[发明专利]用于同时测量两个表面区域的双光束彩色点传感器系统的操作方法

说明书

技术领域

本申请总体上涉及精确测量仪器，并且更特别地涉及彩色点传感器系统(chromatic point sensor system)的操作方法，在该彩色点传感器系统中，使用附加的光学元件产生用于同时测量两个表面区域的双光束。 

背景技术

受控色像差技术可以用于距离感测度量应用。如1986年第17卷第6期第279-282页的Optics(Paris)上的G.Molesini和S.Quercioli的“Pseudocolor Effects of Longitudinal Chromatic Aberration”所说明的那样，受控纵向色像差(这里也称作轴向色散)可以被引入光学成像系统，使得成像系统的焦距随着波长而变化，这提供了光学度量手段。特别地，能够设计后焦距(BFL)为波长的单调函数的透镜。在白光操作中，这样的透镜呈现能够用作距离感测应用的光谱探针的轴向散焦彩色带。 

作为另一示例，全部内容通过引用合并于此的美国专利No.7,477,401公开了具有轴向色像差(也称作轴向或纵向色散)的光学元件可以用于聚焦宽带光源，使得到焦点的轴向距离随着波长而变化。因此，仅一种波长被精确地聚焦于表面，并且该表面的轴向距离或高度决定哪种波长被最好地聚焦。当光从该表面反射时，光被重新聚焦到诸如针孔等小检测器孔和/或光纤的端部。当从表面反射时，只有良好地聚焦于该表面的波长良好地聚焦于针孔和/或光纤。其他所有的波长不佳地聚焦于光纤，所以不能将很多能量耦合到光纤中。因此，对于与物体高 度对应的波长来说信号水平最好。检测器处的光谱仪测量各波长的信号水平，这有效地表明物体高度。 

某些制造商将适用于工业安装范围的彩色共焦的实用的和紧凑的光学组件称作彩色共焦点传感器和/或“光学笔”。测量Z高度的光学笔仪器的一个示例是由STIL，S.A.of Aix-en-Provence，France(STIL S.A.)制造的光学笔仪器。作为具体示例，型号为OP 300NL的S TIL光学笔测量Z高度并且具有300微米范围。 

在共同转让的美国专利No.7,626,705(′705专利)中说明了彩色共焦点传感器的另一构造，该专利的全部内容通过引用合并于此。′705专利公开了提供改进的光通量和改进的光点尺寸的透镜构造，所述光点尺寸使得与各种可购买的构造相比改进了测量分辨率。 

对于各种应用，可以期望改进当前可获得的光学笔的各方面的操作(例如，在不同表面和/或在不同范围同时测量多个点的能力等)。本发明旨在提供改进的彩色点传感器的操作方法，在该传感器中，使用附加的光学元件产生用于同时测量两个表面区域的双光束。 

发明内容

本内容用于以简化的形式介绍构思的选择，所述构思在下面的具体实施方式部分中进一步说明。本内容不等同于所要求保护的主题的关键特征，也不用于辅助确定所要求保护的主题的范围。 

提供一种彩色共焦点传感器系统，其包括双光束彩色共焦点传感器笔装置。双光束彩色共焦点传感器笔(也称为光学笔)被构造为使得包括来自光学笔的光的第一测量光束可以被定位 于(例如，工件的)第一表面区域并且包括来自光学笔的光的第二测量光束可以同时被定位于第二表面区域，从第一和第二测量光束产生的测量光可以穿过光学笔和共焦孔(confocal aperture)而被收回。 

在本发明的一些实施方式中，提供可以被安装到彩色共焦点传感器笔的端部的双光束组件。在不存在双光束组件的情况下，彩色共焦点传感器笔提供具有测量范围R的单个源头光束。在一个实施方式中，双光束组件包括：安装元件，其被构造为安装到彩色共焦点传感器笔的端部；以及第一反射元件，其被安装到安装元件。第一反射元件被定位于来自光学笔的源头光束中(例如，定位于源头光束的包括色像差的会聚部分中)并且将源头光束分成第一测量光束和第二测量光束。双光束组件沿着第一测量轴线输出第一测量光束并沿着第二测量轴线输出第二测量光束，并且将从第一和第二测量光束产生的工件测量光返回到彩色共焦点传感器笔。