本发明专利技术涉及一种光学测量装置，其包括具有成像光学单元和评估单元的测量头，其中所述测量头借助于两根光导纤连接到所述评估单元，其中所述评估单元包括光源，所述光源的光通过第一光导纤引导到所述测量头中，且其中借助于分束器将由测量对象反射的光往回引导通过所述测量头并进入第二光导纤，使得传出光和返回光分开，其中光纤末端位于相互共轭位置中，其中所述分束器和所述光纤末端一起布置在可分开地连接到所述测量头的插塞中。地连接到所述测量头的插塞中。地连接到所述测量头的插塞中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】彩色共焦测量装置
[0001]本专利技术涉及用于测量待测量对象的距离和/或厚度的光学测量装置。
技术介绍
[0002]光学测量装置包括具有成像光学件和评估单元的测量头，其中所述测量头通过两根光导纤连接到评估单元。评估单元包括光源，所述光源的光通过第一光导纤引导到测量头中。借助于分束器将从待测量对象反射的光往回引导通过测量头并进入第二光导纤，使得传出光和返回光分开，其中光纤末端位于相对于彼此的共轭位置中。已知光学测量装置基于彩色共焦(chromatic
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confocal)或干涉测量原理。
[0003]FR2930334描述彩色共焦测量头，在所述测量头中集成有分束器单元。此分束器单元和用于传出光和返回光的光纤牢固地连接到测量头。测量头中的分束器单元引起杂散光减少并提高测量准确性。在此实施方案中，不利的是，例如在光纤有缺陷或需要具有其它特性(长度、纤芯直径、
…
)的光纤的情况下，不可能进行光纤更换这限制测量头的可能应用。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目标是提供在不显著增加杂散光部分的情况下允许更换光纤的彩色共焦测量头。
[0005]这类解决方案在现有技术中尚不存在。将允许更换个别光纤的已知光纤连接器具有相对高的空间需求。由于具有内置式分束器单元的测量头必须包含两个光纤连接器(以用于传出光和返回光)，因此在这些光纤连接器下不可能实现的紧凑测量头设计。
[0006]根据本专利技术，通过将分束器和光纤末端一起布置在可分开地连接到测量头的连接器中，实现所述目标。
[0007]在有利实施例中，第一光导纤和第二光导纤的光纤末端分布形成共焦光孔。通过测量头将第一光纤末端成像到待测量对象上。第一光纤的横截面界定测量点(即待测量对象上的光纤末端的图像)的直径。
[0008]第二光纤末端充当用于测量光的空间滤波器，所述测量光从待测量对象反射并且被测量头引导到第二光纤末端。所述两个光纤末端位于相对于彼此的共轭位置中，因此第一光纤末端和第二光纤末端充当共焦光孔。有利的是使用光纤末端作为共焦光孔，这消除对形成光孔的额外组件的需求。还避免必须使光纤与单独光孔组件对齐。在此实施例中，光纤的直径是光孔的直径。
[0009]相较于具有固定光纤连接器的测量头，具有可更换光纤连接器的测量头的优点是可通过更换光纤连接器来改变共焦光孔的大小，在此实施方案中，通过光导纤的横截面来得出所述共焦光孔的大小。
[0010]在彩色共焦测量中，经由光孔大小在可实现的分辨率与测量光的强度(且因此信号强度)之间存在相反的相依性。什么样的光孔大小最适合是取决于特定测量任务。
[0011]在图2中说明此相依性。图2示范性地说明当通过彩色共焦测量头测量透明层时光
孔大小对测量信号的效应。从第二光导纤引导到评估单元的测量光的强度示出为随波长而变。
[0012]测量光分别在透明层的上侧和下侧处的反射会引起出现两个峰值，表征为两个峰值波长(λ1、λ2)。峰值波长之间的差提供关于层厚度的信息。
[0013]两个图式在光纤直径上是不同的，右图的光纤直径是左图的四倍。在左图所述，峰值清楚地相隔。在右图中，信号强度显著更大，这是因为较大光纤直径允许较多的光从光源引导到测量头并且待测量对象引导到评估单元。然而，较大光纤直径还产生较大峰宽，使得无法像在左图中那样很好地分辨层厚度。
[0014]较小光纤直径产生较小测量点，这允许沿横向方向更好地分辨待测量对象，并且还产生更好的轴向分辨率，使得可更好地测量薄层。作为交换，信号强度减小，这需要为低反射率的待测量对象提供更长曝光时间，继而对测量速率产生负面效应。
[0015]常规测量装置的配置(特定来说，使用的光导纤和彩色共焦测量头的成像比率)提供分辨率和信号强度之间的固定折中。
[0016]然而，分辨率和信号强度的最优组合取决于待测量对象或测量任务的相应性质。如果例如特定测量任务需要更好的横向分辨率，那么在具有固定的集成式分束器单元的现有技术中，有必要更换测量头。然而，这是费时的并且在不同测量任务需要不同测量头的情况下导致成本增加。
[0017]本专利技术通过使用可更换的光纤连接器来解决此问题。这为所述问题提供简单且具成本效益的解决方案，其获得用于每个测量任务的分辨率和信号强度最优组合。
[0018]在本专利技术的另一优选实施例中，光纤连接器包括第一光孔布置，其布置在第一光纤末端后方并且充当用于从第一光纤末端发出的光的空间滤波器，以及第二光孔布置，其布置在第二光纤末端前方并且充当用于从测量头引导到第二光纤末端的光的空间滤波器。第一光孔布置和第二光孔布置位于相对于彼此的共轭位置处且因此充当共焦光孔。
[0019]此实施例提供如下优点：共焦光孔的几何形状可在宽范围内自由地配置并且针对特定测量任务进行优化。
[0020]对光纤直径的影响的上述解释相应地适用于光孔的横截面。
[0021]图3b示出光孔布置的可能配置的实例。此处将透光区域标记为深色。光孔布置包括4个圆形子光孔。相较于相同大小的单个光孔，信号强度增加了4倍。归因于子光孔之间的距离，串扰(即每个子光孔对相邻子光孔的影响)保持为低。
[0022]图4b示出当通过彩色共焦测量头测量层厚度时的对应波长分辨测量信号。此处通过个别圆形子光孔的直径来确定峰值的宽度，即，类似地，可如同单个光孔那样来分辨小的层厚度。然而，在同一时间，如所提及，信号强度增加4倍，这允许更高的测量速率。
[0023]个别圆形子光孔的串扰会引起宽背景信号。光孔布置(特定来说，圆形子光孔的直径和间距)的几何形状可用于影响例如宽限值内背景信号的峰宽和大小的参数。因此，有可能通过更换光纤连接器获得用于每个测量任务的分辨率和信号强度最优组合。
[0024]除了图3中示出的光孔布置的几何形状之外，可实现针对特定测量任务优化的多种其它光孔几何形状。
[0025]举例来说，这包含子光孔的一维布置，例如个别圆形子光孔线。这类布置引起测量信号沿线方向的空间平均化，同时维持沿正交方向的高空间分辨率。
[0026]另一有利配置是子光孔的二维布置。除了图4中示出的几何形状之外，这还包含例如圆形子光孔六边形图案或棋盘图案。
[0027]光孔布置可被配置成玻璃板，所述玻璃板在光纤侧面部分地涂布有铬层。玻璃板的涂布有铬的区域充当非透射区域，而不被涂布区域充当透光区域。
[0028]在有利实施例中，测量装置根据彩色共焦原理进行测量。在此情况下，测量头包括色散光学元件，其产生纵向色像差以使得测量头与测量点(第一共焦光孔的图像)之间的距离对波长具有明显相依性。
[0029]第二共焦光孔接收从待测量对象反射并从测量头引导到第二共焦光孔的光。被第二共焦光孔透射并引导到评估单元的光的强度在测量点在待测量对象上清晰成像所处的波长下最大。
[0030]在另一实施例中，测量装置根据光谱干涉测量原理进行测量。在此情况下，光从测量头引导到两个界面上且从所述界面反射本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学测量装置，其包括：具有成像光学件和评估单元的测量头，其中所述测量头通过两根光导纤连接到所述评估单元，其中所述评估单元包括光源，所述光源的光通过第一光导纤引导到所述测量头中，且其中借助于分束器将从待测量对象反射的光往回引导通过所述测量头并进入第二光导纤，使得传出光和返回光分开，其中光纤末端位于相对于彼此的共轭位置中，其特征在于所述分束器和所述光纤末端一起布置在可分开地连接到所述测量头的连接器中。2.根据权利要求1所述的光学测量装置，其中第一光纤末端和第二光纤末端分别形成共焦光孔。3.根据权利要求1所述的光学测量装置，其中所述连接器包括形成共焦光孔的至少一个光孔布置。4.根据权利要求3所述的光学测量装置，其中所述至少一个光孔布置包括多个子光孔。5.根据权利要求3至4任一项所述的光学测量装置，其中所述连接器包括第一光孔布置和第二光孔布置，其中所述第一光孔布置和所述第二光孔布置相同地配置。6.根据权利要求1至5任一项所述的光学测量装置，其根据彩色共焦原理进行测量。7.根据权利要求1至5任一项所述的光学测量装...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫，
申请(专利权)人：普瑞斯特光电公司，
类型：发明
国别省市：
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