CN104520667A - 干涉型距离测量装置以及相应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量表面的干涉型距离测量装置，所述干涉型距离测量装置具有：能够被调谐的至少一个激光源，所述激光源具有相干长度，用于产生被波长斜坡调制的测量辐射；光路，所述光路具有用于向表面发射测量辐射的光学传导系统以及用于捕捉由表面反向散射的测量辐射的光学捕捉系统，所述光学捕捉系统包括测量臂以及参考臂；以及辐射探测器和评估单元，用于确定从所述距离测量装置的参考点到所述表面的距离。由至少一个分光器限定用于并行发射测量辐射的n≥2条通道，为所述通道分别分配由相干长度限定的测量范围的一个不同子域。

Description

干涉型距离测量装置以及相应的方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于测量表面的干涉型距离测量装置，以及根据权利要求10的前序部分的相应的方法。

在很多应用领域，需要以极高的精度测量物体表面以及物体自身。这适用于制造业，特别是测量和检查工件表面很重要的制造业。对于这些应用，有大量的测量装置，这些测量装置设计用于具体的任务，也会指定为坐标测量装置或机器。这些测量装置通过建立机械接触并且扫描表面来测量表面。这些测量装置的实施例包括台架测量机，例如在DE4325337或者DE4325347中所描述的。一个不同的系统基于使用铰接臂，其测量传感器放置在多节臂的一端，可以沿着表面移动。标准铰接臂例如在US5402582或者EP1474650中所述。其他方法使用光学测量辐射，从而能够无需接触而扫描表面。

现有技术中已知的一种方式在此是基于干涉方法，例如，光学相干断层扫描(OCT)，例如在WO2009/036861中所描述的或者申请号为11171582.7的欧洲专利申请中描述的。其中公开的距离测量方法为了测量表面的目的使用频率调制激光束，从而提供发射到表面上的测量辐射。由表面反向散射的测量辐射再次被接收，并且用于干涉性测量即在所谓的z向上从参考点到表面的距离，其中使用测量臂以及参考臂。

在大多数示例性实施方式中，通过单个测量通道的方式扫描表面，所述单个测量通道测量到表面一点的距离，其中通过整个探头在表面上的测量点路径上的移动完成表面扫描。然而对于大多数应用来说，还存在一种需求，即同步或者以较快的连续性以距离测量方式扫描相对大量的点，而这无需在每个待测点之上移动带有光学系统的扫描头。

现有技术中一种已知的方法在于使用一维或者二维扫描镜，从而能够在表面之上移动测量光束，而这无需移动测量探头或者整个测量装置。用于医学领域中干涉测量装置的采用微机械元件的相应实现例如在J.Sun等发表在2011年的光学国际期刊(Int.J.of Opt.)上的“基于MEMS的内窥镜光学相干断层扫描”中描述。然而，这些基于反射镜的解决方案的缺点仍然是对体积较大物体的顺序扫描，从而降低了可以实现的速度。仅可能通过提高扫描速度或者通过使用多个通道正交地进行并行测量过程的方式提高速度。

因此，WO2009/036861说明了：探头，在所述探头中测量辐射光路分成两个通道，这两个通道的发射和接收方向相互定向；探头，在所述探头中实现了多个空间平行的通道。这些方法中，可以临时并行或者顺次使用测量通道，其中当同步使用的情况下，两个或者多个分立的测量装置或者可替换地具有多分离通道的单个测量装置都是可能的，其中具有多分离通道的单个测量装置例如通过不同偏振方向的方式实现。这种探头的实施方式允许测量例如边沿或者台阶。然而，由于依赖偏振的分离，结构比较复杂，而且可以实现的通道数量是受限的。

关于基本的测量原理，对于光学相干断层扫描，超高速可调光源是已知的，例如在T.Klein等发表在Opt.Express发表在2011年第19期第3044-3062页的“用于采用1050nm傅里叶域模式锁定激光器极性超宽场视网膜成像的兆赫OCT”(MegahertzOCT for ultrawide-field retinal imaging with a 1050nm Fourier domain mode-lockedlaser)，采用高速线阵CCD在傅里叶域呈现光谱分辨率的超快方法也是已知的，例如在Y.K.Tao等发表在Opt.Lett.2007年第32期第2918页的“使用正弦相位解调的高速综合共轭解析视网膜光谱域光学相干断层扫描”(High-speed complex conjugateresolved retinal spectral domain optical coherence tomography using sinusoidal phasemodulation)中进行说明。

然而，两种方法都表现出缺乏可用相关长度的缺点，例如在工业度量领域所需的可用相关长度，例如用于标准坐标测量机或装置。

对于时域内具有宽带源的光学相干断层扫描(时域OCT)的各种方法，由于较短的相干长度，这可能需要沿Z向(即沿待测表面的表面法线)的额外扫描，这进而需要额外的驱动并增加复杂度，参阅T.Dresel等发表在1992年光学应用第31期第919页的“采用相干雷达对粗糙表面的三维感应”(Three-dimensional sensing ofroughsurfaces by coherence radar)。

对于频域内(即具有光谱分辨率的)光学相干断层扫描(频域OCT)的各个方法可以在其使用区域传感器而非线阵传感器进行并行扫描的能力方面得到进一步发展。然而，较低的帧速率或者读取速度，以及类似的几个毫米数量级的典型较低相干长度在这里是不利的。

这种情况下，通过使用线阵传感器或者区域传感器也可以将频率调制OCT方法增强到二维或三维扫描范围内。由于考虑到需要扫描具有数百个数据点的干涉图，这种情况下，完整的测量同样需要采用线阵传感器或区域传感器对数百个数据区域进行记录，与典型的FD-OCT方法比较，这些方法非常慢(＜100Hz)，例如参阅S.W.Lee等发表在2008年第14卷第50期的IEEE期刊J.Selec.Top.Quant.Electr.的文章“使用频率扫描源的线场光学相关断层扫描”(Line-field optical coherence tomography usingfrequency-sweeping source)。

这里一个共有的主要缺点同样是在自由空间光学器件中所使用的探头的设计，数据由线阵传感器或区域传感器产生。这就意味着不再有可能将采用单模光纤连接的探头与信号产生和信号处理装置空间上分开。除了引起探头复杂度的提升以及由此带来的质量增大外，特别是当前消耗引起的探头发热会带来不利的影响。在坐标测量技术领域，对于在表面之上移动的元器件来说通常有利的做法是尽可能采用无源方式，其结果是使用于移动的加载结构变形的热影响不会提高。另外，移动器件质量较低，特别是探头的质量，会使得动态范围提高，以及加载结构由于加速度带来的变形更小。

一个目的在于提供一种改进的距离测量装置，或者用于测量表面或者用于检测表面形貌的相应测量装置以及相应方法。

另一个目的在于提供这种改进的距离测量装置以及这种方法，所述距离测量装置和所述方法允许测量多个点或者各种点，而无需移动探头，与此相关的是结构复杂度降低，加载结构的热负载降低。

这些目的是通过采用权利要求1和10的内容实现的，或者解决方案由从属权利要求的内容发展。

本发明使用干涉测量原理，本发明具有激光源，所述激光源在波长方面被调制，即以各种波长发射，其中在频域执行测量。这种情况下，由激光源(即激光二极管)产生的激光辐射被所通过的波长斜坡调制，并且辐射的光频率发生变化。例如，对中心波长或者光学频率施加正弦调制。然而例如在调制频率的光学频率单调增或者单调减的半个周期范围对测量得到的干涉图进行评估，所述半个周期此后也被称为波长斜坡。由于可调激光器是带宽很窄的源，所有的干涉效应都存在于一个相同的相干范围内。

这种情况下，波长斜坡实施为一个典型斜坡，即具有待通过的大致线性上升或者下降的波长序列。然而可替换地，还可以随机调制一组不同波长，即，采用偏离线性排列序列的方式，只要检测到一组波长并在斜坡移动过程中对其调制一次。因此，术语“波长斜坡”广义上包括一组不同波长，所述一组不同波长实际上存在连续上升或者连续下降，但是不必一定被通过并采用这一连续性进行调制。然而，设计一个优选实施方式，采用交替上升和下降的线性斜坡序列。

WO2009/036861中或者具有申请号11171582.7的欧洲专利申请中对适于此的方法和器件进行描述。本发明基于一个事实是实现至少两个光学传输通道，所述至少两个光学传输通道也可以用于接收，其中可以进行临时并行发射测量辐射。根据本发明，由相干长度预先限定的可能的测量范围，即可以实现的总测量深度在距离侧被分开，使得每个通道的零点位置转移。由此对每个通道分配具有各自测量深度的一个测量范围的子范围，并且相应的各个通道的零点位置转移已知，并且在测量和其评估中对其进行考虑。因而，在光滑平面情况下，，尽管零点位置不同，所述通道测量到相同距离作为最终结果，为此在采用延迟段进行信号处理之前产生不同交错的距离，该距离已知并且相应的在评估中予以考虑。换句话说，测量的参考点在通道之间转换，但是可以通过计算得以匹配。为了避免通道的串扰或者重叠，例如光学系统应被设计为适宜的测量范围受到相应的高集中度的物理限制。另外，测量物体的表面形貌的变化不能过高，例如应当是个平面。在信号处理过程中，根据测量光学系统的物理状态，带通滤波器的宽度限定了细分的测量范围。最大细分的总测量范围受到相干长度的限制。该通道交叠的最大限值在此通过总测量范围与仍然可分解可使用的细分测量范围之间的比值给出，以及通道内光学能量的持续降低。

通过通道的不同延迟实现零点或者零点位置的转移，所述不同延迟由通过选定的媒介引导光路实现，所述媒介偏离空气，结果是由相干长度限定的测量范围分成多个独立部分，并且将相干长度细分。在对无法透过测量辐射的表面进行技术测量的情况下，特别是金属表面，傅立叶光谱或者干涉谱通常会仅仅呈现一个最大值。结果，频域内大部分的空间不能用于测量。通过考虑给定光源的相干长度情况下将整个可用的测量范围拆分的方式获得并行。在这种情况下，基本上可以保持已经取得的准确度，但是由于拆分，能量分布在不同通道内，尽管这可以通过使用放大器进行补偿。

零点的移动，也被称为频分复用，可以在结构紧凑的实施方式中实现，其中延迟媒介内不同的路径长度可以通过空间上可结合的部件实现，例如玻璃部件或者光纤。

另外，为了避免串扰，有可能使用相干延迟段，连续通道之间的所述相干延迟段的相对长度空间在各种情况下都大于所述相干长度。

该方法还可以与彩色光复用合并，例如用于装饰二维，特别是类矩阵光圈装置。根据本发明，对于给定的发射时刻，然后也为每条通道或者每组通道分配可以通过的波长斜坡的子范围，即，波长和频带，所述子范围指定给在该时刻发射的辐射，所述辐射的波长要被调制。

这种情况下，每条通道都会被分配一个波长斜坡的静态子范围，即通过其他通道发射的测量辐射不会采用这一部分波长斜坡进行调制。与波长斜坡相比，采用更小的偏移执行调制，即，波长斜坡被分成多个部分斜坡，并且整个调制被分成多个部分调制。这种情况下，可以沿着所有通道平均或者不平均的在整个长度上分割波长斜坡，不平均是指每条通道采用不平均的波长偏移。然而，基本上，部分波长斜坡还是会保持未用或者用作其他目的，例如，用于内部标定或者参考测量。该方法的器件侧实现可以通过例如分光镜的方式由彩色分离来实现，特别是还可以通过分光镜的阶梯顺序。由于分割带来的各自光谱的限制从而出现通道的分离。

彩色光复用带来的结果是使用可用光源波长斜坡的较大宽度(100到200nm)，该宽度被分成多个子范围。尽管这并不会影响可以使用的相干长度，但是其确实降低了并行范围内的空间分辨率。由于频域内光学相干干涉的高准确度(3σ～20-30nm)，对于技术表面测量精度的降低通常可以毫无疑问的接受。因此根据本发明，通过至少一个分光器，限定用于并行发射测量辐射的多个通道，各种情况下都会为每个通道分配不同的波长斜坡子范围。每个通道在其输出端都会有一个特定出现的不同的光谱分配，由此具有不同的彩色光特性。彩色多分复用和频分复用的组合使得在接收端对多条通道进行信号分离和分配。

根据本发明的方法使得有可能实现一种符合频域内光学相干断层扫描术原理的干涉距离测量装置，其中在进行并行测量过程情况下，有可能实现探头和信号处理的分离以及通过独立单模光纤实现二者的连接。在表面上待移动的测量探头由此可以采用无源电连接的方式设计而不会产生热负载。使用频分复用，特别是与其他的彩色光复用仪器相连，使得可能将线阵型装置或者矩阵型装置的通道的并行测量的测量速率保持在独立点测量的水平。

基于附图中示意性示出的示例性实施方式，下面仅通过举例的方式对根据本发明的距离测量装置进行更详细的说明或解释，其中具体地：

图1示出现有技术的用于测量表面的测量设备中的干涉测量装置的示意图；

图2示出用于相应测量装置的探头的结构构造的图；

图3示出用于相应测量装置的发送和接收用光学单元的图；

图4示出用于根据本发明的距离测量装置的探头的结构构造的图；

图5示出根据本发明的距离测量装置的光学单元部分的第一示例性实施方式的示意图；

图6示出根据本发明的距离测量装置的光学单元部分的第二示例性实施方式的示意图；

图7示出根据本发明的距离测量装置的光学单元部分的第三示例性实施方式的示意图；

图8示出根据本发明距离测量装置光学单元部分的第四示例性实施方式的示意图；

图9示出用于根据本发明的距离测量装置的发送和接收用光学单元的光圈装置的示意图；

图10示出根据本发明的距离测量装置的基底部分的第一示例性实施方式的示意图；

图11示出频域内电场分布的示意图；

图12示出从频域内的多个干涉图检测到的强度分布的示意图；

图13示出根据本发明的距离测量装置的基底部分的第二示例性实施方式的示意图；并且

图14示出用于根据本发明的距离测量装置的基底部分的第二实施方式的发送和接收用光学单元的光圈装置的示意图。

图1示出现有技术的用于测量表面的测量设备中的干涉测量装置的示意图，例如在WO2009/036861A1或者申请号为11171582.7的欧洲专利申请所说明的。这种装置使用：波长调制的激光源1，用于产生至少一个激光束；以及辐射探测器5，用于接收由表面4反向散射的测量辐射MS。这种情况下，调制的激光源优选设计为该激光源具有大于1mm的相干长度，所述相干长度特别是在1毫米到20厘米的范围内，例如，中心波长在1.3和1.7微米之间，并且动态线宽小于0.02nm以及相干长度为60nm或者大于60nm的情况下可调波长范围大于40nm。因此相干长度还允许在几厘米的深度或者距离范围内进行测量。

激光源1产生的激光辐射通过光学循环器2耦合成用于测量的干涉结构，所述干涉结构具体实施为使用共用路径几何形状，例如也就是说，具有部分共用干涉光路用于测量臂和参考臂。这种情况下，参考臂是由梯度折射率透镜的出光面处的反射确定的，以使得可以确定恒定的尤其是已知的距离，其中避免了进一步的反向反射。因此，参考面置于发送/接收用光学单元3内部，发送/接收用光学单元3在发射激光光束的光束成型光学单元内集成发送和接收用光学单元的多个器件。与之相比，测量臂是由待测表面4处的反射确定的。测量臂和参考臂的反向反射光最终通过光学循环器2再次照射在辐射探测器5上，其中辐射探测器5优选具体实施为带宽大于100MHz的InGaAs探测器。最终，在评估单元(这里没有示出)可以确定待测距离d。

另外，还可能使用具有光学探测器的标定干涉仪(这里没有示出)，用于考虑或者补偿调制行为的非线性，其中所述标定干涉仪可以特别按照标准配置或者马赫曾德尔的配置实施。

这样的距离测量装置可以集成到例如坐标测量设备的探头内用于扫描测量，这种距离测量装置例如可以从WO2009/036861A1获知。图2示出用于相应测量装置的这种探头的结构构造。这种情况下，坐标测量设备具有用于按照确定的扫描方式在待测表面上引导探头的引导装置，并且探头具有用于发送干涉型距离测量装置的测量辐射MS的至少一个发射和接收光路。

以由作为引导装置的臂元件9和连接件8限定的方式，按照扫描方式在待测表面上引导探头，其中连接件8相对于臂元件9的旋转也是可能的。借助随后的连接件8相对于臂元件9的旋转，探头可以很容易的跟随一定角度或者变化极大的表面轮廓。然而基本上，更进一步的旋转或平移自由度可以并入引导装置从而进一步改善对探头的引导。

探头具有测量光束MS的至少一个表面侧发送和接收光路。该示例实施方式中，引导所述光路通过作为探测元件7的薄壁管，所述探测元件包括发送/接收用光学单元。在探头的与所述管相邻的更厚基底部分6内部，可能实际上布置辐射探测器本身或者多条光学波导管，所述光学波导管用于中转到集成在其他地方的辐射探测器，其中用于信号光学和/或电传输的接口以及探头的基底部分6和连接件8之间的连接确保了互换性。

图3示意性示出将发送/接收用光学单元集成到探头的管内。在这种结构中，光纤7a用作引导待发射的测量辐射，以及内部反射的测量辐射和外部反射并再次接收的测量辐射MS。这种情况下，通过一个梯度折射率透镜7b进行发射，梯度折射率透镜7b布置在管状部分并且向待测表面4上发射测量辐射，并且将从所述表面反射的测量辐射MS再次耦合到光纤7a内。然而，现有技术的解决方案仅主要是针对单个测量设计的，其中所述表面也可以由以扫描方式引导的探头连续进行探测。

然而，根据本发明的方法允许改进的并行，并且实现多个测量通道和多样化测量通道，以使得如图4中所示具有多个通道的探头10的结构构造与简单的结构构造结合成为可能。

包括根据本发明的距离测量装置的探头10目前具有基底部分10a，在该基底部分中可以布置激光源和评估电子件。然而，可替换地，这些器件也可以是测量设备的不同器件的一部分，其中连接件8和探头10的基底部分10a之间的光学和/或电连接然后通过一个或多个接口提供。优选地，探头的基底部分10a通过连接管10b与光学单元部分10c连接，其中连接管10b具有光学引导装置。然而，可替换地，还可能使用偏离于此的布置方式来实现根据本发明的距离测量装置。就此而言，例如可能将探头10的所有器件集中在单个紧凑单元内，这样省略了连接管10b。

结果，探头10集成了根据本发明用于测量表面的干涉型距离测量装置的所有或者大多数器件，其中所述装置特别是符合光学相干断层扫描术原理。为了该目的，对可就波长调节的激光源进行调制从而通过线性波长斜坡或者选定的波长调制的方式产生测量辐射MS，选择的波长不必一定是一组线性连续的不同波长。探头10内形成光学光路，其中在光学单元部分10c内形成用于向所述表面上发射测量辐射MS的发送用光学单元以及用于接收由所述表面反向散射的测量辐射MS的接收用光学单元。这种情况下，发送用光学单元和接收用光学单元优选使用相同的元件，这样两个光学单元在一个集成设计中实施为组合的发送和接收用光学单元，所述组合的发送和接收用光学单元特别是通过单个单模光纤连接到辐射探测器。以与现有技术相同的方式在光路中确定或者形成测量臂和参考臂，其中特别是具有测量臂和参考臂的部分共有路径的该干涉臂配置为共有路径干涉仪。用于确定从距离测量装置的参考点到表面之间的距离的辐射探测器和评估单元可以布置在探头10的基底部分10a内部或者探头外，其中后一种情况下探头省掉电子器件并因此可以保持完全无源。

基底部分10a内，激光辐射可以被至少一个分光器分开，以使得所述激光辐射通过延迟部分被后续引导，并且由所述源的相干长度预先确定的测量范围因而在通道之间分配。结果，限定用于并行发射测量辐射MS的至少两条通道，根据本发明每种情况下为两条通道分配测量范围内的一个不同的零点。这就意味着每条通道被分配了一个不同的部分测量范围，所述不同的部分测量范围用于该通道以进行测量。无需就将测量范围均匀分成多个部分测量范围，即，分成具有相同测量深度的子范围，而是将测量范围分成多个部分测量范围还能够包括不同部分测量范围的分配。例如通过这种方式，可以实现具有不同测量特性的通道，例如，如果对钻孔进行测量的情况，具有更小测量范围用于测量内表面的通道设计为与具有更大测量范围用于沿钻孔纵轴线定位的通道平行。

图5示出根据本发明的距离测量装置的光学单元部分的第一示例性实施方式的示意图。该光学单元部分10c通过探头的连接管10b连接到基底部分10a，通道的从分光器中引出的光纤11也延伸在所述基底部分中。在光学单元部分10c的外壳12内，光纤11通过相应分配的套圈13连接到作为平行光管使用的梯度折射率透镜14中。这种情况下，从套圈13到梯度折射率透镜14的相应的过渡段构成反向反射面，用于限定使用共用路径几何形状的参考臂。至少对于n条通道中的n-1条，在每条通道的梯度折射率透镜14下游布置一个用于测量辐射MS的独立的延迟段，所述延迟段可以特别采用不同长度的玻璃元件15实现，就玻璃元件的长度选择所述玻璃元件，以使得每个通道被分配最大测量范围中的一个不同部分。

根据光圈的几何形状，延迟段15的端部连接到线阵或者矩阵显微透镜16。由于延迟段，每个通道目前具有在作为目标表面的焦点和连接到梯度折射率透镜14的过渡套圈13之间的独立长度δL_i，所述独立长度由作为延迟段的相应的玻璃元件15确定。

这些长度δL_i以及由此带来的延迟允许信号处理过程中在傅立叶域分离通道。在该示例性实施方式中，同样使用集成在一起的发送和接收用光学单元，以使得由待测表面反射回来的测量辐射MS再次经过显微透镜16和玻璃元件15而通过。通过它们之后，检测信号再次由分光器合并并且耦合到单个单模光纤内，并且通过所述单个单模光纤引导到辐射探测器内，辐射探测器特别是也能够布置在探头外，由此所述探头是电无源的。这种情况下，由分光器引起的损失被连接在下游的放大器再次补偿。

根据本发明的距离测量装置的光学单元部分的第二和第三实施方式的可替换示例性实施方式如图6和图7所示。

如图6所示的第二示例性实施方式使用用于发送和接收用光学单元的延迟段的不同空间连续长度，发送和接收用光学单元与图5具有基本相同的结构。该示例性实施方式中，玻璃元件15不是线性布置的，而是从外部向内基于它们不断增加的长度布置，此外可替换的，最短的玻璃元件15置于外侧，最长的玻璃元件15置于装置中心。

如图7所示，发送和接收用光学单元的第三可替换示例性实施方式使用两个分离的玻璃基底作为光学器件的载体，其中填充空气的自由间隙18位于玻璃元件15以及用于发射测量辐射MS的微透镜16(一方)和具有下游线阵或矩阵形成的准直微光学单元17的套圈13(另一方)之间。

如图8所示，发送和接收用光学单元的第四可替换示例性实施方式使用一系列非彩色分光器25，从梯度折射率透镜14处看去，所述非彩色分光器具有不断增加的分光器涂层反射率，例如按照20％，25％，33％，50％和100％的顺序。各种情况下在其中一个非彩色分光器25处出射的测量辐射MS都通过显微透镜线阵16独立聚焦。

然而，作为图7示处的类线阵布置方式的替换方案，根据本发明，还可能使用发送和接收用光学单元的类矩阵光圈装置19用于距离测量装置，例如图9示意性示出的。采用二维显微透镜或光圈装置，特别是可以快速的并且以并行方式测量大面积的结构。

图10示出根据本发明的距离测量装置的基底部分10a的第一示例性实施方式的构造。在外壳12内，分光器20可以实施为1×n分光器(所述1×n分光器可以例如实施为2×2熔融光纤耦合器、薄膜滤波器或者平面光波电路)，分光器20引起激光辐射在n条不同的通道内分离，不同的通道通过相干延迟单元21引导。为此目的，各种情况下都为这些通道分配相干延迟段，从而避免通道之间的串扰，所述相干延迟段特别是可以具体实施为光纤L1-L8。从通道L_i到通道L_i+1之间的相干相对长度间距ΔL_i在各种情况下都比激光源的相干长度L_coh要长

$\mathrm{\Δ}{L}_i=L_{i+1}-L_i>\frac{L_{\mathrm{coh}}}{2}.$

这些相干延迟段这里仅用于避免串扰，所以仅在某些情况下使用，例如，假定具有足够大的通道间距。相比而言，将总测量范围分成子范围由延迟段引起，或者由此在如图5-7所示的光学单元部分10c中引起了段差别。

图11示出用于根据本发明的距离测量装置的基底部分10a的第一实施方式的频域内电场或其傅立叶变换FT(E)的分布，所述距离测量装置具有相干延迟单元。在时刻t，频谱包括不同电磁场的贡献，其中每个通道i都具有本振信号e(f_Li，t)以及目标或目标面信号e(f_Ti，t)。这里在各种情况下通道之间在频域内的间距如下：

$\mathrm{\Δ}{f}_{\mathrm{ch}\_i}=\frac{2\mathrm{\Δ}{L}_i\·\mathrm{\γ}}{c}$

其中c表示光速，γ表示调制激光源的调节速度，例如20THz/ms。

除了通道相互之间较大的间距Δf_{ch_i}，每条通道分成两个信号分量：本振信号LO(即参考臂)的信号分量和目标(即测量臂)的信号分量，间距为：

其中δL_i＝L_{target_i}-L_{LO_i}

其中L_{LO_i}和L_{target_i}分别表示参考臂和测量臂的长度，并且它们之间的差值δL_i与要求到表面的距离对应。这些要求的到待测表面的距离的确定基本上在现有技术中已知，例如WO2009/036861或者申请号为11171582.7的欧洲专利申请中说明的。

图12示出频域内所检测到的强度或其傅立叶变换FT(I)的分布的示意图，该分布有多幅干涉图组成。傅立叶谱的峰值可以通过信号处理中的带通滤波器分离并且独立进行评估。

使用延迟段的频分复用方法也可以与通道的彩色复用方法合并使用，图13中示意性示出根据本发明的距离测量装置的基底部分的第二示例性实施方式。这种情况下，两个方法可以同时实现，并且在探头的基底部分10a内相互组合。

基底部分10a的外壳12内，阵列式波导栅，如彩色分光器23放置在具有套圈22的单模光纤的下游。这种阵列式波导栅通过将调制范围或者波长斜坡分成不同的分支或者子范围产生彩色光复用，以使得波长斜坡分成多个宽度相同的波长带，所述波长带的数量与通道数量对应，所述通道数量与彩色分区数量对应。对于调制范围在1500和1600nm之间的情况，有可能使用电信领域的元器件作为c和1带。就此而言，在这个区域中使用波导栅从而将通道分成不同的独立的所谓ITU通道。这种情况下，通道的宽度取决于所使用的ITU标准，所述宽度范围从50，100或者200GHz到几纳米。这样的彩色分光器23使得有可能实现激光辐射的彩色或者光谱分离到不同通道内，特别是通道的复用，其中这里所示的阵列式波导栅，如通过示例方式的彩色分光器23的作用如一个集成分光计。在彩色分光计23的输出端，分到各个通道内的测量辐射通过多光纤套圈24连接到各个独立的光纤11内，每条光纤分配频率或波长范围Δλ₁-Δλ_n中的一个。在各种情况下，它们那一部分的光纤11被引导到非彩色1×m分光器20内，所述非彩色1×m分光器也可以用于图10或者根据本发明的用于距离测量装置的基底部分的第一示例性实施方式中。每个分光器20的下游顺次放置一个相干延迟单元21，从1，1到n，m编号的输出端合并在一起形成光纤束，并且通过连接管10b按照与其他实施方式相同的方式被引导至光学单元部分。可以依次按照图5-7的示例性实施方式配置光学单元部分。该实施例中所示的带有下游相干延迟单元的彩色分光器序列并不是强制性的，也可以反过来，特别是按其顺序反过来。

基底部分的第二示例性实施方式中不同通道的光圈可以按照类矩阵方式排列，特别是按照图14所示的序列，其中执行彩色范围的分配(所述彩色范围按列而不同)，给所述彩色范围强加按行而不同的延迟，以使得由于其专属于波长范围和延迟的组合，每条独立通道都被配置为独立的，从而所接收的信号也是可指定的。

Claims (15)

1.一种用于测量表面(4)的干涉型距离测量装置，特别是根据光学相干断层扫描术的原理的干涉型距离测量装置，所述干涉型距离测量装置至少包括：

-具有相干长度的可调激光源(1)，所述激光源用于产生采用波长斜坡调制的测量辐射(MS)，其中，所述激光源(1)的所述相干长度限定测量范围，

-光路，所述光路具有：

ο发送用光学单元，所述发送用光学单元用于向所述表面(4)上发射所述测量辐射(MS)；

ο接收用光学单元，所述接收用光学单元用于接收从所述表面反向散射的所述测量辐射(MS)；

ο由测量臂和参考臂构成的干涉仪，特别是所述干涉仪具有测量臂和参考臂的部分共有光路，

-辐射探测器以及评估单元，用于确定从所述距离测量装置的参考点到所述表面(4)的距离，

其特征在于：

借助于至少一个分光器(20，25)限定了用于并行发射测量辐射(MS)的n≥2条通道，所述通道均被分配了由所述相干长度限定的所述测量范围的不同子范围，特别是其中，所述通道按照线性式或者矩阵式结构布置在所述发送用光学单元内。

2.根据权利要求1所述的距离测量装置，其特征在于：

由所述相干长度限定的所述测量范围被分成测量深度相同的子范围。

3.根据权利要求1或2所述的距离测量装置，其特征在于：

至少n-1条通道均具有延迟分段，特别是所述延迟分段为不同长度的玻璃元件(14)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的距离测量装置，其特征在于：

用于并行发射所述测量辐射(MS)的所述通道由至少n-1个分光器(25)的序列限定，用于断开所述通道的连接，其中，所述分光器(25)具有顺次逐渐增加的分光器涂层反射率。

5.根据上述权利要求中任一项所述的距离测量装置，其特征在于：

至少n-1条通道均具有用于避免串扰的相干延迟段，所述相干延迟段特别是光纤(L1-L8)，所述光纤的通道之间的相对长度间距均大于所述相干长度。

6.根据上述权利要求中任一项所述的距离测量装置，其特征在于：

所述发送用光学单元和所述接收用光学单元被实施为组合式发送和接收用光学单元(10b)，所述组合式发送和接收用光学单元经由单模光纤连接至所述辐射探测器，特别是所述组合式发送和接收用光学单元经由单个单模光纤连接至所述辐射探测器。

7.根据上述权利要求中任一项所述的距离测量装置，其特征在于：

所述分光器(20)为2×2熔融光纤耦合器、薄膜滤波器或平面波导电路。

8.根据上述权利要求中任一项所述的距离测量装置，其特征在于：

所述通道被分配所述波长斜坡的不同子范围，特别是所述波长斜坡被分光器分成宽度相同的波长带。

9.根据权利要求8所述的距离测量装置，其特征在于：

所述波长斜坡的所述子范围通过彩色分离产生，特别是所述波长斜坡的所述子范围由彩色分光器(23)产生。

10.一种用于测量表面(4)的干涉型距离测量方法，特别是根据光学相干断层扫描术的原理的干涉型距离测量方法，所述干涉型距离测量方法至少包括：

-借助于具有相干长度的激光源(1)产生采用波长斜坡调制的测量辐射(MS)，其中，所述激光源(1)的所述相干长度限定测量范围；

-向所述表面(4)上发射所述测量辐射(MS)；

-接收从所述表面反向散射的所述测量辐射(MS)，并以干涉方式确定从所述距离测量装置的参考点到所述表面(4)的距离，

其特征在于：

一旦发射，所述测量辐射(MS)就经由n≥2条通道被并行引导，所述通道均被分配了由所述相干长度限定的所述测量范围的不同子范围。

11.根据权利要求10所述的距离测量方法，其特征在于：

由所述相干长度限定的所述测量范围被分成测量深度相同的子范围。

12.根据上述权利要求10和11中任一项所述的距离测量方法，其特征在于：

所述测量辐射(MS)均在至少n-1条通道内延迟，以使得每条通道均被分配不同子范围。

13.根据上述权利要求10至12中任一项所述的距离测量方法，其特征在于：

所述测量辐射(MS)在至少n-1条通道内如此被延迟从而避免串扰，即，与延迟对应的通道之间的相对长度间距均大于所述激光源(1)的所述相干长度。

14.根据上述权利要求10至13中任一项所述的距离测量方法，其特征在于：

对于特定发射时刻，为所述通道分配所述波长斜坡的不同子范围，特别是所述波长斜坡被分成宽度相同的波长带。

15.根据权利要求14所述的距离测量方法，其特征在于：

所述波长斜坡的所述子范围通过彩色分离产生。