TWI618915B - 用於檢測物件的三維結構的設備 - Google Patents

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Abstract

用於檢測物件的三維結構的設備，包括：第一雷射發射器，其產生具有第一波長的激光輻射；第二雷射發射器，其產生具有第二波長的激光輻射，其中，第一波長不同於第二波長；光學器件，其中的至少一個是分束器，所述分束器在每種情況下將所述雷射發射器的激光輻射分裂成參考輻射和照明輻射，其中，所述照明輻射撞擊在要測量的物件上，被所述物件作為物件輻射反射並與參考輻射相干涉；以及檢測器，其接收從其那裏形成的干涉圖。雷射發射器被定位為使得第一雷射發射器的照明輻射和第二雷射發射器的照明輻射以不同的入射角撞擊在物件上。設備還包括測量裝置，其測量雷射發射器的激光輻射的兩個波長，並影響對干涉圖的記錄。

Description

用於檢測物件的三維結構的設備
本發明涉及一種用於檢測物件的三維結構的設備，該設備包括：第一雷射發射器，其產生具有第一波長的激光輻射；第二雷射發射器，其產生具有第二波長的激光輻射，其中，第一波長不同於第二波長；光學器件，所述光學器件中的至少一個是分束器，其在每種情況下將雷射發射器的激光輻射分裂成參考輻射和照明輻射。該照明輻射撞擊在要測量的物件上，被物件作為物件輻射而反射，並且與參考輻射相干涉。設備的檢測器接收由其產生的干涉圖。
用於檢測三維(3D)結構的設備被用在例如用於品質保證的行業中。因此可以針對所處理表面的特性來檢查所處理表面，例如針對對尺寸準確度的遵守性和/或對預定義粗糙度的遵守性。此外，用此類設備，還可以以數位方式檢測並三維地映射整個物件。
從US 6,809,845 B1可瞭解此類設備。其根據 全息術原理進行工作。借助於兩個雷射器來產生具有不同波長的兩個雷射光束。每個雷射光束被分成物件射束和參考射束，所述物件射束撞擊在要測量的物件上。從物件反射的物件射束和具有一個波長的附屬參考射束被組合並相互干涉，兩個射束之間的相位關係被記錄。可以借助於由具有第一波長的雷射光束產生的相位關係和由具有第二波長的雷射光束產生的相位關係之間的差來創建物件的反射表面的三維模型。除所述雷射器、即Nd：YAG雷射器(釹摻雜釔鋁石榴石雷射器)和HeNe雷射器(氦氖雷射器)之外，該設備還包括多個反射鏡、分束器、濾波器以及光闌。設備的所需空間要求是大的。
US 8,068,235 B1還公開了一種用於表面結構的三維檢測的設備。兩個雷射源產生雷射光束。這些雷射光束的各部分被組合成複合射束，其撞擊在要測量的物件上。然後其被物件反射並被照相機檢測到。發射雷射光束的剩餘部分作為具有不同入射角的參考射束而撞擊在照相機上。由於雷射光束被經由分束器而被部分地組合，所以該設備具有增加的空間要求。
在這兩個專利說明書中，兩個或更多波長的光以相同的角度撞擊在物件上。這引起所謂的斑點雜訊，因為作為略微粗糙表面物件的後向散射光中的光的波的特性的結果，出現所謂的相長(亮)和相消(暗)干涉的區域。物件從而對於觀察者而言看起來是“顆粒狀的”，其被命名為斑點或斑點雜訊。
由於上述原因，獲得提供一種用於檢測物件的三維結構以及用於使斑點雜訊最小化的緊湊式設備的目的。
以根據申請專利範圍第1項的前序的設備作為用於解決此目的的起始點。通過在申請專利範圍第1項的特徵部分中給出的建設性特徵來解決該目的。
該設備包括測量裝置，其測量雷射發射器的激光輻射的兩個波長。該測量裝置影響由檢測器進行的干涉圖的記錄。諸如例如溫度變化之類的讓人煩惱的影響可能具有雷射發射器產生具有波動波長的輻射的結果。借助於測量裝置，確保了在評估干涉圖時精確地知道由雷射發射器產生的激光輻射的波長和波長的時間特性。
可選地，測量裝置測量雷射發射器的激光輻射的波長的時間特性，其中，控制裝置在基本上恆定的波長的情況下對檢測器進行致動，並且觸發對干涉圖的記錄。
這因此意味著設備可選地包括允許測量雷射發射器的激光輻射的波長的時間特性的測量裝置並且該測量裝置可選地被連接到控制裝置，該控制裝置適合於在基本上恆定的波長的情況下對檢測器進行致動並用於觸發對干涉圖的記錄。
在由檢測器進行的干涉圖的記錄期間，如果 波長的時間特性是基本上恆定的，則是有利的。在本發明的背景下，將術語基本上恆定的波長理解成是在發射波長的10-6與10-7倍範圍內、即在約0.1-1pm範圍內的波長波動。干涉圖是用優選地10-100μs的曝光時間來記錄的。短曝光時間確保即使在適度移動的物件的情況下相敏記錄也不模糊。
還可行的是設備具有調節裝置，其根據測量裝置的測量結果而以使得發射的激光輻射的波長基本上恆定的方式來調節雷射發射器。
雷射發射器以如下這樣的方式被定位，即使得第一雷射發射器的照明輻射和第二雷射發射器的照明輻射以不同的入射角撞擊在物件上。優選地，各雷射發射器的照明輻射以相對小的入射角撞擊在物件上。例如，在兩個雷射發射器的情況下，典型入射角約為0.11°。在本發明的背景下，可認識到，有利地當使用超過兩個雷射發射器一一即，例如8個時，照明輻射以至多1°、優選地約0.8°的入射角撞擊在物件上。照明輻射的更大入射角也是可行的。
優選地，雷射發射器發射具有至少100mW的總功率的激光輻射，其中，總功率強烈地取決於曝光時間。
在本發明的背景下將術語照明輻射理解為撞擊在要測量的物件上的那部分發射的激光輻射。術語物件輻射命名在物件處被反射的照明輻射。參考輻射是作為參 考未改變的與物件輻射相干涉並撞擊在檢測器上的那部分發射的激光輻射。
在本發明的背景下，可認識到，根據本發明的設備還可以用在人口腔的區域中。特別地，將該設備例如作為牙齒掃描器用於檢測內部口腔區域中的表面和物件是可行的。為了滿足這些要求，設備優選地具有相應的尺寸，其使得能夠將該設備至少部分地插入內部口腔區域中。
將測量裝置配置為法布裏珀羅干涉儀是有利的。一般地法布裏珀羅干涉儀從現有技術是已知的。在本實例中，法布裏珀羅干涉儀的諧振器包括兩個玻璃板，在每種情況下在所述玻璃板上氣相沉積了反射鏡。根據諧振器的諧振條件，具有特定波長的激光輻射透射通過氣相沉積的反射鏡，並且在本實例中被檢測器陣列檢測到。借助於法布裏珀羅干涉儀，可以準確地測量在特定波長範圍內的、各雷射發射器在其處發射激光輻射的波長。法布裏珀羅干涉儀要求由雷射發射器發射的激光輻射的波長的一定基本穩定性。然而，當今的雷射發射器能夠提供此類基本穩定性。
優選地，第一雷射發射器和第二雷射發射器相互間隔開地位於共射極晶片上。例如，雷射發射器被配置為多雷射二極體。優選地，各個雷射發射器位於彼此相距至多0.5mm的距離處，特別優選地在至多0.2mm的距離處，尤其優選地在至多0.1mm的距離處。
由於這樣的小距離，多個發射器在非常窄的安裝空間中是可能的。多個發射器形成波長組，借助於該波長組可以檢測物件的三維表面資訊和關於物件上的各個物件點(物件上的表面點)的深度的資訊。兩個或更多波長組還可以位於同一晶片上以便實現斑點的減少。
該設備有利地包括至多三十二個雷射發射器，其中，在每種情況下優選地至多十六個雷射發射器位於一個發射器晶片上。例如，位於一個發射器晶片上的全部十六個雷射發射器每個發射具有不同波長的激光輻射。全部的十六個雷射發射器形成可以被分配中心波長的波長組。在本發明的背景下，將中心波長理解為由一個波長組的雷射發射器發射的所有波長的平均值。
然而，將十六個雷射發射器定位成四個四雷射發射器行、每個在發射器晶片上相互鄰近也是可行的。具有四個雷射發射器的每行每個形成波長組，其可以被分配中心波長。一個波長組的每個雷射發射器發射具有不同波長的激光輻射。各個行、即不同的波長組優選地在其中心波長方面一致。
中心波長可以優選地在750和850nm之間，特別地約為800nm。約950nm或者甚至1300nm的中心波長也是可能的。可見譜範圍內的中心波長也是可行的，雖然這要實現起來在技術上是苛求的。
其他配置是可行的，其中，優選地一個、兩個或四個波長組被定位在一個發射器晶片上。一個波長組 中的雷射發射器的數目可以改變且並不固定在四個、十六個或三十二個雷射發射器處。並且，發射器相對於各波長的佈置不一定是單調上升或下降的，而是還可以是“隨機的”。同樣地，發射器晶片上的組的數目可以不同於所述數目。
將多個波長組相互鄰近地定位於一個發射器晶片上是有利的，因為然後可以實現斑點的減少。斑點圖案由激光輻射在物件的不平坦表面處的反射形成，其配置強烈地取決於照明輻射在物件上的入射角且使得物件識別是困難的。如果多個波長組相互鄰近地被定位在發射器晶片上，則產生關於照明輻射的入射角的較大角頻譜。然後針對每個波長組，以不同的平均入射角檢測相同被照明物件點的深度資訊。平均入射角被理解為在一個波長組的入射角上被求平均值的入射角。波長組上的深度資訊的平均導致斑點圖的影響的減小。
如果要實現斑點的減少，在不同波長組在其中心波長方面一致的情況下是有利的。從而干涉圖的後續評估中的開支被保持為低。然而，如果各個波長組發射具有不同中心波長的激光輻射，實現斑點的減少也是可行的。如果波長組的中心波長相互不同，則它們相互接近，即中心波長相差約50-100nm。
應理解的是，可以使用分別地具有一個或多個波長組的兩個或發射器晶片，其中，中心波長可以一致或不同。
明確指出，本發明不限於三十二個雷射發射器的數目。具有被劃分到兩個發射器晶片中的總共三十二個雷射發射器的配置僅僅是優選實施例。使用優選地被劃分到多個發射器晶片/波長組中的遠遠超過總共三十二個的雷射發射器是可行的。波長組的數目越高，結果得到的信號雜訊在干涉圖的評估期間被抑制得越好。所使用的雷射發射器和波長組的數目僅僅受到物件上的所選照明域和檢測器的尺寸/圖元密度及用於評估干涉圖的可用計算能力的限制。
光學器件中的一個被配置成以如下這樣的方式來反射參考輻射，即使得各個雷射發射器的參考輻射以不同的入射角撞擊在檢測器上。優選地，一個波長的參考輻射和物件輻射以不同的入射角撞擊在檢測器上。例如，在要研究的物件的物件點處被反射的物件輻射以相同的入射角撞擊在檢測器上，無論其波長如何。在該背景下，假設物件的表面結構的最小粗糙度。在理想平滑物件的情況下，針對物件輻射而獲得不同的關係。
參考和照明輻射的射束路徑部分地重疊，使得一個波長的、即來自同一雷射發射器的參考輻射和物件輻射彼此相干涉。每個所發射的波長的干涉圖被形成為使得根據所有波長相關干涉圖，例如在處理裝置中，借助於傅立葉變換或菲涅耳變換來確定物件表面上的物件點的位置和在深度方面的物件點的位置。
在可選實施例中，光學器件中的至少一個是 全息圖。該全息圖以使得照明輻射作為照明條撞擊在物件上的方式使其偏轉。例如，將全息圖實現為微全息圖。如果要檢測物件，則在設備與物件之間的相對移動期間沿著掃描方向對其進行掃描。優選地，照明條被配置成是矩形的，其中，矩形的短邊平行於掃描方向行進且長邊被橫向地對準到掃描方向。微全息圖以如下這樣的方式來改變照明輻射的數值孔徑，即使得沿著矩形照明條的長邊的數值孔徑大於沿著矩形照明條的短邊的數值孔徑。
如果例如要檢測焊縫，則焊縫的輪廓預定義掃描方向。由於矩形照明條的長邊橫斷掃描方向而行進，所以可以借助於照明條來檢測焊縫的總寬度。
由於將短曝光時間用於干涉圖的記錄，所以由檢測器記錄的焊縫區域部分地重疊。這使得能夠補償例如由於物件相對於檢測器的移動或由於檢測期間的設備的機械誤差而引起的高度差。
然而，全息圖將照明輻射分裂並以使得兩個照明條撞擊在物件上的方式使其偏轉也是可行的。有利地，兩個照明條沿著掃描方向(短邊)定位。這使得能夠實現根據本發明的設備作為人工掃描器的操作。由於使用兩個照明條，所以能夠檢測可能的相對移動、特別是設備相對於物件的旋轉相對移動，並在評估中將其考慮在內。應理解的是，全息圖可以以使得超過兩個的照明條撞擊在物件上的方式將照明輻射分裂和偏轉。
有利地，光學器件中的至少一個是微光學陣 列。微光學陣列是不同光學部件的組合，所述光學部件諸如例如透鏡、分束器、環形器和/或全息圖，它們被非常緊湊地定位。微光學陣列優選地位於直接在雷射發射器後面的射束路徑中。
微光學陣列包括將雷射發射器的激光輻射分裂成參考輻射和照明輻射的分束器是有利的。優選地，參考和照明輻射至少部分重疊地行進。因此，設備的光學裝置的特別緊湊的結構是可能的。
優選地，微光學陣列包括偏振器和/或環形器，以便使照明輻射和/或參考輻射偏振。優選地，使參考輻射相對於照明輻射偏振，使得借助於偏振器和/或環形器使偏振面轉動90度。另一方面的照明輻射的偏振不受影響。如果偏振分束器被定位在射束路徑中在微光學陣列之後，這是特別有利的，其例如發射具有第一偏振的激光輻射、特別是參考輻射，並反射具有第二偏振的激光輻射、特別是照明輻射。借助於偏振器和/或環形器將照明輻射旋轉90度並使參考輻射不受影響也是可行的。
微光學陣列還可以包括全息圖。從而減少了對位於射束路徑中的透鏡的準確度的要求。這減少了在設備的製造期間發生的成本。
微光學陣列中的全息圖優選地還具有這樣的效果，即在每種情況下的參考和照明輻射以不同的數值孔徑離開微光學陣列。例如，參考輻射具有高數值孔徑，而照明輻射以小得多的數值孔徑至少沿著矩形照明條的短邊 離開微光學陣列。此外，借助於全息圖，很容易可以產生多個照明條，例如兩個照明條。
可選地，光學器件中的一個被配置作為色散透鏡。優選地，色散透鏡位於物件輻射的射束路徑中，即在照明輻射在物件處的反射之後的射束方向上。從而能夠減少用於評估干涉圖的傅立葉或菲涅耳變換的消耗。
本發明的另一實施例的特徵在於所述設備包括兩個發射器晶片和兩個檢測器，其中，位於一個發射器晶片上的雷射器發射的具有第一中心波長的激光輻射撞擊在一個檢測器上且位於另一發射器晶片上的雷射發射器的第二中心波長的激光輻射撞擊在另一檢測器上。如果例如使用具有不同中心波長的兩個發射器晶片，則可以例如借助於分束器將各激光輻射分裂，所述分束器根據其中心波長而透射或反射激光輻射，使得具有第一中心波長的激光輻射入射在第一檢測器上且具有第二中心波長的激光輻射入射在第二檢測器上。
有利地，所述設備包括用於測量位於物件上的層的厚度的測量單元。因此，除物件的表面之外，還能夠檢測可能存在於物件上的層的厚度。如果使用設備作為牙齒掃描器，則能夠測量牙齒上的齒齦的厚度。例如，能夠在沒有附加部件的情況下用根據本發明的設備來實現這樣的層厚度測量。優選地，將測量單元配置作為處理裝置的一部分。借助於來自多個波長的干涉圖的相位資訊，能夠檢測不僅一個、而且多個表面、例如兩個或三個表面。 基本上情況是波長組中的波長越多，一個或多個附加表面被越可靠地檢測。優選地，借助於所述設備來檢測兩個表面並將兩個表面設置在相互的一定關係中。位於物件上的層的外表面被檢測作為第一表面並且要測量的層位於其上的物件的表面被檢測作為第二表面。在已知折射率的情況下，這兩個表面的距離差產生層厚度，例如齒齦的厚度。
同樣優選的實施例的特徵在於測量單元包括白光點感測器，其根據頻率掃描干涉測量法的原理進行工作。頻率掃描干涉測量法的原理從現有技術是已知的。替換地，用於此測量單元的其他方法也是可行的。優選地，白光點感測器包括光源，其產生具有寬光譜的光，所述寬光譜優選地在1300nm的中心波長周圍且光譜寬度在10與100nm之間。特別地，借助於具有1300nm的中心波長的白光點感測器能夠直接地測量散射層，例如齒齦。在測量齒齦厚度之後，然後將其與在沒有測量單元的情況下僅用根據本發明的設備檢測的齒齦的表面相關。從而可以確定齒齦下面的三維牙齒表面。
還可以基於橢圓對稱法的原理將測量單元配置成確定位於物件上的層的厚度。橢圓對稱法的原理從現有技術也是已知的。可以借助於橢圓對稱方法來測量非常薄的層，即在約0.01μm與1μm之間的層。為此，根據本發明，利用這樣的事實，即不同的發射器位於多發射器晶片上的不同橫向位置處，並且因此能夠以不同的角度將光發射到物件上。連同在照明輻射中的各發射器處的固定 調整的偏振器和/或在物件輻射中的不同位置處的固定調整的分析器(偏振器)一起，根據所有資訊的和來確定薄塗層厚度是可能的。同時，根據上述程式可獲得物件的完整三維表面資訊。
根據本發明，可以將附加的光學裝置配置成使得光以非常平的角度入射在物件上，已知其將顯著地增大橢圓對稱方法中對於薄塗層的靈敏度。
1‧‧‧設備
2a‧‧‧第一雷射發射器
2b‧‧‧第二雷射發射器
2‧‧‧雷射發射器
3‧‧‧發射器晶片
4‧‧‧第一分束器
5‧‧‧參考輻射
6‧‧‧照明輻射
7‧‧‧參考射束
8a‧‧‧照明射束
8b‧‧‧照明射束
9‧‧‧反射鏡
10‧‧‧拋物面反射鏡
11‧‧‧平面波
12‧‧‧檢測器
13‧‧‧第二分束器
14‧‧‧透鏡
15‧‧‧物件
16‧‧‧物件點
17‧‧‧射束邊緣
19‧‧‧照明條
20‧‧‧物件射束
21‧‧‧物件輻射
22‧‧‧邊緣射束
23‧‧‧平面波
24‧‧‧物件點
25‧‧‧檢測器表面
26‧‧‧物件點
27‧‧‧測量裝置(法布裏珀羅干涉儀)
28‧‧‧控制裝置
29‧‧‧調節裝置
30‧‧‧處理裝置
31‧‧‧測量單元
32‧‧‧(第一)照明射束
33‧‧‧(第二)照明射束
34‧‧‧表面
35‧‧‧(第一)物件射束
36‧‧‧(第二)物件射束
37‧‧‧分析器
38‧‧‧微光學陣列
39‧‧‧照明臂(第一光學臂)
40‧‧‧參考臂(第二光學臂)
41‧‧‧物件臂(第三光學臂)
42‧‧‧檢測臂(第四光學臂)
43‧‧‧輸入端
44‧‧‧第一輸出端
45‧‧‧第二輸出端
46‧‧‧桿狀柱面透鏡
47‧‧‧偏振器
48‧‧‧分束器
49‧‧‧環形器
50‧‧‧全息圖
51‧‧‧雙偏振器
52‧‧‧光學裝置
53‧‧‧第二透鏡
54‧‧‧後反射器
55‧‧‧正面
56‧‧‧第三透鏡
57‧‧‧反射鏡
58‧‧‧第二檢測器
59‧‧‧附加分束器
62‧‧‧鑽孔
63‧‧‧分束器
64‧‧‧射束捆
65‧‧‧分析器(偏振器)
66‧‧‧白光點感測器
67‧‧‧光源
68‧‧‧光束
69‧‧‧第二參考臂
70‧‧‧第二物件臂
71‧‧‧參考反射鏡
72‧‧‧半透射反射鏡
73‧‧‧參考射束
74‧‧‧照明射束
75‧‧‧層
76‧‧‧表面
77‧‧‧激光輻射
α‧‧‧入射角
β‧‧‧入射角
γ‧‧‧入射角
δ‧‧‧差角
φ‧‧‧入射角
f0‧‧‧焦點
下面參考圖中所示的優選實施例來解釋本發明。其中所示的特定特徵可以單獨地或組合地被使用以創建本發明的優選配置。所述實施例並不構成對在申請專利範圍中定義的主題的一般性的任何限制。在所述附圖中：圖1a示意性地示出了在馬赫-曾德配置中的根據第一實施例的根據本發明的設備，圖1b以示意圖示出了具有根據橢圓對稱法原理工作的測量單元的根據第二實施例的根據本發明的設備，圖2示意性地示出了在邁克爾遜配置中的根據第三實施例的根據本發明的設備，圖3在側視圖中示出了具有分束器的根據第一實施例的微光學陣列，圖4在側視圖中示出了具有全息圖的根據第二實施例的微光學陣列，圖5在示意圖中示出了具有用於產生多個照明條的全 息圖的根據第四實施例的根據本發明的設備，圖6在示意圖中示出了具有兩個檢測器的根據第五實施例的根據本發明的設備，圖7在示意圖中示出了被配置作為內孔掃描器的根據第六實施例的根據本發明的設備，圖8在示意圖中示出了在微光學陣列中的具有全息圖的根據第七實施例的根據本發明的設備，以及圖9在示意圖中示出了具有根據白光干涉測量法的原理工作的測量單元的根據第八實施例的根據本發明的設備。
圖1a示出了根據馬赫-曾德配置的設備1的第一實施例，其包括多個雷射發射器2，特別地包括第一雷射發射器2a和第二雷射發射器2b。雷射發射器2位於發射器晶片3上。它們優選地相對於彼此具有小於或等於1mm至小於0.1mm的距離。它們被配置作為多雷射二極體。
在圖1a中，可以將位於發射器晶片3上的五個雷射發射器2視為示例。然而，將多達三十二個或更多的雷射發射器2定位在發射器晶片3上也是可行的。
每個雷射發射器2發射具有單個波長的激光輻射。各雷射發射器2的波長不同，使得每個雷射發射器2發射具有不同波長的激光輻射。優選地，兩個相鄰雷射 發射器2的激光輻射的波長僅僅略微地相差例如1nm。在發射器晶片3上8個或16個雷射發射器2的佈置中，這意味著8或16nm的光譜寬度。
設備1包括被配置作為第一分束器4的光學器件，其在每種情況下將雷射發射器2的激光輻射分裂成參考輻射5和照明輻射6。第一分束器4可以是部分透射的反射鏡，其反射參考輻射5並透射照明輻射6。
在圖1a中，將參考輻射5示出為以位於發射器晶片3上的第一雷射發射器2a的參考射束7的形式的示例。還針對發射器晶片3的第一雷射發射器2a以照明射束8a的形式以及針對第二雷射發射器2b以照明射束8b的形式示出了照明輻射6。
在參考射束7已在第一分束器4處被反射之後，在其進一步的路徑上，其撞擊在被配置作為反射鏡9的光學器件上和被設計作為抛物面反射鏡10的另一光學器件上。反射鏡9和抛物面反射鏡10以如下這樣的方式來反射參考輻射5，即使得在一方面，其幾乎準直地離開抛物面反射鏡10，並且在另一方面，其以不同於零的參考入射角α作為平面波11撞擊在檢測器12上。檢測器12優選地被配置作為高解析度二維(2D)表面感測器。
反射鏡9和抛物面反射鏡10被配置成以如下這樣的方式來反射各雷射發射器2的參考輻射5，即使得具有不同波長的、即來自不同雷射發射器2的參考輻射5以不同的參考入射角α撞擊在檢測器12上。在圖1a中， 在兩個不同位置上示出了抛物面反射鏡10，一次作為短劃線且一次作為實線。參考輻射5的參考入射角α可能受到抛物面反射鏡10的定位的影響。
被配置作為第二分束器13的光學器件位於抛物面反射鏡10與檢測器12之間，其允許參考射束7略微衰減地通過。
在第一分束器4之後，照明射束8a、8b略微衰減地透射通過第二分束器(主分束器)13，並撞擊在被配置作為透鏡14的光學器件上。透鏡14將作為示例被示出的照明射束8a、8b引導到具有物件點16的物件15上。物件點16理想地位於透鏡14的焦點f0處或在焦點f0周圍的聚焦區中。如果物件點16位於聚焦區外面，則然後依然還可以三維地檢測物件15。
透鏡14的聚焦區在透鏡14的焦點(在圖1a中為物件點16)周圍沿著光軸的延伸取決於被透鏡14透射的激光輻射的波長和透鏡14的數值孔徑。在當前情況下假定透鏡14的數值孔徑為約0.2，在物件的方向上沿著光軸在透鏡14的焦點處開始的聚焦區的延伸約為+/-15μm。
被雷射發射器2發射作為略微的球面形的照明射束8a借助於透鏡14被變換成平面波。在圖1a中，這可以在照明射束8a的射束邊緣17處被識別，照明射束8a在透鏡14之後彼此平行地行進。照明射束8a作為幾乎平面的波且近似以直角撞擊在物件15上，即具有約0度 的入射角。
在照明射束8b通過透鏡14時，與照明射束8a相反，不僅發生到平面波的變換。照明射束8b附加地被透鏡14偏轉，使得其以入射角β(其不同於照明射束8a的入射角)撞擊在物件15上。由於雷射發射器2相對於透鏡14的不同佈置，各雷射發射器2的照明輻射5以不同的入射角β入射在物件15上。優選地，各雷射發射器2的所有照明射束8a、8b以矩形照明條19的形式撞擊在物件15上。
應理解的是，物件15具有全部反射激光輻射的有限數目的物件點16。在下文中，將作為示例針對所選的物件點(特別是在物件點16處)和檢測器12的方向上的另一射束路徑來解釋照明射束8a、8b的反射。在下文中將在物件15處被反射的照明射束8a、8b或在物件15處被反射的照明輻射6命名為物件射束20或物件輻射21。
無論照明射束8a、8b的入射角β如何，其被從物件點16反射為球面波形式的具有邊緣射束22的物件射束20。物件射束20撞擊在透鏡14上並被其變換成幾乎平面的波23。這適用於物件點16位於上述聚焦區內部或者如圖1a中所示在透鏡14的焦點f0處的情況。如果物件點24位於聚焦區外面，則從物件點24發射的物件射束20借助於透鏡14被變換成略微彎曲的波。
物件射束20入射在第二分束器13上，第二 分束器13然後以如下這樣的方式來反射物件射束20，即使得其以約零度的入射角γ、即以與檢測器12的檢測器表面25成90度的角度撞擊在此檢測器表面上。作為平面波23的物件射束20在圖1a中被示為水平線，其平行於檢測器表面25行進。
物件射束20的入射角γ取決於物件點16、24的位置。如果其類似於圖1b中的物件點16落在透鏡14的光軸上，則物件射束20然後如已經所述是那樣以0°的入射角γ撞擊在檢測器表面25上。在另一物件點處、例如在物件點26處的反射導致入射到檢測器表面25上的不同於零的入射角γ。
雖然物件射束20以入射角γ撞擊在檢測器表面25上，但參考射束7以參考入射角α入射在檢測器表面25上。參考入射角α和入射角γ相差差角δ，其不同於零。
由於相同波長的參考射束7和物件射束20在分束器13之後在檢測器表面25的方向上在它們的路徑上彼此相遇，所以它們相互干涉。作為此干涉的結果，特定空間頻率的干涉圖作為差角δ的函數被形成，其借助於檢測器12被記錄。通過由一個波長的參考輻射5與物件輻射21的相長(信號增強)和相消(信號衰減)干涉而形成的信號振幅的(准)正弦振盪而獲得空間頻率。
針對每個物件點16、24、26，在每種情況下在不同的波長下形成不同的差角δ，這是因為參考入射角 α作為雷射發射器2的位置的函數而變化。因此可以使物件15上的照明區域、雷射發射器2的數目、它們的間距(和因此的參考入射角α)和2D表面檢測器12的圖元狀況相互匹配，使得在空間頻率方面不發生模糊。
由檢測器12記錄干涉圖的要求是，由各雷射發射器2以基本上恆定的波長來發射其干涉圖將被記錄的激光輻射。出於此目的，設備1優選地具有被配置作為法布裏珀羅干涉儀27的測量裝置。法布裏珀羅干涉儀27從現有技術是已知的且其使得能夠連續地測量由雷射發射器2發射的激光輻射的波長。法布裏珀羅干涉儀27被連接到控制裝置28，控制裝置28在基本上恆定的波長的情況下驅動檢測器12並觸發由檢測器12進行的對激光輻射的記錄。
因此這意味著設備1包括測量裝置27，其允許測量雷射發射器2、2a、2b的激光輻射的波長的時間特性，並且測量設備被連接到控制裝置28，控制裝置28適合於在基本上恆定的波長的情況下驅動檢測器12並觸發對干涉圖的記錄。
可選地，設備1可以包括調節裝置29，調節裝置29根據法布裏珀羅干涉儀27的測量結果以如下這樣的方式來調節雷射發射器2，即使得發射的激光輻射的波長是基本上恆定的。
干涉圖由檢測器12針對每個雷射發射器2且因此針對每個波長被記錄並借助於處理裝置30被分析和 評估。處理裝置30將由各種空間頻率組成的干涉圖變換到包含三維圖像資訊的頻域中。
在下文中將詳細地解釋通過雷射發射器2的照明輻射6在物件點16、24、26處的反射以及通過與附屬參考輻射5的干涉而形成的干涉圖的評估。
如果物件點16、26位於透鏡14的焦點f0處或在聚焦區中，即通過透鏡14之後的物件射束21被配置為准平面波23，則優選地使用傅立葉變換用於變換到頻域(頻率範圍)中。如果物件點24位於聚焦區外面，即物件射束20在通過透鏡14之後被配置為略微彎曲的波，則優選地借助於菲涅耳變換來執行到頻域中的變換。
在頻域中，關於兩個方面來進行對干涉圖的評估。在一方面，在參考輻射5的輔助下且因此根據雷射發射器2的位置來確定物件15上的物件點16、24、26的位置，雷射發射器2的激光輻射已導致本干涉圖。另一方面，針對每個物件點16、24、26來確定深度資訊。術語深度資訊在本發明的背景下被理解為物件點16、24、26在深度方面的、即在圖1a中沿著透鏡14的光軸的位置。其被用來識別物件15上的凸起或凹坑。
借助於差角δ來確定物件點16、24、26的位置和各雷射發射器2的位置。由於物件射束的入射角γ且因此還有差角δ取決於物件點16、24、26的位置，所以作為物件點16、24、26的位置的函數獲得作為物件點16、24、26的位置的特徵的特定空間頻率的不同干涉 圖。同時，針對每個雷射發射器2狹窄地限制其中空間頻率的波動根據物件點16、24、26的位置而改變的頻帶的寬度。
差角δ此外取決於發射器晶片3上的各雷射發射器2的位置。如上文已進一步描述的，各雷射發射器2的參考輻射5取決於各雷射發射器2的位置以不同的參考入射角α撞擊在檢測器12上。因此，每個雷射發射器2產生明顯不同於例如相鄰雷射發射器2的空間頻率。由於基於不同雷射發射器2的位置的空間頻率的這些顯著差別，該差別並不與基於不同物件點16、24、26的變化相混淆。每個雷射發射器位置允許一定的空間頻率波段，其繼而可以特定地覆蓋每發射器2的物件點的數目。對於相鄰的發射器2，則隨後存在另一空間頻率波段等。因此--在相位變換(例如傅立葉、菲涅耳)之後--可以經由局部干涉圖的相位值向特定橫向物件點16、24、26分配深度資訊。
如果現在將關於物件點16、24、26的位置的資訊與關於各雷射發射器2的資訊和各物件點16、24、26的深度資訊相組合，則可以確定物件15的三維結構。
在實際測量中，所有雷射發射器2同時地發射激光輻射，由此在檢測器表面25上形成多個干涉圖。所有干涉圖同時地被檢測器12記錄並被處理裝置30評估。然後基於對所有干涉圖的這些評估來產生物件15的三維結構。
設備1可以優選地另外測量位於物件15上的層(未示出)的層厚度。如果層位於物件15上，則由於由雷射發射器2發射的激光輻射的不同波長，則照明射束8a、8b在該層的表面處被部分地反射，而照明射束8a、8b的另其他部分穿過該層並在物件15的表面處被反射。用於每個物件點16、24、26的兩組略有不同的深度資訊可用於對頻域中的干涉圖的評估。可以借助於不同的深度資訊來確定該層厚度。設備1因此包括用於確定層厚度的固有測量單元，其中，該測量單元可以被配置作為處理裝置30的一部分。可以用設備1來測量的最小層厚度由波長組中的所發射波長的光譜寬度來給定。
圖1b示出了設備1的第二實施例。設備1包括測量單元31，借助於該測量單元31能夠測量在要測量的層75處被反射的雷射發射器2的物件輻射21。與來自圖1a的設備1相反，測量單元31基於橢圓對稱法的原理進行工作，並且因此可以確定位於物件上的層75的厚度。用於確定層厚度的橢圓對稱的方法從現有技術是已知的。
測量單元31包括雷射發射器2。與圖1a相反，圖1b中的雷射發射器被不同地偏振。例如，發射器晶片3上的在圖1b中示出的三個上雷射發射器2、2a被以第一類型偏振，例如P偏振。圖1b中的下部三個雷射發射器2、2b顯示出第二偏振，例如S偏振，其不同於第一偏振。
例如，在發射器晶片3上示出了圖1b中的最上的雷射發射器2a的第一照明射束32和圖1b中的最下的雷射發射器2b的第二照明射束33。在下文中將詳細地解釋這兩個照明射束32、33的射束路徑。
照明射束32被透鏡14變換成平面波並以入射角φ撞擊在物件15的層75的表面76上。照明射束32的各部分在層75的表面76處被反射作為物件輻射21。照明射束33的各部分穿過層75，並且還被層75位於其上面的物件15的表面34反射，同樣地作為物件輻射21。被作為物件輻射21反射的照明射束在圖1b中被示為第一物件射束35。
第一物件射束35在表面34和表面76處被作為平面波反射，並且在反射之後再次地撞擊在透鏡14上。這使第一物件射束35聚焦，其在其隨後的路徑上在第二分束器13處被反射並作為點射束撞擊在檢測器12的檢測器表面25上。檢測器12檢測作為點射束撞擊在其上的物件射束35。
針對所述射束路徑假定第一照明射束32在該處被反射的物件15的非常光滑的表面34和層75的非常光滑表面76。在略微彎曲的表面76或34情況下，被指引到檢測器12上的點射束將相應地被加寬。
第二照明射束33作為第一照明射束32的鏡像而行進。第二照明射束33和第一物件射束35從而至少部分地重疊。第二照明射束33在表面76、34處被反射作 為第二物件射束36，被透鏡14聚焦，並被第二分束器13反射，從而使得其作為點射束撞擊在檢測器12的檢測器表面25上。檢測器12檢測作為點射束撞擊在其上面的物件射束36。
基於物件射束35、36，然後可以借助於處理裝置30以已知方式來確定位於物件15上的層75的厚度。
層75和物件15具有粗糙的表面76、34基本上也是可行的，粗糙的表面76、34如圖1a中所示的那樣將物件輻射21作為球面波反射。這樣的方法從現有技術也是已知的。在這種情況下，將層75的表面76上的每個表面點(未示出)和物件15的每個物件點16被解釋為散射點(參看圖1a)。與光滑的表面相反，每個表面點和物件點16的所有資訊從而被映射到整個檢測器表面25上。
可選地，設備1可以包括一個或多個分析器，它們位於第二分束器13與檢測器表面25之間。分析器37被配置作為偏振器，借助於該偏振器可以確定激光輻射的偏振狀態。如果使用分析器37，則雷射發射器2發射具有優選45°的偏振角的激光輻射，使得照明射束32、33被線性偏振地發射到層75或物件15上。在其在層75或物件15處被反射之後，物件射束35、36撞擊在以與發射器2a和2b的位置共軛的方式被定位的分析器37上，分析器37確定物件射束35、36的偏振。例如， 雷射發射器2a的激光輻射和雷射發射器2b的激光輻射通過層75的層厚度被不同地偏振。物件射束35、36然後入射在對這些進行檢測的檢測器12上。在該背景下，以與發射器2a和2b的位置共軛的方式被定位意指分析器37根據由雷射發射器2a、2b發射的激光輻射的射束路徑而被定位。
將透鏡14實現為兩個部分透鏡也是可行的，其中，兩個照明射束32、33中的每一個分別地透射通過兩個部分透鏡中的一個。借助於附加反射鏡(未示出)，照明射束32、33在兩個部分透鏡之後被指引到層75或物件15上。因此可以實現大於或等於30度、優選地接近於57度的入射角φ。從而還可以測量小於100nm的層厚度。
圖2示出了在邁克爾遜配置中的根據第三實施例的設備1。此設備1與圖1a中所示的設備的差別在於被配置為微光學陣列38的光學裝置。微光學陣列38包括圖1a中所示的第一分束器4的功能。此外，借助於微光學陣列38，可以不同地使參考輻射5和照明輻射6偏振。微光學陣列38將雷射發射器2的激光輻射分裂成參考輻射5和照明輻射6，其中，參考輻射5與照明輻射6相比具有明顯更大的數值孔徑。
此外，在根據圖2的設備中，與來自圖1a的設備1相比，省去了反射鏡9。雷射發射器2的參考射束7在分束器13(其被配置作為分束器反射鏡)處被反射， 並被指引到抛物面反射鏡10上。其以使得參考射束7以參考入射角α撞擊在檢測器12的檢測器表面25上的方式來反射參考射束7。
將分束器13配置作為偏振分束器也是可行的，其根據激光輻射的偏振狀態而反射或透射激光輻射，且該分束器13被建構成分束器反射鏡。例如，參考射束5被反射而照明輻射6由於其不同的偏振狀態被透射。
如圖2中所示，可以通過使抛物面反射鏡10相對於檢測器表面25略微傾斜來實現抛物面反射鏡10關於入射角α的反射特性。然而，不使抛物面反射鏡10相對於檢測器表面25傾斜並使發射器晶片3與雷射發射器2橫向地定位以使得參考輻射5始終以不同於零的參考入射角α撞擊在檢測器12上也是可行的。雷射發射器2中的橫向佈置在該背景下意指雷射發射器2在圖2中的垂直方向上的移位和/或橫斷圖2中的圖像平面的移位元。
抛物面反射鏡10可以可選地具有迴圈偏振層(未示出)，其在通過兩次之後再次地在分束器13的方向上使偏振狀態旋轉90°。這具有如下優點，即盡可能多的光到達檢測器12。
除所述差別之外，雷射發射器2的激光輻射如通過參考圖1a中的設備1已經所述的那樣行進。對檢測器2上的干涉圖的評估也與來自圖1a的設備1類似地進行。
分束器13在圖2中定義四個光學臂，在下文 中將對其進行解釋以便更好地理解邁克爾遜配置。第一光學臂被定義為照明臂39，具有雷射發射器2的發射器晶片3和微光學陣列38位於照明臂39中。在照明臂39中，照明輻射6在分束器13的方向上行進。
作為第二光學臂，分束器13定義參考臂40，在參考臂40中，被分束器13反射的參考輻射5在抛物面反射鏡10的方向上被偏轉並在分束器13的方向上從抛物面反射鏡10再次返回。抛物面反射鏡10優選地位於參考臂40中。
第三光學臂被稱為物件臂41。透鏡14和物件15位於其中。可選地，其他透鏡或光學元件可位於物件臂41中。在物件臂41中，照明輻射6被偏轉到物件15上，並且被物件15反射的物件輻射在分束器13的方向上被引導。
第四光學臂是檢測臂42。其被定義為從分束器13到檢測器12的部分。檢測臂42包括檢測器12以及例如在使用多個檢測器12的情況下包括可選的其他分束器。
優選地，在物件臂41和參考臂40中可以使用光學偏振旋轉元件。在每種情況下，在偏振的照明射束和參考射束的情況下，必須確保在檢測器12之前分析器(偏振器，未示出)使光輻射返回到能夠實現干涉的公共平面上。如果未使用偏振元件(包括在微光學陣列38中)，則在物件輻射21與參考輻射5之間必須預期到增 大的“串擾”(擾動影響)，其必須以一定的代價來修正。
圖3示出了從側面看的第一實施例中的來自圖2的微光學陣列38的詳細視圖。微光學陣列38原則上不僅能夠位於根據圖2的邁克爾遜配置中，而且可選地能夠位於根據圖1a的馬赫-曾德配置中，在雷射發射器2與設備1的其他光學器件之間(圖1a)。
每個單獨雷射發射器2的激光輻射行進穿過微光學陣列38。作為示例，在下文中針對雷射發射器2來解釋微光學陣列38的結構。用於其他雷射發射器2的微光學陣列38的結構是相同的。
微光學陣列38具有輸入端43、第一輸出端44以及第二輸出端45，經由其，激光輻射再次離開微光學陣列38。
在已經經由輸入端43將來自雷射發射器2的激光輻射發射到微光學陣列38中之後，其行進穿過桿狀柱面透鏡46，桿狀柱面透鏡46以如下這樣的方式使激光輻射聚焦，即使得形成具有優選地約0.1的數值孔徑的幾乎圓形的激光輻射。
在桿狀柱面透鏡46後面被定位在射束方向上的是偏振器47，其使圖3中的激光輻射垂直於紙張平面偏振。分束器48然後將激光輻射分裂成參考輻射5和照明輻射6。這樣形成的參考輻射5然後穿過環形器49，其使偏振面旋轉90°，即使參考輻射5平行於圖3中的紙張平 面偏振。另一方面的照明輻射6在其偏振方面不受影響。因此，參考輻射5和照明輻射6在不同的方向上被偏振。當然，還可以使偏振狀態反向，即借助於偏振器47使圖3中的激光輻射平行於紙張平面偏振，而通過環形器49使參考輻射5垂直於紙張平面偏振。
參考輻射5且還有照明輻射6兩者然後每個穿過全息圖50，全息圖50為參考輻射5提供高數值孔徑並為照明輻射6提供與之相比低的數值孔徑。從而可以預定義一個或多個照明條的形狀。
在通過全息圖50之後，參考輻射5和照明輻射6通過輸出端44或45從微光學陣列38出現。然而，交換各光學元件的順序原則上也是可能的。還可以提供多個全息圖平面。
圖4示出了根據第二實施例的微光學陣列38。該微光學陣列38與來自圖3的微光學陣列38相比構成簡化版本。其不同之處在於，分束器38(圖3)被形成為全息圖50且微光學陣列38此外僅包括環形器49和雙偏振器51。
雷射發射器2的激光輻射經由輸入端43進入到微光學陣列38中。在全息圖50中，激光輻射最初被分裂成參考輻射5和照明輻射6。參考輻射5在全息圖50中被提供高數值孔徑，並且照明輻射6被提供與之相比低的數值孔徑。類似地，可以預定義一個或多個照明條的形狀。
在以下環形器49中，發生參考輻射5的偏振，參考輻射5在其偏振方面被旋轉90度。另一方面的照明輻射6在其偏振方面不受影響。當然，其還可以相反地發生。在隨後的雙偏振器51中，參考輻射5和照明輻射6兩者都被偏振。照明輻射6的偏振方向如前所述與參考輻射5的偏振相差90度。參考輻射5和照明輻射6兩者中的不期望旋轉偏振部分在雙偏振器51中被共同地抑制。
參考輻射5和照明輻射6然後在相應的輸出端44、45處從微光學陣列38出現。在這裏，原則上也可以交換光學元件的順序，或者可以將全息圖50分成具有較少單獨任務的兩個單獨全息圖。
圖5示出了根據第四實施例的根據本發明的設備1。其結構對應於來自圖2的邁克爾遜配置，其中，雷射發射器2和檢測器12相對於分束器13的位置已被交換。此外，分束器13被設計為偏振分束器，即其根據偏振而透射或反射輻射。
除先前所述的設備1之外，根據圖5的設備1具有光學裝置52，其包括多個光學器件。光學裝置52從透鏡14一直延伸到設備1的物件側末端。光學器件中的一個被配置為具有後反射器54的第二透鏡53。撞擊在後反射器54上的激光輻射優選地90%被透射且10%被反射。因此後反射器54連同透鏡53的正面彎曲部分一起接替來自圖2的抛物面反射鏡10的功能。
位於第二透鏡53的正面55上的是圓偏振器(未示出)，借助於該圓偏振器使撞擊在透鏡53上的參考輻射5和物件輻射21在其偏振方面被旋轉90°。從而實現在被透鏡14透射之後，整個後輻射的激光輻射被透射到偏振分束器13。
光學裝置52的另一光學器件被配置為全息圖50，其使雷射發射器2的照明輻射6以使得其作為照明條19撞擊在物件15上的方式偏轉。特別地，借助於全息圖50來改變每個雷射發射器2的照明輻射6的數值孔徑，使得在一方面，形成兩個相互偏移的照明條19，並且在另一方面，這些照明條19中的每一個具有近似矩形的形狀。借助於也是光學裝置52的光學器件的第三透鏡56，被全息圖50偏轉的照明輻射6被指引向反射鏡57，反射鏡57使照明輻射6偏轉到物件15上。
由於與圖2相比的雷射發射器2和檢測器12的不同位置，照明臂39和檢測臂42的位置與圖2相比被交換。與來自圖2的設備1相反，在根據圖5的設備中，參考臂40和物件臂41至少部分地重疊。
在下文中將作為示例詳細地解釋照明輻射6(被示為實線)和參考輻射5(被示為短劃線)的路徑。
由雷射發射器2發射的激光輻射77通過微光學陣列38並在偏振狀態下再次從那裏出現，即被偏振。在微光學陣列38中不發生激光輻射77到參考輻射5和照明輻射6的分裂(參看圖3)。
從微光學陣列38出現的激光輻射77以如下這樣的方式被線性偏振，即使得偏振分束器13將激光輻射77在物件15的方向上反射通過透鏡14。透鏡14將激光輻射77變換成平面波。激光輻射77然後入射在第二透鏡53上，並通過在透鏡53的正面55上的圓偏振器在其偏振面中被圓偏振。激光輻射77還入射在後反射器54上，後反射器54在第二分束器13的方向上向後反射其一小部分，即例如其10%。此被反射部分由於重新穿過透鏡53的正面55上的環形器而再次被圓偏振，使得其偏振狀態被有效地旋轉90°。這意味著激光輻射77的偏振狀態由於兩次穿過圓偏振器而被旋轉90°。
在後反射器54處被反射的部分形成參考輻射5並再次地撞擊在第二透鏡14上。參考輻射5然後由於改變的偏振而被第二分束器13透射。在第二分束器13之後，參考輻射5撞擊在檢測器12上並被其記錄。
被後反射器54透射的那部分激光輻射77形成照明輻射6。被透射部分約為激光輻射7的90%。後反射器54因此被配置為分束器，其將激光輻射77分裂成參考輻射5和照明輻射6。
照明輻射6借助於第二透鏡53被聚焦到全息圖50上。全息圖50將照明輻射6分裂成兩個射束捆64，它們被第三透鏡56和反射鏡57作為兩個照明條19偏轉到物件15上。
在下文中將參考物件點24來解釋作為物件輻 射21被反射的照明輻射6的路徑。從物件點24被反射並通過前面的環形器而被圓偏振的物件輻射21(被示為點劃線)撞擊在反射鏡57上。這使物件輻射21偏轉到第三透鏡56上，第三透鏡56將物件輻射21變換成平面波。物件輻射21然後撞擊在第二透鏡53上並從而撞擊到位於正面的環形器上，該環形器現在類似於參考輻射地根據偏振分束器13的通過方向而使物件輻射21偏振。第二透鏡53將物件輻射21映射到透鏡14上，透鏡14將其投射到第二分束器13上。分束器13由於相應的偏振而透射物件輻射21，使得物件輻射21撞擊在檢測器12上。檢測器12記錄物件輻射21。
在檢測器12處，參考輻射5和物件輻射21如針對圖1a所述的那樣相干涉。與來自圖1a的設備1類似地執行對由此產生的干涉圖的評估。可以在對檢測器12的檢測器表面25上的物件輻射21的評估中借助於入射角γ和差角δ(圖1a)來確定被物件15反射的物件輻射6源自於的照明條19。
圖6中所示的根據第五實施例的設備1由於第二檢測器58和附加分束器59而不同於圖5中所示的設備1，附加分束器59使激光輻射偏轉到第二檢測器58上。根據圖6的設備1具有兩個發射器晶片3，其中圖6中的前發射器晶片3覆蓋後發射器晶片。位於圖6中的前發射器晶片3上的發射器晶片2的激光輻射撞擊在檢測器12上。位於圖6中的後發射器晶片上的雷射發射器的激 光輻射撞擊在第二檢測器58上。
每個發射器晶片3的雷射發射器2形成波長組，其中可以為每個波長組分配中心波長。通過在由發射器晶片3的雷射發射器2發射的激光輻射的不同波長上形成平均值來確定中心波長。
附加分束器59根據中心波長而將入射在其上面的雷射發射器2的激光輻射分裂。附加分束器59的該波長相關性是被選擇為使得其透射具有第一中心波長的、由圖6中的前發射器晶片3的雷射發射器2發射的激光輻射。另一方面，未示出的後發射器晶片的雷射發射器的激光輻射在具有第二中心波長的情況下在附加分束器59處被反射到檢測器58上。
通過使用兩個發射器晶片3，激光輻射77相對於圖6中的紙張平面略微傾斜地撞擊在分束器13和設備1的其他光學器件上。
然而，當被投射到圖6中的紙張表面上時，激光輻射77在照明臂39、參考臂40以及物件臂41的區域中的路徑與圖5中所示的路徑一致。如上所述，由於附加分束器59，僅在檢測臂42中獲得射束路徑中的差異。
圖7示出了根據第六實施例的根據本發明的設備1，其被配置為內孔掃描器。其可以用來研究內部，特別是鑽孔62的內部或鑽孔62的內壁61。為此，設備1具有兩個分束器63。
類似於來自圖5的設備1，全息圖50產生兩 個射束捆64，不同於來自圖5的設備1，它們借助於分束器63在兩個相反方向上被偏轉到鑽孔62的內壁61上。
為了在鑽孔62的整個圓周上研究鑽孔62，設備1的光學裝置52被至少部分地引入到鑽孔62中。光學裝置52不需要位於鑽孔62的中心處。可以通過撞擊在鑽孔62的內壁61的相互相對的區域上的兩個照明條19來補償可能的定心誤差。光學裝置52或設備1在鑽孔62的內部旋轉，使得能夠在鑽孔62的整個圓周上研究鑽孔62。
根據圖7，除根據圖5的部件之外，設備1的光學裝置52還包括兩個分束器63。根圖7的光學裝置52被配置為使得其能夠被插入具有例如11mm至300mm的直徑的鑽孔62中。
圖8示出了根據第七實施例的根據本發明的設備1，其基於邁克爾遜配置的原理(圖2)。與根據圖5的設備1相比，在微光學陣列38中集成了全息圖，借助於該全息圖形成兩個射束捆64，它們作為照明條19入射在物件上。射束捆64經由透鏡14、53、56和反射鏡57被偏轉到物件15上。
此外，與圖5中所示的設備相反，設備1的微光學陣列38將雷射發射器2的激光輻射分裂成參考輻射5和照明輻射6。
此外，沒有後反射器54(參考圖5)被集成到透鏡53中，而是使用抛物面反射鏡10以便使參考輻射 5從雷射發射器2偏轉到檢測器12。從微光學陣列38出現的參考輻射5在抛物面反射鏡10處被反射，並且然後在第二分束器13處以如下方式被反射，即使得其撞擊在分析器(偏振器)65上並且然後撞擊在檢測器12上。抛物面反射鏡10被配置為使得參考輻射5根據雷射發射器2在發射器晶片3上的位置以某個參考入射角α撞擊在檢測器12上(參考圖1a)。
參考輻射5和照明輻射6以不同的偏振狀態離開微光學陣列38。第二分束器13被配置為偏振敏感分束器，使得其透射具有第一偏振的參考輻射5並反射具有第二偏振的照明輻射6。當然，這相反地也是可行的。
第二透鏡53在其正面55上具有環形器(未示出)，其使照明輻射6和之後的被物件15反射的物件輻射21(參考圖5)旋轉總共90°，使得其在檢測器12的方向上被第二分束器13透射並入射在檢測器12上。
分析器(偏振器)65確保能夠從物件射束21和參考射束5通過相同的偏振面形成干涉圖。
圖9示出了根據第八實施例的根據本發明的設備1，其由於用以測量位於物件15上的層75的厚度的測量單元31而不同於根據圖8的實施例。測量單元31包括白光點感測器66，其根據干涉測量法的已知原理進行工作。
白光點感測器66包括寬光譜點光源作為光源67，其優選地具有10nm至100nm的光譜寬度。光源67 圍繞著優選1300nm的中心波長進行發射，該中心波長非常好地穿透散射介質(例如組織)。例如用光束68示出了光源67的光輻射。
白光點感測器66的一部分進一步地是第二檢測器58，其檢測光源67的光輻射。為了使光輻射偏轉到此第二檢測器58，設備1具有附加分束器59，其根據波長而反射或透射輻射。
針對基於干涉測量的方法的層厚度測量，設備1還具有第二參考臂69和第二物件臂70。第二參考臂69被定義為位於設備1的光學裝置52中的參考反射鏡71與第三透鏡56中的半透射反射鏡72之間的距離的兩倍。第二物件臂70被定義為半透射反射鏡72與物件15的物件點24之間的距離。除0.1mm至例如3mm的最大值的路徑差之外，假如設備1位於與物件15的相應距離處，參考臂69和物件臂70當然不是完全相同的。
在下文中解釋白光點感測器66的光路。針對其功能，根據現有技術已知：借助於可調諧波長，可以借助於檢測器58處的頻率測量來獲得層厚度資訊。出於此目的，物件臂70與參考臂69之間的路程差必須不同於零。
白光點感測器66的光源67發射光束68，光束68借助於分束器13被偏轉、通過透鏡14和第二透鏡53、經過參考反射鏡71到半透射反射鏡72上。半透射反射鏡72將光束68分裂成被反射的參考射束73和被透射 的照明射束74。
在半透射反射鏡72處被反射的參考射束73撞擊在參考反射鏡71上，被從其反射到半透射反射鏡72上，並且再次地在第二分束器13的方向上被反射。將參考反射鏡71配置為全息圖也是可行的，其將參考射束73反射到對白光點感測器66的波長敏感的半透射反射鏡72上。
被半透射反射鏡72透射的照明射束74經由反射鏡57被偏轉到物件15上。照明射束74穿過位於物件15上的層75並特別地撞擊在物件15的物件點24上。與圖8中在物件15處被反射的物件輻射21類似地實現在物件點24處被作為物件射束(未示出)反射的照明射束74的路徑。然而，根據設備1的第八實施例的物件射束由於其波長而被附加分束器59反射並被偏轉到檢測器58上。
借助於由雷射發射器2發射的參考輻射5和照明輻射6(參考圖8)，類似於來自圖8的設備1，設備1能夠檢測層75的表面76。測量單元31另外使得能夠掃描層75下面的物件15。由於能夠確定表面76以及層75下面的物件15這兩者，所以可以借助於處理裝置30來計算層75的層厚度。
圖5至9中所示的設備1的實施例可以被用作例如用於牙齒或整個下頜的三維檢測的牙齒掃描器。出於此目的，光學裝置52優選地具有至多20mm、優選地 至多10mm的直徑。光學裝置52具有至多150mm、優選地至多100mm的長度。光學裝置52的長度被定義為透鏡14與設備1的物件側末端之間的距離。
1‧‧‧設備
2a‧‧‧第一雷射發射器
2b‧‧‧第二雷射發射器
2‧‧‧雷射發射器
3‧‧‧發射器晶片
4‧‧‧第一分束器
5‧‧‧參考輻射
6‧‧‧照明輻射
7‧‧‧參考射束
8a‧‧‧照明射束
8b‧‧‧照明射束
9‧‧‧反射鏡
10‧‧‧拋物面反射鏡
11‧‧‧平面波
12‧‧‧檢測器
13‧‧‧第二分束器
14‧‧‧透鏡
15‧‧‧物件
16‧‧‧物件點
17‧‧‧射束邊緣
19‧‧‧照明條
20‧‧‧物件射束
21‧‧‧物件輻射
22‧‧‧邊緣射束
23‧‧‧平面波
24‧‧‧物件點
25‧‧‧檢測器表面
26‧‧‧物件點
27‧‧‧測量裝置(法布裏珀羅干涉儀)
28‧‧‧控制裝置
29‧‧‧調節裝置
30‧‧‧處理裝置
α‧‧‧入射角
β‧‧‧入射角
γ‧‧‧入射角
δ‧‧‧差角
f0‧‧‧焦點

Claims (16)

  1. 一種用於檢測物件(15)的三維結構的設備，包括：第一雷射發射器(2a)，其產生具有第一波長的激光輻射，第二雷射發射器(2b)，其產生具有第二波長的激光輻射，其中，第一波長不同於第二波長，光學器件，其中的至少一個是分束器(4、48)，該分束器在每種情況下將雷射發射器(2、2a、2b)的激光輻射分裂成參考輻射(5)和照明輻射(6)，其中，照明輻射(6)撞擊在要測量的物件(15)上，被物件(15)作為物件輻射(21)反射並與參考輻射(5)相干涉，以及檢測器(12)，其記錄從其那裏形成的干涉圖，其特徵在於，雷射發射器(2、2a、2b)被定位為使得第一雷射發射器(2a)的照明輻射(6)和第二雷射發射器(2b)的照明輻射(6)以不同的入射角(β)撞擊在物件(15)上，以及該設備(1)包括測量裝置(27)，該測量裝置測量雷射發射器(2、2a、2b)的激光輻射的兩個波長，並影響對干涉圖的記錄。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的設備，其中，該 測量裝置(27)測量雷射發射器(2、2a、2b)的激光輻射的波長的時間特性，其中，控制裝置(28)在基本上恆定的波長的情況下對檢測器(12)進行致動，並觸發對干涉圖的記錄。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的設備，其中，該設備(1)包括調節裝置(29)，該調節裝置根據該測量裝置(27)的測量結果以使得發射的激光輻射的波長基本上恆定的方式來調節該雷射發射器(2、2a、2b)。
  4. 根據申請專利範圍第2或3項所述的設備，其中，該測量裝置被配置為法布裏珀羅干涉儀(27)。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的設備，其中，第一雷射發射器(2a)和第二雷射發射器(2b)相互間隔開地位於公共發射器晶片(3)上。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的設備，其中，該光學器件(4、9、10、13、54)中的至少一個被配置成以如下這樣的方式反射參考輻射(5)，即使得各雷射發射器(2)的參考輻射(5)以不同的參考入射角(α)入射在檢測器(12)上。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的設備，其中，該光學器件中的至少一個是全息圖(50)，該全息圖將照明輻射(5)偏振為使得其作為一個或多個照明條(19)撞擊在物件(15)上。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的設備，其中，微光學陣列(38)構成該分束器(48)，其將該雷射發射器 (2、2a、2b)的激光輻射分裂成參考輻射(5)和照明輻射(6)，並為這兩組輻射(5、6)供應不同的輻射剖面。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述的設備，其中，該微光學陣列(38)包括至少一個偏振器(47、51)以便使照明輻射(6)偏振，和/或使該雷射發射器(2、2a、2b)的參考輻射(5)偏振。
  10. 根據申請專利範圍第8項所述的設備，其中，該微光學陣列(38)包括至少一個全息圖(50)。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的設備，其中，該光學器件中的至少一個被配置為色散透鏡(14、53、56)或被配置為色散反射鏡。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述的設備，其中，該設備(1)包括兩個發射器晶片(3)和兩個檢測器(12、58)，其中，位於一個發射器晶片(3)上的該雷射發射器(2、2a、2b)的激光輻射撞擊在一個檢測器(12)上且位於另一發射器晶片(3)上的該雷射發射器(2、2a、2b)的激光輻射撞擊在另一檢測器(58)上。
  13. 根據申請專利範圍第1項所述的設備，其中，該設備(1)包括用於測量位於該物件(15)上的層(75)的厚度的測量單元(31)。
  14. 根據申請專利範圍第13項所述的設備，其中，該測量單元(31)包括白光點感測器(66)，該白光點感測器根據頻率掃描干涉測量法的原理進行工作。
  15. 根據申請專利範圍第13項所述的設備，其中，該測量單元(31)被配置成基於橢圓對稱法原理來確定位於該物件(15)上的該層(75)的厚度。
  16. 根據申請專利範圍第1項所述的設備，其中，該設備(1)包括具有多個光學器件(50、53、56、57、63)的光學裝置(52)，其中，該光學裝置(52)被配置為使得能夠將其插入患者的口腔內區域中或鑽孔(62)中。
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