光学测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于对测量对象的距离和/或厚度进行测量的光学测量装置。第一光源发射穿过第一光波导体的多色测量光，该第一光波导体的端部形成第一共焦孔。成像光学器件将第一共焦孔成像到测量范围中，不同波长聚焦在不同高度。由测量对象反射的测量光被再次成像回到第一共焦孔。接收和评估单元测量由测量对象反射的并穿过第一共焦孔返回的测量光的与波长相关的强度，并从中确定距离和/或厚度。测量装置包括平行于第一光波导体被引导的第二光波导体，并且其端部代表第二共焦孔，第二光波导体的直径大于第一光波导体的直径。接收和评估单元还测量由测量对象反射的并穿过第二共焦孔返回的测量光的与波长相关的强度，并从中确定距离和/或厚度。定距离和/或厚度。定距离和/或厚度。

【技术实现步骤摘要】
光学测量装置


[0001]本专利技术涉及一种用于对测量对象的距离和/或厚度进行测量的光学测量装置，该光学测量装置包括：第一光源，该第一光源发射多色测量光；第一光波导体，测量光穿过该第一光波导体并且该第一光波导体的端部形成第一共焦孔；以及成像光学器件，该成像光学器件适合用于引起测量光的色聚焦偏移并且将第一共焦孔成像到第一测量范围中。由此将不同的波长聚焦在不同的高度中。测量对象反射的测量光被再次成像回到第一共焦孔或第三共焦孔上。测量装置还包括接收和评估单元，该接收和评估单元被设计成用于测量由测量对象反射的并且穿过第一共焦孔或第三共焦孔返回的测量光的与波长相关的强度，并且从中确定距离和/或厚度。

技术介绍

[0002]从US 5,785,651A中已知一种彩色共焦显微镜，该彩色共焦显微镜被设置用于测量物体的轮廓。在此，在一个示例性实施例中，多色光源经由纤维光学线缆与成像光学器件连接，其中，纤维光学线缆的端部形成彩色共焦显微镜的共焦孔。
[0003]已知的彩色共焦测量装置的缺点在于：关于所使用的孔的尺寸，在可达到的分辨率与测量光的强度(进而信号强度)之间存在相反的相关性。在此，装置的结构(即所使用的光源、所使用的光导体、成相比和接收单元)对分辨率和信号强度作出了牢固的平衡。分辨率受到共焦锥的限制，该共焦锥通过将共焦孔成像在测量对象上来形成，以及通常受到在接收单元中使用的光谱仪的限制。
[0004]由此，不可能构造出既能够实现例如当测量薄层时所需的非常好的分辨率的同时又能够被用在如下例如具有较差反射率的表面或包含部分吸收层的表面的测量样品中的装置。例对于在其中出现上述两种情况的测量对象是尤其成问题的，因为不能够利用单独的装置对其进行完整的测量。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的目的是提供一种测量装置和一种用于运行该测量装置的方法，该测量装置能够对具有不同分辨率和信号强度要求的对象进行测量。
[0006]根据本专利技术，所述目的通过如下方式实现：第一光波导体具有小的直径，并且测量装置包含第二光波导体，第二光波导体的直径大于第一光波导体的直径并且第二光波导体平行于第一光波导体被引导。第二光波导体的端部代表第二共焦孔。接收和评估单元还被设计用于测量由测量对象反射的并且穿过第二共焦孔或第四共焦孔返回的测量光的与波长相关的强度，并且从中确定距离和/或厚度。
[0007]因此，平行地使用具有不同横截面的至少两个光波导体。在此，具有较小横截面的光纤端部形成较小的共焦孔，并能够以更好的分辨率(横向和间距)进行测量，而具有较大横截面的光纤传输更多的光，进而也传输更多的信号。
[0008]在此，根据一个优选实施方式，光源以及接收和评估单元分别借助于光纤耦合器
与第一或第二光波导体连接。根据另一优选的实施方式，第三和第四光波导体还被平行于第一和第二光波导体地引导至成像光学器件。在此，第三共焦孔通过第三光波导体的端部形成，并且第四共焦孔通过第四光波导体的端部形成，其中，第一和第三共焦孔彼此共焦，并且第二和第四共焦孔彼此共焦。第三光波导体的直径对应于第一光波导体的直径，并且第四光波导体的直径对应于第二光波导体的直径。
[0009]优选地，接收和评估单元被设置用于产生第一光谱和第二光谱，其中，第一光谱描述穿过第一共焦孔或第三共焦孔的测量光的与波长相关的强度，并且第二光谱描述穿过第二共焦孔或第四共焦孔的测量光的与波长相关的强度。
[0010]根据本专利技术的优选实施方式，测量装置除了包括第一和第二光波导体之外，还包括其他被平行引导的光波导体，所述被平行引导的光波导体的端部描述另外的共焦孔并且具有不同的横截面。如果将本专利技术的原理扩展至更多的光波导体，则所有的特征和注意事项类似地适用于具有所述第一和第二光波导体的实施方式。
[0011]测量装置优选地包括第二光源。第一光源的光有利地耦合到第一光波导体中，并且将第二光源的光耦合到第二光波导体中。
[0012]特别优选地，第一光源和第二光源分别以一定的时间间隔运行，其中，第一光源和第二光源不是同时被接通。这意味着：首先接通第一光源，接着关闭第一光源，并且大约在同一时间接通第二光源，然后关闭第二光源，并且大约在同一时间再次接通第一光源，依此类推。时间间隔在此有利地与接收和评估单元的测量周期处于相同数量级。特别地，一个时间间隔能够各对应于一个测量周期或一个测量周期的固定一部分(例如一半)。
[0013]有利地，在其中运行第一光源的各个间隔具有相同的长度，并且在其中运行第二光源的各个间隔具有相同的长度。第一光源和第二光源的间隔能够彼此相同，替选地，也能够选择不同的长度，以便例如进一步放大信号。
[0014]由于光源分别仅在部分时间内运行，因此相比于连续运行的情况，所述光源通常能够以更高的强度运行。
[0015]接收和评估单元有利地仅包括单独的光谱仪，尤其是包括仅具有一条检测器线的光谱仪，所述光谱仪被设置用于测量由测量对象反射的并且穿过第一共焦孔或第三共焦孔返回的测量光的与波长相关的强度，还用于测量由测量对象反射的并且穿过第二共焦孔或第四共焦孔返回的测量光的与波长相关的强度。仅使用只具有一条检测器线的光谱仪节约了成本。
[0016]经由第一和第二光波导体射入接收和评估单元中的光不会被一同评估，而是交替切换光源，并且分别经由子测量周期记录两个光谱。细纤维的信号在此较弱。
[0017]光谱仪的测量周期优选地与第一光源和第二光源的时间上的切换间隔同步。通过与光源的同步来区分信号，并将所述信号分配给第一或第二光波导体。
[0018]在本专利技术的替代的实施方式中，第一和第二光源连续运行。在这种情况下，接收和评估单元必须包括两个光谱仪，或在光谱仪内包括至少两条检测器线，其中，不同光波导体的光被引导到不同的检测器线上。
[0019]第一光波导体优选具有75-125μm的直径(尤其是100μm的直径)，并且第二光波导体具有10-50μm的直径(尤其是25μm的直径)。
[0020]根据本专利技术的一个优选的实施方式，成像光学器件和测量对象横向于成像光学器
件的光轴相对于彼此移动，从而在测量对象的多个位置处记录测量数据。利用这种所谓的扫描，能够沿任意线或甚至表面形貌创建测量值。
[0021]能够独立于两个测量点的偏移来选择扫描方向，其中，定向知识是有利的，以便能够进行偏移校正。当光源交替运行时，测量点在空间上会轻微偏移(大约100μm)，并且在时间上也会偏移。如果在扫描期间从根据一个光波导体的信号的评估切换到根据另一光波导体的信号的评估上，会引起扫描步幅的轻微偏移或横向偏移，这取决于光线如何与扫描方向对准。该偏移是可接受的，因为该设备优选被用于测量在局部缓慢变化的物体。
[0022]测量装置的优选的应用是对由玻璃或其他透明材料构成的测量对象进行测量，尤其是对由玻璃构成的容器(例如瓶子)进行测量。
[0023]本专利技术同样涉及一种用于对测量对象的距离和/或厚度进行测量的光学测量装置，该光学测量装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于对测量对象(34)的距离和/或厚度进行测量的光学测量装置，包括：第一光源(21)，所述第一光源发射多色测量光，第一光波导体(26、51)，测量光穿过所述第一光波导体并且所述第一光波导体的端部形成第一共焦孔(29、53)，成像光学器件(31)，所述成像光学器件适合用于引起所述测量光的色聚焦偏移并且将所述第一共焦孔(29、53)成像到测量范围中，其中，不同的波长聚焦在不同的高度，并且其中，由所述测量对象(34)反射的测量光被再次成像回到所述第一共焦孔(29)或第三共焦孔(55)上，接收和评估单元(39)，所述接收和评估单元被设计用于测量由所述测量对象(34)反射的并且穿过所述第一共焦孔(29)或所述第三共焦孔(55)返回的测量光的与波长相关的强度，并从中确定距离和/或厚度，其特征在于，所述测量装置包括第二光波导体(28、52)，所述第二光波导体平行于所述第一光波导体(26、51)被引导，并且所述第二光波导体的端部形成第二共焦孔(30、54)，其中，所述第二共焦孔(30、54)的直径大于所述第一共焦孔(29、53)的直径，并且所述接收和评估单元(39)也被设计用于测量由所述测量对象(34)反射的并且穿过所述第二共焦孔(30、54)或所述第四共焦孔(56)返回的所述测量光的与所述波长相关的强度，并且从中确定距离和/或厚度。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述接收和评估单元(39)被设置用于产生第一光谱和第二光谱，其中，所述第一光谱描述穿过所述第一共焦孔(29、53)或所述第三共焦孔(55)的测量光的与波长相关的强度，并且所述第二光谱描述穿过所述第二共焦孔(30、54)或所述第四共焦孔(56)的测量光的与波长相关的强度。3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括第二光源(22)。4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述第一光源(21)和所述第二光源(22)分别以一定的时间间隔运行，其中，所述第一光源(21)和所述第二光源(22)不是同时接通。5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述接收和评估单元(39)仅包括一个光谱仪，尤其是仅具有一条检测器线的光谱仪，所述光谱仪被设置用于测量由所述测量对象(34)反射的并且穿过所述第一共焦孔(29、53)或所述第三共焦孔(55)返回的测量光的与波长相关的强度，并且也用于测量由所述测量对象(34)反射的并且穿过所述第二共焦孔(30、54)或所述第四共焦孔(56)返回的测量光的与波长相关的强度。6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述光谱仪的测量周期与所述第一和第二光源(21、22)的时间上的切换间隔同步。7.根据前述权利要求中之一所述的测量装置，其特征在于，所述第三共焦孔(55)通过第三光波导体(57)的端部形成，并且所述第四共焦孔(56)通过第四光波导体(58)的端部形成，其中，所述第一和第三共焦孔(53、55)彼此共焦并且所述第二和第四共焦孔(54、56)彼此共焦，并且其中，所述第三光波导体(57)的直径对应于所述第一光波导体(51)的直径，并且所述第四光波导体(58)的直径对应于所述第二光波导体(52)的直径。8.根据前述权利要求之一所述的测量装置，其特征在于，所述第一光波导体(26、51)的
直径为75-125μm，尤其是100μm，并且所述第二光波导体(28、52)的直径为10-50μm，尤其是25μm。9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫，
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：