ES3058191T3

ES3058191T3 - An optical sensor apparatus

Info

Publication number: ES3058191T3
Application number: ES23714075T
Authority: ES
Inventors: Heimo Keränen
Original assignee: LMI Technologies Inc
Current assignee: LMI Technologies Inc
Priority date: 2023-03-09
Filing date: 2023-03-09
Publication date: 2026-03-09
Anticipated expiration: 2043-03-09
Also published as: JP2026509164A; CN120787305A; EP4457484B1; WO2024184576A1; TW202500948A; EP4457484A1; CA3232851A1; EP4457484C0; KR20250155522A; US20260009635A1

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Un aparato sensor óptico

[0003] Campo técnico

[0004] Los ejemplos y realizaciones no limitantes de la presente invención se refieren a un aparato sensor óptico, que se puede utilizar, por ejemplo, para medir una o más características de superficie de un objeto, por ejemplo, una distancia a una superficie de un objeto situado dentro de un rango de medición del aparato sensor y/o características ópticas de la superficie del objeto.

[0005] Antecedentes

[0006] Los sensores ópticos de desplazamiento adecuados para medir una distancia a un objeto en estudio y/o una forma del objeto en estudio conocidos en la técnica aplican diversos diseños y técnicas ópticas, donde el más adecuado puede depender, al menos parcialmente, de los requisitos y la aplicación prevista de un instrumento de medición que haga uso del sensor óptico de desplazamiento. No obstante, por ejemplo, la fiabilidad y la precisión de los resultados de medición, un diseño relativamente sencillo y un tamaño reducido suelen ser requisitos generales de cualquier sensor óptico de desplazamiento para garantizar su uso en una amplia gama de aplicaciones diferentes, mientras que cualquier mejora en el diseño de un sensor óptico de desplazamiento que facilite una mayor precisión y fiabilidad de la medición sin aumentar sustancialmente el tamaño y/o la complejidad del diseño óptico y/o que facilite una precisión y fiabilidad sin concesiones de los resultados de medición al tiempo que permita un diseño óptico más pequeño y/o simplificado es muy deseable. En el arte relacionado, el documento WO 98/44375 A2 divulga un autoenfoque para un microscopio confocal, que se realiza mediante un dispositivo microscópico confocal con iluminación escaneada de un objeto, medios para producir una primera división selectiva de longitud de onda (por ejemplo, defecto cromático de longitud de color) de la luz iluminante, medios para producir una segunda división selectiva de longitud de onda de la luz procedente del objeto, y medios de detección para detectar la distribución de luz producida por los dos medios mencionados. Se produce la división espectral y la detección de la imagen de un objeto iluminado selectivamente con una longitud de onda, y se genera una señal de control para ajustar la posición focal con base en las desviaciones determinadas de la frecuencia y/o la intensidad con respecto a un valor de referencia predefinido correspondiente a la posición de un objeto. La divulgación del documento WO 98/44375 A2 también se refiere a un método para detectar desviaciones entre un primer perfil vertical y un segundo perfil vertical, preferentemente para detectar y/o controlar defectos en estructuras semiconductoras, donde se lleva a cabo la iluminación selectiva por longitud de onda de un primer objeto, se detecta la luz procedente del primer objeto y se compara electrónicamente con un segundo objeto.

[0007] Más adelante en la técnica relacionada, el documento US 2013/050711 A1 divulga un método para determinar las características materiales de un objeto, en particular las propiedades ópticas de objetos preferiblemente semitransparentes. El objetivo del método divulgado es obtener características del material sin métodos de medición complejos. Esto se consigue calculando los datos espectralmente resueltos de los datos medidos del objeto con los datos espectralmente resueltos de un cuerpo de referencia para determinar las características del material, determinándose los datos medidos con un sistema de medición 3D confocal.

[0008] Más adelante en la técnica relacionada, el documento US 2008/031509 A1 divulga un aparato y un método para medir el perfil de altura de un sustrato semiconductor. En particular, la divulgación del documento US 2008/031509 A1 se refiere a un aparato de inspección confocal de obleas y a un método de registro del perfil de altura de una oblea entera mediante el uso de un elemento dispersivo, delante del cual hay una abertura en forma de ranura, y un detector bidimensional. Breve descripción

[0009] Es un objeto de la presente invención proporcionar un sensor óptico aparato que exhibe un diseño relativamente sencillo y relativamente pequeño tamaño físico al tiempo que permite mediciones de alta precisión y fiabilidad. Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un aparato de medición óptica que haga uso de dicho aparato sensor óptico.

[0010] Según una realización de ejemplo, se proporciona un aparato sensor óptico según la reivindicación 1 para determinar al menos una característica de una superficie de un objeto posicionado dentro de un rango de medición, el aparato sensor que comprende: un conjunto de iluminación que comprende dos o más fuentes de luz que están dispuestas en diferentes posiciones con respecto a un eje óptico y un plano focal de un conjunto óptico captador de luz y dispuestas para emitir luz hacia el rango de medición a través del conjunto óptico captador de luz, donde la luz emitida desde cada una de las dos o más fuentes de luz cubre el mismo rango predefinido de longitudes de onda y donde las dos o más fuentes de luz están dispuestas para formar respectivamente dos o más patrones de áreas emisoras de luz de forma espacial predefinida; un primer conjunto óptico dispuesto para dispersar longitudinalmente la luz emitida desde el conjunto de iluminación de manera que la luz a través del rango predefinido de longitudes de onda de cada uno de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz se enfoque en un rango respectivo de distancias de enfoque que constituyan dos o más subrangos correspondientes de distancias candidatas dentro del rango de medición en dos o más posiciones de medición respectivas distribuidas a diferentes distancias de un eje óptico del primer conjunto óptico; un divisor de haz dispuesto para transmitir la luz emitida desde el conjunto de iluminación hacia el primer conjunto óptico y para plegar la luz reflejada desde la superficie del objeto recibida a través del primer conjunto óptico; un segundo conjunto óptico dispuesto para recibir la luz plegada a través del rango predefinido de longitudes de onda, para dispersar lateralmente la luz recibida a través del rango predefinido de longitudes de onda y para enfocar la luz dispersada lateralmente a través del rango predefinido de longitudes de onda a una distancia predefinida; un conjunto sensor de luz que tiene un plano de sensor dispuesto a la distancia predefinida para recibir la luz dispersada lateralmente a través del rango predefinido de longitudes de onda, de manera que la luz procedente de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz se reciba en los dos o más subrangos de posiciones correspondientes respectivos a lo largo de un eje en el plano de sensor; y un conjunto detector dispuesto para determinar la al menos una característica de dicha superficie de dicho objeto basándose en las intensidades respectivas de la luz dispersada lateralmente recibida a través de dichos dos o más subrangos de posiciones a lo largo de dicho eje en el plano de sensor.

[0011] Según otra realización ejemplar, se proporciona un aparato de medición óptica para determinar las características de superficie de un objeto situado dentro de un rango de medición, el aparato de medición comprende un aparato sensor óptico según el ejemplo de realización descrito anteriormente, dispuesto para determinar al menos una característica de una superficie de dicho objeto y un mecanismo para cambiar las posiciones relativas del aparato sensor y el objeto, donde el aparato de medición está dispuesto para mover el objeto con respecto al aparato sensor a dicha pluralidad de posiciones según un patrón de movimiento predefinido, operar el aparato sensor para determinar dicha al menos una característica de la superficie del objeto en dicha pluralidad de posiciones, y determinar dichas características de superficie de dicho objeto basándose en la al menos una característica respectiva de la superficie de dicho objeto determinada en dicha pluralidad de posiciones.

[0012] Las realizaciones ejemplares de la invención presentadas en esta solicitud de patente no deben interpretarse como limitaciones a la aplicabilidad de las reivindicaciones adjuntas. El verbo "comprender" y sus derivados se utilizan en esta solicitud de patente como una limitación abierta que no excluye la existencia de características no mencionadas. Las características descritas en la siguiente descripción de algunas realizaciones pueden proporcionarse en combinaciones distintas de las descritas explícitamente, a menos que se indique explícitamente lo contrario.

[0013] La invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas. Aspectos de la invención, sin embargo, tanto en cuanto a su construcción y su método de operación, junto con los objetos adicionales y ventajas de la misma, se entenderá mejor a partir de la siguiente descripción de algunas realizaciones de ejemplo cuando se lee en relación con los dibujos adjuntos. Breve descripción de las figuras

[0014] Las realizaciones de la invención se ilustran a título de ejemplo, y no limitativo, en las figuras de los dibujos adjuntos, donde

[0015] La Figura 1 ilustra esquemáticamente un aparato sensor óptico según un ejemplo no reivindicado;

[0016] La Figura 2 ilustra esquemáticamente un aparato sensor óptico según un ejemplo;

[0017] La Figura 3A ilustra esquemáticamente algunos aspectos de la medición de distancias según un ejemplo no reivindicado; y

[0018] La Figura 3B ilustra esquemáticamente algunos aspectos de la medición de distancias según un ejemplo.

[0019] Descripción de algunas realizaciones

[0020] Las Figuras 1 y 2 ilustran algunos elementos de un aparato sensor óptico 110 según ejemplos respectivos. Cada una de las ilustraciones de las Figuras 1 y 2 proporciona una vista esquemática en sección transversal de los elementos respectivos del aparato sensor óptico 110, mientras que algunos de los elementos se representan como bloques respectivos. A este respecto, las Figuras 1 y 2 ilustran el aparato sensor óptico 110 con un conjunto de iluminación 120, un divisor de haz 130, un primer conjunto óptico 140, un segundo conjunto óptico 150, un conjunto sensor de luz 160 y un conjunto detector 170. En lo que sigue, el aparato sensor óptico 110 se denomina predominantemente, de forma abreviada, aparato sensor 110 por brevedad y claridad de la descripción.

[0021] Cabe señalar que las respectivas ilustraciones esquemáticas de algunos elementos del aparato sensor óptico 110 proporcionadas en las Figuras 1 y 2 no pretenden ilustrar con precisión las posiciones de estos elementos entre sí, los respectivos tamaños de estos elementos entre sí, o la apariencia real de estos elementos, mientras que las Figuras 1 y 2 sirven para ilustrar al menos algunas de esas características que son útiles para describir ciertos aspectos que pertenecen a la estructura y operación del aparato sensor 110 según la presente divulgación.

[0022] Las respectivas ilustraciones de las Figuras 1 y 2 están provistas de una indicación de las direcciones x, y y z que definen un sistema de coordenadas conceptual que facilita la descripción de las relaciones espaciales entre los elementos del aparato sensor 110 mostrados en las Figuras 1 y 2, así como las características operativas de algunos de los elementos mostrados en las Figuras 1 y 2. A este respecto, en la descripción de ciertas características del conjunto de iluminación 120 y del primer conjunto óptico 140, un plano definido por las direcciones x e y puede considerarse como una dirección lateral, mientras que la dirección z puede considerarse como una dirección longitudinal.

[0024] El aparato sensor 110 puede ser aplicable para determinar al menos una característica de una superficie de un objeto 180 (temporalmente) posicionado dentro de un rango de medición del aparato sensor 110 basándose en la luz reflejada desde la superficie del objeto 180 que se sitúa dentro del rango de medición. Ejemplos de tales características a medir mediante la operación del aparato sensor 110 incluyen una distancia a la superficie del objeto 180 y/o una característica óptica de la superficie del objeto 180, donde la característica óptica puede incluir, por ejemplo, una reflectividad de la superficie del objeto 180. A continuación, se describen diversas características relativas a la estructura y la operación del aparato sensor 110 en relación con el uso del aparato sensor 110 para determinar una distancia a la superficie del objeto 180 (temporalmente) situado dentro de su rango de medición (es decir, utilizando el aparato sensor 110 como un sensor óptico de desplazamiento), mientras que más adelante en este texto se proporcionan otros ejemplos de aplicabilidad del aparato sensor 110.

[0026] La distancia a la superficie del objeto 180 situada dentro del rango de medición del aparato sensor 110 puede medirse como una distancia entre un plano de referencia elegido y una posición en la superficie del objeto 180 que reside dentro del rango de medición del aparato sensor 110. Por lo tanto, la distancia desde el plano de referencia hasta la posición en la superficie del objeto 180 es una medida en la dirección longitudinal y también puede denominarse desplazamiento con respecto al plano de referencia. El plano de referencia puede comprender cualquier posición longitudinal que permanezca estacionaria con respecto al rango de medición, por ejemplo una posición longitudinal de un elemento de un instrumento de medición o de un sistema de medición que emplee el aparato sensor 110 o una posición longitudinal respectiva de un elemento del aparato sensor 110, por ejemplo la posición longitudinal del primer conjunto óptico 140. El rango de medición cubre un rango de distancias candidatas desde el plano de referencia, mientras que la posición y profundidad del rango de medición depende al menos de las características respectivas del conjunto de iluminación 120 y del primer conjunto óptico 140. Los conceptos de rango de medición y de distancias candidatas dentro del rango de medición se describen con más detalle en la siguiente descripción del aparato sensor 110 según los ejemplos respectivos de las Figuras 1 y 2.

[0027] El conjunto de iluminación 120 ilustrado en los ejemplos respectivos de las Figuras 1 y 2 comprende una o más fuentes de luz 121, 121-k y un conjunto de lentes colectoras de luz 122 que tiene su eje óptico alineado con un eje A mostrado en las ilustraciones respectivas de las Figuras 1 y 2. Las una o más fuentes de luz 121, 121-k están dispuestas para emitir luz que cubre un rango predefinido de longitudes de onda y donde las fuentes de luz 121, 121-k están dispuestas para formar uno o más patrones de áreas emisoras de luz de una forma espacial predefinida, mientras que la luz emitida por las una o más fuentes de luz 121, 121-k puede transmitirse a través del conjunto de lentes colectoras de luz 122 hacia el rango de medición. A este respecto, las longitudes de onda dentro del rango predefinido de longitudes de onda son las consideradas en las mediciones llevadas a cabo mediante el funcionamiento del aparato sensor 110. Según un ejemplo, las longitudes de onda transmitidas en la luz emitida desde el conjunto de iluminación 120 pueden limitarse únicamente al rango predefinido de longitudes de onda, mientras que en otro ejemplo la luz emitida desde el conjunto de iluminación 120 puede incluir también longitudes de onda que están fuera del rango predefinido. Algunas características adicionales de las una o más fuentes de luz 121, 121-k se describen a continuación tras la descripción de ciertos aspectos de los elementos del aparato sensor 110 ilustrados en los ejemplos respectivos de las Figuras 1 y 2.

[0029] En el ejemplo no reivindicado de la Figura 1, el conjunto de iluminación 120 comprende una única fuente de luz 121 que está dispuesta en el eje A, lo que da lugar a la emisión de luz desde un único patrón de áreas emisoras de luz de la forma espacial predefinida. Como ejemplo a este respecto, la única fuente de luz 121 puede estar dispuesta en un plano focal del conjunto de lentes colectoras de luz 122, transmitiendo así el conjunto de iluminación 120 luz colimada o sustancialmente colimada hacia el rango de medición. Por ejemplo, la forma lateral del patrón de áreas emisoras de luz de la única fuente de luz 121 puede consistir en un punto, que puede obtenerse, por ejemplo, dirigiendo la luz a través de un orificio dispuesto en el plano de enfoque del conjunto de lentes colectoras de luz 122, por ejemplo, en el eje A. Como otro ejemplo, la forma lateral del patrón de áreas emisoras de luz de la única fuente de luz 121 puede comprender una línea, que puede obtenerse, por ejemplo, dirigiendo la luz a través de una rendija que se extiende en la dirección lateral (por ejemplo, en la dirección x) en el plano de enfoque del conjunto de lentes colectoras de luz 122, por ejemplo, de forma que la rendija intersecte la posición del eje A.

[0031] La ilustración de la Figura 2 muestra tres fuentes de luz 121-1, 121-2, 121-3, lo que sirve como ejemplo que se generaliza en dos o más fuentes de luz 121-k que están dispuestas en posiciones respectivas con respecto al eje A y con respecto al plano focal del conjunto de lentes colectoras de luz 122, cada una dispuesta para emitir luz que cubre el mismo rango predefinido de longitudes de onda (como se ha descrito anteriormente para la única fuente de luz 121). A este respecto, cada una de las dos o más fuentes de luz 121-k tiene preferiblemente una posición lateral (es decir, una posición con respecto al eje A) que es diferente de las respectivas posiciones laterales de las otras de las dos o más fuentes de luz 121-k y una posición longitudinal (por ejemplo, una posición con respecto al plano focal del conjunto de lentes colectoras de luz 122) que es diferente de las respectivas posiciones longitudinales de las otras de las dos o más fuentes de luz 121-k con el fin de enfocar las respectivas proyecciones de los patrones de áreas emisoras de luz procedentes a partir de las mismas en diferentes posiciones laterales y longitudinales en el rango de medición. En consecuencia, la luz emitida por el conjunto de iluminación 120 no está totalmente colimada. Las desviaciones respectivas del eje A y del plano focal son típicamente una fracción de la longitud de enfoque del conjunto de lentes colectoras de luz 122. A continuación se describe con más detalle la relación entre las posiciones respectivas de las dos o más fuentes de luz 121-k y su enfoque dentro del rango de medición. En un ejemplo particular, las dos o más fuentes de luz 121-k pueden estar dispuestas a una distancia uniforme a lo largo de un eje sobre un plano (conceptual) que tiene un ángulo de inclinación distinto de cero con respecto al plano focal del conjunto de lentes colectoras de luz 122, de tal manera que la disposición de las dos o más fuentes de luz 121-k está centrada con respecto al eje A.

[0033] Como en el caso de la única fuente de luz 121 según el ejemplo de la Figura 1, también en el ejemplo de la Figura 2 la forma lateral de los respectivos patrones de áreas emisoras de luz de las dos o más fuentes de luz 121-k puede comprender, por ejemplo, un punto o una línea. Teniendo en cuenta el ejemplo donde las dos o más fuentes de luz 121-k están dispuestas a lo largo del eje en el plano (conceptual) que tiene el ángulo de inclinación distinto de cero con respecto al plano focal del conjunto de lentes colectoras de luz 122, pueden proporcionarse patrones de áreas emisoras de luz respectivas, por ejemplo dirigiendo la luz a través de una arreglo de agujeros de alfiler (unidimensional) o un arreglo de rendijas que tenga un número deseado de agujeros de alfiler o rendijas a un espaciado deseado y que esté dispuesta en el ángulo de inclinación distinto de cero con respecto al plano focal de tal manera que una línea de agujeros de alfiler o rendijas en el arreglo esté centrada con respecto al eje A. El número de patrones de áreas emisoras de luz y su espaciado pueden elegirse de tal manera que el espaciado lateral y la dispersión de sus proyecciones sobre la superficie del objeto 180 y, en consecuencia, la distribución lateral y longitudinal de los subrangos de medición derivados de los mismos den como resultado una profundidad y un tamaño lateral deseados del rango de medición (que se describirán a continuación). En ejemplos no limitativos, el diámetro de un punto de luz o la anchura de una línea de luz puede estar en un intervalo de 5 a 30 micrómetros (µm) y/o el espaciado entre los puntos o líneas de luz puede estar en un intervalo de 350 a 1000 µm, por ejemplo 500 µm.

[0035] Las posiciones respectivas de las dos o más fuentes de luz 121-k pueden seleccionarse teniendo en cuenta la distancia entre el conjunto de iluminación 120 y el primer conjunto óptico 140 y teniendo en cuenta el tamaño lateral del primer conjunto óptico 140, de manera que la luz procedente de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz sea enfocada por el primer conjunto óptico 140 en posiciones laterales respectivas que estén separadas entre sí y, por lo tanto, la luz procedente de cada uno de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz se proyecte sobre la superficie del objeto 180 situado con el rango de medición como patrones de intensidad de luz distintos respectivos que estén separados lateralmente de los otros patrones de intensidad de luz proyectados sobre la superficie del objeto 180. A la vista de los ejemplos no limitativos relativos a la forma lateral de los patrones de áreas emisoras de luz descritos en lo que antecede, para cada longitud de onda el primer conjunto óptico 140 puede enfocar la luz emitida desde el conjunto de iluminación 110 como un conjunto respectivo de puntos o como un conjunto respectivo de líneas que están espaciadas de manera sustancialmente uniforme en la dirección lateral (por ejemplo, en la dirección y).

[0037] El conjunto de lentes colectoras de luz 122 ilustrado esquemáticamente en las Figuras 1 y 2 sirve como ejemplo de conjunto óptico captador de luz y, en otros ejemplos, el conjunto de lentes colectoras de luz 122 puede sustituirse por un conjunto de espejos colectores de luz o por un conjunto óptico captador de luz que comprenda una o más lentes y uno o más espejos. Dicha modificación de la disposición óptica que da lugar al uso de un conjunto óptico captador de luz distinto del conjunto de lentes colectoras de luz 122 puede requerir el reposicionamiento de las una o más fuentes de luz 121 con respecto al conjunto óptico captador de luz en consecuencia para proporcionar la funcionalidad asignada al segundo conjunto óptico 150 y al conjunto sensor de luz 160 en el aparato sensor 110 según la presente divulgación.

[0039] El primer conjunto óptico 140 puede colocarse a lo largo del eje A de tal manera que sea capaz de recibir la luz emitida desde el conjunto de iluminación 120 y esté dispuesto para dispersar longitudinalmente la luz emitida desde el conjunto de iluminación 120 de tal manera que la luz a través del rango predefinido de longitudes de onda de cada uno de los uno o más patrones de áreas emisoras de luz se enfoque en una gama respectiva de distancias de enfoque que constituyan una o más subgamas correspondientes de distancias candidatas dentro del rango de medición. Debido a su función de enfoque de la luz emitida por el conjunto de iluminación 120, el primer conjunto óptico 140 puede denominarse también conjunto de enfoque. En el presente documento y en la presente divulgación en general, la expresión "en todo el rango predefinido de longitudes de onda" se aplica para referirse a las longitudes de onda en todo el rango predefinido de longitudes de onda, es decir, a las longitudes de onda cubiertas por el rango predefinido de longitudes de onda.

[0041] Los uno o más subrangos de distancias candidatas que surgen de las características de enfoque dependientes de la longitud de onda del primer conjunto óptico 140 definen el rango de medición del aparato sensor 110 y se denominan "distancias candidatas", ya que establecen un rango de distancias que son medibles mediante la operación del aparato sensor 110 y, por lo tanto, una de las distancias candidatas puede identificarse como la que representa la posición longitudinal de la superficie del objeto 180 (temporalmente) posicionado dentro del rango de medición. Por consiguiente, en un escenario donde la posición longitudinal del primer conjunto óptico 140 sirve como plano de referencia para expresar la distancia medida, la distancia candidata que se encuentra para representar la posición longitudinal de la superficie del objeto 180 también indica directamente la distancia medida a través de la operación del aparato sensor 110 (es decir, el desplazamiento de la superficie del objeto 180 con respecto al plano de referencia), mientras que en un escenario donde el plano de referencia está desplazado con respecto a la posición longitudinal del primer conjunto óptico 140, la distancia medida mediante la operación del aparato sensor 110 puede encontrarse como una suma del desplazamiento entre el plano de referencia y la posición longitudinal del primer conjunto óptico 140 y la distancia candidata que se encuentra para representar la posición longitudinal de la superficie del objeto 180.

[0042] El primer conjunto óptico 140 sirve además como parte de la óptica de captación de luz: la luz reflejada desde la superficie del objeto 180 (temporalmente) introducido en el rango de medición se transmite a través del primer conjunto óptico 140 de vuelta hacia el divisor de haz 130, que pliega la luz reflejada hacia el segundo conjunto óptico 150 que introduce dispersión lateral a la luz plegada recibida allí antes de pasar la luz dispersada lateralmente resultante para su recepción en un plano de sensor del conjunto sensor de luz 160 de tal manera que el rango predefinido de longitudes de onda transportadas en él se distribuye a lo largo de un eje y' en el plano de sensor. A continuación se describe con más detalle la transmisión de la luz reflejada desde la superficie del objeto 180 a través del segundo conjunto óptico 150 y su recepción en el plano de sensor del conjunto sensor de luz 160.

[0044] Según un ejemplo, el primer conjunto óptico 140 ilustrado en los ejemplos respectivos de las figuras 1 y 2 comprende un primer conjunto de lentes de enfoque 141 que tiene su eje óptico alineado con el eje A y que está dispuesto para introducir una cantidad predefinida de una dispersión cromática longitudinal que da como resultado el enfoque de las diferentes longitudes de onda incluidas en la luz recibida del conjunto de iluminación 110 en el lado opuesto del primer conjunto de lentes de enfoque 141 a distancias respectivas dependientes de la longitud de onda (diferentes) desde el primer conjunto de lentes de enfoque 141. Las características del primer conjunto de lentes de enfoque 141 pueden elegirse de tal manera que proporcionen una cantidad deseada de dispersión longitudinal, donde una cantidad aplicable de dispersión longitudinal puede depender, por ejemplo, del rango predefinido de longitudes de onda en la luz procedente de los uno o más patrones de áreas emisoras de luz de las una o más fuentes de luz 121, 121-k y/o de la profundidad y posición deseadas del rango de medición creada por el primer conjunto óptico 140. La dispersión cromática longitudinal también puede denominarse aberración cromática longitudinal.

[0046] Si se consideran tales características de enfoque para la luz procedente de un único patrón de áreas emisoras de luz del ejemplo de la Figura 1, la dispersión cromática longitudinal introducida por el primer conjunto óptico 140 da como resultado el enfoque de diferentes longitudes de onda de la luz procedente del único patrón de áreas emisoras de luz a diferentes distancias de enfoque desde el primer conjunto óptico 140, de manera que las longitudes de onda más cortas se enfocan a una distancia más corta desde el primer conjunto óptico 140 que las longitudes de onda más largas. En el marco del ejemplo de la Figura 1, el rango de distancias de enfoque desde una distancia de enfoque de la longitud de onda más corta del intervalo de longitudes de onda predefinidas hasta una distancia de enfoque de la longitud de onda más larga del intervalo de longitudes de onda predefinidas define un único subrango de distancias candidatas y, en consecuencia, también define el rango de medición disponible del aparato sensor 110.

[0048] Siguiendo con el escenario del único patrón de áreas emisoras de luz, cuando se utiliza el aparato sensor 110 según el ejemplo de la Figura 1 para determinar la distancia a una posición en la superficie del objeto 180 que se encuentra (temporalmente) dentro del rango de medición, la luz emitida desde el único patrón de áreas emisoras de luz se proyecta sobre la superficie del objeto 180 en una posición de medición (lateral) que está alineada con el eje A y se refleja desde la superficie del objeto 180. A este respecto, las características de la luz reflejada son diferentes a distintas longitudes de onda dependiendo de la posición longitudinal de la superficie del objeto 180 dentro del rango de medición: una longitud de onda enfocada a una distancia candidata que coincide con la superficie del objeto 180 da como resultado el reflejo de una imagen nítida del único patrón de áreas emisoras de luz, mientras que (otras) longitudes de onda enfocadas a (otras) distancias candidatas que no coinciden con la superficie del objeto 180 dan como resultado el reflejo de una imagen borrosa del único patrón de áreas emisoras de luz. A este respecto, el grado de desenfoque aumenta con el incremento del margen entre una distancia candidata a la que se enfoca una determinada longitud de onda y la superficie del objeto 180. En consecuencia, la luz reflejada en la longitud de onda que se enfoca en la superficie del objeto 180 se recibe en el plano de sensor del conjunto sensor de luz 160 con una intensidad que es mayor que las intensidades respectivas en aquellas longitudes de onda que no se enfocan en la superficie del objeto 180, donde la intensidad de luz recibida disminuye con el aumento de la distancia entre la posición de la superficie del objeto 180 y la distancia de enfoque de la respectiva longitud de onda no enfocada.

[0050] Por lo tanto, en el ejemplo de la Figura 1, donde la luz de un único patrón de áreas emisoras de luz procedente de la única fuente de luz 121 situada en el eje A se aplica para crear un único subrango de medición que también sirve como rango de medición (global), la posición longitudinal y la profundidad del rango de medición del aparato sensor 110 dependen al menos de la cantidad de dispersión cromática longitudinal introducida por el primer conjunto óptico 140 y del rango predefinido de longitudes de onda consideradas en la medición. En este sentido, el único subrango de medición proporciona un mapeo único entre las longitudes de onda dentro del rango predefinido de longitudes de onda y las distancias candidatas correspondientes. Como ejemplo de consideración de las características anteriormente descritas que tienen un efecto sobre la profundidad de medición aplicable en el marco del ejemplo de la Figura 1, el diseño del aparato sensor 110 puede basarse en cálculos y/o simulaciones que proceden de la definición de una profundidad deseada del rango de medición y de la selección del rango predefinido de longitudes de onda que deben tenerse en cuenta en la medición y/o de las características de enfoque del primer conjunto óptico 140 de forma que se obtenga la profundidad deseada del rango de medición.

[0052] Haciendo referencia ahora a un escenario según el ejemplo de la Figura 2 donde la luz de dos o más patrones de áreas emisoras de luz (distintas) se emite desde el conjunto de iluminación 120 y se recibe en el primer conjunto óptico 140, el aspecto del enfoque del rango predefinido de longitudes de onda a un rango correspondiente de distancias del primer conjunto óptico 140 para definir un rango de distancias candidatas y el aspecto de la luz reflejada a la longitud de onda que se enfoca a una distancia candidata que coincide con la superficie del objeto 180 que se recibe en el plano de sensor del conjunto sensor 160 a una intensidad relativamente alta (en relación con las reflexiones a otras longitudes de onda) siguen la lógica descrita anteriormente para la luz de cada uno de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz por separado, mutatis mutandis. En particular, en el marco del aparato sensor 110 según el ejemplo de la Figura 2, el primer conjunto óptico 140 está dispuesto para dispersar longitudinalmente la luz recibida del conjunto de iluminación 120 de tal manera que la luz a través del rango predefinido de longitudes de onda de cada uno de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz se enfoca en un rango correspondiente de distancias desde el primer conjunto óptico 140 en una posición de medición lateral respectiva, definiendo así un subrango respectivo de distancias candidatas. Los dos o más subrangos de distancias candidatas resultantes sirven como dos o más subrangos de medición respectivos situados en las respectivas posiciones de medición (laterales), mientras que los dos o más subrangos de medición definen conjuntamente el rango de medición (global) del aparato sensor 110.

[0053] Por lo tanto, en el ejemplo de la Figura 2, los dos o más subrangos de medición se distribuyen espacialmente en diferentes posiciones en la dirección lateral, que pueden denominarse posiciones de medición (laterales) o puntos (laterales) de medición dependiendo de la posición lateral del patrón de áreas emisoras de luz de la fuente de luz 121-k de la que procede el respectivo subrango de medición. Además, los dos o más subrangos de medición también se distribuyen espacialmente en diferentes posiciones en la dirección longitudinal dependiendo de la posición longitudinal del patrón de áreas emisoras de luz de la fuente de luz 121-k (con respecto al plano focal del conjunto óptico captador de luz del conjunto de iluminación 120) desde el que se procede el respectivo subrango de medición.

[0054] En un ejemplo no limitante, los dos o más subrangos de medición pueden distribuirse dentro del rango de medición como se describe a continuación:

[0055] - Considerando la distribución lateral de los subrangos de medición, la luz procedente de una fuente de luz 121-k situada en el eje A da lugar a la creación del respectivo subrango de medición a lo largo del eje A, la luz procedente de una fuente de luz 121-k situada en un primer lado del eje A da lugar a la creación del respectivo subrango de medición en una posición lateral que se encuentra en un segundo lado del eje A (opuesto al primer lado del eje A), mientras que la luz procedente de una fuente de luz 121-k situada en el segundo lado del eje A da lugar a la creación del respectivo subrango de medición en una posición lateral que se encuentra en el primer lado del eje A. - Considerando la distribución longitudinal de los subrangos de medición, la luz procedente de una fuente de luz 121-k situada "detrás" del plano focal del conjunto óptico captador de luz del conjunto de iluminación 120 (en términos de su distancia al primer conjunto óptico 140) da lugar a la creación del respectivo subrango de medición que está más cerca del primer conjunto óptico 140 que el creado por una fuente de luz dispuesta en el plano focal del conjunto óptico captador de luz, mientras que la luz procedente de una fuente de luz 121-k situada "delante" del plano focal del conjunto óptico captador de luz crea el subrango de medición respectivo más alejado del primer conjunto óptico 140 que el creado por una fuente de luz dispuesta en el plano focal del conjunto óptico captador de luz.

[0056] - Los respectivos patrones de áreas emisoras de luz de las fuentes de luz 121-k que están desplazadas lateralmente con respecto al eje A dan lugar a que el primer conjunto óptico 140 enfoque diferentes longitudes de onda a diferentes distancias del eje A, de manera que el desplazamiento del punto de enfoque con respecto al eje A aumenta con la distancia del área emisora de luz con respecto al eje A. Por consiguiente, el subrango de medición resultante se define mediante un rango de puntos de enfoque ligeramente inclinado con respecto al eje A, lo que provoca una "deriva" de la posición de medición (lateral) respectiva más alejada del eje A con el aumento de la distancia de la zona emisora de luz con respecto al eje A.

[0057] En vista de lo anterior, dado que cada una de las dos o más fuentes de luz 121-k emite luz que transmite el mismo rango predefinido de longitudes de onda, cada uno de los dos o más subrangos de medición creados sobre la base de las posiciones de los respectivos patrones de áreas emisoras de luz de las respectivas de las dos o más fuentes de luz 121-k proporciona un mapeo diferente entre el rango predefinido de longitudes de onda y el correspondiente subrango de distancias candidatas en una posición de medición (lateral) respectiva. En particular, una primera de las dos o más fuentes de luz 121-k que está dispuesta más lejos del conjunto óptico captador de luz del conjunto de iluminación 120 crea un subrango de medición que cubre distancias candidatas más cortas que otro subrango de medición creado por una segunda de las dos o más fuentes de luz 121-k que está dispuesta más cerca del conjunto óptico captador de luz, proporcionando así un mapeo diferente entre el rango predefinido de longitudes de onda y el correspondiente sub-rango de distancias candidatas en los respectivos subrangos de medición creados por la luz de los respectivos patrones de áreas emisoras de luz de la primera y segunda fuentes de luz 121-k.

[0058] Si se consideran los dos o más subrangos de medición que surgen del uso de las dos o más fuentes de luz 121-k a través del ejemplo específico de la Figura 2 que incluye las tres fuentes de luz 121-1, 121-2, 121-3, la relación entre las ubicaciones respectivas de las fuentes de luz arbóreas 121-1, 121-2, 121-3 y los subrangos de medición creados basándose en la luz de los respectivos patrones de áreas emisoras de luz de las mismas puede describirse de la siguiente manera:

[0059] - La fuente de luz 121-2 puede estar dispuesta en el eje A en el plano focal del conjunto de lentes colectoras de luz 122 y, en consecuencia, la dispersión longitudinal causada por el primer conjunto óptico 140 resulta en el enfoque del rango predefinido de longitudes de onda transportadas en el patrón de áreas emisoras de luz que procede de la fuente de luz 121-2 en un segundo subrango de medición situado en el eje A que cubre un segundo subrango de distancias candidatas.

[0061] - La fuente de luz 121-1 puede estar dispuesta en una posición que esté "detrás" del plano focal del conjunto de lentes colectoras de luz 122 en el primer lado del eje A y, en consecuencia, la dispersión longitudinal causada por el primer conjunto óptico 140 da lugar al enfoque del rango predefinido de longitudes de onda transportadas en el patrón de áreas emisoras de luz de la fuente de luz 121-1 en un primer subrango de medición en una posición de medición (lateral) que está situada en el segundo lado del eje A en un rango de posiciones longitudinales que está más cerca del primer conjunto óptico 140 que el segundo subrango de medición creado con base en el patrón de áreas emisoras de luz de la fuente de luz 121-2, el primer subrango de medición cubre así un primer subrango de distancias candidatas que incluye distancias candidatas más cortas que las del segundo subrango de distancias candidatas.

[0063] - La fuente de luz 121-3 puede estar dispuesta en una posición que está "delante" del plano focal del conjunto de lentes colectoras de luz 122 en el segundo lado del eje A y, en consecuencia, la dispersión longitudinal causada por el primer conjunto óptico 140 da lugar al enfoque del rango predefinido de longitudes de onda transmitidas en el patrón de áreas emisoras de luz de la fuente de luz 121-3 en un tercer subrango de medición en una posición de medición (lateral) que está situada en el primer lado del eje A en un rango de posiciones longitudinales que está más alejado del primer conjunto óptico 140 que el segundo subrango de medición creado con base en el patrón de áreas emisoras de luz de la fuente de luz 121-2, el tercer subrango de medición cubre así un tercer subrango de distancias candidatas que son más largas que las del segundo subrango de distancias candidatas.

[0065] Por lo tanto, en el ejemplo de la Figura 2, donde los dos o más patrones de áreas emisoras de luz de las dos o más fuentes de luz respectivas 121-k dispuestas a diferentes distancias del eje A y a diferentes distancias del conjunto óptico captador de luz se aplican para crear los respectivos subrangos de medición que definen conjuntamente el rango de medición (global), la posición longitudinal y la profundidad del rango de medición dependen al menos de la cantidad de dispersión cromática longitudinal introducida por el primer conjunto óptico 140, de las posiciones respectivas de las dos o más fuentes de luz 121-k con respecto al conjunto óptico captador de luz, y del rango predefinido de longitudes de onda consideradas en la medición. Estas características del aparato sensor 110 pueden elegirse de forma que los dos o más subrangos de medición resultantes presenten un solapamiento parcial con cada uno en la dirección longitudinal para garantizar que se cubre el rango de medición (global) sin huecos. A modo de ejemplo, el diseño del aparato sensor 110 puede implicar, al menos parcialmente, un procedimiento experimental que proceda a partir de la definición de una profundidad deseada del rango de medición, seguida de la selección de las posiciones respectivas de las dos o más fuentes de luz 121-k y de la selección del rango predefinido de longitudes de onda que se emitirán desde las dos o más fuentes de luz 121-k y/o de la selección de las características de enfoque del primer conjunto óptico 140 de forma que se obtenga la profundidad deseada del rango de medición.

[0067] El divisor de haz 130 está situado a lo largo del eje A entre el conjunto de iluminación 120 y el primer conjunto óptico 140 y está dispuesto para transmitir la luz emitida desde el conjunto de iluminación 120 hacia el primer conjunto óptico 140 y para plegar la luz reflejada desde la superficie del objeto 180 (temporalmente) llevada dentro del rango de medición para su transmisión a lo largo de un eje B. El divisor de haz 130 puede recibir la luz reflejada a lo largo del eje A a través del primer conjunto óptico 140, lo que da lugar a la conversión de la luz reflejada desde la superficie del objeto 180 desde el "dominio disperso" longitudinalmente cromático de nuevo al "dominio no disperso" para su posterior reflexión desde el divisor de haz 130 hacia el segundo conjunto óptico 150 a lo largo del eje B. Por lo tanto, la luz procedente del conjunto de iluminación 120 se dirige hacia el objeto 180 a través del primer conjunto óptico 140 a lo largo del eje A y la luz reflejada desde el objeto 180 se recoge a través del primer conjunto óptico 140 a lo largo del eje A, proporcionando así una disposición de medición coaxial.

[0069] El divisor de haz 130 puede comprender un divisor de haz aplicable conocido en la técnica, que está dispuesto para transmitir una primera porción de luz dirigida al mismo y reflejar una segunda porción de la luz dirigida al mismo en ambas direcciones. A este respecto, la primera y segunda porciones de luz suman normalmente el 100 %, mientras que, por ejemplo, en las implementaciones de divisores de haz que se basan en un recubrimiento reflectante depositado sobre un sustrato óptico, una pequeña cantidad de luz puede ser absorbida por el recubrimiento. A modo de ejemplo, cada una de la primera y segunda porciones puede ser sustancialmente del 50 %, proporcionando así el divisor de haz 130 como un divisor de haz 50/50.

[0071] El segundo conjunto óptico 150 está dispuesto para recibir luz a través del rango predefinido de longitudes de onda desde el divisor de haz 130 a lo largo del eje B, para dispersar lateralmente la luz recibida a través del rango predefinido de longitudes de onda y para enfocar la luz dispersada lateralmente a través del rango predefinido de longitudes de onda a una distancia predefinida (de enfoque) para su recepción por el conjunto sensor de luz 160. Por lo tanto, la luz recibida en el segundo conjunto óptico 150 puede transmitirse en su totalidad a través del segundo conjunto óptico 150 y posteriormente al conjunto sensor de luz 160. La dispersión lateral introducida en el segundo subconjunto óptico 150 da lugar a la transmisión de la luz a través del rango predefinido de longitudes de onda en la forma lateralmente dispersa a lo largo de un eje C hacia el conjunto sensor de luz 160, de tal manera que diferentes longitudes de onda dentro del rango predefinido de longitudes de onda se enfocan en diferentes posiciones laterales en la distancia de enfoque. A este respecto, cabe señalar que en el contexto de la descripción de las características respectivas de la luz plegada por el divisor de haz 130 y la luz dispersada lateralmente, el concepto de dirección lateral es diferente del aplicado en la descripción del conjunto de iluminación 120 y el primer conjunto óptico 140. En particular, en el contexto de la descripción de las características de la luz plegada por el divisor de haz 130, la dirección lateral comprende una dirección transversal (por ejemplo, sustancialmente perpendicular al eje B), mientras que en el contexto de la descripción de las características de la luz dispersada lateralmente, la dirección lateral comprende una dirección transversal (por ejemplo, sustancialmente perpendicular al eje C).

[0072] En los ejemplos respectivos de las Figuras 1 y 2, el segundo conjunto óptico 150 comprende una disposición de un prisma de dispersión 151 y un segundo conjunto de lentes de enfoque 152, donde el prisma de dispersión 151 está dispuesto para recibir la luz a través del rango predefinido de longitudes de onda e introducir una cantidad predefinida de dispersión cromática lateral en la luz recibida allí desde el divisor de haz 130 y donde el segundo conjunto de lentes de enfoque 152 está dispuesto para enfocar la luz dispersada lateralmente a la distancia (de enfoque) predefinida. Las características del prisma de dispersión 151 pueden elegirse de manera que proporcione una cantidad deseada de dispersión lateral, donde una cantidad aplicable de dispersión lateral puede depender, por ejemplo, del rango predefinido de longitudes de onda consideradas en la medición y/o de la profundidad del rango de medición creada por el primer conjunto óptico 140. Siguiendo las líneas descritas anteriormente, el segundo conjunto óptico 150 y el prisma de dispersión 151 en el mismo pueden recibir la luz plegada por el divisor de haz 130 sustancialmente en su totalidad y la luz recibida en el segundo conjunto óptico 150 y el prisma de dispersión 151 en el mismo puede estar igualmente presente sustancialmente en su totalidad en la luz dispersada lateralmente proporcionada como la salida del segundo conjunto óptico 150 para la recepción en el plano de sensor del conjunto sensor de luz 160 (como se describe a continuación con más detalle). En otras palabras, el segundo conjunto óptico 150 está dispuesto para transmitir la luz recibida del divisor de haz 130 a través de él sustancialmente en su totalidad para su recepción en el plano de sensor del conjunto sensor 160. Por lo tanto, el segundo conjunto óptico 150 no aplica filtrado a la luz transmitida a través de él, mientras que la óptica receptora aplicada típicamente en soluciones conocidas anteriormente implica un filtrado espacial mediante el enfoque de la luz recibida a través de él en un orificio o rendija receptora, lo que hace que sólo pasen a través de él las longitudes de onda de la luz recibida que están enfocadas, mientras que se bloquean sustancialmente las longitudes de onda que están desenfocadas. La omisión de dicho filtrado espacial en el segundo conjunto óptico 150 permite una construcción simplificada y más asequible de la disposición óptica aplicada en el aparato sensor 110 y facilita el ajuste directo de las posiciones y/u orientaciones respectivas de los elementos del aparato sensor 110 entre sí.

[0073] El prisma de dispersión 151 ilustrado esquemáticamente en las Figuras 1 y 2 sirve como ejemplo de componente óptico dispersivo, mientras que en otros ejemplos el prisma de dispersión 151 puede sustituirse por otro componente óptico dispersivo o por una disposición de dos o más componentes ópticos que den como resultado proporcionar la cantidad deseada de dispersión lateral a la luz recibida en el mismo. Ejemplos no limitantes de tales componentes ópticos dispersivos incluyen una rejilla de transmisión y una rejilla de reflexión. El uso de un componente óptico dispersivo distinto del prisma de dispersión 151 puede requerir el reposicionamiento del segundo conjunto de lentes de enfoque 152 (u otro componente o conjunto óptico de enfoque) y/o del conjunto sensor de luz 160 en consecuencia para proporcionar la funcionalidad asignada al segundo conjunto óptico 150 y al conjunto sensor de luz 160 en el aparato sensor 110 según la presente divulgación.

[0074] El segundo conjunto de lentes de enfoque 152 ilustrado esquemáticamente en las Figuras 1 y 2 sirve como ejemplo de componente o conjunto óptico de enfoque y en otros ejemplos el segundo conjunto de lentes de enfoque 152 puede sustituirse por otro conjunto óptico de enfoque, tal como un conjunto de espejos de enfoque o un conjunto óptico de enfoque que comprenda una o más lentes y uno o más espejos. El uso de un conjunto óptico de enfoque distinto del segundo conjunto de lentes de enfoque 152 puede requerir el reposicionamiento del prisma de dispersión 151 (u otro componente óptico dispersivo) y/o del conjunto sensor de luz 160 en consecuencia para proporcionar la funcionalidad asignada al segundo conjunto óptico 150 y al conjunto sensor de luz 160 en el aparato sensor 110 según la presente divulgación.

[0075] En un ejemplo adicional, el componente óptico de dispersión y el componente óptico de enfoque ilustrados en los ejemplos de las Figuras 1 y 2 como el prisma de dispersión 151 y el segundo conjunto de lentes de enfoque 152, respectivamente, pueden sustituirse por un único componente o conjunto óptico que proporcione la cantidad deseada de dispersión lateral y lleve a cabo el enfoque.

[0076] El conjunto sensor de luz 160 tiene un plano de sensor dispuesto a la distancia (de enfoque) predefinida del segundo conjunto óptico 150 para recibir la luz dispersa lateralmente procedente del segundo conjunto óptico 150 a lo largo del eje C. Siguiendo las líneas descritas en lo que antecede, la luz a través del rango predefinido de longitudes de onda transportada en la luz plegada proporcionada como entrada al segundo conjunto óptico 150 y en la salida de luz dispersa lateralmente procedente del segundo conjunto óptico 150 se recibe en el plano de sensor. A este respecto, los uno o más patrones de intensidad de luz en la luz dispersada lateralmente están espaciados entre sí de forma similar a sus proyecciones sobre la superficie del objeto 180 y este espaciado se mantiene también en sus proyecciones sobre el plano de sensor. En particular, debido a la dispersión lateral introducida en el segundo conjunto óptico 150, el plano de sensor recibe la luz procedente de los uno o más patrones de áreas emisoras de luz en uno o más subrangos correspondientes de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor. A la inversa, cada uno de los uno o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor corresponde al rango predefinido de longitudes de onda transmitidas en el respectivo uno de los uno o más patrones de áreas emisoras de luz. Según un ejemplo, el eje y' en el plano de sensor está alineado con la dirección de dispersión lateral generada mediante la operación del segundo conjunto óptico 150, en otras palabras, el eje y' puede ser sustancialmente paralelo a la dirección de dispersión lateral para garantizar la recepción de la luz respectiva procedente de los uno o más patrones de áreas emisoras de luz en el formato de dispersión lateral de los subrangos respectivos de posiciones a lo largo del eje y' que están separados entre sí y, por lo tanto, no se solapan entre sí. En otros ejemplos, el eje y' puede tener un ángulo distinto de cero con la dirección de dispersión lateral generada en el segundo conjunto óptico 150, donde el ángulo entre el eje y' y la dirección de dispersión lateral se selecciona de tal manera que la luz respectiva procedente de los uno o más patrones de áreas emisoras de luz se recibe en subrangos respectivos de posiciones a lo largo del eje y' que no se solapan entre sí en el plano de sensor.

[0078] Siguiendo las líneas descritas en lo que antecede, (en los escenarios según el ejemplo de la Figura 2) la luz procedente de cada uno de los uno o más patrones de áreas emisoras de luz del conjunto de iluminación 120 da lugar a la creación del respectivo subrango de medición donde el mapeo entre el rango predefinido de longitudes de onda y el correspondiente subrango de distancias candidatas es diferente del de los otros subrangos de medición y, por consiguiente, la correspondencia aplicable entre el rango predefinido de longitudes de onda y el correspondiente subrango de distancias candidatas dentro del rango de medición es diferente de un subrango de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor a otra. En otras palabras, existe un mapeo predefinido respectivo desde el subrango predefinido de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor al correspondiente subrango de distancias candidatas dentro del rango de medición para cada uno de los uno o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor (que recibe la luz dispersada lateralmente que proceder del respectivo uno de los uno o más patrones de áreas emisoras de luz), cuyo mapeo depende de la disposición espacial de los componentes ópticos del aparato sensor 110.

[0080] En el ejemplo de la Figura 1, que utiliza el único patrón de áreas emisoras de luz para la medición, la luz dispersa lateralmente procedente del único patrón de áreas emisoras de luz se recibe en el plano de sensor en un único subrango de posiciones a lo largo del eje y', mientras que la distancia a la superficie del objeto 180 en la ubicación de la posición de medición única (lateral) puede identificarse basándose en una intensidad de luz recibida en el plano de sensor en función de una posición a lo largo del único subrango de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor. Cada posición dentro del único subrango de posiciones a lo largo del eje y' se asigna a una longitud de onda correspondiente del rango predefinido de longitudes de onda mediante un mapeo predefinido, mientras que cada longitud de onda del rango predefinido de longitudes de onda se asigna a la distancia candidata correspondiente dentro del rango de medición. Siguiendo las líneas descritas anteriormente, una única longitud de onda de la luz dispersada longitudinalmente que se produce a partir del único patrón de áreas emisoras de luz que es enfocada por el primer conjunto óptico 140 a una distancia candidata que coincide con la superficie del objeto 180 en la ubicación de la posición de medición única (lateral) proporciona una imagen nítida del patrón de áreas emisoras de luz en el plano de sensor, mientras que otras longitudes de onda que no se enfocan a dicha distancia candidata no proporcionan una imagen nítida del patrón de áreas emisoras de luz en el plano de sensor. Por consiguiente, la posición del plano de sensor dentro del único subrango de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor que recibe la luz transportada en la luz procedente del único patrón de áreas emisoras de luz con la intensidad más alta es la que se asigna a la distancia candidata que coincide con la posición de la superficie del objeto 180 en la ubicación de la posición de medición única (lateral) y que, por lo tanto, define la distancia a la superficie del objeto 180. En este sentido, cabe considerar al menos los siguientes escenarios:

[0082] - no hay ningún máximo de intensidad (local) que constituya un pico en una intensidad de luz a través del único subrango de posiciones a lo largo del eje y', lo que sugiere la ausencia de la superficie del objeto 180 dentro del rango de medición;

[0084] - hay un máximo (local) de intensidad que constituye un pico en la intensidad de luz a través del único subrango de posiciones a lo largo del eje y', que sugiere la presencia de la superficie del objeto 180 dentro del rango de medición a la distancia candidata que mapea (a través de la longitud de onda correspondiente) a la posición del máximo de intensidad dentro del único subrango a lo largo del eje y'.

[0086] En el ejemplo de la Figura 2, que utiliza dos o más patrones de áreas emisoras de luz para la medición, la luz procedente de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz se recibe en el plano de sensor en dos o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y', mientras que la distancia a la superficie del objeto 180 en la respectiva posición de medición (lateral) puede identificarse basándose en la intensidad de la luz recibida en el plano de sensor con base en una posición a lo largo de uno de los dos o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor. En cada uno de los dos o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y', cada posición se asigna a una longitud de onda correspondiente del rango predefinido de longitudes de onda a través del respectivo mapeo predefinido que pertenece al subrango respectivo de posiciones, mientras que cada longitud de onda del rango predefinido de longitudes de onda se asigna a una distancia candidata correspondiente dentro del respectivo subrango de medición a través del respectivo mapeo predefinido que pertenece al respectivo subrango de medición. Siguiendo las líneas descritas en lo anterior, la longitud de onda de la respectiva luz dispersada longitudinalmente que se produce a partir de cada uno de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz que es enfocada por el primer conjunto óptico 140 a una distancia candidata que coincide con la superficie del objeto 180 en la ubicación de la respectiva posición de medición (lateral) proporciona una imagen nítida de la luz reflejada que da como resultado que el plano de sensor reciba la luz reflejada a una intensidad mayor en comparación con las otras longitudes de onda enfocadas a distancias candidatas que no coinciden con la superficie del objeto 180. Por consiguiente, las posiciones del plano de sensor a lo largo de los dos o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor que reciben la luz transportada en la luz procedente de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz con la mayor intensidad son las que corresponden a la distancia o distancias candidatas que coinciden con la posición de la superficie del objeto 180 en la respectiva de las dos o más posiciones (laterales) de medición y que, por lo tanto, definen las distancias respectivas a la superficie del objeto 180 en las respectivas posiciones de medición (laterales). En este sentido, cabe considerar al menos los siguientes escenarios:

[0087] - no hay máximos de intensidad locales (locales) que constituyan picos en una intensidad de luz a través de los dos o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y', lo que sugiere la ausencia de la superficie del objeto 180 dentro del rango de medición;

[0088] - existe un único máximo de intensidad (local) que constituye un pico en la intensidad de luz dentro de uno de los dos o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y', lo que sugiere la presencia de la superficie del objeto 180 dentro del rango de medición en la posición de medición (lateral) respectiva a la distancia candidata que corresponde (a través de la longitud de onda correspondiente) a la posición del único máximo de intensidad local dentro del respectivo de los dos o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y';

[0089] - hay dos o más máximos de intensidad locales que constituyen picos respectivos en la intensidad de luz dentro de los respectivos de los dos o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y', lo que sugiere la presencia de la superficie del objeto 180 dentro del rango de medición en otras dos más posiciones de medición (laterales) a las respectivas distancias candidatas que corresponden (a través de las correspondientes longitudes de onda) a las respectivas posiciones de los dos o más máximos de intensidad locales dentro de los respectivos de los dos o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y'.

[0090] En los escenarios anteriores, el que implica detectar la presencia de la superficie del objeto 180 basándose en el máximo de intensidad único (local) puede aparecer, por ejemplo, al medir una superficie sustancialmente no transparente que es sustancialmente plana y está sustancialmente alineada con el rango de medición o tiene solo una inclinación menor con respecto al rango de medición, mientras que el que implica detectar la presencia de la superficie del objeto 180 basándose en dos o más máximos de intensidad locales puede aparecer, por ejemplo, al medir una superficie sustancialmente plana que tiene una gran inclinación con respecto al rango de medición o al medir una superficie no plana independientemente de su orientación con respecto al rango de medición.

[0091] El conjunto sensor de luz 160 puede ser realizado como un sensor de línea o un sensor de píxel conocido en la técnica. Como ejemplo no limitativo a este respecto, el conjunto sensor 160 puede comprender un sensor de imagen, como un sensor de dispositivo de carga acoplada (CCD, por sus siglas en inglés) o un sensor semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS, por sus siglas en inglés).

[0092] El conjunto detector 170 está dispuesto para determinar la distancia a la superficie del objeto 180 basándose en uno o más máximos de intensidad locales de la luz dispersada lateralmente a través de los uno o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor. Siguiendo las líneas descritas anteriormente, la presencia de la superficie del objeto 180 dentro del rango de medición puede detectarse basándose en uno o más máximos de intensidad (locales) de la luz dispersada lateralmente a través de los uno o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y'. En particular, la distancia a la superficie del objeto 180 puede determinarse basándose en una o más distancias candidatas que correspondan respectivamente a una o más posiciones de los máximos de intensidad locales de la luz dispersada lateralmente a lo largo del eje y' en el plano de sensor. Como ejemplo a este respecto, el conjunto detector 170 puede estar dispuesto para determinar la distancia mediante el siguiente procedimiento que implica identificar las posiciones respectivas de los uno o más máximos de intensidad locales a través de dichos uno o más subrangos de posiciones a lo largo de dicho eje (y') en el plano de sensor, y llevar a cabo lo siguiente para cada una de las una o más posiciones identificadas:

[0093] - identificar el subrango respectivo de posiciones a lo largo de dicho eje y' dentro del cual reside la posición identificada respectiva,

[0094] - seleccionar de entre los mapeos predefinidos respectivos entre el subrango respectivo de posiciones a lo largo de dicho eje y' y un correspondiente subrango de distancias candidatas el que pertenezca al respectivo subrango identificado de posiciones, y

[0095] - aplicar el mapeo predefinido seleccionado para identificar aquella de las distancias candidatas que corresponde a una posición (relativa) de la posición identificada respectiva dentro del subrango identificado de posiciones, determinando así la distancia a la superficie del objeto 180 en la respectiva posición de medición (lateral).

[0096] Siguiendo las líneas descritas anteriormente, en el ejemplo de la Figura 1, que tiene como resultado dirigir la luz dispersa lateralmente procedente del único patrón de áreas emisoras de luz única al único subrango de posiciones a lo largo del eje y', el mapeo aplicable entre el subrango de posiciones a lo largo del eje y' y el correspondiente subrango de distancias candidatas es la misma independientemente de la posición a lo largo del eje y' (en otras palabras, la identificación del subrango de posiciones a lo largo del eje y' dentro del cual reside el máximo de intensidad está implícita). En el ejemplo de la Figura 2, que resulta en dirigir la luz dispersada lateralmente procedente de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz a los dos o más subrangos de posiciones respectivos a lo largo del eje y', la determinación de la distancia puede consistir en identificar primero el subrango de posiciones a lo largo del eje y' en el que reside el máximo de intensidad y determinar la distancia candidata mediante la aplicación del mapeo respectivo correspondiente al subrango identificado de posiciones a lo largo del eje y'.

[0098] El conjunto detector 170 puede ser incorporado como un aparato que comprende un procesador y una memoria, donde la memoria está dispuesta para almacenar código de programa informático que, cuando es ejecutado por el procesador, implementa la operación del conjunto detector 170 de acuerdo con la presente divulgación.

[0100] La Figura 3A ilustra esquemáticamente el mapeo entre un subrango de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor según un ejemplo no limitativo en el marco del ejemplo de la Figura 1. A este respecto, la Figura 3A ilustra un escenario que implica el uso de la única fuente de luz 121 para proporcionar el único patrón de áreas emisoras de luz con el fin de crear el único subrango de medición Z<m>en una única posición de medición (lateral) (la ilustración de la izquierda). Debido a la dispersión lateral introducida en el segundo conjunto óptico 150, el rango predefinido de longitudes de onda de la luz dispersada lateralmente se distribuye en el subrango de posiciones y'<m>a lo largo del eje y' en el plano de sensor (la ilustración del centro). Siguiendo las líneas descritas en lo anterior, la imagen nítida de la luz reflejada en la longitud de onda enfocada en la distancia candidata que coincide con la superficie del objeto 180 hace que el plano de sensor reciba la luz reflejada con una intensidad relativamente alta en comparación con la intensidad de luz recibida en aquellas longitudes de onda enfocadas en distancias candidatas que no coinciden con la superficie del objeto, donde la intensidad de la luz recibida en el plano de sensor disminuye gradualmente con el aumento de la distancia entre una distancia candidata no coincidente y la superficie del objeto 180. Por consiguiente, la intensidad de luz en función de una posición a lo largo del subrango de posiciones y'<m>a lo largo del eje y' en el plano de sensor puede representarse como una curva que indica un máximo (local) de intensidad que constituye un pico en la intensidad de luz a lo largo del eje y' en una posición del único subrango de posiciones y'<m>que corresponde a la distancia candidata que coincide con la superficie del objeto 180 en la única posición (lateral) de medición (la ilustración de la derecha).

[0102] La Figura 3B ilustra esquemáticamente la correspondencia entre un subrango de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor según un ejemplo no limitativo en el marco del ejemplo de la Figura 2. A este respecto, la Figura 3B ilustra un escenario que implica el uso de las tres fuentes de luz 121-1, 121-2, 121-3 para proporcionar los respectivos tres patrones de áreas emisoras de luz con el fin de crear los respectivos tres subrangos de medición Z<1>, Z<2>, Z<3>en las respectivas tres posiciones de medición (laterales) (la ilustración de la izquierda). Debido a la dispersión lateral introducida en el segundo conjunto óptico 150, el rango predefinido de longitudes de onda transportadas en la luz de los respectivos tres patrones de áreas emisoras de luz reflejados desde los subrangos de medición Z<1>, Z<2>, Z<3>se distribuyen en los subrangos respectivos de posiciones y'<1>, y'<2>, y'<3>a lo largo del eje y' en el plano de sensor (la ilustración del centro). En el ejemplo de la Figura 3B, la intensidad de luz en función de una posición dentro de uno respectivo de los subrangos de posiciones y'<1>, y'<2>, y'<3>puede ser una curva a trozos sobre cada uno de los tres subrangos de posiciones y'<1>, y'<2>, y'<3>, que indica un máximo de intensidad (local) que constituye un pico en la intensidad de luz en una posición dentro del subrango de posiciones y'<2>que mapea a la distancia candidata que coincide con la superficie del objeto 180 en la respectiva una de las tres posiciones de medición (laterales) (la ilustración de la derecha).

[0104] Según un ejemplo, las una o más fuentes de luz 121, 121-k están dispuestas para emitir la luz a través del rango predefinido de longitudes de onda a una potencia radiante sustancialmente uniforme para garantizar que la potencia radiante de las reflexiones respectivas de los uno o más patrones de áreas emisoras de luz desde la superficie del objeto 180 (temporalmente) situado dentro del rango de medición sea sustancialmente independiente de la longitud de onda dentro del rango predefinido, permitiendo así la determinación de la distancia al objeto 180 dentro del rango de medición mediante una comparación directa de las respectivas intensidades luminosas a través de los uno o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor. En otro ejemplo, la potencia radiante de la luz emitida puede variar a lo largo del rango predefinido de longitudes de onda, mientras que en tal enfoque el conjunto detector 170 está dispuesto para tener en cuenta la dependencia de la longitud de onda de la potencia radiante en la luz transportada en los uno o más patrones de áreas emisoras de luz que proceden del conjunto de iluminación 120 en la identificación del máximo de intensidad a través de los uno o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor para asegurar la correcta identificación de la posición en el plano de sensor que corresponde a la distancia candidata que coincide con la superficie del objeto 180 posicionado en el mismo.

[0106] Teniendo en cuenta el rango predefinido de longitudes de onda aplicable en los ejemplos respectivos de las Figuras 1 y 2, en el ejemplo de la Figura 1 se requiere un rango relativamente amplio de longitudes de onda para garantizar el rango de medición que sea lo suficientemente profundo para la operación y la finalidad previstas del aparato sensor 110. Como ejemplos no limitativos a este respecto, en el ejemplo de la Figura 1, el rango predefinido de longitudes de onda puede abarcar una banda con una anchura de 10 a 150 nm y puede cubrir un subrango seleccionado de longitudes de onda visibles (es decir, de aproximadamente 400 a 700 nm). El uso de la única fuente de luz 121 puede ser ventajoso ya que permite un diseño relativamente sencillo en términos de disposición de los componentes ópticos del aparato sensor 110 al requerir únicamente la consideración de la reflexión de la luz desde el único patrón de áreas emisoras de luz desde el subrango de medición único. Además, la única fuente de luz 121 puede estar dispuesta en el plano focal del conjunto óptico captador de luz del conjunto de iluminación 120, emitiendo así el único patrón de áreas emisoras de luz como luz sustancialmente colimada que también está sustancialmente colimada al recibirse en el componente óptico dispersor del segundo conjunto óptico 150, lo que garantiza un enfoque nítido de la luz dispersada lateralmente en el plano de sensor.

[0107] En el ejemplo de la Figura 2, un rango relativamente estrecho de longitudes de onda es suficiente debido al uso de una pluralidad de fuentes de luz 121-k para crear una pluralidad respectiva de subrangos de medición a diferentes distancias candidatas dentro del rango de medición. Como ejemplo no limitativo a este respecto, en el ejemplo de la Figura 2, el rango predefinido de longitudes de onda puede abarcar una banda cuya anchura oscile entre 10 y 50 nm, por ejemplo 25 nm, y puede cubrir una subgama preseleccionada de longitudes de onda visibles, elegida por ejemplo entre una subgama de 420 a 480 nm. En un ejemplo no limitativo, el rango predefinido de longitudes de onda puede cubrir un ancho de banda de 25 nm desde 425 nm a 450 nm (es decir, luz violeta y/o azul). A este respecto, el uso de cualquier ancho de banda relativamente estrecho facilita el suministro de la potencia radiante sustancialmente uniforme a través del rango aplicado de longitudes de onda, mientras que el uso del espectro violeta-azul es ventajoso en el sentido de que los diodos emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés) que proporcionan una potencia radiante relativamente alta en este rango de longitudes de onda están fácilmente disponibles para su uso como las dos o más fuentes de luz 121-k. Si bien la pluralidad de subrangos de medición derivados de la aplicación de la pluralidad de fuentes de luz 121-k puede introducir cierta complejidad adicional en el ajuste fino de la disposición de los componentes ópticos del aparato sensor 110, permite proporcionar un rango de medición de mayor profundidad de medición utilizando un ancho de banda relativamente estrecho en la luz emitida desde el conjunto de iluminación 110.

[0109] El uso de un ancho de banda relativamente estrecho proporciona una ventaja adicional en términos de diseño óptico simplificado y/o más asequible mediante el uso de componentes ópticos más sencillos y/o materiales de vidrio menos costosos en comparación con un diseño que hace uso de un ancho de banda relativamente amplio. Además, una ventaja adicional del ancho de banda relativamente estrecho surge del funcionamiento del segundo conjunto óptico 150: como se ha descrito anteriormente, el uso de las dos o más fuentes de luz 121-k para proporcionar la luz de los respectivos dos o más patrones de áreas emisoras de luz da lugar a que el conjunto de iluminación 120 emita luz que no está totalmente colimada y a la recepción de dicha luz no totalmente colimada en el componente óptico de dispersión del segundo conjunto óptico 150, mientras que el ancho de banda relativamente estrecho garantiza, no obstante, un enfoque suficientemente nítido de la luz dispersada lateralmente en el plano de sensor para permitir la detección de los máximos de intensidad locales a lo largo del eje y' en el plano de sensor.

[0111] El aparato sensor 110 descrito en lo que antecede puede emplearse como un componente de un instrumento de medición o un sistema de medición aplicable para medir uno o más aspectos o características de una forma de la superficie del objeto 180 mediante la operación del aparato sensor 110 para medir distancias respectivas a múltiples posiciones en la superficie del objeto 180, capturando así datos que pueden ser descriptivos de la forma de la superficie del objeto 180. Como ejemplo a este respecto, el instrumento de medición o el sistema de medición pueden comprender mecanismos respectivos para mover el objeto 180 a una pluralidad de posiciones de medición diferentes con respecto al aparato sensor 110 de acuerdo con un patrón de movimiento predefinido y para operar el aparato sensor 110 para medir la distancia a la superficie del objeto 180 en la pluralidad de posiciones de medición diferentes. En otro ejemplo, el instrumento de medición o el sistema de medición pueden tener mecanismos respectivos para mover el aparato sensor 110 a la pluralidad de posiciones de medición diferentes con respecto al objeto 180 de acuerdo con el patrón de movimiento predefinido y para operar el aparato sensor 110 para medir la distancia a la superficie del objeto 180 en la pluralidad de posiciones de medición diferentes.

[0113] Por lo tanto, el instrumento de medición o el sistema de medición puede aplicarse para escanear un área en la superficie del objeto 180 y utilizar las distancias medidas obtenidas durante el proceso de escaneo para derivar un mapa tridimensional (3D) de la forma de la superficie del objeto 180. En este sentido, el patrón de movimiento puede definir un movimiento paso a paso a través de la pluralidad de posiciones que cubren el área a escanear a través de parámetros de escaneo que definen los tamaños de paso, las direcciones de paso y la temporización predefinida entre pasos consecutivos para el escaneo, mientras que el aparato de medición o el sistema de medición puede derivar el mapa 3D basado en el conocimiento de los parámetros de escaneo y las distancias respectivas medidas en la pluralidad de posiciones. El aparato de medición o el sistema de medición puede aplicar además el conocimiento de las posiciones laterales y longitudinales de los uno o más subrangos de medición y la intensidad de luz a través de los uno o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y' en el plano de sensor capturado mediante la operación de la porción detectora 170 en la derivación del mapa 3D. El patrón de movimiento se diseña preferentemente teniendo en cuenta la distribución lateral de los uno o más subrangos de medición del aparato sensor 110, de forma que garantice la medición de la distancia respectiva a la superficie del objeto 180 en cada una de la pluralidad de posiciones al menos una vez. Como ejemplo a este respecto, en escenarios en los que la medición se basa en múltiples subrangos de medición en posiciones de medición laterales respectivas, el patrón de movimiento puede implicar pasos de exploración de un tamaño de paso suficientemente pequeño al menos en la dirección y para garantizar la cobertura de todos los puntos de medición deseados en la superficie del objeto 180 en la dirección y.

[0115] En lo que antecede, la operación del aparato sensor 110 y su aplicación como parte del aparato de medición o del sistema de medición se ha descrito implícitamente con referencia a la medición de la distancia a una única superficie del objeto 180 que está (temporalmente) situada dentro del rango de medición, lo que en la práctica implica la medición de la distancia a una superficie exterior del objeto 180 (es decir, la superficie del objeto 180 que está orientada hacia el primer subconjunto óptico 140). Sin embargo, en una variación ejemplificativa del aparato sensor 110 según los ejemplos de las Figuras 1 y 2 puede aplicarse para determinar distancias respectivas a la superficie exterior del objeto y a otra superficie (por ejemplo, una superficie incrustada) que está por debajo de la superficie exterior, siempre que el material del objeto 180 entre la superficie exterior y la otra superficie sea transparente a la luz en el rango predefinido de longitudes de onda aplicadas para la medición por el aparato sensor 110. Esto puede permitir, por ejemplo, determinar el grosor de una capa de recubrimiento (transparente) proporcionada como la capa más externa de la superficie del objeto 180 o determinar el grosor de una película (transparente) proporcionada como el objeto 180 para su medición mediante la operación del aparato sensor 110.

[0117] La disposición óptica del aparato sensor 110, que incluye el conjunto de iluminación 120, el divisor de haz 130, el primer conjunto óptico 140, el segundo conjunto óptico 150 y el conjunto sensor 160, es aplicable para dicha medición de distancias respectivas a las dos superficies del objeto 180 como tal, mientras que la (posible) presencia de la otra superficie incrustada bajo la superficie exterior puede tenerse en cuenta en la operación del conjunto detector 170. A este respecto, tanto la superficie exterior como la otra superficie del objeto 180 dan lugar a un pico respectivo en la intensidad de luz recibida en el plano de sensor que corresponden a las distancias candidatas respectivas que coinciden con estas dos superficies del objeto 180 en las posiciones de medición (laterales) respectivas y pueden aparecer como máximos de intensidad locales respectivos en la luz dispersada lateralmente captada en el plano de sensor del conjunto sensor 160.

[0118] En un escenario según el ejemplo de la Figura 1 que aplica el único patrón de áreas emisoras de luz, los máximos de intensidad respectivos que surgen de la superficie exterior y de la otra superficie del objeto 180 pueden aparecer como máximos de intensidad locales respectivos dentro del único subrango de posiciones a lo largo del eje y', lo que los hace fácilmente reconocibles como reflexiones respectivas que surgen de dos superficies diferentes del objeto 180 incluso sin una diferencia significativa en las magnitudes respectivas de estos dos máximos de intensidad locales. En consecuencia, las respectivas distancias candidatas que corresponden a las respectivas posiciones de estos dos máximos de intensidad locales pueden encontrarse basándose en sus respectivas posiciones dentro del único subrango de posiciones mediante el uso de los mapeos descritos en lo anterior, mientras que la más corta de las dos distancias pertenece implícitamente a la superficie exterior del objeto 180 y la más larga de las dos distancias pertenece a la otra superficie del objeto 180. En un escenario según el ejemplo de la Figura 2 que aplica los dos o más patrones de áreas emisoras de luz, los respectivos máximos de intensidad que surgen de la superficie exterior y de la otra superficie del objeto 180 pueden aparecer como respectivos máximos de intensidad locales dentro del mismo subrango de posiciones a lo largo del eje y' o en diferentes subrangos de posiciones a lo largo del eje y'. Por consiguiente, al igual que en el escenario con el único patrón de áreas emisoras de luz, también en este escenario las respectivas distancias candidatas que corresponden a las respectivas posiciones de estos dos máximos de intensidad locales pueden encontrarse basándose en sus respectivas posiciones dentro de los respectivos de los dos o más subrangos de posiciones a lo largo del eje y' mediante el uso de los respectivos mapeados descritos anteriormente.

[0120] La variante del aparato sensor 110 que está dispuesta para medir las distancias respectivas a las dos superficies del objeto 180 puede aplicarse como elemento de un aparato de medición o de un sistema de medición siguiendo las líneas descritas en lo que antecede, mutatis mutandis. En particular, el uso de dicha variante del aparato sensor 110 puede permitir, por ejemplo, medir el grosor de un recubrimiento proporcionado como la capa más externa del objeto 180 o el grosor de una película proporcionada como el objeto 180 mediante la derivación del mapa 3D del tipo descrito anteriormente basado en las distancias respectivas a la capa externa y a la otra capa del objeto 180 en la pluralidad de posiciones de medición.

[0122] En otros ejemplos, la operación del aparato sensor 110 se generaliza en la medición de al menos una característica de la superficie del objeto 180 (temporalmente) posicionado dentro del rango de medición, donde la al menos una característica de la superficie puede implicar posiciones respectivas de las una o más superficies del objeto 180 posicionado dentro del rango de medición o una o más características ópticas de la superficie del objeto 180 posicionado dentro del rango de medición. A este respecto, como otra variación ejemplificativa del aparato sensor 110 según los ejemplos de las Figuras 1 y 2, la operación del conjunto detector 170 puede implicar el uso de la intensidad de luz como una función de una posición a lo largo del eje y' en el plano de sensor del conjunto sensor 160 directamente como una indicación de la reflectividad o brillo de la superficie (exterior) del objeto 180 posicionado (temporalmente) dentro del rango de medición, por ejemplo, de tal manera que la reflectividad o brillo se determina basándose en las magnitudes respectivas de uno o más máximos de intensidad locales a lo largo del eje y'. Cuando se utiliza dicha variante del aparato sensor 110 como elemento de un aparato de medición o de un sistema de medición del tipo descrito en lo que antecede para escanear la superficie del objeto 180, se obtiene un mapa bidimensional (2D) de alta precisión de la superficie del objeto 180, que sirve como imagen 2D que está enfocada (sustancialmente perfecta) en todo momento a pesar de cualquier variación en la forma de la superficie en la dirección longitudinal (es decir, en la dirección z a lo largo del eje A). Dichas imágenes 2D del objeto 180 pueden servir como reconstrucción de cualquier texto y/o patrones proporcionados en la superficie del objeto 180.

[0124] El aparato sensor 110 descrito en lo que antecede mediante referencias a la Figura 2, así como sus variaciones ejemplificadoras descritas en lo que antecede, pueden variarse (aún más) de diversas maneras sin apartarse del alcance del aparato sensor 110 según la presente divulgación. Como ejemplo a este respecto, el aparato sensor 110 puede incluir uno o más elementos que no están representados en la Figura 2, uno o más elementos que están representados en la Figura 2 pueden ser omitidos, y/o uno o más elementos representados en la Figura 2 pueden ser reemplazados por otros elementos que pueden servir al mismo propósito o a un propósito sustancialmente similar con los respectivos elementos que sirven para reemplazar siempre y cuando las modificaciones caigan dentro del alcance del aparato sensor 110 como se define en las reivindicaciones anexas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un aparato sensor óptico (110) para determinar al menos una característica de una superficie de un objeto (180) posicionado dentro de un rango de medición, el aparato sensor (110) que comprende:

un conjunto de iluminación (120) que comprende dos o más fuentes de luz (121, 121-k) que están dispuestas en posiciones diferentes con respecto a un eje óptico y a un plano focal de un conjunto óptico captador de luz y dispuestas para emitir luz hacia el rango de medición a través del conjunto óptico captador de luz (122), donde la luz emitida por cada una de las dos o más fuentes de luz cubre el mismo rango predefinido de longitudes de onda y donde las dos o más fuentes de luz están dispuestas para formar respectivamente dos o más patrones de áreas emisoras de luz de forma espacial predefinida;

un primer conjunto óptico (140) dispuesto para dispersar longitudinalmente la luz emitida desde el conjunto de iluminación (120) de manera que la luz a través del rango predefinido de longitudes de onda de cada uno de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz se enfoque en un rango respectivo de distancias de enfoque que constituyan dos o más subrangos correspondientes de distancias candidatas dentro del rango de medición en dos o más posiciones de medición respectivas distribuidas a diferentes distancias de un eje óptico (A) del primer conjunto óptico (140);

un divisor de haz (130) dispuesto para transmitir la luz emitida desde el conjunto de iluminación (120) hacia el primer conjunto óptico (140) y para doblar la luz reflejada desde la superficie del objeto (180) y recibida a través del primer conjunto óptico (140);

un segundo conjunto óptico (150) dispuesto para recibir la luz plegada a través del rango predefinido de longitudes de onda, dispersar lateralmente la luz recibida a través del rango predefinido de longitudes de onda y enfocar la luz dispersada lateralmente a través del rango predefinido de longitudes de onda a una distancia predefinida;

un conjunto sensor de luz (160) que tiene un plano de sensor dispuesto a la distancia predefinida para recibir la luz dispersada lateralmente a través del rango predefinido de longitudes de onda, de manera que la luz procedente de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz se reciba en los dos o más subrangos de posiciones correspondientes respectivos a lo largo de un eje (y') en el plano de sensor; y

un conjunto detector (170) dispuesto para determinar la al menos una característica de dicha superficie de dicho objeto (180) basándose en las intensidades respectivas de la luz dispersada lateralmente recibida a través de dichos dos o más subrangos de posiciones a lo largo de dicho eje (y') en el plano de sensor.

2. Un aparato sensor óptico (110) según la reivindicación 1, donde el conjunto detector (170) está dispuesto para determinar uno o más de los siguientes aspectos basándose en uno o más máximos de intensidad locales de la luz dispersada lateralmente a través de dichos dos o más subrangos de posiciones a lo largo de dicho eje (y') en el plano de sensor:

una distancia a la superficie de dicho objeto (180),

una característica óptica de la superficie del objeto (180).

3. Un aparato sensor óptico (110) según la reivindicación 2, donde el conjunto detector (170) está dispuesto para determinar la distancia a la superficie del objeto (180) en una o más de dichas dos o más posiciones de medición basándose en aquellas dos o más distancias candidatas que corresponden respectivamente a aquellas dos o más longitudes de onda que corresponden a posiciones respectivas de los dos o más máximos de intensidad locales de la luz dispersada lateralmente dentro de los respectivos de dichos dos o más subrangos de posiciones a lo largo de dicho eje (y') en el plano de sensor.

4. Un aparato sensor óptico (110) según la reivindicación 2 o 3, donde el conjunto detector (170) está dispuesto para:

identificar las posiciones respectivas de los dos o más máximos de intensidad locales a través de dichos dos o más subrangos de posiciones a lo largo de dicho eje (y') en el plano de sensor y llevar a cabo lo siguiente para cada una de las posiciones identificadas:

identificar el subrango respectivo de posiciones a lo largo de dicho eje (y') dentro del cual reside la posición identificada respectiva;

seleccionar de entre los mapeos predefinidos respectivos entre un subrango de posiciones a lo largo de dicho eje (y') y un subrango correspondiente de distancias candidatas el que pertenezca al subrango identificado respectivo de posiciones; y

aplicar el mapeo predefinido seleccionado para identificar aquel de las distancias candidatas que corresponde a

una posición relativa de la posición identificada respectiva dentro del subrango identificado de posiciones, determinando así la distancia a la superficie del objeto (180).

5. Un aparato sensor óptico (110) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, donde el conjunto detector (170) está dispuesto para determinar la reflectividad de la superficie del objeto (180) basándose en las magnitudes respectivas de uno o más máximos de intensidad locales de la luz dispersada lateralmente a través de dichos dos o más subrangos de posiciones a lo largo de dicho eje (y') en el plano de sensor.

6. Un aparato sensor óptico (110) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde se aplica al menos uno de los siguientes:

el rango predefinido de longitudes de onda abarca una banda que tiene una anchura en un rango de 10 a 50 nanómetros, y

el rango predefinido de longitudes de onda se sitúa entre 420 y 480 nanómetros.

7. Un aparato sensor óptico (110) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde dicha forma espacial predefinida de los dos o más patrones de áreas emisoras de luz comprende un punto o una línea.

8. Un aparato sensor óptico (110) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde se aplica al menos uno de los siguientes:

la luz emitida de las dos o más fuentes de luz (121, 121-k) procede de dos o más diodos emisores de luz, y dichas dos o más fuentes de luz (121, 121-k) se proporcionan mediante la proyección de luz a través de un arreglo de agujeros de alfiler o un arreglo de rendijas.

9. Un aparato sensor óptico (110) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el primer conjunto óptico (140) comprende un conjunto de lentes de enfoque (141) dispuesto para proporcionar una cantidad predefinida de dispersión cromática longitudinal.

10. Un aparato sensor óptico (110) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el segundo conjunto óptico (150) comprende:

un componente óptico dispersivo (151) dispuesto para recibir la luz plegada a través del rango predefinido de longitudes de onda desde el divisor de haz (130) y proporcionar una cantidad predefinida de dispersión cromática lateral a la luz plegada a través del rango predefinido de longitudes de onda; y

un conjunto óptico de enfoque (152) dispuesto para enfocar la luz dispersada lateralmente a través del rango predefinido de longitudes de onda a la distancia predefinida.

11. Un aparato sensor óptico (110) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el segundo conjunto óptico (150) está dispuesto para recibir la luz plegada sustancialmente en su totalidad y proporcionar la luz plegada recibida en el mismo sustancialmente en su totalidad como la luz dispersada lateralmente para su recepción en el plano de sensor del conjunto sensor (160).

12. Un aparato sensor óptico (110) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde el conjunto sensor de luz (160) comprende un sensor de imagen.

13. Un aparato de medición óptica para determinar las características de superficie de un objeto (180) situado dentro de un rango de medición, el aparato de medición comprende:

un aparato sensor óptico (110) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 dispuesto para determinar al menos una característica de una superficie de dicho objeto (180); y

un mecanismo para cambiar las posiciones relativas del aparato sensor (110) y el objeto (180),

donde el aparato de medición está dispuesto para

mover el objeto (180) con respecto al aparato sensor (110) a una pluralidad de posiciones según un patrón de movimiento predefinido,

operar el aparato sensor (110) para determinar dicha al menos una característica de la superficie del objeto (180) en dicha pluralidad de posiciones, y

determinar dichas características de superficie de dicho objeto (180) basándose en la al menos una característica

respectiva de la superficie de dicho objeto (180) determinada en dicha pluralidad de posiciones.

14. Un aparato de medición según la reivindicación 13, donde dichas características de superficie incluyen una forma de la superficie de dicho objeto (180) y donde el aparato sensor (110) está dispuesto para determinar una distancia a la superficie de dicho objeto (180) basándose en las posiciones respectivas de uno o más máximos de intensidad locales de la luz dispersada lateralmente a través de dichos dos o más subrangos de posiciones a lo largo de dicho eje (y') en el plano de sensor.

15. Un aparato de medición según la reivindicación 13, donde dichas características de superficie incluyen una reflectividad de la superficie de dicho objeto (180) y donde el aparato sensor (110) está dispuesto para determinar una reflectividad de la superficie de dicho objeto (180) basándose en magnitudes respectivas de uno o más máximos de intensidad locales de la luz dispersada lateralmente a través de dichos dos o más subrangos de posiciones a lo largo de dicho eje (y') en el plano de sensor.