[发明专利]用于测量物体的色共焦光学测量和共焦成像的装置和方法

说明书

本发明涉及一种色共焦测量装置，其具有发射多个波长的光的光源(1)和第一分束器(3)。来自所述光源(1)的光通过所述第一分束器(3)和成像光学元件(25)在测量物体上成像。所述成像光学元件(25)具有色差，使得不同波长的光聚焦在距所述成像光学元件的不同距离处。从所述测量物体反射的光由所述成像光学元件和所述第一分束器(3)在第一共焦检测光阑装置(10)上成像。第一检测装置(16)检测穿过所述第一检测光阑装置(10)的光并对其进行评估。照明光阑装置(2)具有设计为狭缝光阑的至少一个第一开口，所述第一开口与所述第一检测光阑装置(10)的检测开口作为共焦孔相互作用。第二分束器(13)将从所述测量物体(8)反射的光分成第一和第二分束(14、17)。所述第一检测装置(16)通过线检测器检测所述第一分束(14)的光，并评估所有波长上的总强度，以生成总强度分布图和/或总强度图像。第二检测装置(26)同时对所述第二分束(17)的光进行光谱分裂，并评估多个单独波长或多个波长范围的光的强度。

技术领域

本发明涉及色共焦测量技术和具有扩展景深的图像传感器领域。

背景技术

通用的测量装置包括发射多种波长的光的光源，测量物体通过所述光源被照亮。它还包括第一分束器，光源的光通过所述第一分束器和成像光学元件在测量物体上成像。所述成像光学元件具有色差，使得不同波长的光聚焦在距成像光学元件不同的距离处。

从测量物体反射的光被成像光学元件和第一分束器在第一共焦检测光阑装置上成像，并且通过所述第一检测光阑装置(10)入射的光被第一检测装置(16)检测和评估。

从EP 3 222 964 A1中已知一种用于确定物体表面的色共焦装置。所述装置包括宽带光源和色差透镜，因此不同波长的光聚焦在不同的轴向距离处。所述装置包括多个光学测量通道，每个光学测量通道都在物体表面上的一个点成像，并针对至少部分测量通道来评估所有波长上的总强度，而不是对光谱进行评估。在所述装置的一个实施例中，输出通道由具有光纤耦合器的光纤形成，从而可以同时评估测量通道的总强度和光谱。在照明侧，光源的光也通过光纤传导，光纤末端用作共焦测量孔或照明孔，并通过所述装置在所述物体的测量点上成像。

但是，所述装置的缺点在于，由于单独的光纤，不可能均匀地照明和成像物体而没有间隙。另外，当使用光纤时，测量点的直径和间距受到形成测量通道的纤维的直径限制。在所需的测量点间距和直径显著小于光纤的直径和距离的情况下，需要缩小比例β＜＜1的物镜，这显著增加了所述物镜的成本和尺寸。光纤芯与光纤外径之比也设定了点直径与点间距之比的下限。如果测量点的距离和直径是可变的，则需要所述物镜的活动部件，这进一步增加了成本和尺寸。如果省略了光纤，则不再可能同时评估总强度和光谱(EP 3 222 964A1第131段)。为了立即测量较大的空间区域而需要的大量光纤和光纤耦合器也非常昂贵且笨重。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种紧凑的、鲁棒的且可低成本生产的用于色共焦成像和对测量物体进行测量的装置，所述装置同时能够快速确定所述测量物体在至少一个方向上延伸的相同空间区域的总强度并评估其反射光谱。

本发明的另一个目的是能够同时快速评估总强度图像和光谱，其中，测量点间距不是由光学部件预先设定的。

这些目的通过权利要求1所述的装置和权利要求14所述的方法实现。