DE10321885B4 - Arrangement and method for highly dynamic, confocal technology - Google Patents

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Abstract

Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente mit einem Prüfobjektiv (12), wobei die brechkraftvariable, abbildende Komponente (7) auch mindestens eine diffraktive Subkomponente (7.2 und 7.4 bis 7.8) aufweisen kann, gekennzeichnet dadurch, dass eine Hauptebene der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente (7) in der dem Objekt (13) abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs (12) oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene angeordnet ist, wobei diese Ebene auch die Pupillenebene des Gesamtsystems für die Objektbeleuchtung und -abbildung darstellt.Confocal arrangement with refractive-power-variable imaging component with a test objective (12), wherein the refractive-power-variable imaging component (7) can also have at least one diffractive subcomponent (7.2 and 7.4 to 7.8), characterized in that a main plane of the refractive-power-variable imaging component ( 7) is arranged in the focal plane of the test objective (12) facing away from the object (13) or in a plane optically conjugate to this focal plane, this plane also representing the pupil plane of the overall system for object illumination and illumination.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Durchfokussierung spielt bekannterweise bei der konfokalen Mikroskopie seit Marvin Minski [s. a. Patentschrift US 3,013,467 vom 19. Dezember 1961] eine funktionstragende Rolle. Es wurden bereits viele Anstrengungen unternommen, die Durchfokussierung ohne mechanisch bewegte Teile zu realisieren. Ein Beispiel stellen die von H. J. Tiziani und H.-M. Uhde im Fachartikel „Three-dimensional image sensing by chromatic confocal microscopy in Applied Optics”, Vol. 33, No. 10, April 1994, S. 1838 bis 1843 dargestellten Arbeiten dar. Im Fachaufsatz „Chromatic confocal microscopy with microlenses” von H. J. Tiziani, R. Achi und R. N. Krämer in Journal of Modern Optics, 1996, Vol. 43, No. 1, 155–163 werden beispielsweise diffraktive Mikrolinsen in Zusammenwirken mit verschiedenen Laserwellenlängen zur chromatischen Fokussierung eingesetzt. Beim Einsatz von diffraktiven Mikrolinsen zur chromatischen Fokussierung spielt auch die chromatische Längsaberration der eingesetzten Transferoptik oft eine nicht zu vernachlässigende Rolle.The focussing is known to play in confocal microscopy since Marvin Minski [sa patent US 3,013,467 of December 19, 1961] has a functionally important role. Many efforts have already been made to realize the focussing without mechanically moving parts. An example is provided by HJ Tiziani and H.-M. Uhde in the article "Three-dimensional image sensing by chromatic confocal microscopy in Applied Optics", Vol. 10, April 1994, pp. 1838-1843. In the technical paper "Chromatic confocal microscopy with microlenses" by HJ Tiziani, R. Achi and RN Krämer in Journal of Modern Optics, 1996, Vol. 1, 155-163, for example, diffractive microlenses are used in cooperation with different laser wavelengths for chromatic focusing. When using diffractive microlenses for chromatic focusing, the chromatic longitudinal aberration of the transfer optics used often plays a not insignificant role.

In der Schrift DE 196 12 846 A1 wird eine Zusatzoptik mit einem definierten chromatischen Längsfehler beschrieben. Es handelt sich um eine chromatisch-konfokale Anordnung mit einem brechkraftvariablen Zusatz-Abbildungssystem (d. h. mit einer brechkraftvariablen, abbildenden Komponente) mit einem Prüfobjektiv, wobei hier die chromatische Längsaberration der konfokalen Anordnung genau der des Zusatzabbildungssystems entsprechen soll. Dies erfordert jedoch Nullfehler-Objektive, die vergleichsweise teuer sind. In der Schrift DE 196 12 846 A1 wird insbesondere jedoch nicht dargestellt, wo sich exakt die Hauptebenen dieser Zusatzoptik in Bezug auf das Mikroskopobjektiv befinden müssen, um unerwünschte, chromatisch bedingte Effekte und Änderungen des Abbildungsmaßstabes vollständig zu vermeiden.In Scripture DE 196 12 846 A1 An additional optics with a defined longitudinal chromatic aberration is described. It is a chromatic-confocal arrangement with a refractive power-variable additional imaging system (ie with a refractive power variable, imaging component) with a test objective, in which case the longitudinal chromatic aberration of the confocal array should correspond exactly to that of the additional imaging system. However, this requires zero-error lenses, which are relatively expensive. In Scripture DE 196 12 846 A1 However, in particular, it is not shown where exactly the main planes of this additional optical system must be in relation to the microscope objective in order to completely avoid unwanted, chromatic effects and changes in magnification.

Aus dem Fachartikel „Nontranslational three-dimensional profilometry by chromatic confocal microscopy with dynamically configurable micromirror scanning” von S. Cha, P. C. Lin, L. Zhu, P.-Ch. Sun und Y. Feinman in Applied Optics, Vol. 39, No. 16 vom 1. Juni 2000, S. 2605 bis 2613 ist eine konfokale Anordnung mit einer Lichtquelle, mit einer brechkraftvariablen, abbildenden Komponente, mit einem Prüfobjektiv und mit einem Tubusobjektiv bekannt, wobei die brechkraftvariable, abbildende Komponente eine diffrraktive Subkomponente aufweist. Insbesondere wird in diesem Fachartikel die Möglichkeit aufgezeigt, mittels einer Abbildungsstufe mit einer diffraktiven Linse eine chromatische Längsaberration zu erzielen. Diese brechkraftvariable Anordnung ändert jedoch auch den Maßstab der Abbildung vom Objekt auf die Kamera. Dies ist für die messtechnische Applikation in der Regel nicht akzeptabel. Weiterhin ist im Fachartikel „3D Microinspection goes DMD” von F. Bitte, G. Dussler und T. Pfeiffer in der Fachzeitschrift Optics and Lasers in Engineering 36 (2001) 155–167 eine Möglichkeit dargestellt, das konfokale Prinzip mittels DMDs zur Erzeugung von gesteuerten Lichtquellpunkten in einem Array anzuwenden. Jedoch beträgt hierbei die Zeit für die dreidimensionale Vermessung beim Stand der Technik noch einige Minuten.From the article "Nontranslational three-dimensional profilometry by chromatic confocal microscopy with dynamically configurable micromirror scanning" by S. Cha, P.C. Lin, L. Zhu, P.-Ch. Sun and Y. Feinman in Applied Optics, Vol. 16, Jun. 1, 2000, pp. 2605-2613 discloses a confocal array having a light source, a refractive index variable imaging component, a test lens, and a barrel lens, wherein the refractive power variable imaging component comprises a diffrictive subcomponent. In particular, this article shows the possibility of achieving a longitudinal chromatic aberration by means of an imaging stage with a diffractive lens. However, this power variable array also changes the scale of the image from the object to the camera. This is usually not acceptable for metrological application. Furthermore, in the article "3D Microinspection goes DMD" by F. Please, G. Dussler and T. Pfeiffer in the journal Optics and Lasers in Engineering 36 (2001) 155-167 presented a way the confocal principle using DMDs for the generation of controlled Apply light source points in an array. However, in this case the time for the three-dimensional measurement in the prior art is still a few minutes.

Im Fachaufsatz „Twisted nematic liquid-crystal pixelated active lens” von Vincent Laude in Optics Communications vom 15. Juli 1998, S. 134 bis 152, wird auf die vielfältigen Möglichkeiten hingewiesen, durch Operationen in der Pupille mit elektronisch gesteuerten Arrays, hier LCDs, beispielsweise die Fokussierung in einem Abbildungssystem zu beeinflussen, also zu fokussieren. Bei den dargestellten Arbeiten befindet sich das LCD in der Pupillenebene des Abbildungssystems. Jedoch ändert sich durch diese Operationen in der Pupille zur Fokussierung auch die Brennweite des gesamten Abbildungssystems. Die unerwünschte Folge ist hierbei die Veränderung des Abbildungsmaßstabes der Abbildung bei einer derartigen Fokussierung. Weiterhin ändern sich die Richtungen der Lichtstrahlen im Feld bei der so beeinflussten Abbildung, beispielsweise bei der Abbildung eines Messobjektes auf eine Kamera. Dies kann, beispielsweise bei lichtstarken Abbildungssystemen mit großen Pupillen in Verbindung mit modernen Kameras mit integrierten Mikrolinsen-Arrays, welche am besten einen zumindest näherungsweise telezentrischen Strahlengang benötigen, ein Problem darstellen, da sich so neben der lateralen Verschmierung auch noch die Intensität in den Pixeln der Kamera beim Durchfokussieren ändern kann. Diese genannten Eigenschaften stellen besonders für die hochauflösende dreidimensionale Messtechnik eine nichtakzeptable Einschränkung dar, auch wenn ein Teil der Beeinflussungen durchaus noch numerisch kompensiert werden kann.The technical paper "Twisted nematic liquid crystal pixelated active lens" by Vincent Laude in Optics Communications of 15 July 1998, pp. 134 to 152, refers to the manifold possibilities, through operations in the pupil with electronically controlled arrays, here LCDs, For example, to influence the focus in an imaging system, so to focus. In the work shown, the LCD is in the pupil plane of the imaging system. However, through these operations in the pupil for focusing, the focal length of the entire imaging system also changes. The undesirable consequence here is the change in the imaging scale of the image in such a focusing. Furthermore, the directions of the light rays in the field change in the thus influenced image, for example when imaging a measurement object on a camera. This can, for example in bright imaging systems with large pupils in conjunction with modern cameras with integrated microlens arrays, which best require an at least approximately telecentric beam path, pose a problem, since in addition to the lateral smearing and the intensity in the pixels of the Camera can change when focussing. These properties, especially for high-resolution three-dimensional measurement technology, represent an unacceptable limitation, even if some of the influences can still be numerically compensated.

Ziel und Aufgabe der ErfindungAim and object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in einem kostengünstigen, robusten, tiefenmessenden, konfokalen Sensor zur Bestimmung des Abstandes, der Gestalt und insbesondere des zwei- oder dreidimensionalen Mikroprofils von Messobjekten, die im Messvorgang gegebenenfalls auch bewegt werden können. Darüber hinaus können in einem zu analysierenden, mikroskopisch kleinem Probenvolumen mittels konfokalem Sensor aber auch zwei- oder dreidimensionale Transparenz- oder Reflexionsprofile der Probe ermittelt werden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung muss es sich jedoch nicht in jedem Fall um einen mikroskopischen Strahlengang handeln, da mit konfokalen Anordnungen auf der Grundlage der Erfindung auch die Gestalt vergleichsweise großer Objekte optisch abgetastet werden soll.The object of the invention is a cost-effective, robust, depth-measuring, confocal sensor for determining the distance, the shape and, in particular, the two-dimensional or three-dimensional microprofile of measurement objects which may possibly also be moved in the measurement process. In addition, two-dimensional or three-dimensional transparency or reflection profiles of the sample can be determined in a microscopic sample volume to be analyzed by means of a confocal sensor. The solution according to the invention, however, does not always have to be a microscopic beam path, since confocal arrangements based on the Invention, the shape of comparatively large objects to be optically scanned.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, den Abstand einer Oberfläche zu messen oder die Oberfläche eines Objektes optisch, sehr schnell und vergleichsweise genau mit dem Verfahren der konfokalen Detektion, bzw. mit einem konfokalen Sensor auch in einem vergleichsweise großem Tiefenbereich abzutasten, insbesondere um das zwei- oder dreidimensionale Profil der Oberfläche zu erfassen. Es kann aber auch das zwei- oder dreidimensionale Transparenz- oder Reflexionsgradprofil eines Objektes mit der Erfindung bestimmt werden.An object of the invention is to measure the distance of a surface or to scan the surface of an object optically, very quickly and comparatively accurately with the method of confocal detection, or with a confocal sensor even in a comparatively large depth range, in particular by two - or to capture three-dimensional profile of the surface. However, it is also possible to determine the two-dimensional or three-dimensional transparency or reflectance profile of an object with the invention.

Diese Aufgabe wird durch eine konfokale Anordnung mit den im Anspruch 1, 2, 8 oder 9 angegebenen Merkmalen und ein konfokales Verfahren mit den im Anspruch 13, 14 oder 15 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved by a confocal arrangement having the features specified in claim 1, 2, 8 or 9 and a confocal method having the features specified in claim 13, 14 or 15. Preferred embodiments will be apparent from the dependent claims.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Es wird davon ausgegangen, dass bei einer konfokalen Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente dem zu prüfenden Objekt in allen hier betrachteten Fällen, ein Prüfobjektiv zugeordnet ist.It is assumed that in the case of a confocal arrangement with refractive-power-variable, imaging component, a test objective is assigned to the object to be tested in all the cases considered here.

Die Brechkraft stellt ganz allgemein den reziproken Wert der Brennweite eines Abbildungssystems dar und kann hier somit auch für diffraktive und spiegelnde, abbildende Komponenten verwendet werden.The refractive power generally represents the reciprocal value of the focal length of an imaging system and can thus also be used here for diffractive and reflective imaging components.

Das dem Objekt zugeordnete Prüfobjektiv kann ein Mikroskopobjektiv sein und dient dabei sowohl der Beleuchtung der Objektoberfläche als auch der Abbildung derselben. Das Prüfobjektiv kann aber auch als ein Objektiv für die makroskopische Abbildung ausgebildet sein. Weiterhin kann in bekannter Weise im Strahlengang der konfokalen Anordnung dem Prüfobjektiv ein Tubusobjektiv vorgeordnet sein. Dabei muss es sich jedoch hierbei nicht um ein Objektiv handeln, welches nach Unendlich korrigiert ist. Im Extremfall kann das Tubusobjektiv in der erfindungsgemäßen konfokalen Anordnung sogar völlig fehlen. Diesem Tubusobjektiv kann eine monochromatische oder im Fall eines chromatisch-konfokalen Verfahrens eine spektral breitbandige Quelle elektromagnetischer Strahlung vorgeordnet sein. Diese Quelle, meist eine Lichtquelle im sichtbaren Spektralbereich, kann eine Spektralverteilung mit mindestens drei unterschiedlichen Spektralbereichen aufweisen. Diese Bereiche können im Grenzfall durch drei einzelne Wellenlängen einer Laserlichtquelle dargestellt sein. Andererseits kann die Lichtquelle aber auch zumindest näherungsweise als ein Weißlicht-Strahler ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die Lichtquelle selbst in bekannter Weise zeitsequenziell in der Wellenlänge durchstimmbar ausgeführt ist, beispielsweise als Ti:Sapphir Laser. Eine Weißlichtquelle kann aber auch im Zusammenwirken mit einem nachgeordneten Monochromator ausgebildet sein, wodurch das zeitsequenzielle Durchstimmen möglich ist.The test objective assigned to the object can be a microscope objective and serves both to illuminate the object surface and to image it. However, the test objective can also be designed as a lens for macroscopic imaging. Furthermore, in the known manner, a tube objective can be arranged upstream of the test object in the beam path of the confocal arrangement. However, this does not have to be a lens corrected to infinity. In extreme cases, the tube lens in the confocal arrangement according to the invention may even be completely absent. This tube objective can be preceded by a monochromatic or, in the case of a chromatic-confocal process, a spectrally broadband source of electromagnetic radiation. This source, usually a light source in the visible spectral range, can have a spectral distribution with at least three different spectral ranges. In the limiting case, these areas can be represented by three individual wavelengths of a laser light source. On the other hand, however, the light source can also be designed at least approximately as a white light emitter. It is also possible for the light source itself to be tunable in a time-sequential manner in the wavelength in a known manner, for example as a Ti: sapphire laser. However, a white light source can also be designed in cooperation with a downstream monochromator, whereby the time-sequential tuning is possible.

Im Strahlengang ist zur Realisierung des konfokalen Prinzips ein in bekannter Weise die Lichtstrahlenbündel begrenzendes System angeordnet, vorzugsweise ein feststehendes Mikrolinsen-Array mit einer in einer nachfolgenden Abbildungsstufe angeordneten Blende. Dieses Mikrolinsen-Array erzeugt eine Anzahl von Lichtquellpunkten, vorzugsweise in mindestens einer einzigen Linie, vorzugsweise in mehreren Linien oder vorzugsweise in einer Array-Anordnung. Wird anstelle eines Mikrolinsen-Arrays nur eine einzelne Mikrolinse verwendet, entsteht nur ein einzelner Lichtquellenpunkt und somit auch nur ein einzelner Abtastpunkt. Es können aber auch grundsätzlich beliebige Figuren von Lichtquellpunkten ausgebildet werden.In order to realize the confocal principle, a system limiting the light beam in a known manner is arranged in the beam path, preferably a fixed microlens array having a diaphragm arranged in a subsequent imaging stage. This microlens array produces a number of light source spots, preferably in at least one single line, preferably in multiple lines, or preferably in an array arrangement. If only a single microlens is used instead of a microlens array, only a single light source point is created, and thus only a single scanning point. In principle, however, any desired figures of light source points can also be formed.

Dem Prüfobjektiv ist in Lichtrichtung für die Beleuchtung eine brechkraftvariable, abbildende Komponente vorgeordnet. Diese Komponente soll, lateral betrachtet, stets die Wirkung eines einzelnen optischen Systems aufweisen, also vorzugsweise nur eine einzige optische Achse besitzen und somit also selbst in der Regel kein Array darstellen. Die brechkraftvariable, abbildende Komponente besitzt zumindest im Bereich ihrer optischen Achse zumindest näherungsweise eine einzige oder, wenn optische Bauelemente mit einer größeren Mittendicke eingesetzt sind, eine erste und auch eine zweite Hauptebene. Dabei ist diese Komponente vorzugsweise zentriert zum Prüfobjektiv. Diese brechkraftvariable, abbildende Komponente kann auch mindestens eine einzige diffraktive Subkomponente beinhalten. Die erste und die zweite Hauptfläche dieser brechkraftvariablen, abbildenden Komponente stellen also zumindest näherungsweise die beiden Hauptebenen eines optischen Abbildungssystems dar. Diese Hauptebenen können bei einem dünnen System auch zumindest näherungsweise in einer einzigen Ebene zusammenfallen. Erfinderisch ist hierbei, dass eine der Hauptebenen oder die gemeinsame Hauptebene der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente zumindest näherungsweise in der dem Objekt abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene angeordnet ist, wobei diese Ebene außerdem auch noch die Pupillenebene des Gesamtsystems für die Objektbeleuchtung und Objektabbildung in der konfokalen Anordnung darstellt.The test objective is preceded by a refractive-power-variable, imaging component in the light direction for the illumination. This component should, viewed laterally, always have the effect of a single optical system, so preferably have only a single optical axis and thus therefore usually do not represent an array. The refractive power variable, imaging component has at least approximately a single or at least in the region of its optical axis or, if optical components are used with a larger center thickness, a first and a second main plane. In this case, this component is preferably centered to the test objective. This refractive power variable imaging component may also include at least one single diffractive subcomponent. Thus, the first and second major surfaces of this refractive power variable imaging component represent, at least approximately, the two major planes of an optical imaging system. These major planes may also coincide, at least approximately, in a single plane in a thin system. It is inventive here that one of the main planes or the common main plane of the refractive power variable imaging component is at least approximately disposed in the focal plane of the test objective facing away from the object or in a plane optically conjugate to this focal plane, this plane also also the pupil plane of the overall system for represents the object illumination and object image in the confocal arrangement.

Genau diese hier beschriebenen Merkmale führen nun dazu, dass bei einer Veränderung der Brechkraft dieser brechkraftvariablen, abbildenden Komponente sich eine Tiefenverschiebung der durch das Prüfobjektiv erzeugten Bilder der Lichtquellpunkte im Objektraum ergibt. Dabei, und das ist das besonders Vorteilhafte, bleibt der Schwerstrahl im Objektraum in seiner Lage zumindest näherungsweise unverändert. Da die dem Objekt abgewandte Brennebene des Prüfobjektivs auch die Pupillenebene sein soll, sind die Schwerstrahlen im Objektraum stets zumindest näherungsweise telezentrisch ausgebildet. So bleibt der Abbildungsmaßstab der konfokalen Anordnung auch bei einer Variation der Brechkraft der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente konstant.Exactly these features described here now lead to a change in the refractive power of this refractive power variable, imaging Component results in a depth shift of the images produced by the test lens of the light source points in the object space. In this case, and that is the most advantageous, the heavy beam in the object space remains at least approximately unchanged in its position. Since the object facing away from the focal plane of the Prüfobjektivs should also be the pupil plane, the heavy beams are always at least approximately telecentric in the object space. Thus, the magnification of the confocal arrangement remains constant even with a variation of the refractive power of the refractive power variable, imaging component.

Dabei ist es für diese Erfindung völlig nebensächlich, ob sich die Veränderung der Brechkraft der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente über der Lichtwellenlänge ändert, das System also chromatisch ausgebildet ist, oder in anderer Weise die Brechkraft dieser Komponente verändert wird, beispielsweise durch eine vorbestimmte Steuerung.It is completely irrelevant for this invention, whether the change in refractive power of refractive power variable, imaging component changes over the wavelength of light, the system is chromatically formed, or otherwise the refractive power of this component is changed, for example by a predetermined control.

Wenn es keine gemeinsame Hauptebene der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente gibt, ist vorzugsweise die andere Hauptebene der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente zumindest näherungsweise in der Brennebene des Tubusobjektivs positioniert, welche dem Prüfobjektiv zugeordnet ist. Dann besteht vorteilhafterweise auch im Raum der Lichtquellpunkte effektiv ein telezentrischer Strahlengang, da nur der telezentrische Teil der Lichtbündel weiter verwendet wird. Die brechkraftvariable, abbildende Komponente kann aber vorzugsweise auch so dünn ausgeführt sein, dass zumindest näherungsweise dadurch nur eine einzige Hauptebene besteht und diese Hauptebene mit den beiden koplanaren Brennebenen von Tubusobjektiv und Prüfobjektiv oder in einer zu diesen Brennebenen optisch konjugierten Ebene in einer gemeinsamen Ebene zusammenfällt.If there is no common principal plane of the refractive power variable imaging component, preferably the other major plane of the refractive power variable imaging component is at least approximately positioned in the focal plane of the tube objective associated with the test objective. Then advantageously there is also a telecentric beam path in the space of the light source points, since only the telecentric part of the light beam is used further. However, the refractive-power-variable, imaging component can preferably also be made so thin that at least approximately only a single main plane exists and this main plane coincides with the two coplanar focal planes of tube objective and test objective or in a plane that is optically conjugate to these focal planes in a common plane.

Dabei kann die brechkraftvariable, abbildende Komponente unter bestimmten Bedingungen auch die Brechkraft null aufweisen.In this case, the refractive power variable, imaging component under certain conditions, the refractive power zero have.

Erstens kann sich erfindungsgemäß die Brechkraft der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente also in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes ändern. Dann ist die brechkraftvariable, abbildende Komponente ein chromatisches System, welches mit einer Lichtquelle mit mehreren Lichtwellenlängen benutzt wird. Vorzugsweise besteht diese chromatische, brechkraftvariable, abbildende Komponente aus zwei Subkomponenten. Diese weisen vorzugsweise bei einer zumindest näherungsweise mittleren Wellenlänge im verwendeten Spektrum der Lichtquelle die im Betrag zumindest näherungsweise gleiche, jedoch in der Wirkung umgekehrte Brechkraft auf, so dass von einer Subkomponente ein Lichtstrahlenbündel gesammelt und von der anderen gestreut wird. Vorzugsweise ist dabei mindestens eine dieser Subkomponenten chromatisch ausgebildet. Dabei können auch beide Subkomponenten mit zumindest teilweise diffraktiv wirkenden Mikrostrukturen ausgebildet sein. Es kann aber auch eine diffraktive Mikrostruktur ausgebildet sein, die zumindest in einem spektralen Bereich – also mindestens für einige ausgewählte Lichtwellenlängen – achromatische Eigenschaften aufweist. Diese beiden diffraktiven Subkomponenten stehen sich mit ihren diffraktiven Strukturen dabei vorzugsweise direkt gegenüber, sind also beispielsweise nur in einem Abstand von wenigen Lichtwellenlängen voneinander entfernt.First, according to the invention, the refractive power of the refractive-power-variable, imaging component can therefore change as a function of the wavelength of the light. Then, the refractive power variable imaging component is a chromatic system used with a multiple wavelength light source. Preferably, this chromatic, brechkraftvariable, imaging component consists of two subcomponents. These have preferably at an approximately at least approximately average wavelength in the spectrum of the light source used in the amount at least approximately the same, but in effect inverted refractive power, so that collected by a sub-component, a light beam and scattered by the other. Preferably, at least one of these subcomponents is formed chromatically. Both subcomponents may also be formed with microstructures that act at least partially diffractively. However, a diffractive microstructure may also be formed which has achromatic properties at least in a spectral range, that is, at least for a few selected wavelengths of light. These two diffractive subcomponents, with their diffractive structures, are preferably directly opposite one another, that is, for example, they are only separated from one another by a distance of a few wavelengths of light.

So ist dann diese chromatische brechkraftvariable, abbildende Komponente vorzugsweise diffraktiv oder zumindest teilweise diffraktiv ausgebildet. Es können aber auch beide Subkomponenten dieser brechkraftvariablen abbildenden Komponente chromatisch ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann hier auch eine Ausbildung derselben mit entgegengesetzter chromatischer Charakteristik bestehen. Die zweite Subkomponente kann refraktiv ausgebildet sein, kann also als eine vorzugsweise dünne Linse oder als eine Linsengruppe ausgebildet sein.Thus, this chromatic refractive power variable, imaging component is preferably designed diffractive or at least partially diffractive. However, it is also possible for both subcomponents of this refractive-power-variable imaging component to be of chromatic design. Optionally, this may also be a training of the same with opposite chromatic characteristics. The second subcomponent can be designed to be refractive, ie it can be designed as a preferably thin lens or as a lens group.

Vorzugsweise ist die brechkraftvariable, abbildende, chromatische Komponente in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge also gleichzeitig eine fokussierende, eine mit der Brechkraft null oder eine das Lichtbündel divergierende Komponente. In jedem Fall stellt diese Komponente so ein abbildendes System mit variabler Brechkraft dar. Außerdem ist diese brechkraftvariable, abbildende Komponente vorzugsweise rotationssymmetrisch. Dies betrifft dann sowohl ihre geometrische Form als auch ihre optische Funktion. Dabei kann diese Komponente eine kreisringförmige Wirkfläche, also eine kreisringförmige Pupillenfläche, beispielsweise durch eine Mittenabschattung aufweisen. Vorzugsweise ist die brechkraftvariable, abbildende, chromatische Komponente zur optischen Achse des Prüfobjektivs zentriert.Preferably, the refractive power variable, imaging, chromatic component as a function of the wavelength of light so simultaneously a focusing, one with the refractive power zero or a light beam diverging component. In any case, this component thus constitutes a variable refractive power imaging system. In addition, this refractive power variable imaging component is preferably rotationally symmetric. This then affects both their geometric shape and their optical function. In this case, this component can have an annular active surface, that is to say an annular pupil surface, for example by a center shading. Preferably, the refractive power variable imaging chromatic component is centered to the optical axis of the inspection objective.

Durch die kreisringförmige Wirkfläche dieser Komponente oder der zum Aufbau verwendeten Subkomponenten können in einem konfokalen Aufbau auch Objektive eingesetzt werden, die in der Mitte also auf der optischen Achse, nicht oder nicht hinreichend gut korrigiert sind und so nur eine kreisringförmige Fläche in der Pupille besitzen. Die Mittenabschattung des Prüfobjektivs soll dabei mindestens 2% der gesamten Pupillenfläche desselben ausmachen. Das Zulassen einer nicht korrigierten Mitte führt bei einem Objektiv in der Regel zu einem großen Preisvorteil gegenüber den in der gesamten Pupille korrigierten Objektiven. Dies gilt vor allem für Prüfobjektive mit vergleichsweise großem Arbeitsabstand.Due to the annular active surface of this component or the subcomponents used for the construction also lenses can be used in a confocal structure, which are in the middle so on the optical axis, not or not sufficiently well corrected and so have only an annular surface in the pupil. The center shading of the test objective should make up at least 2% of the total pupil area of the same. Admitting an uncorrected center usually leads to a large price advantage in the case of an objective compared with the lenses corrected in the entire pupil. This is especially true for test lenses with a comparatively large working distance.

Wenn die einzige Hauptebene oder eine der beiden Hauptebenen der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente in der Brennebene des Prüfobjektivs oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene liegt, besteht durch diese Komponente in einer chromatisch-konfokalen Anordnung in der Regel kein zusätzlicher chromatischer Querfehler. Da das Prüfobjektiv und das erste Tubusobjektiv ebenfalls mit geringen chromatischen Queraberrationen ausgebildet sein können, besteht so der Vorteil einer geringen chromatischen Gesamt-Queraberration in der chromatisch-konfokalen Anordnung. Dabei ist es in der Regel von Vorteil, wenn für die Mitte des Tiefenbereiches Δz im Objektraum zumindest näherungsweise plane Wellenfronten in der gemeinsamen Ebene von entsprechender Hauptebene der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente, Pupillenebene und Brennebene des Prüfobjektivs bestehen. Dann fällt die Mitte des Tiefenbereiches zumindest näherungsweise mit der Brennebene des Prüfobjektivs im Objektraum zusammen. So kann ein Prüfobjektiv aus der großen Anzahl der nach Unendlich korrigierten Objektive im Bereich der besten Korrektur ausgewählt und verwendet werden. If the single major plane or one of the two major planes of the refractive power variable imaging component lies in the focal plane of the inspection objective or in a plane optically conjugate to that focal plane, this component in a chromatic-confocal arrangement will typically not result in any additional chromatic transverse error. Since the test objective and the first tube objective can likewise be designed with low transverse chromatic aberrations, there is thus the advantage of a low total chromatic transverse aberration in the chromatic-confocal arrangement. In this case, it is generally advantageous if at least approximately plane wavefronts in the common plane of the corresponding principal plane of the refractive-power-variable, imaging component, pupil plane and focal plane of the test objective exist for the middle of the depth range Δz in the object space. Then the center of the depth range coincides at least approximately with the focal plane of the test objective in the object space. Thus, a test lens from the large number of lenses corrected to infinity can be selected and used in the area of the best correction.

Es kann hier zum Vorteil eines einstufigen Aufbaus für die brechkraftvariable, abbildende Komponente führen, wenn das Tubusobjektiv zumindest näherungsweise achromatisch ausgebildet ist. Wenn sich das von einer Lichtquelle beleuchtete Mikrolinsen-Array bei Abbildung durch das Tubusobjektiv in einer intrafokalen Position befindet, entsteht nach dem Tubusobjektiv für das Licht aller Wellenlängen ein virtuelles Bild. Erst im Zusammenwirken mit der dem Tubusobjektiv nachgeordneten, brechkraftvariablen chromatischen, abbildenden Komponente, wobei letzteres dann eine positive Brechkraft aufweist, wird das Mikrolinsen-Array dann für eine Wellenlänge, etwa in der Mitte des Spektralbereiches, nach Unendlich abgebildet. So wird ein nach Unendlich korrigiertes Prüfobjektiv bei seiner besten Korrektur benutzt. Außerdem soll dabei die Hauptebene der brechkraftvariablen, chromatischen, abbildenden Komponente mit der Brennebene des Prüfobjektivs, welche sich auf der objektabgewandten Seite des Prüfobjektivs oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene befindet, zumindest näherungsweise zusammenfallen. Die brechkraftvariable, chromatische, abbildende Komponente kann dann aus einer Fresnel-Linse oder einer diffraktiven Mikrostruktur bestehen, welche die bekannte, abbildende Wirkung einer Linse oder eines Objektivs besitzt. Bei der Fresnel-Linse oder auch bei der Mikrostruktur kann durch eine kreisringförmige Blende der Mittenbereich ausgeblendet werden. So kann das Problem mit Licht aus unerwünschten Beugungsordnungen, beispielsweise mittels weiterer nachgeordneter, kreisringförmiger Blenden, verringert werden. Dies ist besonders für die optische Abtastung von vergleichsweise kleinen Objektfeldern sehr gut anwendbar.It may lead to the advantage of a single-stage structure for the refractive power variable, imaging component, if the tube lens is at least approximately achromatic. If the microlens array illuminated by a light source is in an intrafocal position when imaged through the tube objective, a virtual image is created after the tube objective for the light of all wavelengths. Only in cooperation with the tube lens subordinate, refractive power variable chromatic imaging component, the latter then has a positive refractive power, the microlens array is then mapped to infinity for a wavelength, approximately in the middle of the spectral range. Thus, an infinity corrected test lens is used at its best correction. In addition, the main plane of the refractive-power-variable, chromatic, imaging component should at least approximately coincide with the focal plane of the test objective, which is located on the object-facing side of the test objective or in a plane optically conjugate to this focal plane. The refractive power variable chromatic imaging component may then consist of a Fresnel lens or a diffractive microstructure having the known imaging effect of a lens or lens. In the case of the Fresnel lens or even in the case of the microstructure, the center region can be hidden by an annular diaphragm. Thus, the problem with light from unwanted diffraction orders, for example by means of further downstream, annular apertures, can be reduced. This is very well applicable especially for the optical scanning of comparatively small object fields.

Dabei kann die diffraktive Mikrostruktur der Subkomponente in der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente auch mittels einer die Gitterstruktur elektronisch steuernden Subkomponente, beispielsweise ein LCD, ein LCOS-Display (Liquid crystal an silicon display) oder auch ein DMD (Digital micro mirror device), zur elektronischen Generierung einer benötigten Abbildungsfunktion ausgebildet sein, um die elektronische Generierung einer benötigten Abbildungsfunktion hinsichtlich der lateralen Ausbildung derselben gezielt einstellbar zu machen. Dabei wird während eines Messvorganges die elektronisch eingestellte Mikrostruktur jedoch nicht verändert, ist also für diesen Zeitbereich fest eingestellt. Der konfokale Sensor arbeitet dabei chromatisch-konfokal mit statischen Subkomponenten. Die elektronische Einstellung der Gitterstruktur dient also nur der optimalen Anpassung des konfokalen Sensors an eine vorgegebene Messaufgabe. Beispielsweise kann, wenn ein großer Tiefenmessbereich benötigt wird, die Gitterkonstante des elektronisch steuerbaren Gitters im Mittel vergleichsweise klein gemacht werden, so dass die chromatische Aufspaltung in diesem Fall groß ist. Die voranstehenden Merkmale werden durch die Ansprüche 1 bis 5 erfasst.In this case, the diffractive microstructure of the subcomponent in the refractive-power-variable, imaging component can also be electronically controlled by means of a subcomponent that controls the grating structure, for example an LCD, a LCOS display (Liquid Crystal Display) or a DMD (Digital Micro Mirror Device) Generation of a required imaging function be designed to make the electronic generation of a required imaging function with respect to the lateral formation of the same targeted adjustable. However, the electronically set microstructure is not changed during a measurement process, so it is fixed for this time range. The confocal sensor works chromatic-confocal with static subcomponents. The electronic adjustment of the grating structure thus serves only to optimally adapt the confocal sensor to a given measuring task. For example, when a large depth-measuring range is needed, the lattice constant of the electronically-controllable lattice can be made comparatively small on the average, so that chromatic splitting is large in this case. The above features are covered by the claims 1 to 5.

Das nachstehende Merkmal wird durch die Ansprüche 6 und 7 erfasst. Zweitens ist es aber erfindungsgemäß auch möglich, die brechkraftvariable, abbildende Komponente nicht als eine chromatische, sondern vorzugsweise als ein elektronisch-steuerbares System oder als Subkomponente in diesem System aufzubauen, um so die Durchfokussierung elektronisch gesteuert zu ermöglichen. Diese brechkraftvariable, abbildende Komponente auf der Basis einer, zumindest die laterale Mikrostruktur elektronisch steuernden Komponente oder Subkomponente kann vergleichsweise kompakt aufgebaut werden. Dabei kann ein LCD, ein LCOS-Display oder auch ein DMD zur elektronischen Generierung einer benötigten Abbildungsfunktion eingesetzt werden. So kann die Brechkraft insbesondere in Abhängigkeit von der lateralen Mikrostruktur eines elektronisch-steuerbaren Arrays vorbestimmt variiert werden, so dass zumindest die Ortsfrequenzen der lateralen Mikrostruktur desselben, gezielt verändert werden können. Es ist auch möglich, mit einem einzigen LCOS-Display eine brechkraftvariable, abbildende Komponente aufzubauen. Dabei ist diesem LCOS-Display in bekannter Weise ein Strahlteiler zugeordnet. Das nachstehende Merkmal wird durch den Anspruch 6 erfasst.The following feature is covered by claims 6 and 7. Secondly, however, it is also possible according to the invention to construct the refractive-power-variable imaging component not as a chromatic, but preferably as an electronically controllable system or as a subcomponent in this system so as to enable electronically controlled focussing. This refractive power variable, imaging component based on a, at least the lateral microstructure electronically controlling component or subcomponent can be constructed relatively compact. In this case, an LCD, a LCOS display or even a DMD for the electronic generation of a required imaging function can be used. Thus, the refractive power can be varied in a predetermined manner, in particular depending on the lateral microstructure of an electronically controllable array, so that at least the spatial frequencies of the lateral microstructure of the same can be selectively changed. It is also possible to construct a variable-power, imaging component with a single LCOS display. In this case, a beam splitter is associated with this LCOS display in a known manner. The following feature is covered by claim 6.

Bei Verwendung eines DMDs als brechkraftvariable, abbildende Komponente ist diesem vorzugsweise ein Objektiv mit einer dezentrierten, kreisförmigen Pupillenfläche und diesem vorzugsweise wiederum ein Mikrolinsen-Array mit dezentrierten Mikrolinsen vorgeordnet, um die Lichtenergie der vorgeordneten Lichtquelle optimal auszunutzen.When a DMD is used as the refractive power variable imaging component, it is preferably a lens with a decentered, circular pupil surface and this, in turn, preferably a decentered microlens array Preceded by microlenses to optimally utilize the light energy of the upstream light source.

Folgendes Merkmal ist durch den Anspruch 8 abgedeckt: Bei einer konfokalen Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente mit einem Prüfobjektiv und mit einem Tubusobjektiv, mit einer Lichtquelle kann diese Komponente auch als eine elektronisch-steuerbare Komponente ausgebildet sein, so dass die Brechkraft derselben in Abhängigkeit von einer elektronischen Steuerung geändert werden kann und erfindungsgemäß die Hauptebene dieser Komponente zumindest näherungsweise in der dem Objekt abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene angeordnet ist, wobei diese Ebene gleichzeitig zumindest näherungsweise auch die Pupillenebene des Gesamtsystems für die Objektbeleuchtung und Objektabbildung darstellt.The following feature is covered by claim 8: In a confocal arrangement with refractive power variable, imaging component with a test objective and with a tube lens, with a light source, this component may also be formed as an electronically controllable component, so that the refractive power thereof in dependence an electronic control can be changed and according to the invention the main plane of this component is arranged at least approximately in the focal plane of the test objective facing away from the object or in a plane optically conjugate to this focal plane, said plane at the same time at least approximately the pupil plane of the overall system for object illumination and object imaging represents.

Die nachstehenden Merkmale werden durch die Ansprüche 9 bis 12 erfasst. Eine konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente besteht aus einem Prüfobjektiv, in der Regel aus einem Tubusobjektiv und aus einer Lichtquelle, wobei die brechkraftvariable, abbildende Komponente auch mindestens eine diffraktive Komponente aufweist. Diese ist als eine elektronisch-steuerbare, diffraktive Komponente ausgebildet, welche als Amplituden- oder als Phasengitter ausgebildet ist und die Wirkung einer Einzellinse, eines Objektivs oder eines Spiegels nachbildet, also vorzugsweise nur eine einzige optische Achse besitzt. So kann die Brechkraft insbesondere in Abhängigkeit von der lateralen Mikrostruktur eines elektronisch-steuerbaren Arrays sehr schnell geändert werden. Dabei ist die Hauptebene der elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Komponente zumindest näherungsweise in der dem Objekt abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene angeordnet, wobei diese Ebene gleichzeitig zumindest näherungsweise auch die Pupillenebene des Gesamtsystems für die Objektbeleuchtung und Objektabbildung darstellt. Genau diese beschriebenen Merkmale führen nun dazu, dass dann bei einer Veränderung der Brechkraft der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente sich die gewünschte Tiefenverschiebung der Bilder der Lichtquellpunkte im Objektraum zur optischen Abtastung des Objektes ergibt, wobei, und das ist das besonders Vorteilhafte, der Schwerstrahl in seiner Lage zumindest näherungsweise unverändert bleibt. Da diese Ebene sowohl die Pupillen- als auch die Brennebene darstellt, sind die Schwerstrahlen zumindest näherungsweise stets telezentrisch. Dies stellt eine optimale technische Funktionalität für die dreidimensionale optische Abtastung eines Objektes in der Tiefe dar.The following features are covered by the claims 9 to 12. A confocal arrangement with refractive power variable, imaging component consists of a test objective, usually from a tube lens and a light source, wherein the refractive power variable, imaging component also has at least one diffractive component. This is designed as an electronically controllable, diffractive component, which is designed as an amplitude or as a phase grating and simulates the effect of a single lens, a lens or a mirror, so preferably has only a single optical axis. Thus, the refractive power can be changed very quickly, in particular as a function of the lateral microstructure of an electronically controllable array. In this case, the main plane of the electronically-controllable, diffractive component is at least approximately arranged in the focal plane of the test objective facing away from the object or in a plane optically conjugate to this focal plane, this plane also representing at least approximately the pupil plane of the overall system for object illumination and object imaging. Exactly these described features now lead to the desired depth shift of the images of the light source points in the object space for optical scanning of the object then results in a change in refractive power of the refractive power variable imaging component, and, which is the most advantageous, the heavy beam in his Location remains at least approximately unchanged. Since this plane represents both the pupil and the focal plane, the heavy beams are at least approximately always telecentric. This represents an optimal technical functionality for the three-dimensional optical scanning of an object in depth.

Weiterhin ist bei der konfokalen Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente der elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Subkomponente vorzugsweise mindestens eine passive, diffraktive Subkomponente mit zumindest näherungsweise im Betrag gleicher und in der Wirkung entgegengesetzter Brechkraft zugeordnet. In diesem Fall kann auch ein nach Unendlich korrigiertes Tubusobjektiv verwendet werden.Furthermore, in the case of the confocal arrangement with refractive-power-variable, imaging component of the electronically controllable, diffractive subcomponent, preferably at least one passive, diffractive subcomponent is associated with at least approximately the same amount and the opposite refractive power. In this case, an infinity-corrected tube lens can also be used.

In einer konfokalen Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente zur Bestimmung des Abstandes beziehungsweise des zwei- oder des dreidimensionalen Profils der Oberfläche eines Objektes kann die elektronisch-steuerbare diffraktive Subkomponente in der Wirkung als ein vergleichsweise stark dezentriertes Abbildungssystem ausgebildet sein. Um dies zu erreichen, sind die Mikrostrukturen auf der diffraktiven Subkomponente vorzugsweise nur vergleichsweise schwach gekrümmt, so dass sich der Hauptpunkt des effektiven Abbildungssystems vorzugsweise außerhalb der Wirkungsfläche dieser Subkomponente befindet. Das beleuchtende Lichtbündel fällt dabei vorzugsweise unter einem Einfallswinkel von einigen Grad auf diese diffraktive Subkomponente und verlässt diese Subkomponente durch Lichtbeugung mit einem Hauptstrahl etwa senkrecht zur Wirkfläche in Richtung Prüfobjektiv, wobei das Bündel mittels elektronisch-steuerbarer, diffraktive Subkomponente also elektronisch gesteuert fokussiert oder divergiert wird, um die Bilder der Lichtquellenpunkte im Objektraum in der Tiefe zur konfokalen Abtastung verschieben zu können. Zur Einkopplung des Lichtbündels ist dieser elektronisch-steuerbaren diffraktiven Subkomponente vorzugsweise eine weitere diffraktive, jedoch statisch arbeitende Subkomponente zugeordnet ist, wobei die Mikrostruktur der diffraktiven, statisch arbeitenden Subkomponente im Feld eine vorzugsweise konstante Ortsfrequenz aufweist, welche zumindest näherungsweise jener der mittleren elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Subkomponente entspricht. Diese ist zur elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Subkomponente vorzugsweise zumindest näherungsweise parallel angeordnet. Die statisch arbeitende Subkomponente kann aber vorzugsweise auch elektronisch-steuerbar ausgebildet sein. Bei etwa gleichen Gitterkonstanten der beiden Subkomponenten ergibt sich für die Hauptstrahlen auf dem Weg von statischer zu gesteuerter Subkomponente eine Zick-Zack-Struktur mit zueinander parallelem Ein- und Ausgangs-Bündelhauptstrahlen. So ergibt sich eine Kompensationswirkung bei den zum Hauptstrahl geneigten Strahlen im Bündel. Dabei kann vorzugsweise die diffraktive, statisch arbeitende Subkomponente auch als geblaztes Gitter ausgebildet sein, wobei dessen Mikrostruktur im Feld eine konstante Ortsfrequenz aufweist. Dies führt bei einer einzelnen Lichtwellenlänge und einer angepassten Mikrostruktur zu einem hohen Beugungswirkungsgrad.In a confocal arrangement with refractive-power-variable, imaging component for determining the distance or the two-dimensional or three-dimensional profile of the surface of an object, the electronically controllable diffractive subcomponent can be designed as a comparatively strongly decentered imaging system. In order to achieve this, the microstructures on the diffractive subcomponent are preferably curved only comparatively weakly, so that the main point of the effective imaging system is preferably outside the effective surface of this subcomponent. The illuminating light beam preferably falls on this diffractive subcomponent at an angle of incidence of a few degrees and leaves this subcomponent by light diffraction with a main beam approximately perpendicular to the active surface in the direction of the test objective, the bundle being electronically controlled or diverged by means of an electronically controllable, diffractive subcomponent in order to shift the images of the light source points in the object space in depth to the confocal scan. For coupling the light bundle, this electronically controllable diffractive subcomponent is preferably assigned a further diffractive, but statically operating subcomponent, the microstructure of the diffractive, statically operating subcomponent having a preferably constant spatial frequency in the field, which is at least approximately that of the middle electronically controllable, diffractive subcomponent. This is preferably arranged at least approximately parallel to the electronically controllable, diffractive subcomponent. However, the statically operating subcomponent can preferably also be designed to be electronically controllable. At approximately the same lattice constants of the two subcomponents, a zigzag structure with mutually parallel input and output beam main beams results for the main beams on the path from static to controlled subcomponent. This results in a compensation effect in the beams inclined to the main beam in the bundle. In this case, the diffractive, statically operating subcomponent can preferably also be designed as a blazed grid, the microstructure of which has a constant spatial frequency in the field. This results in a high diffraction efficiency for a single wavelength of light and a matched microstructure.

Weiterhin weist bei der konfokalen Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente die brechkraftvariable, abbildende Komponente vorzugsweise eine kreisringförmige Wirkfläche auf, so dass der Mittenbereich abgeschattet ist. Furthermore, in the case of the confocal arrangement having a refractive-power-variable, imaging component, the refractive-power-variable, imaging component preferably has an annular active area, so that the center area is shaded.

Folgendes Merkmal ist durch den Verfahrensanspruch 13 abgedeckt. Bei dem konfokalen Verfahren mit einer brechkraftvariablen, abbildenden Komponente, einem Prüfobjektiv und in der Regel auch mit auch einem Tubusobjektiv und einer Lichtquelle, wobei die brechkraftvariable, abbildende Komponente auch mindestens eine diffraktive Komponente aufweisen kann, sind vorzugsweise das Tubusobjektiv und die elektronisch-steuerbare, diffraktive Komponente so aufeinander abgestimmt, dass Licht von einem jedem Quellpunkt vor dem Tubusobjektiv die elektronisch-steuerbare, diffraktive Komponente in Form von Planwellen in Richtung Prüfobjektiv verlässt. Dies soll zumindest näherungsweise für eine mittlere, von der elektronisch-steuerbaren diffraktiven Komponente optisch gut einstellbare Ortsfrequenz erfolgen. Dabei wird also durch die Brechkraft der elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Komponente im Zusammenwirken mit dem Tubusobjektiv eine Abbildung der Lichtquellpunkte nach Unendlich bewirkt. In Bezug auf das Tubusobjektiv besteht beispielsweise eine intrafokale Lage der Lichtquellpunkte. Durch die elektronisch-steuerbare, diffraktive Komponente wird die Brechkraft des Doppel-Systems, bestehend aus Tubusobjektiv und elektronisch-steuerbarer, diffraktiver Komponente, so erhöht, dass die Lichtquellpunkte nun in der effektiven Brennebene dieses Doppel-Systems liegen, also durch das Doppelsystem nach Unendlich abgebildet werden. Auch eine extrafokale Lage der Lichtquellpunkte kann durch Ausnutzung der lichtstreuenden Wirkung einer elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Komponente verwendet werden. Dabei wird – wie bereits dargestellt – in der dem Objekt abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs gleichzeitig und zumindest näherungsweise auch die Pupillenfunktion des Gesamtsystems für die Objektbeleuchtung und -abbildung realisiert. Dieses Verfahren ermöglicht so die Verschiebung von Bildern von Lichtquellpunktes entlang von Schwerstrahlen, die wegen der zumindest näherungsweisen Pupillenlage in der dem Objekt abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs zumindest näherungsweise telezentrisch sind, über einen vergleichsweise großen Tiefenbereich. Dies ist für sehr viele messtechnische Applikationen der konfokalen Technik sehr vorteilhaft.The following feature is covered by the method claim 13. In the confocal method with a refractive power variable, imaging component, a test objective and usually also with a tube lens and a light source, wherein the refractive power variable, imaging component may also have at least one diffractive component, preferably the tube lens and the electronically controllable, diffractive component coordinated so that light from each source point in front of the tube lens leaves the electronically-controllable, diffractive component in the form of plane waves toward test lens. This should be done at least approximately for a mean, optically well adjustable spatial frequency of the electronically-controllable diffractive component. In this case, an image of the light source points to infinity is thus effected by the refractive power of the electronically controllable, diffractive component in cooperation with the tube objective. With regard to the tube objective, for example, there is an intrafocal position of the light source points. Due to the electronically controllable, diffractive component, the refractive power of the double system, consisting of tube lens and electronically controllable, diffractive component, so increased that the light source points are now in the effective focal plane of this double system, ie by the double system to infinity be imaged. An extrafocal position of the light source points can also be used by exploiting the light-scattering effect of an electronically controllable, diffractive component. Here, as already shown, the pupil function of the overall system for object illumination and illumination is realized simultaneously and at least approximately in the focal plane of the test objective facing away from the object. This method thus enables the displacement of images of light source point along heavy beams, which are at least approximately telecentric because of the at least approximately pupil position in the focal plane of the Prüfobjektiv facing away from the object, over a relatively large depth range. This is very advantageous for very many metrological applications of the confocal technique.

Die nachstehenden Merkmale sind den Ansprüchen 14 bis 21 zugeordnet. Es wird also bei einem konfokalen Verfahren mit einer Lichtquelle und einem Prüfobjektiv mindestens das Folgende durchgeführt: Die von einem jeden Lichtquellpunkt in einer konfokalen Anordnung, beispielsweise zur Erfassung des zwei- oder dreidimensionalen Mikroprofils eines Objektes, ausgehende Wellenfront kann bereits, muss aber nicht, durch ein erstes Objektiv, in ihrem Krümmungsradius verändert werden. Dieses erste Objektiv kann hierbei ein Tubusobjektiv sein. In der Brennebene des Prüfobjektivs, welche dem Objekt abgewandt ist oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene, wobei diese Ebene auch noch die Pupillenebene des Abbildungsstrahlenganges darstellen soll, erfährt durch eine brechkraftvariable, abbildende Komponente, wobei diese ein Teil eines komplexen optischen Systems oder aber auch ein einzelnes Element sein kann, eine jede einfallende Wellenfront, weitgehend unabhängig von ihrer Ausbreitungsrichtung, eine Veränderung des Radius' der Wellenfront. Dabei soll der Radius der nach dieser Komponente entstehenden Wellenfront vorzugsweise vergleichsweise groß sein. Diese Veränderung des Radius' der Wellenfront mittels brechkraftvariabler, abbildender Komponente wird im Objektraum nach den Gesetzen der Optik stets in eine zur optischen Achse des Prüfobjektivs parallele Schiebung des jeweils zugehörigen Bildes eines Lichtquellpunktes gewandelt. So erfolgt verfahrensgemäß durch diese z-Schiebung eine optische Abtastung des Objektes in der Tiefe mit Bildern von Lichtquellpunkten in einem telezentrischen Strahlengang. Das vom Objekt rückgestreute, oder auch reflektierte Licht gelangt durch diese optische konfokale Anordnung über das bündelbegrenzende System, hier vorzugsweise ein feststehendes Mikrolinsen-Array, auf einen Detektor, in der Regel eine flächenhafte Kamera. Für konfokale Punktdetektoren sind auch Zeilen-Kameras verwendbar. Es entsteht in Abhängigkeit von der Brechkraftvariation der Komponente das bekannte konfokale Signal. Ist diese Abhängigkeit chromatisch, kann ortsaufgelöst, also in einem jeden erfassten Objektpunkt, mittels spektrometrischer Analyse das bekannte konfokale Signal in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge gewonnen werden, indem die Intensitätsverteilung in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge detektiert wird, die dann dem bekannten konfokalen Signal entspricht. Das konfokale Signal besteht also vollständig zu jedem beliebigen Zeitpunkt. Dies ermöglicht auch das zwei- oder dreidimensionale Abtasten schnell bewegter Objekte, wenn eine Kurzpuls-Lichtquelle, die Lichtimpulse beispielsweise mit einer Halbwertsbreite im Bereich von einer Mikrosekunde aussendet, oder eine Kamera mit einer kurzen Shutter-Zeit eingesetzt wird.The following features are associated with claims 14 to 21. Thus, in a confocal method with a light source and a test objective, at least the following is carried out: the wavefront emanating from each light source point in a confocal arrangement, for example for detecting the two-dimensional or three-dimensional microprofile of an object, may or may not already pass through a first lens, to be changed in its radius of curvature. This first objective may be a tube objective here. In the focal plane of the test object, which faces away from the object or in a focal plane to this focal plane optically, this plane is still the pupil plane of the imaging beam path to learn through a brechkraftvariable, imaging component, which is part of a complex optical system or but can also be a single element, each incident wavefront, largely independent of its propagation direction, a change in the radius of the wavefront. The radius of the wavefront arising after this component should preferably be comparatively large. This change in the radius of the wavefront by means of variable-refractive, imaging component is always converted in the object space according to the laws of optics in a parallel to the optical axis of the Prüfobjektiv shift of each associated image of a light source. Thus, according to the method by this z-shift an optical scanning of the object in depth with images of light source points in a telecentric beam path. The backscattered by the object, or even reflected light passes through this optical confocal arrangement on the bundle-limiting system, here preferably a fixed microlens array on a detector, usually a planar camera. For confocal point detectors, line cameras can also be used. Depending on the refractive power variation of the component, the known confocal signal is produced. If this dependence is chromatic, spatially resolved, ie in each detected object point, the known confocal signal can be obtained as a function of the wavelength of the light by detecting the intensity distribution as a function of the wavelength of light, which then corresponds to the known confocal signal. The confocal signal is thus completely at any given time. This also allows two- or three-dimensional scanning of fast moving objects when a short pulse light source emitting light pulses of, for example, a half-width in the range of one microsecond or a camera having a short shutter time is used.

Die spektrometrische Analyse bei einer zeilenförmigen Abtastung des Objektes vorzugsweise mit einer konfokalen Anordnung mit mindestens einer einzigen Zeile aus Mikrolinsen kann mit einem lichtzerlegenden, chromatischen Prismenkeil oder einem Diffraktionsgitter oder einer Kombination derselben im Unendlich-Strahlengang einer afokale Abbildungsstufe, die einer monochromen Kamera vorgeordnet ist, durchgeführt werden. Diese lichtzerlegende Komponente kann auch als Geradeaus-Komponente ausgebildet sein und befindet sich am besten in oder in der Nähe der gemeinsamen inneren Brennebene dieser afokalen Abbildungsstufe. Diese Komponente ist in ihrer lichtzerlegenden Wirkung so dimensioniert, dass eine an die Größe der Fläche des monochromen Kamera-Chips angepasste laterale Aufspaltung des Lichtes erzeugt wird. So kann das Licht von der Objektoberfläche in eine geeignete Lichtverteilung lateral auf dem Kamera-Chip aufspalten werden, und es kann mit einer so ausgebildeten konfokalen Anordnung ein hinreichend großer Tiefenmessbereich entlang mindestens einer einzigen Linie auf dem Objekt erfasst werden.The spectrometric analysis of a line scan of the object, preferably with a confocal array having at least a single row of microlenses, may be performed with a photochromic chromatic prism wedge or a diffraction grating or a combination thereof in the infinity beam path of an afocal imaging stage preceding a monochrome camera. be performed. This photoluminescent component can also be used as a straight line Component is and is best located in or near the common inner focal plane of this afocal imaging stage. In terms of its light-decomposing effect, this component is dimensioned such that a lateral splitting of the light adapted to the size of the surface of the monochrome camera chip is produced. Thus, the light from the object surface can be split into a suitable light distribution laterally on the camera chip, and with a confocal arrangement formed in this way, a sufficiently large depth measuring range can be detected along at least one single line on the object.

Es können zur spektrometrischen Analyse jedoch auch Mehr-Chip-Kameras eingesetzt werden, vorzugsweise eine Vier-Chip-Kamera. Dies stellt eine Möglichkeit dar, wenn das Objekt in der Tiefe und flächig, also dreidimensional, abgetastet werden soll. Dabei kann der auszuwertende spektrale Bereich durch Strahlteilung mittels kantensteilen” Farbteiler vorzugsweise in acht Spektralkanäle aufgeteilt werden. Dabei wird vorzugsweise jedem der vier Kamera-Chips je ein Köstersprisma mit einem spektral angepassten Farbteiler mit einer Kantencharakteristik vorgeordnet. So bestehen an jedem Ausgang eines Köstersprismas je zwei parallele optische Lichtbündel, die je ein Bild übertragen und so detektiert jeder Kamera-Chip je zwei nebeneinanderliegende Bilder in einem anderen spektralen Bereich. Es sind jedoch auch Kameras mit mehr als vier Kamera-Chips anwendbar. Besonders vorteilhaft für diese Applikation sind neuentwickelte volumenhafte Kamera-Chips, die in der Tiefe spektral sensitiv arbeiten. So kann eine sehr kompakte, Anordnung aufgebaut werden.However, it is also possible to use multi-chip cameras for spectrometric analysis, preferably a four-chip camera. This represents a possibility if the object is to be scanned in the depth and area, ie three-dimensional. In this case, the spectral range to be evaluated can preferably be divided into eight spectral channels by beam splitting by means of edge-sharing "color splitters. In this case, each of the four camera chips is preferably preceded by a Köstersprisma with a spectrally matched color divider with an edge characteristic. Thus, at each exit of a Köstersprismas two parallel optical light bundles, each transmitting an image and so each camera chip detects two adjacent images in a different spectral range. However, cameras with more than four camera chips are also applicable. Particularly advantageous for this application are newly developed voluminous camera chips, which operate spectrally sensitive at depth. So a very compact, arrangement can be established.

Besteht diese Abhängigkeit der Brechkraft jedoch durch Diffraktion, also durch Ausbildung von diffraktiven Strukturen eines elektronisch gesteuerten Amplituden- oder Phasengitters, entsteht das bekannte konfokale Signal in Abhängigkeit von der jeweils eingestellten mittleren Gitterkonstante, bzw. der mittleren Ortsfrequenz des Phasengitters, welche über der Zeit gesteuert verändert wird, so dass das bekannte konfokale Signal letztlich auch über der Zeit entsteht. Dieser Ansatz ist jedoch mehr für die Abtastung ruhender oder weniger schnell bewegter Objekte geeignet.However, if this dependence of the refractive power by diffraction, so by the formation of diffractive structures of an electronically controlled amplitude or phase grating, the known confocal signal arises as a function of the respectively set mean lattice constant, or the average spatial frequency of the phase grating, which controlled over time is changed, so that the known confocal signal ultimately arises over time. However, this approach is more suitable for scanning quiescent or less fast moving objects.

Die brechkraftvariable, abbildende Komponente kann auch zu unterschiedlichen Zeitpunkten eine unterschiedlich dezentrierte Linse darstellen. Im chromatischen Fall wird durch eine laterale Bewegung vorzugsweise mittels einer Schwingbewegung die optische Achse dieser Linse zur optischen Achse des Prüfobjektivs jeweils etwas ausgelenkt. So tasten die Bilder der Lichtquellpunkte das Objekt in einer noch wesentlich feineren lateralen Skala ab als durch die Abstände der Bilder der Lichtquellpunkte vorgegeben ist. So kann die laterale Auflösung der konfokalen Anordnung noch wesentlich gesteigert werden.The refractive power variable, imaging component may also represent a different decentered lens at different times. In the chromatic case, the optical axis of this lens is deflected in each case somewhat by a lateral movement, preferably by means of a swinging motion, relative to the optical axis of the test objective. Thus, the images of the light source points scan the object in a much finer lateral scale than specified by the distances of the images of the light source points. Thus, the lateral resolution of the confocal arrangement can be significantly increased.

Im Fall eines elektronisch gesteuerten Amplituden- oder Phasengitters als brechkraftvariable abbildende Komponente kann durch eine elektronische Steuerung die effektiv wirkende optische Achse dieser Komponente lateral so positioniert werden, dass die Bilder der Lichtquellpunkte auch hierbei das Objekt in einer noch feineren lateralen Skala abtasten als durch die Abstände der Bilder der Lichtquellpunkte auf dem Objekt vorgegeben ist. So kann der Krümmungsmittelpunkt der in das Prüfobjektiv eintretenden Wellenfronten vorbestimmt lateral verschoben werden, indem also die effektiv wirkende optische Achse der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente lateral und vorbestimmt verschoben wird und damit auch die laterale Position der Bilder der Lichtquellpunkte vorbestimmt durch eine elektronische Steuerung auf dem Objekt verändert wird.In the case of an electronically controlled amplitude or phase grating as a refractive power variable imaging component, the effective effective optical axis of this component can be positioned laterally so that the images of the light source points also scan the object in an even finer lateral scale than by the distances the images of the light source points on the object is given. Thus, the center of curvature of the wavefronts entering the test objective can be displaced laterally in a predetermined manner, ie the actual effective optical axis of the refractive-power-variable imaging component is laterally and predetermined displaced, and thus also the lateral position of the images of the light source points predetermined by an electronic control on the object is changed.

So kann mittels einer konfokalen Anordnung ohne bewegte Komponenten, also allein mittels brechkraftvariabler, abbildender Komponente, die dann als elektronisch gesteuertes Amplituden- oder Phasengitter ausgebildet ist, der Objektraum durch die Steuerung des Ortes der Bilder der Lichtquellpunkte zwei- oder dreidimensional und mit hoher Ortsauflösung abgetastet werden. So kann auch bei einem konfokalen Verfahren elektronisch-steuerbar die effektiv wirkende optische Achse der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente lateral positioniert werden, um das Objekt in einer noch feineren lateralen Skala abzutasten.Thus, by means of a confocal arrangement without moving components, ie solely by means of refractive-power-variable imaging component, which is then embodied as an electronically controlled amplitude or phase grating, the object space is scanned by controlling the location of the images of the light source points two- or three-dimensionally and with high spatial resolution become. Thus, even with a confocal process electronically controllable, the effectively acting optical axis of the refractive power variable, imaging component can be laterally positioned to scan the object in an even finer lateral scale.

Die chromatische, brechkraftvariable, abbildende Komponente kann präzise auf die vorhandenen chromatischen Längsaberrationen der Komponenten der konfokalen Anordnung abgestimmt werden. So kann eine angepasste, chromatische Gesamt-Längs-Aberration der konfokalen Anordnung erzeugt werden, die für eine gewünschte Skala der zwei- oder dreidimensionalen Abtastung optimal geeignet ist.The chromatic, refractive power variable, imaging component can be precisely tuned to the existing longitudinal chromatic aberrations of the components of the confocal array. Thus, an adjusted, overall chromatic longitudinal aberration of the confocal array can be generated that is optimally suited for a desired scale of the two- or three-dimensional scan.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, beispielsweise für die Vermessung makroskopischer Objekte in der Größenordnung von 200 mm × 200 mm × 200 mm, dass eine brechkraftvariable Anordnung als 2f1–2f2-Anordnung, bzw. als 4f-Anordnung, mit zwei Objektiven aufgebaut ist und dass die brechkraftvariable, abbildende Komponente mit mindestens einer diffraktiven Linse oder Reflektor dabei zumindest näherungsweise in der gemeinsamen inneren Brennebene angeordnet ist. Die brechkraftvariable, abbildende Komponente kann zur Durchfokussierung auch elektronisch steuerbar aufgebaut sein. Die letzte Brennebene der 2f1–2f2-Anordnung, bzw. der 4f-Anordnung, in Beleuchtungsrichtung fällt dabei zumindest näherungsweise mit der Brennebene des Prüflingsobjektivs zusammen, die dem Objekt abgewandt ist. Die Pupille ist in der inneren Brennebene der 2f1–2f2-Anordnung, bzw. der 4f-Anordnung, oder in einer zu dieser optisch konjugierten Ebene angeordnet. Möglich ist aber auch eine Anordnung der Pupillenblende in der dem Objekt zugekehrten Brennebene des Prüflingsobjektivs. Das Prüflingsobjektiv sollte im Zusammenwirken mit der 2f1–2f2-Anordnung und der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente zumindest näherungsweise beugungsbegrenzt sein, damit sich für die makroskopische konfokale Anordnung eine hohe Tiefenauflösung ergeben kann.In principle, however, it is also possible, for example, for the measurement of macroscopic objects in the order of 200 mm × 200 mm × 200 mm, that a refractive power variable arrangement is constructed as a 2f1-2f2 arrangement, or as a 4f arrangement, with two objectives, and that the refractive power variable, imaging component with at least one diffractive lens or reflector is thereby arranged at least approximately in the common inner focal plane. The refractive power variable, imaging component can also be constructed electronically controllable for focussing. The last focal plane of the 2f1-2f2 arrangement, or the 4f arrangement, falls in the illumination direction at least approximately with the focal plane of the DUT lens together, which faces away from the object. The pupil is arranged in the inner focal plane of the 2f1-2f2 arrangement, or the 4f arrangement, or in a plane which is optically conjugate to it. However, it is also possible to arrange the pupil diaphragm in the focal plane of the specimen objective facing the object. The device under test should be at least approximately diffraction-limited in cooperation with the 2f1-2f2 arrangement and the refractive power variable, imaging component, so that a high depth resolution can result for the macroscopic confocal arrangement.

Die brechkraftvariable, abbildende Komponente kann elektronisch-steuerbar diffraktiv ausgebildet sein. Durch eine elektronisch gesteuerte Ortsfrequenzvariation kann die Brechkraft der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente verändert werden. Ferner kann die effektiv wirkende optische Achse der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente elektronisch-steuerbar lateral so positioniert werden, dass die Bilder der Lichtquellpunkte hierbei das Objekt in einer lateralen Skala abtasten.The refractive power variable, imaging component may be formed electronically controllable diffractive. By an electronically controlled spatial frequency variation, the refractive power of the refractive power variable, imaging component can be changed. Furthermore, the effective-acting optical axis of the refractive-power-variable, imaging component can be laterally positioned electronically-controllable such that the images of the light source points in this case scan the object in a lateral scale.

Nachfolgendes wird durch den Anspruch 2 abgedeckt: Eine konfokale Anordnung, die insbesondere für makroskopische Objekte ausgebildet ist, weist eine brechkraftvariable, abbildende Komponente mit einem Prüfobjektiv auf, wobei die brechkraftvariable, abbildende Komponente auch mindestens eine diffraktive Subkomponente aufweisen kann. Erfindungsgemäß ist eine Hauptebene der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente zumindest näherungsweise in der dem objektabgewandten Brennebene des Prüfobjektivs oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene angeordnet. Dabei stellt die dem Objekt zugewandte Brennebene des Prüfobjektivs zumindest näherungsweise die Pupillenebene des Gesamtsystems für die Objektbeleuchtung und -abbildung dar. Die Pupillenebene kann aber auch in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene angeordnet sein. So kann auch ein makroskopisches Objekt mit einer konfokalen Anordnung abgetastet werden. Bei dieser Anordnung besteht im Array-Raum Telezentrie und im Objektraum besteht ein zentralperspektivischer Strahlengang.The following is covered by claim 2: A confocal arrangement, which is designed in particular for macroscopic objects, has a refractive-power-variable, imaging component with a test objective, wherein the refractive-power-variable, imaging component can also have at least one diffractive subcomponent. According to the invention, a main plane of the refractive-power-variable, imaging component is arranged at least approximately in the focal plane of the test objective facing away from the object or in a plane optically conjugate to this focal plane. In this case, the focal plane of the test objective facing the object represents, at least approximately, the pupil plane of the overall system for the object illumination and illumination. However, the pupil plane can also be arranged in a plane optically conjugate to this focal plane. Thus a macroscopic object with a confocal arrangement can also be scanned. In this arrangement, there is telecentricity in the array space, and there is a central perspective beam path in the object space.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der 1 bis 10 beschrieben. In 1 wird die Wirkung einer brechkraftvariablen, abbildenden Komponente 7 dargestellt. Im Fall A ist die Brechkraft dieser chromatischen, brechkraftvariablen, abbildenden Komponente 7 null, also ohne optische Wirkung bis auf die Verschiebung durch deren optische Dicke. Die Hauptebene H'7 dieser chromatischen, brechkraftvariablen, abbildenden Komponente 7 fällt mit der Brennebene des Prüfobjektivs 12 zusammen. Im Fall B soll die Wirkung der maximalen Wellenlänge im ausgewerteten Spektrum dargestellt werden. In diesem Fall ist die Brechkraft dieser chromatischen, brechkraftvariablen, abbildenden Komponente 7 so, dass das Licht maximal divergiert wird. Die einfallende Wellenfront wird in ihrem Radius verändert und divergiert. Dies führt zu einer z-Verschiebung des Bildes des Lichtquellpunktes LBQ, also zu einem größeren Abstand vom Prüfobjektiv 12. Dabei erfolgt die z-Verschiebung des Bildes des Lichtquellpunktes LBQ aufgrund der Wirkung der Abschattblende 8 parallel zur Achse des Prüfobjektivs 12. So besteht ein telezentrischer Strahlengang im Objektraum, der auch für Wellenfronten besteht, die vor dem Prüfobjektiv 12 eine Neigung zur optischen Achse aufweisen. Im Fall C soll die Wirkung der minimalen Wellenlänge im ausgewerteten Spektrum dargestellt werden. Dann ist die Brechkraft dieser chromatischen, brechkraftvariablen, abbildenden Komponente 7 maximal lichtsammelnd. Die einfallende Wellenfront wird so in ihrem Radius verändert und konvergiert. Dies führt zu einer z-Verschiebung des Bildes des Lichtquellpunktes LBQ, so dass sich der Abstand vom Prüfobjektiv 12 verkleinert. So kann ein Bereich Δz in der Tiefe abgetastet werden. Diese Abtastung wird gleichzeitig mit einer Vielzahl von Lichtquellpunkten, die zu einem Array gehören, durchgeführt.The invention is exemplified by the 1 to 10 described. In 1 becomes the effect of a refractive power variable, imaging component 7 shown. In case A, the refractive power of this chromatic, refractive power variable, imaging component 7 zero, that is without optical effect except for the shift by their optical thickness. The main plane H'7 of this chromatic, refractive power variable, imaging component 7 coincides with the focal plane of the test lens 12 together. In case B, the effect of the maximum wavelength in the evaluated spectrum should be shown. In this case, the refractive power of this chromatic, refractive power variable, imaging component 7 so that the light is maximally diverged. The incident wavefront is changed in its radius and diverges. This leads to a z-shift of the image of the light source LBQ, ie to a greater distance from the test objective 12 , In this case, the z-shift of the image of the light source LBQ takes place due to the effect of the shading diaphragm 8th parallel to the axis of the test objective 12 , Thus, there is a telecentric beam path in the object space, which also exists for wavefronts, in front of the test objective 12 have a tilt to the optical axis. In case C the effect of the minimum wavelength in the evaluated spectrum shall be shown. Then the refractive power of this chromatic, refractive power variable, imaging component 7 maximum light collecting. The incident wavefront is thus changed in its radius and converges. This leads to a z-shift of the image of the light source LBQ, so that the distance from the test objective 12 reduced. Thus, a range Δz can be scanned in depth. This scan is performed simultaneously with a plurality of light source points belonging to an array.

In 2 ist eine vollständige konfokale Anordnung dargestellt. Die brechkraftvariable, abbildende Komponente 7 ist hierbei chromatisch ausgebildet. Das Licht von einer polychromatischen Lichtquelle 1 wird mittels Kollimator 2 kollimiert, passiert einen Strahlteiler 3 und beleuchtet das zeilenförmige Mikrolinsen-Array 4, wobei hier in der 2 zur besseren Darstellung eine Drehung der Mikrolinsen-Zeile 4 um 90° erfolgte. Die Wellenfront, die von einem Lichtquellpunkt LQ von einem Fokus einer Mikrolinse 5 des Mikrolinsen-Arrays 4 ausgeht, wird mittels Tubusobjektiv 6 nach Unendlich abgebildet, trifft auf eine chromatische, brechkraftvariable, abbildende Komponente 7 in der dem Objekt 13 abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs 12. Als Prüfobjektiv dient hier das Leica-Objektiv Planapochromat 1,6× des Leica-Stereomikroskops MZ12 und als Tubusobjektiv 6 das Leica-Objektiv Planapochromat 1× desselben Stereomikroskopsystems. Die brechkraftvariable, abbildende Komponente 7 wird hier nur als ein Gesamtsystem betrachtet. Dieser ist eine kreisringförmige Abschattblende 8 zugeordnet. Im Fall A gemäß 1 ist die Brechkraft dieser Komponente 7 bei einer bestimmten Wellenlänge etwa in der Mitte des verwendeten Spektralbereiches null. Eine einfallende Wellenfront wird so in ihrem Radius nicht verändert, bleibt also plan, und wird durch das Prüfobjektiv 12 auf das Objekt 13 fokussiert, wo das Bild des Lichtquellpunktes LBQ im Fokus F' des Prüfobjektivs 12 entsteht. Das vom Objekt 13 rückgestreute Licht wird wieder vom Prüfobjektiv 12 erfasst und kann nach dem Tubusobjektiv 6 die zugehörige Mikrolinse 5 passieren. Am Strahlteiler 3 wird das Lichtbündel ausgekoppelt und wird durch die afokale Abbildungsstufe, bestehend aus den Objektiven 14 und 17 und der konfokalen Blende 15 und einem lichtzerlegenden, chromatischen Geradeaus-Keil 16, auf eine CMOS-Kamera 18 abgebildet. Durch die Blende 15 in der gemeinsamen inneren Brennebene der Objektive 14 und 17 kann nur das Licht die CMOS-Kamera 18 erreichen, welches zumindest näherungsweise den Fokusbereich der Mikrolinse 5 passiert hat. So trägt das rückgestreute Licht aus dem Fokusbereich der Mikrolinse 5 zur Bildung des konfokalen Signals bei. Der Geradeaus-Keil 16, der sich am besten in oder in der Nähe der gemeinsamen inneren Brennebene der afokalen Abbildungsstufe befindet, ist in seiner lichtzerlegenden Wirkung so dimensioniert, dass eine auch der CMOS-Kamera 18 angepasste, spektrale Aufspaltung erzeugt wird, die das Licht der Lichtquelle beispielsweise auf 256 Pixel auf der CMOS-Kamera 18 zerlegt, so dass ein hinreichend großer Tiefenmessbereich Δz entlang einer Linie mit der konfokalen Anordnung erfasst werden kann. Bei einer CMOS-Kamera 18 mit 1024 Pixeln können so die optischen Signale von vier in entsprechendem Abstand nebeneinander liegende Zeilen von Mikrolinsen erfasst werden.In 2 a complete confocal arrangement is shown. The refractive power variable, imaging component 7 is chromatically formed here. The light from a polychromatic light source 1 is done by collimator 2 collimated, passes a beam splitter 3 and illuminates the line-shaped microlens array 4 , here in the 2 for better illustration, a rotation of the microlens row 4 made by 90 °. The wavefront seen from a light source point LQ from a microlens focus 5 of the microlens array 4 is going out, by means of tube lens 6 mapped to infinity, meets a chromatic, refractive power variable, imaging component 7 in the object 13 remote focal plane of the test objective 12 , The test objective used here is the Leica Lens Planapochromate 1.6 × of the Leica stereomicroscope MZ12 and as a tube objective 6 the Leica objective planapochromate 1 × the same stereomicroscope system. The refractive power variable, imaging component 7 is considered here only as an overall system. This is an annular Abschattblende 8th assigned. In case A according to 1 is the refractive power of this component 7 at a certain wavelength approximately in the middle of the spectral range used zero. An incident wavefront is thus not changed in its radius, so it remains flat, and is the test objective 12 on the object 13 focused, where the image of the light source LBQ in focus F 'of the test objective 12 arises. The object 13 backscattered light will be back from the test lens 12 captured and can after the tube lens 6 the associated microlens 5 happen. At the beam splitter 3 the light beam is decoupled and passes through the afocal imaging stage, consisting of the lenses 14 and 17 and the confocal aperture 15 and a light-decomposing, chromatic straightedge wedge 16 on a CMOS camera 18 displayed. Through the aperture 15 in the common inner focal plane of the lenses 14 and 17 only the light can be the CMOS camera 18 reach, which at least approximately the focus range of the microlens 5 happened. Thus, the backscattered light carries out the focus area of the microlens 5 for the formation of the confocal signal. The straight wedge 16 which is best located in or near the common inner focal plane of the afocal imaging stage is dimensioned in its light-decomposing effect, so that one of the CMOS camera 18 adapted, spectral splitting is generated, the light of the light source, for example, 256 pixels on the CMOS camera 18 disassembled, so that a sufficiently large depth measuring range .DELTA.z can be detected along a line with the confocal arrangement. With a CMOS camera 18 With 1024 pixels, the optical signals of four correspondingly spaced adjacent rows of microlenses can be detected.

Die 3 zeigt als Subkomponente ein Linsensystem 7.1 mit einer außen liegender Hauptebene H'7.1 und mit einer auf einen planen Träger aufgebrachter Mikrostruktur 7.4, die in der Hauptebene H'7.1 liegt. Die kreisringförmige Abschattblende 8 ist in die Mikrostruktur 7.4 integriert.The 3 shows as a subcomponent a lens system 7.1 with an outer main plane H'7.1 and with a microstructure applied to a planar support 7.4 , which lies in the main plane H'7.1. The circular shade plate 8th is in the microstructure 7.4 integrated.

Die 4 stellt eine Anordnung mit einer zumindest teilweise achromatischen diffraktiven Subkomponente 7.2, die im Buch „Mikrooptik” von St. Sinzinger, J. Jahns, Wiley-VCH-Verlag, 1999, Seite 367 als Multi order lens beschrieben ist, und mit einer chromatisch diffraktiven Subkomponente 7.5 als chromatische, brechkraftvariable, abbildende Komponente 7 dar. Die zumindest teilweise achromatische Subkomponente 7.2 kann aber auch als Fresnel-Linse ausgebildet sein.The 4 illustrates an arrangement with an at least partially achromatic diffractive subcomponent 7.2 , which is described in the book "Micro-optics" by St. Sinzinger, J. Jahns, Wiley-VCH-Verlag, 1999, page 367 as multi order lens, and with a chromatic diffractive subcomponent 7.5 as a chromatic, refractive power variable, imaging component 7 The at least partially achromatic subcomponent 7.2 but can also be designed as a Fresnel lens.

5 stellt eine Anordnung mit einer Linsengruppe 7.3 als Subkomponente und einem elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Amplitudengitter 7.6 als Subkomponente für eine chromatische, brechkraftvariable, abbildende Komponente 7 dar. 5 represents an arrangement with a lens group 7.3 as a subcomponent and an electronically controllable, diffractive amplitude grating 7.6 as a subcomponent for a chromatic, refractive power variable, imaging component 7 represents.

6 stellt eine Anordnung mit einem passiven, diffraktiven Phasengitter 7.2 als Subkomponente und mit einem elektronisch-steuerbaren diffraktiven Phasengitter 7.7 dar, welches mit dem passiven, diffraktiven Phasengitter 7.2 zu einer chromatischen, brechkraftvariablen, abbildenden Komponente 7 verbunden ist. Damit ist auch noch die Möglichkeit gegeben, das steuerbare, diffraktive Phasengitter 7.6 so anzusteuern, dass eine gesteuerte Dezentrierung der chromatischen, brechkraftvariablen, abbildenden Komponente 7 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene erfolgt. So können die Bilder BLQ der Lichtquellpunkte LQ auch in einer feinen Skala lateral gesteuert werden, so dass bei Bedarf eine hohe laterale Auflösung des Objektes 13 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene gegeben ist. 6 provides an arrangement with a passive, diffractive phase grating 7.2 as a subcomponent and with an electronically controllable diffractive phase grating 7.7 which, with the passive, diffractive phase grating 7.2 to a chromatic, refractive power variable, imaging component 7 connected is. This also gives the possibility of the controllable, diffractive phase grating 7.6 to control such that a controlled decentering of the chromatic, refractive power variable, imaging component 7 in the direction perpendicular to the drawing plane. Thus, the images BLQ of the light source points LQ can be laterally controlled even in a fine scale, so that, if necessary, a high lateral resolution of the object 13 is given in the direction perpendicular to the plane of the drawing.

Die 7 zeigt einen Teil einer konfokalen Anordnung. Hier besteht somit kein telezentrischer Strahlengang für die Abbildung der Lichtquellpunkte LQ. Das ist aber für eine vergleichsweise große Brennweite der chromatischen, brechkraftvariablen, abbildenden Komponente 7 und für ein vergleichsweise kleines Feld und für eine angepasste Beleuchtung tolerierbar.The 7 shows a part of a confocal arrangement. There is thus no telecentric beam path for imaging the light source points LQ. But this is for a comparatively large focal length of the chromatic, refractive power variable, imaging component 7 and tolerable for a comparatively small field and for adapted illumination.

Die 8 stellt als Subkomponente eine Linsengruppe 7.1 dar, die mit einem reflexiven, diffraktiven, elektronisch-steuerbaren Phasengitter 7.8 und einem Strahlteiler 18 gekoppelt ist. Die Hauptebene H'7.1 der Linsengruppe 7.1 fällt mit der Gitterebene des Phasengitters 7.8 zusammen. Die kreisförmige Ringblende 8 ist nur symbolisch dargestellt, da diese in das Phasengitter 7.8 integriert ist.The 8th represents as a subcomponent a lens group 7.1 with a reflexive, diffractive, electronically-controllable phase grating 7.8 and a beam splitter 18 is coupled. The main plane H'7.1 of the lens group 7.1 coincides with the lattice plane of the phase grating 7.8 together. The circular ring aperture 8th is shown only symbolically, as this in the phase grating 7.8 is integrated.

Die 9 stellt eine Anordnung mit einem einzigen, reflexiven, diffraktiven, elektronisch-steuerbaren Phasengitter 7.8 mit einem Strahlteiler 18 dar. Diese Anordnung ist sehr einfach. Auch hier ist die kreisringförmige Abschattblende 8 nur symbolisch dargestellt, da diese bereits in das Phasengitter 7.8 integriert ist.The 9 provides an arrangement with a single, reflexive, diffractive, electronically-controllable phase grating 7.8 with a beam splitter 18 This arrangement is very simple. Again, the annular Abschattblende 8th shown only symbolically, since these are already in the phase grating 7.8 is integrated.

Die 10 stellt eine Anordnung entsprechend 2 dar, jedoch hier mit einem statischen, Reflexions-Gitter 7.9, welches mit äquidistanten Strukturen ausgebildet ist, also monofrequent ist. Dieses Gitter 7.9 kann als geblaztes Gitter ausgebildet sein. Das auftreffende Lichtbündel erfährt eine Lichtbeugung in Richtung eines elektronisch-steuerbaren reflexiven Gitters 7.10, das dem Gitter 7.9 nachgeordnet ist. Das elektronisch-steuerbare reflexive Gitter 7.10 ist hier als LCOS-Display oder auch als DMD ausgebildet, so dass eine sehr hohe Dynamik erreicht werden kann. Dieses elektronisch-steuerbare reflexive Gitter 7.10 bildet einen stark dezentrierten Spiegel nach. Durch elektronische Steuerung wird die Brechkraft des Gitters 7.10 im Betrag und im Vorzeichen verändert. Beim „Durchfahren” des Wertes der Brennweite unendlich erfolgt ein lateraler Sprung des Ortes des Hauptpunktes des Abbildungssystems. So kann das elektronisch-steuerbare, reflexive Gitter 7.10 lichtsammelnd als auch lichtstreuend zum Zweck des Durchfokussierens betrieben werden.The 10 represents an arrangement accordingly 2 but here with a static, reflection grating 7.9 , which is formed with equidistant structures, that is monofrequent. This grid 7.9 can be designed as a blazed grid. The incident light beam undergoes a diffraction of light in the direction of an electronically controllable reflexive grating 7.10 that the grid 7.9 is subordinate. The electronically controllable reflexive grid 7.10 is designed here as a LCOS display or as a DMD, so that a very high dynamics can be achieved. This electronically controllable reflexive grid 7.10 reproduces a strongly decentered mirror. By electronic control, the refractive power of the grid 7.10 Amount and changed in sign. When "driving through" the value of the focal length infinitely, a lateral jump takes place of the location of the main point of the imaging system. So can the electronically-controllable, reflective grid 7.10 light-collecting and light-scattering operated for the purpose of focussing.

Claims (21)

Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente mit einem Prüfobjektiv (12), wobei die brechkraftvariable, abbildende Komponente (7) auch mindestens eine diffraktive Subkomponente (7.2 und 7.4 bis 7.8) aufweisen kann, gekennzeichnet dadurch, dass eine Hauptebene der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente (7) in der dem Objekt (13) abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs (12) oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene angeordnet ist, wobei diese Ebene auch die Pupillenebene des Gesamtsystems für die Objektbeleuchtung und -abbildung darstellt.Confocal arrangement with refractive power variable, imaging component with a test objective ( 12 ), wherein the refractive power variable, imaging component ( 7 ) also at least one diffractive subcomponent ( 7.2 and 7.4 to 7.8 ), characterized in that a main plane of the refractive-power-variable imaging component ( 7 ) in the object ( 13 ) away from the focal plane of the test objective ( 12 ) or in a plane optically conjugate to this focal plane, this plane also representing the pupil plane of the overall system for object illumination and imaging. Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente mit einem Prüfobjektiv (12), wobei die brechkraftvariable, abbildende Komponente (7) auch mindestens eine diffraktive Subkomponente (7.2 und 7.4 bis 7.8) aufweisen kann, gekennzeichnet dadurch, dass eine Hauptebene der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente (7) in der dem Objekt (13) abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs (12) oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene angeordnet ist, wobei die dem Objekt (13) zugewandte Brennebene des Prüfobjektivs (12) oder in eine zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene die Pupillenebene des Gesamtsystems für die Objektbeleuchtung und -abbildung darstellt.Confocal arrangement with refractive power variable, imaging component with a test objective ( 12 ), wherein the refractive power variable, imaging component ( 7 ) also at least one diffractive subcomponent ( 7.2 and 7.4 to 7.8 ), characterized in that a main plane of the refractive-power-variable imaging component ( 7 ) in the object ( 13 ) away from the focal plane of the test objective ( 12 ) or in a plane that is optically conjugate to this focal plane, wherein the object ( 13 ) facing focal plane of the test objective ( 12 ) or in a plane optically conjugate to this focal plane represents the pupil plane of the overall system for object illumination and illumination. Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente (7) nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zumindest das Prüfobjektiv (12) eine Mittenabschattung (9) aufweist, die mindestens 2% der gesamten Pupillenfläche desselben ausmacht.Confocal arrangement with refractive power variable, imaging component ( 7 ) according to claim 1, characterized in that at least the test objective ( 12 ) a central shading ( 9 ), which accounts for at least 2% of the total pupil area thereof. Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente (7) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass eine diffraktiv-chromatische (7.4 bis 7.7) und eine achromatische Subkomponente (7.1 bis 7.3) zu einer brechkraftvariablen, chromatischen Komponente (7) verbunden sind.Confocal arrangement with refractive power variable, imaging component ( 7 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that a diffractive-chromatic ( 7.4 to 7.7 ) and an achromatic subcomponent ( 7.1 to 7.3 ) to a refractive index variable, chromatic component ( 7 ) are connected. Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente (7) nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass eine achromatische Subkomponente (7.2) diffraktiv ausgebildet ist und die Mikrostrukturen der achromatischen Subkomponente (7.2) den Mikrostrukturen einer diffraktiv-chromatischen Linse (7.5) direkt gegenüber angeordnet sind.Confocal arrangement with refractive power variable, imaging component ( 7 ) according to claim 4, characterized in that an achromatic subcomponent ( 7.2 ) is diffractive and the microstructures of the achromatic subcomponent ( 7.2 ) the microstructures of a diffractive-chromatic lens ( 7.5 ) are arranged directly opposite. Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente (7) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Subkomponente in der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente auch mittels einer die Gitterstruktur elektronisch steuernden Subkomponente ausgebildet ist, um die elektronische Generierung einer benötigten Abbildungsfunktion hinsichtlich der lateralen Ausbildung derselben gezielt einstellbar zu machen, wobei während eines Messvorganges die elektronisch eingestellte Mikrostruktur jedoch nicht verändert wird und der konfokale Sensor dabei chromatisch-konfokal arbeitet.Confocal arrangement with refractive power variable, imaging component ( 7 ) according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the subcomponent in the refractive power variable, imaging component is also formed by means of a grid component electronically controlling subcomponent to make the electronic generation of a required imaging function with respect to the lateral formation thereof specifically adjustable, during a measuring process, however, the electronically adjusted microstructure is not changed and the confocal sensor thereby works in chromatic-confocal fashion. Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente (7) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass ein elektronisch-steuerbares Array, mindestens ein LCD (7.5, 7.6), mindestens ein einziges LCOS-Display (7.8, 7.10) oder mindestens ein einziges DMD zur Generierung der Abbildungsfunktion eingesetzt wird, wobei die Ortsfrequenz der lateralen Mikrostruktur desselben variiert wird.Confocal arrangement with refractive power variable, imaging component ( 7 ) according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that an electronically controllable array, at least one LCD ( 7.5 . 7.6 ), at least one LCOS display ( 7.8 . 7.10 ) or at least a single DMD is used to generate the mapping function, wherein the spatial frequency of the lateral microstructure thereof is varied. Konfokale Anordnung mit einer Lichtquelle (1), mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente, mit einem Prüfobjektiv (12) und mit einem Tubusobjektiv (6), gekennzeichnet dadurch, dass die Komponente als eine elektronisch-steuerbare Komponente ausgebildet ist, so dass die Brechkraft derselben in Abhängigkeit von einer elektronischen Steuerung geändert wird und die Hauptebene der Komponente in der dem Objekt (13) abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs (12) oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene angeordnet ist, wobei diese Ebene gleichzeitig auch die Pupillenebene des Gesamtsystems für die Objektbeleuchtung und Objektabbildung darstellt.Confocal arrangement with a light source ( 1 ), with refractive-power-variable, imaging component, with a test objective ( 12 ) and with a tube lens ( 6 ), characterized in that the component is designed as an electronically controllable component, so that the refractive power thereof is changed in dependence on an electronic control and the main plane of the component in the object ( 13 ) away from the focal plane of the test objective ( 12 ) or in a plane which is optically conjugate to this focal plane, this plane simultaneously representing the pupil plane of the overall system for the object illumination and object imaging. Konfokale Anordnung mit einer Lichtquelle (1), mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente, mit einem Prüfobjektiv (12) und mit einem Tubusobjektiv (6), wobei die brechkraftvariable, abbildende Komponente (7) auch mindestens eine diffraktive Subkomponente (7.6, 7.7, 7.9) aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass die diffraktive Subkomponente als eine elektronisch-steuerbare diffraktive Subkomponente (7.6 bis 7.8, 7.10) ausgebildet ist, welche als Amplituden- (7.6, 7.10) oder als Phasengitter (7.7, 7.8 und 7.10) ausgebildet ist und die Wirkung einer Einzellinse, eines Objektivs oder eines Spiegels nachbildet, so dass die Brechkraft in Abhängigkeit von der lateralen Struktur eines elektronisch-steuerbaren Arrays geändert wird und die Hauptebene der elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Subkomponente (7.6 bis 7.8) in der dem Objekt (13) abgewandten Brennebene des Prüfobjektivs (12) angeordnet ist, wobei diese Ebene gleichzeitig auch die Pupillenebene des Gesamtsystems für die Objektbeleuchtung und Objektabbildung darstellt.Confocal arrangement with a light source ( 1 ), with refractive-power-variable, imaging component, with a test objective ( 12 ) and with a tube lens ( 6 ), wherein the refractive power variable, imaging component ( 7 ) also at least one diffractive subcomponent ( 7.6 . 7.7 . 7.9 ), characterized in that the diffractive subcomponent is an electronically controllable diffractive subcomponent ( 7.6 to 7.8 . 7.10 ) is formed, which as amplitude ( 7.6 . 7.10 ) or as a phase grating ( 7.7 . 7.8 and 7.10 ) and simulates the effect of a single lens, a lens or a mirror, so that the refractive power is changed as a function of the lateral structure of an electronically controllable array and the main plane of the electronically controllable, diffractive subcomponent ( 7.6 to 7.8 ) in the object ( 13 ) away from the focal plane of the test objective ( 12 ), this plane also representing the pupil plane of the overall system for object illumination and object imaging. Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente (7) nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch dass der elektronisch-steuerbaren diffraktiven Subkomponente (7.6 und 7.7) mindestens eine passive diffraktive Subkomponente (7.2 oder 7.3) mit im Betrag gleicher und in der Wirkung entgegengesetzter Brechkraft zugeordnet ist.Confocal arrangement with refractive power variable, imaging component ( 7 ) according to claim 9, characterized in that the electronically controllable diffractive subcomponent ( 7.6 and 7.7 ) at least one passive diffractive subcomponent ( 7.2 or 7.3 ) is associated with the same amount and in the opposite effect of refractive power. Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, dass: die elektronisch-steuerbare diffraktive Subkomponente (7.10) in der Wirkung als ein stark dezentriertes Abbildungssystem ausgebildet ist, so dass sich der Hauptpunkt desselben eindeutig außerhalb der Wirkungsfläche derselben befindet; und der elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Subkomponente (7.10) eine weitere diffraktive, statisch arbeitende Subkomponente (7.9) zugeordnet ist, wobei die Mikrostruktur der diffraktiven, statisch arbeitenden Subkomponente (7.9) im Feld eine konstante Ortsfrequenz aufweist, welche jener der elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Subkomponente entspricht, und wobei die diffraktive, statisch arbeitende Subkomponente (7.9) parallel zur elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Subkomponente (7.10) angeordnet ist.Confocal arrangement with refractive power variable, imaging component according to claim 10, characterized in that: the electronically controllable diffractive subcomponent ( 7.10 ) is formed in effect as a highly decentered imaging system such that the principal point thereof is clearly outside the area of action thereof; and the electronically controllable, diffractive subcomponent ( 7.10 ) a further diffractive, statically operating subcomponent ( 7.9 ), wherein the microstructure of the diffractive, statically operating subcomponent ( 7.9 ) has a constant spatial frequency in the field which corresponds to that of the electronically controllable, diffractive subcomponent, and wherein the diffractive, statically operating subcomponent ( 7.9 ) parallel to the electronically controllable, diffractive subcomponent ( 7.10 ) is arranged. Konfokale Anordnung mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente (7) nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass die diffraktive, statisch arbeitende Subkomponente (7.9) als geblaztes Gitter ausgebildet ist, dessen Mikrostruktur im Feld eine konstante Ortsfrequenz aufweist.Confocal arrangement with refractive power variable, imaging component ( 7 ) according to claim 11, characterized in that the diffractive, statically operating subcomponent ( 7.9 ) is formed as a blazed grating whose microstructure in the field has a constant spatial frequency. Konfokales Verfahren mit einer Lichtquelle (1), mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente (7), mit einem Prüfobjektiv (12) und mit einem Tubusobjektiv (6), wobei die brechkraftvariable, abbildende Komponente (7) auch mindestens eine diffraktive Subkomponente (7.6 bis 7.8) aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass die diffraktive Subkomponente (7.6 bis 7.8) elektronisch-steuerbar ist und dass das Tubusobjektiv (6) und die elektronisch-steuerbare, diffraktive Subkomponente (7.6 bis 7.8) so aufeinander abgestimmt sind, dass für eine mittlere, optisch gut einstellbare Ortsfrequenz in der elektronisch-steuerbaren, diffraktiven Subkomponente (7.6 bis 7.8) Licht von einem jedem Quellpunkt vor dem Tubusobjektiv (6) die elektronisch-steuerbare, diffraktive Komponente (7.6 bis 7.8) in Form von Planwellen in Richtung Prüfobjektiv (12) verlässt.Confocal method with a light source ( 1 ), with refractive-power-variable, imaging component ( 7 ), with a test objective ( 12 ) and with a tube lens ( 6 ), wherein the refractive power variable, imaging component ( 7 ) also at least one diffractive subcomponent ( 7.6 to 7.8 ), characterized in that the diffractive subcomponent ( 7.6 to 7.8 ) electronically controllable and that the tube objective ( 6 ) and the electronically controllable, diffractive subcomponent ( 7.6 to 7.8 ) are matched to one another in such a way that for a medium, optically easily adjustable spatial frequency in the electronically controllable, diffractive subcomponent ( 7.6 to 7.8 ) Light from each source point in front of the tube lens ( 6 ) the electronically controllable, diffractive component ( 7.6 to 7.8 ) in the form of plane waves in the direction of the test objective ( 12 ) leaves. Konfokales Verfahren mit einer Lichtquelle (1), mit brechkraftvariabler, abbildender Komponente (7), mit einem Prüfobjektiv (12) und mit einem Tubusobjektiv (6), wobei die brechkraftvariable, abbildende Komponente (7) auch mindestens eine diffraktive Komponente aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass eine brechkraftvariable Anordnung als 2f1–2f2-Anordnung oder als 4f-Anordnung, mit zwei Objektiven aufgebaut ist und die brechkraftvariable, abbildende Komponente (7) mit mindestens einer diffraktiven Linse dabei in der gemeinsamen inneren Brennebene angeordnet ist und die letzte Brennebene der 2f1–2f2-Anordnung oder der 4f-Anordnung, in Beleuchtungsrichtung dabei mit der Brennebene des Prüfobjektivs (12) zusammenfällt, die dem Objekt abgewandt ist und die Pupille in der inneren Brennebene der 2f1–2f2-Anordnung oder der 4f-Anordnung, oder in einer zu dieser optisch konjugierten Ebene angeordnet ist.Confocal method with a light source ( 1 ), with refractive-power-variable, imaging component ( 7 ), with a test objective ( 12 ) and with a tube lens ( 6 ), wherein the refractive power variable, imaging component ( 7 ) also has at least one diffractive component, characterized in that a refractive-power-variable arrangement is constructed as a 2f1-2f2 arrangement or as a 4f arrangement, with two objectives, and the refractive-power-variable, imaging component ( 7 ) is arranged with at least one diffractive lens in the common inner focal plane and the last focal plane of the 2f1-2f2 arrangement or the 4f arrangement, in the illumination direction with the focal plane of the test objective ( 12 ) facing away from the object and the pupil is located in the inner focal plane of the 2f1-2f2 array or the 4f array, or in a plane optically conjugate to it. Konfokales Verfahren zur optischen Abtastung mit einem Prüfobjektiv (12) und mit einer Lichtquelle (1), gekennzeichnet dadurch, dass die von einem jeden Lichtquellpunkt in einer konfokalen Anordnung ausgehende Wellenfront in der Brennebene des Prüfobjektivs (12), die dem Objekt (13) abgewandt ist, oder in einer zu dieser Brennebene optisch konjugierten Ebene, wobei diese Brennebene auch die Pupillenebene des Abbildungsstrahlenganges darstellt, durch eine brechkraftvariable, abbildende Komponente (7) und unabhängig von der Ausbreitungsrichtung der Wellenfront eine Veränderung des Radius' der Wellenfront erfährt, und diese Veränderung des Radius' der Wellenfront im Objektraum stets in eine zur optischen Achse des Prüfobjektivs (12) parallele Schiebung des jeweils zugehörigen Bildes eines Lichtquellpunktes gewandelt wird und so eine optische Abtastung des Objektes (13) in der Tiefe mit Bildern von Lichtquellpunkten in einem telezentrischen Strahlengang besteht und das vom Objekt (13) rückgestreute oder reflektierte Licht durch die konfokale Anordnung auf einen Detektor, in der Regel eine flächenhafte Kamera (18), gelangt und in Abhängigkeit von der Brechkraftvariation der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente (7) ein konfokales Signal entsteht.Confocal method for optical scanning with a test objective ( 12 ) and with a light source ( 1 ), characterized in that the wavefront emanating from each light source point in a confocal arrangement in the focal plane of the test objective ( 12 ), which are the object ( 13 ), or in a plane optically conjugate to this focal plane, this focal plane also representing the pupil plane of the imaging beam path, by a refractive-power-variable, imaging component (FIG. 7 ) and regardless of the direction of propagation of the wavefront undergoes a change in the radius of the wavefront, and this change in the radius of the wavefront in the object space always in one to the optical axis of the test objective ( 12 ) parallel shift of the respective associated image of a light source point is converted and so an optical scanning of the object ( 13 ) in depth with images of light source points in a telecentric beam path and that of the object ( 13 ) backscattered or reflected light through the confocal arrangement on a detector, usually a planar camera ( 18 ), and depending on the refractive power variation of the refractive power variable, imaging component ( 7 ) a confocal signal is produced. Konfokales Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 oder 15, gekennzeichnet dadurch, dass der Krümmungsmittelpunkt der in das Prüfobjektiv (12) eintretenden Wellenfronten lateral verschoben wird.Confocal method according to at least one of claims 14 or 15, characterized in that the center of curvature of the lens (in the test objective) ( 12 ) entering wavefronts is shifted laterally. Konfokales Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, dass der Krümmungsmittelpunkt der in das Prüfobjektiv (12) eintretenden Wellenfronten lateral verschoben wird, indem die effektiv wirkende optische Achse der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente (7) mittels elektronischer Steuerung lateral so positioniert wird, dass die Bilder der Lichtquellpunkte hierbei das Objekt (13) in einer lateralen Skala abtasten.Confocal method according to claim 16, characterized in that the center of curvature of the center of gravity in the test objective ( 12 ) is laterally displaced by the effective acting optical axis of the refractive power variable imaging component ( 7 ) is laterally positioned by electronic control so that the images of the light source points in this case the object ( 13 ) in a lateral scale. Konfokales Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet dadurch, dass die brechkraftvariable, abbildende Komponente (7) chromatisch ist und mittels spektrometrischer Analyse ein konfokales Signal in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge gewonnen wird. Confocal method according to at least one of claims 14 to 17, characterized in that the refractive power variable, imaging component ( 7 ) is chromatic and a confocal signal is obtained as a function of the wavelength of the light by means of spectrometric analysis. Konfokales Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18, gekennzeichnet dadurch, dass als Detektor eine Mehr-Chip-Kamera eingesetzt wird und der auszuwertende spektrale Bereich durch Strahlteilung in mehrere Spektralkanäle aufgeteilt wird, wobei jedem der Kamera-Chips je ein Köstersprisma mit einem spektral angepassten Farbteiler mit einer Kantencharakteristik vorgeordnet ist.Confocal method according to at least one of claims 14 to 18, characterized in that a multi-chip camera is used as a detector and the spectral range to be evaluated is divided by beam splitting into a plurality of spectral channels, each of the camera chips depending a Köstersprisma with a spectral matched color divider with an edge characteristic is arranged upstream. Konfokales Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 19, gekennzeichnet dadurch, dass die brechkraftvariable, abbildende Komponente (7) elektronisch-steuerbar diffraktiv ausgebildet ist und durch eine elektronisch gesteuerte Ortsfrequenzvariation die Brechkraft der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente (7) verändert wird.Confocal method according to at least one of claims 14 to 19, characterized in that the refractive power variable, imaging component ( 7 ) electronically controllable diffractive and by an electronically controlled spatial frequency variation, the refractive power of the refractive power variable, imaging component ( 7 ) is changed. Konfokales Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 20, gekennzeichnet dadurch, dass elektronisch-steuerbar die effektiv wirkende optische Achse der brechkraftvariablen, abbildenden Komponente (7) lateral so positioniert wird, dass die Bilder der Lichtquellpunkte hierbei das Objekt (13) in einer lateralen Skala abtasten.Confocal method according to at least one of claims 14 to 20, characterized in that electronically controllable, the effective optical axis of the refractive power variable, imaging component ( 7 ) is positioned laterally so that the images of the light source points in this case the object ( 13 ) in a lateral scale.
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