８ｍ-1である球面レンズの場合の図１０について示したグラフである。
【図１５】図１５は、屈折率ｎ＝１．５のガラスで形成された透明体の傾斜角ξに対してプロットされた、屈折率を決定するための増大係数を示すグラフである。
【図１６】図１６は、ｋ1＝０．０８ｍ-1、ｋ2＝−０．０２、格子回転ε1＝４５°、ε2＝−４５°、傾斜ξ＝５０°、ａ＝１ｍである場合の図１１に係るグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明に係る装置の実施形態が図５に示される。図５において、透明体（例えば、自動車用フロントガラス１０）が、水平縞状線格子１４とカメラ１６との間に配置されている。水平線格子１４は、光源１２によって、フロントガラス１０の反対側で照射される。光源１２は、例えば蛍光灯であり、その長さ方向に沿って一定強度を有している。線格子１４のパターンは、フロントガラスにおいて屈折し、カメラ１６上に像を結ぶ。この測定で用いられる縞状線格子は、図６ａに詳細に示される。
【００５０】
本発明に係る方法の第１実施形態において、３つの縞状線格子１３、１４、１５を用いて、フロントガラス１０全体にわたって、局所屈折率が決定される。線格子１３、１４、１５は、図６及び図８に示されるように、互いに回転している。また、フロントガラス１０全体は、図３に切欠図で示されるように、複数の点（体積要素）１１で構成される。右の線格子１３は、水平線格子に対して角度ε1＝−３０°で回転している。左の線格子１５は、角度ε2＝３０°で回転している。線格子１３、１５の線もまた、水平線に対して、同じ角度で回転している。
【００５１】
本測定に用いられる縞状線格子１４は、図６ａに示される。縞状線格子１３、１５は、線格子１４に対して回転しているだけであり、同様に構成されている。
【００５２】
前半部分において何度も記載したように、互いに回転した３つの線格子（図６及び図８参照）を用いて、連続して又は同時に３回の独立した測定を行う必要がある。曲率ｋ1、ｋ2及び角度φ又は屈折率を決定するため、３つの線格子は、フロントガラス１０の各点１１に対して、同一平面で配置される。この目的のため、フロントガラス１０を、並べて配置した又は互いに重ねて配置した線格子１３、１４、１５に対して、所定の速度で移動させる。図８では、フロントガラスが、分析のために、距離Ｖ１だけ既に移動した場合を示している。フロントガラス１０の移動方向は、図８に矢印２７で示されている。水平線格子１４では、フロントガラスの移動Ｖ１で、点１１．１は、格子位置ｙ1に位置する。図８の位置関係から、以下の式が導かれる。
【数１５】
0006454332.tif 000016
【００５３】
右の線格子１３上の点１１．２と関連づけられた測定値は、位置Ｌ２及び移動Ｖｒ＝Ｖ１−Ｓ２で得られる。左の線格子上において、位置Ｌ３及び移動Ｖｌ＝Ｖ１＋Ｓ３で、測定が行われる。
【００５４】
別の方法として、図９に示されているように、斜め線格子１３´、１５´によって、水平格子１４´の近傍において、屈折率を測定してもよい。この実施形態では、線格子１３´、１５´は、線格子１４´に対して平行に延在している。但し、各格子の線は互いに回転している。この場合、フロントガラス１０を通って結像した後の線間隔は、各点において、マトリクスカメラ（ｍａｔｒｉｘ  ｃａｍｅｒａ）によって、線格子１３´、１５´の格子線に対して垂直に測定（走査）される。それぞれの走査方向は、線格子１３´、１４´、１５´の中心に、線２８、２９、３０で示される。この構成は、以下の利点がある。すなわち、フロントガラス１０の各点１１のために、線格子１３´、１４´、１５´の離間に応じてガラスの送りについてだけ異なる３回の測定を行えばよい。
【００５５】
他の方法として、切り替え可能な照明手段を用いて、ある点において線格子１３´、１４´、１５´を生成し、該点における３つの像を撮影する。この実施形態では、切り替え可能な照明手段を用いて、例えば、水平線格子１４´の点において、時間的に連続して、２つの斜め線格子１３´、１５´を生成する。３つの像は、時間的に連続に、マトリクスカメラによって撮像される必要があるだろう。これらの像は、所望の走査方向において評価される。
【００５６】
図８において、ε1＝ε2＝εを適用する。レンズが格子の前方で回転した場合、左の線格子１５は、水平線格子に対する角度φで測定は始まらず、角度φ＋εで始まるであろう。右の線格子１３については、測定は、角度φ−εで始まる。（図９では、図８と比較されるように、右の線格子１５´と左の線格子１３´とが相互に交換されている。）
【００５７】
図９の関係に基づいて、各点の屈折力は、以下の式を用いて、測定値Ｍh、Ｍl、Ｍrから計算される。
【数１６】
0006454332.tif 000017
【００５８】
以下において、以下のパラメータを用いて、測定値が、図示される。
ε1＝ε2＝４５°
ｋ1＝０．０８０
ｋ2＝−０．０２０
ａ＝１ｍ
ｇ＝１ｍｍ
【００５９】
この場合は、図１１のグラフとなる。ここで、測定値Ｍrのグラフには参照符号３３、測定値Ｍhのグラフには参照符号３４、測定値Ｍlのグラフには参照符号３５を付した。Ｍl＜Ｍrの場合はφ＜９０°、Ｍl＞Ｍrの場合はφ＞９０°となる。図１１において、ｘ軸３２は、所定の点において形成されるレンズの回転角［°］を示し、ｙ軸３１は、測定値Ｍh、Ｍr、Ｍl［ｍ-1］を示す。
【００６０】
図１２に示すように、ｋ1＝０．６ｍ-1とすると、曲線が歪む。レンズの焦点距離が、線格子１３´、１４´、１５´とフロントガラス１０との距離ａに等しい場合、測定は意味がなくなる。距離ａは、レンズの焦点距離よりも小さくすべきである。従って、屈折力の増加に従って、距離ａを適宜短くする。
【００６１】
これらの歪みは、線格子１３´、１４´、１５´とフロントガラス１０との距離ａを０．４ｍに短くすると回避される。このグラフを図１３に示す。
【００６２】
球面レンズの場合、線格子１３´、１４´、１５´の線間隔が同じであれば、全ての測定値は同じである。これを図１４に示す。図１１の曲線の計算に用いられたパラメータの組みは、ｋ1＝ｋ2＝０．０８ｍ-1に変更された。
【００６３】
これまで説明した方法は、鉛直の格子の前方に鉛直に位置した窓ガラスの測定に関するものである。多くの場合、傾斜した（例えば、搭載位置における）フロントガラス１０を測定する必要がある。この目的に用いられる測定構成を図５に示す。図１１はさらに、透明体が、ｘ、ｙ、ｚ軸を有する３次元座標系のｘ軸の周りに角度ξで傾斜した場合における、ある点でのレンズの屈折力の変化を示す。
【００６４】
屈折率ｎ＝１．５のガラスの場合、上述の式（１２）を用いて、増大係数Ｖを計算することができる。これを、軸４２に対する曲線４７として図１５に示す。ここで、軸４２上には、フロントガラス１０の傾斜角ξが示されている。これは、フロントガラス１０の点１１における屈折力の決定の際、図示されない中央演算処理装置によって、考慮される。図５から明らかなように、光軸１７に対するフロントガラス１０の傾斜により、上側の縁側光線１８の領域における線格子１４に対するフロントガラス１０の距離ａoは、光軸１７の領域の距離ａに対して変化しており、さらに像の下側の縁側光線１９の領域における距離ａuに対して変化している。傾斜したフロントガラス１０の全高に沿ったこの距離の変化は、式において、既に考慮されている。
【００６５】
平面Ｅ1から平面Ｅ2へ回転したレンズは、平面Ｅ1にあるレンズと同様に、あらゆる方位角をとることができる。可能な測定値を視覚化するため、レンズは角度φだけ回転される。垂直走査（Ｍh）においては、回転された角度で行った走査（Ｍr、Ｍl）よりも、大きな極値が得られる。最大回転を有する主曲率は、垂直走査でのみ測定される。窓ガラスが傾斜していない場合、全ての測定において極値は同じである。
【００６６】
図１６は、以下のパラメータの場合の図１１のグラフに対応する。
・ｋ1＝０．０８、ｋ2＝−０．０２
・格子回転ε1＝４５°（曲線３３´´´´）及びε2＝−４５°（曲線３４´´´´）
・窓ガラス傾斜ξ＝５０°
・距離：格子−ガラス中心間距離ａ＝１ｍ
ここで、対象物（窓ガラス）は光軸に対して角度ξで傾斜している。測定は窓ガラスの中心で行われる。参照符号３５´´´´の曲線は、鉛直格子を用いて行われた測定に対応する。この場合、曲線３３´´´´、３４´´´´の極値は同じである。それら格子は、鉛直格子に対して対称に同じ角度で回転しているからである。これら極値は、鉛直格子を用いて行った測定における極値（曲線３５´´´´参照）よりも小さい。垂直走査における極値と回転格子に行った走査における極値が異なる理由は、円柱レンズがＥ2平面において回転している場合、鉛直走査だけが、最大回転における主曲率を走査するからである。回転格子では、最大回転における主曲率が走査されない。
【符号の説明】
【００６７】
５…静止座標系
７…円板
９…楕円
１０…フロントガラス
１１、１１．１、１１．２、１１．３…フロントガラスの点（体積要素）
１２…光源
１３、１３´、１４、１４´、１５、１５´…線格子
１６…カメラ
１７…カメラの光軸
１８、１９…縁側光線
２３…像の線格子
２５…像の座標系
２７…矢印
２８、２９、３０…像の線格子の線間隔を測定する方向
３１…ｙ軸（測定値［ｍ-1］）
３２…ｘ軸（回転角［°］）
３３、３３´、３３´´、３３´´´、３３´´´´…測定値Ｍrの曲線
３４、３４´、３４´´、３４´´´、３４´´´´…測定値Ｍhの曲線
３５、３５´、３５´´、３５´´´、３５´´´´…測定値Ｍlの曲線
４１…ｙ軸（増大係数）
４２…ｘ軸（傾斜角［°］）
４７…ガラス（屈折率１．５）の増大係数の曲線
ａ、ａ0、ａu…線格子からフロントガラスまでの距離
ｄ…像の線格子の線間隔
ｄs…線格子に垂直な方向において測定された像の線格子の線間隔
ｅ、ｅ1、ｅ1´´、ｅ2、ｅ2´´、ｓ…線格子上の点の座標
Ｆ…増大係数
ｆ…レンズの焦点距離
ｇ…線格子の線間隔
ｋ…曲率
ｋ1、ｋ2…主軸方向の曲率
Ｌ２、Ｌ３、Ｓ２、Ｓ３…距離
Ｍh、Ｍl、Ｍr…線格子像の測定値
ｎ…屈折率
Ｖ１、Ｖｒ、Ｖｌ…移動距離
ｘ、ｘ´、ｘ´´、ｙ、ｙ´、ｙ´´、ｚ、ｚ´´…座標
β…静止座標系における像の線格子の回転角
γ…静止座標系の角度
ξ…光軸に対するフロントガラスの傾斜角
ε、ε1、ε2…水平線格子に対する線格子の回転角
φ…静止座標系に対するレンズの回転角
λ、λ1、λ2…水平線格子に対する線格子の回転角
ν、μ…像の係数
σ…静止座標系に対する線格子の回転角
【図１】
0006454332.tif 000018
【図２】
0006454332.tif 000019
【図３】
0006454332.tif 000020
【図４】
0006454332.tif 000021
【図５】
0006454332.tif 000022
【図６】
0006454332.tif 000023
【図６ａ】
0006454332.tif 000024
【図７】
0006454332.tif 000025
【図８】
0006454332.tif 000026
【図９】
0006454332.tif 000027
【図１０】
0006454332.tif 000028
【図１１】
0006454332.tif 000029
【図１２】
0006454332.tif 000030
【図１３】
0006454332.tif 000031
【図１４】
0006454332.tif 000032
【図１５】
0006454332.tif 000033
【図１６】
0006454332.tif 000034