用于高速测距的彩色共焦测量系统技术方案

公开了一种使用通过发光体的光学泵浦实现的、强的宽带光源的彩色共焦测量装置。以这样的方式选择所述发光体的照明，即，利用所述发光体的特性来最大化所述光源的光学输出功率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高速测距的彩色共焦测量系统


[0001]本专利技术涉及一种彩色共焦测量装置，其包括在可见波长范围直到近红外范围内的、尤其是在400nm和900nm之间的波长范围内的宽带光源，其使用在350nm到500nm的波长范围内的泵浦光源、和用于将泵浦光源成像在发光体上的第一光学器件，本专利技术还涉及一种用于将发光体成像在光纤或光纤束(8a)的小面上的第二光学器件，宽带光的至少一部分耦合到光纤或光纤束中，其中，耦合到所述光纤或所述光纤束中的光被用作所述彩色共焦测量装置的测量光。本专利技术此外还涉及在这种彩色共焦测量装置中使用的光源。

技术介绍

[0002]由专利FR 3006758 B1已知一种彩色共焦多点测量装置，其能够提供沿着一条线的距离或厚度信息。
[0003]由专利US2010/009779A1中已知一种将基于发光体的光源用于彩色共焦传感器的方法。
[0004]专利US10180355 B2描述了一种使用宽带光源的彩色共焦点传感器，该光源通过发光体的光学泵浦来实现。
[0005]US10731965 B1描述了一种基于发光体的、具有狭缝形状的光出射面的宽带光源。
[0006]已知来自Volker Hagemann，Albrecht Seidl，G
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nter Weidmann的“用于数字投影和专业照明的高功率高亮度SSL光源的静态陶瓷磷光体组件，”Proc.SPIE 11302，发光器件、材料和应用XXIV、113021N(在下文中被称为NPL1)，即，照明极限从而磷光转换陶瓷发出的光的最大功率受到热淬火的限制。
[0007]由Anastasiia Krasnoshchoka、Anders Kragh Hansen、Anders Thorseth、Dominik Marti、Paul Michael Petersen、Xu Jian和Ole Bjarlin Jensen共同发表的期刊文献“激光照明中与磷光材料相关的光斑尺寸的限制”Opt.Express 285578
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55767(2020)(在下文中被称为NPL2)描述了发光体的限制特性及其对激发光的光斑尺寸的依赖性。
[0008]高分辨率的光学线路扫描仪需要寿命长、高强度的宽带光源。磷光转换器越来越多地被用作光源中的高功率宽带光源，例如在汽车显微镜中。
[0009]与US10180355 B2和US2010/009779 A1相比，这种宽带源在测量学中的使用也在增加。然而，产生的热量是一个问题，这导致了对动态解决方案的偏好，这些动态解决方案通过移动磷光体使得热量分布产生，从而减少局部高温。如US2010/009779A1中所述，原则上可以实现更高的强度。然而，机械运动会导致一定程度的磨损，从而缩短使用寿命。此外，必须使用较厚的磷光层以获得更好的机械稳定性，这会导致辐射极限的降低(参见NPL1)，从而使通过运动获得的强度增加的部分再次化为乌有。此外，运动和由此产生的运动伪影增加了有效发光的面积，这在诸如彩色共焦测量法之类的光量受限系统中导致，要么强度降低，要么在强度保持不变的情况下必须忍受分辨率的变差。
[0010]总之可以说，到目前为止，只有一小部分发出的辐射用于测量系统。然而，未使用的光子也会参与加热，从而限制白光源的强度和使用寿命。

技术实现思路

[0011]因此，本专利技术的任务是提供一种使用高效且耐久的宽带光源的彩色共焦测量装置，该装置具有针对彩色共焦传感器被优化的放射特性。光源必须具有高的光功率，因为它会通过高速软硬件的可用性限制所述彩色共焦单体及测量设备的测量速率，尤其是在可见光谱范围内由高效探测器限制其测量速率。
[0012]根据本专利技术，所述目的通过在彩色共焦测量装置中使用发光体的聚焦照明以及使用所得到的宽带测量光得以实现。泵浦光源在发光体上的成像光束路径和发光体在光纤或光纤束末端上的成像光束路径部分地重合，也就是说，入射在发光体上的光和用作测量光的、由发光体放射的光在相反方向上部分路段地走相同的路径。二向色镜用于将用作测量光的光解耦或分离，并为上述目的将测量光从泵浦光源的光束路径耦合到光纤或光纤束中。
[0013]在一种优选的实施方式中，通过让第一光学器件和第二光学器件中包括至少一个共同的成像光学元件，尤其是透镜，实现泵浦光源在发光体上成像的光束路径与发光体在光纤或光纤束的端部上成像的光束路径的这种重合。
[0014]本专利技术要求保护根据权利要求1所述的彩色共焦测量装置和根据权利要求14或15所述的、用在该装置中的光源。
[0015]提出了一种彩色共焦单点或多点测量装置，其具有在可见光至近红外波长范围内、耐用且功率强大的宽带光源，用于测量物体的距离/厚度。已知许多基于彩色共焦或干涉测量原理的光学测量装置。
[0016]基于发光体的光源被理解为其中由泵浦光源(通常是激光器或LED)激发荧光(发光体)的光源，其通过物理过程发光，尤其是磷光、荧光或闪烁。发光体在本文中通常是指一种辐射转换物质。
[0017]在一种优选的实施方式中，发光体的泵浦以这样的方式优化，即，考虑到体积散射以及被照射和发光表面的相关变化(参见NPL2)，产生用于耦合到测量系统中的最佳辐射特性。
[0018]这种优选实施方式的优点在于，在发光体中，发光表面通常大于由泵浦光照射的表面(参见NPL 2)。因此，如下地选择该实施方式中的光学元件，即，使得发光体的被照明表面小于或等于光纤束或光纤的小面的横向尺寸，和/或发光体的被照明表面在光纤小面上的成像小于其横向尺寸。
[0019]这样一方面得以确保的是，通过发光体的、小的被照明面积减少了热量的产生，从而实现了发光体的长使用寿命和宽带光源的高光学性能。
[0020]同时得以确保的是，发光表面的横向尺寸不对可耦合到光纤或光纤束中的光量造成限制，或者仅有很小的限制。为了能够耦合大的角度范围的发射光，光源的接收侧路径中的光学器件以及光纤或者光纤束的单个光纤通常选择高的数值孔径，其中，在大多数情况下，光纤的数值孔径构成限制性因素。
[0021]在彩色共焦测量装置的另一种实施方式中，通过适当地选择第一光学元件或在二向色镜前方设置附加光学元件来提供光源，其中，所述附加的光学元件用于将球面像差引入波前。
[0022]特别优选的是以下实施方式：
[0023]如下地选择第一光学元件(具体地包括透镜)，使得其在泵浦光源的主波长下产生球面像差。
[0024]球面像差此外也可以通过在第一光学元件之前插入玻璃板来产生。
[0025]此外，球面像差还可以由诸如透镜或补偿板之类的附加光学元件产生。
[0026]上述可能性尤其是还包括这样的布置，其中，球面像差仅与发光体表面的平面中的第二光学元件结合而被产生。
[0027]此外，球面像差可以仅由第二光学元件产生。
[0028]附加地或替代地，发光体可以相对于照明路径的焦点轴向移动，尤其是为了增大光斑，或者通过光学像差的传播不变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种彩色共焦测量装置，包括：在可见光波长范围直到近红外范围内的宽带光源，尤其是在400nm至900nm的波长范围内，在使用350nm至500nm波长范围内的泵浦光源(1)情况下，用于将所述泵浦光源(1)成像到发光体(5)上的第一光学器件，用于将所述发光体成像到光纤或光纤束的小面(8a)上的第二光学器件，使得宽带光的至少一部分耦合到所述光纤或光纤束中，其中，耦合到所述光纤或者光纤束(8)中的光用作所述彩色共焦测量装置的测量光，其特征在于，所述泵浦光源(1)在所述发光体(5)上成像的光束路径和所述发光体在所述光纤或光纤束的小面(8a)上成像的光束路径部分地重合，并且所述彩色共焦测量装置包括二向色镜(3)，所述二向色镜(3)使得所述发光体(5)在所述光纤或光纤束的小面(8a)上成像的光束路径从所述泵浦光源(1)在所述发光体(5)上成像的光束路径中解耦出去。2.根据权利要求1所述的彩色共焦测量装置，其特征在于，所述第一光学器件和所述第二光学器件包括至少一个共同的成像光学元件，尤其是透镜(4)。3.根据权利要求1或2所述的彩色共焦测量装置，其特征在于，所述发光体(5)的被照明表面(101)小于或等于所述光纤束或光纤(8)的耦合侧的横向尺寸，和/或所述发光体的被照明表面在所述光纤束或光纤(8)的小面(8a)上的成像小于所述光纤束或光纤的耦合侧的横向尺寸。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的彩色共焦测量装置，其特征在于，通过设置在所述二向色镜(3)前方的另一个光学元件将球面像差引入波前，和/或通过设置在所述二向色镜(3)后方的另一个光学元件将球面像差引入波前，和/或所述发光体(5)相对于照明路径的焦点轴向地移动。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的彩色共焦测量装置，其特征在于，使用了多个泵浦光源(1)，用于不重叠地或仅部分重叠地照射所述发光体(5)。6.根据权利要求1
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4中任一项所述的彩色共焦测量装置，其特征在于，所述泵浦光通过光学元件，如衍射光学元件、分束器或光栅，分割成多个光束路径，用于不重叠地或仅部分重叠地照射所述发光体(5)。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的彩色共焦测量装置，其特征在于，所述宽带光耦合到光纤束(8)中，并且所述光纤束的小面(8a)相对的侧面合适地布置在用于测量多个厚度或者测量对象的不同位置上的厚度的位置，尤其是布置在一条线上。8.根据权利要求1
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6中任一项所述的彩色共焦测量装置，其特征在于，在单个多模光纤中发生耦合，并且耦合光在离开光纤(8)之后分割成一条线、离散的点或另一种在空间上延伸的布置方式，用于测量多个厚度或者测量对象的不同位置处的厚度。9.根据权利要求1
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6中任一项所述的彩色共焦测量装置，其特征在于，使用直径小于30...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：普雷茨特光电有限公司，
类型：发明
国别省市：