彩色共焦测量装置制造方法及图纸

一种用于测量在多个位置的距离和/或厚度的彩色共焦测量装置，包括通过光出射面发出多色测量光的光源，并且包括测量光穿过的至少一个第一共焦孔，该至少一个第一共焦孔包括多个点状开口或至少一个狭缝形开口。彩色共焦测量装置还包括成像光学器件，该成像光学器件被设置成引起测量光的色聚焦偏移并将第一共焦孔成像在测量空间中，其中，将不同的波长聚焦在不同的高度。第一接收和评估单元被设计用于根据测量对象上反射点处波长和在测量对象上的反射点的横向位置来测量由测量对象反射的测量光的强度，并由此确定测量对象的在多个位置的或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度。光源是基于发光体的激光泵浦光源，并且出射面是细长的。

【技术实现步骤摘要】
彩色共焦测量装置
本专利技术涉及一种用于对测量对象的在多个位置或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度进行同时测量的彩色共焦测量装置。测量装置包括：光源，其通过光出射面发射多色测量光；以及至少一个第一共焦孔，测量光穿过该至少一个第一共焦孔。第一共焦孔包括多个点状开口或至少一个狭缝形开口。测量装置还包括成像光学器件，其被设置成引起测量光的色聚焦偏移并且将第一共焦孔成像在第一测量空间中，其中，将不同的波长聚焦到不同的高度；以及第一接收和评估单元，其被设计用于根据测量对象的反射点处波长和在测量对象上反射点的横向位置来测量由测量对象反射的测量光的强度，并且由此确定从测量对象的在多个位置或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度。
技术介绍
从WO2016/092348A1中已知一种彩色共焦高度测量装置，其具有布置成一条线的多个测量点，以便增大横向于光轴的测量空间。此外，在DE102018114860A1中还描述了一种彩色共焦测量装置，该彩色共焦测量装置包括用作共焦光阑的狭缝光阑，使得能够沿着光阑的投影对测量对象的连续的扩展区域进行测量。在已知的测量装置中存在以下缺点：要么必须将点状光源的光分配到整个测量空间中，这会导致较低的光强度并因此限制可能的测量速率，或者必须采用大量的点状光源，这会导致较高的成本。已知的光源的输出功率太小，无法以较高频率运行彩色共焦线检测器。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种低成本的光源，其适合以较高频率运行彩色共焦线检测器。该目的通过提供一种基于发光体的光源来实现，该光源的光出射面是细长的。基于发光体的光源应理解为一种光源，在该光源中借助泵浦源(通常是激光或LED)来激发发光材料(发光体)，该发光材料通过物理过程发光，特别是通过磷光、荧光或闪烁发光。在这里，发光体通常是转换辐射的物质。细长的出射面意味着该表面在一个空间方向上比在其他空间方向上明显更长，特别是长至少一个数量级。基于发光体的光源本身是已知的，但是没有一种光源适合所述应用。因此，根据本专利技术，提供一种上述类型的测量装置，该测量装置的光源是基于发光体的激光泵浦光源，并且该光源的出射面是细长的。这样做的优点是，光源能够照亮整个共焦孔，并因此具有高的效率和高的光收益。第一共焦孔包括多个点状开口或至少一个狭缝形开口。特别地，点状开口优选地以规则的间隔布置成一排。在该情况下，点状开口是所谓的多点传感器，其设置成对测量对象上的一排的点进行测量。在这种情况下，第一共焦孔也能够被设计成一排纤维的末端，其中，每个纤维末端对应一个点状开口。如果第一共焦孔包括狭缝形的开口，则它是所谓的彩色线传感器，该彩色线传感器被设置用于对测量对象上的线形区域进行照明和测量。因此，线性区域中测量点的密度与接收和评估单元以及该接收和评估单元的横向分辨率有关。第一接收和评估单元优选地包括光谱仪，该光谱仪根据波长获取所接收到的光的强度。根据本专利技术的优选实施方式，光源包括至少一个泵浦源，该泵浦源发射泵浦光并将其引导至发光体，该发光体将泵浦光转换为多色光。泵浦光在通常情况下几乎是单色的。由于能够实现较高的强度，优选地将激光二极管用作泵浦源。泵浦光还能够通过彼此分开布置的多个发光体转换为多色光。在一些实施例中，多色光紧接着通过均束器，使得从出射面出射的光的强度至少几乎均匀分布。均束器优选地设计为薄板，优选地由玻璃制成，光穿过该薄板基本上在第一空间方向上传播，而该薄板在第二空间方向上充当光导体，并且光在第三空间方向上传播并且因此能够均匀地分布。这样做的目的是在整个测量空间上均匀照明。在这里，发光体能够近似为点状，或具有小的体积。例如，均束器能够具有部段，其具有优选为正方形的截棱锥形状，该部段布置成使得多色光经由截棱锥的顶面进入该部段内。出人意料地显示出，棱锥形的形状导致在截棱锥的底面上特别均匀的强度分布。在旋转对称的均束器中，通常在对称轴上观察到不期望的多色光的集中。此外，如果采用将要进行说明的成形装置，所述成形装置使光分布的横截面更加细长并且必须将多色光耦合到其中，则棱锥形的均束器是有利的。例如，如果成形装置包含光纤，则多色光只能够以小角度进入光纤。截锥体的形状使以太陡的角度射入到光纤上的光的比例最小化。因此，截棱锥的侧面能够倾斜，使得在部段中被引导的多色光通过均束器中的全反射被引导。因此，省去了对侧面进行反射化的花费。所述类型的均束器也能够与以下所有实施方式组合。根据本专利技术的优选实施方式，发光体是杆状的。有利地，将通过杆状发光体的侧面出射的光用作测量光。这里，侧面是在杆的整个长度上扩展的面。这样做的优点是，只需要一个泵浦源和一个发光体就能够在整个细长的区域上发光，其中，该光是从连续的区域发出的而不是从多个点光源发出的。因此，杆状发光体能够具有任意形状的底面(和横截面)，例如圆形或多边形。底面是位于杆末端的面。即几何形状优选是圆柱体或棱柱体，所述圆柱体或棱柱体的高度明显大于其底面的直径。此外优选地，光穿过杆状发光体的底面之一射入。另一个有利的可能性是，从杆状发光体的两个底面泵浦，这提高了光收益并且至少部分地使得发光在整个杆长度上更加均匀。可替换地，泵浦光通过发光体的侧面射入。在这种情况下，要么在杆状发光体的整个长度上使用多个泵浦源，要么将单个泵浦源的泵浦光例如借助带有柱面透镜的聚焦光学器件聚焦在发光体位置处的线段上。杆状发光体有利地设计成使得其用作泵浦光和/或测量光的光导体。这主要是通过对表面质量(光滑的表面)的挑选和较小的直径(根据所需的光纤类型，通常约为5μm或约50μm)来实现。通常，LED发光体具有0.2mm至0.5mm范围内的用于吸收和频率偏移的光发射的平均光程。在近似点状光源的情况下，泵浦光必须通过在晶界处的多次光散射保持在100μm以下的小照明区域内，以便获得对于点状距离测量足够小的光斑。借助杆状发光体，能够像在单模或多模光纤(光导体)中一样，线性地且无散射地引导泵浦光。根据本专利技术的特别优选的实施方式，光源包括狭缝光阑，其中，该狭缝光阑的狭缝是光源的光出射面。同时，该狭缝同时能够用作测量装置的第一共焦孔。未被引导通过出射面的光有利地被光阑遮挡，以便不影响测量。根据本专利技术的特别优选的实施方式，狭缝光阑相对于杆状发光体的纵轴倾斜。这样做的优点是，能够至少部分地对发光体的整个长度上的不均匀的光发射进行补偿，因为穿过狭缝光阑的靠近发光体的部分相比于穿过狭缝光阑的远离发光体的部分射入的光百分比更大。因此，狭缝光阑有利地倾斜，使得其更靠近发出较少光的发光体区域，并远离发出更多光的发光体区域。根据本专利技术的特别优选的实施方式，杆状发光体的与入射面相对的端面制成反射性的，泵浦光通过该入射面进入发光体。这具有的效果是，完全穿过发光体的泵浦光最终被反射并再次穿过发光体。这导致更高的收益和更均匀的发光。根据本专利技术的特别优选的实施方式，发光体被制成圆锥形的，特别是截锥体或圆锥体。这导致更均匀的光收益本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种彩色共焦测量装置，所述彩色共焦测量装置用于同时测量测量对象的在多个位置的或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度，所述彩色共焦测量装置包括：/n光源(1)，所述光源通过光出射面发射多色测量光(2)，/n至少一个第一共焦孔(3、10)，所述测量光(2)穿过所述至少一个第一共焦孔，其中，所述第一共焦孔(3、10)包括多个点状开口或至少一个狭缝形开口，/n成像光学器件(4、5、101)，所述成像光学器件设置为引起测量光的色聚焦偏移并将第一共焦孔(3)成像在测量空间中，其中，不同的波长聚焦在不同的高度，/n第一接收和评估单元(8)，所述第一接收和评估单元被设计成根据测量对象的反射点处波长和在测量对象上的反射点的横向位置来测量由测量对象反射的测量光的强度，并由此确定测量对象(6)的在多个位置的或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度，/n其特征在于，/n所述光源(1)是基于发光体的激光泵浦光源，并且出射面(24)是细长的。/n

【技术特征摘要】
20190709 DE 102019118600.5;20200519 EP 20175476.91.一种彩色共焦测量装置，所述彩色共焦测量装置用于同时测量测量对象的在多个位置的或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度，所述彩色共焦测量装置包括：
光源(1)，所述光源通过光出射面发射多色测量光(2)，
至少一个第一共焦孔(3、10)，所述测量光(2)穿过所述至少一个第一共焦孔，其中，所述第一共焦孔(3、10)包括多个点状开口或至少一个狭缝形开口，
成像光学器件(4、5、101)，所述成像光学器件设置为引起测量光的色聚焦偏移并将第一共焦孔(3)成像在测量空间中，其中，不同的波长聚焦在不同的高度，
第一接收和评估单元(8)，所述第一接收和评估单元被设计成根据测量对象的反射点处波长和在测量对象上的反射点的横向位置来测量由测量对象反射的测量光的强度，并由此确定测量对象(6)的在多个位置的或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度，
其特征在于，
所述光源(1)是基于发光体的激光泵浦光源，并且出射面(24)是细长的。


2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光源(1)包括至少一个泵浦源(20)，所述至少一个泵浦源发射泵浦光(21)并将其引导到发光体上，所述发光体将所述泵浦光(21)转换为多色光(23)。


3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述多色光(23)随后穿过均束器(25；324)出射，使得从出射面(24)出射的光(26)的强度至少是几乎均匀地分布。


4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述均束器(225)具有截棱椎形状的部段，所述部段被布置成使得多色光经由截棱椎的顶面进入所述部段。


5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述截棱锥的侧面倾斜，使得在所述部段中被引导的多色光通过均束器(225)中的全反射被引导。


6.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述泵浦光(31)被杆状发光体(32)转换为多色光(33)，其中，将通过所述杆状...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·舍恩勒贝尔，
申请(专利权)人：普莱斯泰克光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE