WO2024133386A1 - Chromatic confocal measuring device - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a chromatic confocal measuring device.
- Chromatic confocal measuring devices are used, for example, to measure objects.
- a surface of an object can be measured, which can be used to assess a height or an unevenness.
- the object can be flat or even.
- the invention relates to a chromatic confocal measuring device.
- the measuring device has a light source which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths.
- the measuring device has a first confocal aperture through which light from the light source passes.
- the measuring device has a second confocal aperture.
- the measuring device has a splitting optical element with a first part and a second part.
- the first part and the second part are each designed as a prism or grating.
- the splitting optical element has a connecting piece, wherein the first part and the second part are firmly connected to one another by means of the connecting piece.
- the measuring device has an illumination imaging optics.
- the illumination imaging optics has the first part of the splitting optical element.
- the illumination imaging optics has a first lens system with at least one first lens, which is separated from the first part of the splitting optical element is spatially separated, wherein the first lens system receives light from the first part of the splitting optical element and the effective focal length of the first lens system differs for different wavelengths.
- the illumination imaging optics are designed such that focus points of different wavelengths are formed at different locations for at least one point of passage of the light through the first confocal aperture, wherein the locations lie along a line segment which forms an acute angle to the center axis of the first lens system.
- the measuring device is designed to measure an object which intersects the line segment and reflects at least part of the light.
- the first confocal aperture has several points through which light passes, for example through a slit-shaped opening of the first confocal aperture, which can be viewed as a series of an infinite number of immediately adjacent points, for each point through which light passes, focus points of different wavelengths are formed along a corresponding line segment.
- the large number of immediately adjacent line segments of focus points form a surface segment.
- the focus points of the same wavelength but different points through which light passes through the aperture form focus lines on the surface segment transverse to the line segments.
- Such an embodiment can in particular be referred to as a line sensor.
- a line sensor is characterized in particular by the fact that the first confocal aperture has a slit-shaped opening and/or a large number of points through which light passes through the first confocal aperture are provided. Such embodiments are fundamentally possible with the measuring device described here.
- the measuring device has a detection imaging optics.
- the detection imaging optics comprise the second part of the splitting optical element.
- the detection imaging optics are designed to receive light reflected from the object exclusively from directions that differ from the directions from which the illumination light falls on the object.
- the detection imaging optics are designed to image the focal points of all wavelengths onto the second confocal aperture.
- the detection imaging optics have a second lens system with at least one second lens, which is preferably spatially separated from the second part of the splitting optical element.
- the second lens system can in particular receive light reflected from the object and the effective focal length of the second lens system can differ for different wavelengths.
- the chromatic confocal measuring device further comprises a detector which is configured to detect an intensity of the light passing through the second confocal aperture.
- Such a measuring device creates a possibility of measuring an object in an advantageous manner.
- splitting optical elements of the illumination imaging optics and the detection imaging optics can lead to a falsification of the measurement result even with a slight relative misalignment relative to one another.
- a splitting optical element which firmly connects its first part and its second part to one another by means of a connecting piece, it is impossible due to the design for such misalignments to occur during operation or after an adjustment.
- the connecting piece creates a fixed connection between components of the illumination imaging optics and the detection imaging optics, whereby the two imaging optics are firmly connected to one another, which ensures a consistent alignment of the parts of the splitting optical element relative to one another.
- the splitting optical element is an element that ensures that a wavelength-dependent splitting is possible in both the illumination imaging optics and the detection imaging optics.
- a light beam which typically combines several wavelengths, is split by deflecting the light depending on the wavelength, whereby, as already mentioned, in interaction with the first lens system, focus points of different wavelengths are formed at different locations for a point of passage of the light through the first confocal aperture.
- detection-imaging optics a corresponding splitting effect would be achieved if an inverse beam path compared to the beam path relevant here were used. Such a beam path could, for example, run from the detector back to the light source.
- the second part of the splitting optical element typically has the function of reversing the wavelength-dependent deflection for precisely those rays and wavelengths whose focal point coincides with a reflective surface of the object being measured.
- Each focal point that lies on such a reflective surface is therefore imaged again onto a fixed point on the second confocal aperture.
- all focal points on the object that correspond to a point of passage through the first confocal aperture are imaged again onto a common point on the second confocal aperture.
- the wavelength-dependent splitting is amplified by the second part of the splitting optical element.
- the connecting piece connects the first part and the second part, in particular directly, to one another.
- the connecting piece is not part of a housing of the chromatic confocal measuring device, but rather is an element that connects the first part and the second part directly to one another. If, for example, two parts with splitting functionality are each mounted on a holder and each holder is connected to a housing, the holders and the housing are not considered to be a connecting piece. Rather, the connecting piece is part of the optical components of the measuring device, with the splitting optical element being provided in particular in such a way that it has an optical effect in both the illumination imaging optics and the detection imaging optics.
- the connecting piece connects the first part and the second part to one another in such a way that it is not possible to change the alignment and position of the first part and the second part relative to one another without breaking the material-bonded connections.
- the first part of the splitting optical element is part of the illumination imaging optics and is illuminated by the light from the light source. In this first part, splitting then takes place depending on the different wavelengths. The wavelength dependence of the first lens system then ensures that the focus points of different wavelengths are formed at different locations. The locations are in particular along the line segment already mentioned, whereby the line segment is typically formed along a straight line.
- the line segment can, for example, be aligned transversely to a surface of the object and/or perpendicular to the earth's surface, the latter for example if the measuring device is aligned so that the line segment is aligned perpendicular to the earth's surface.
- the measuring device is aligned so that the line segment is aligned perpendicular to the earth's surface.
- other angles to the surface of the object and/or to the earth's surface are also possible. Slight deviations of the focus points from the line segment, which are based for example on unavoidable tolerances, are not considered to be a deviation from the embodiment claimed herein.
- Focusing on the second confocal aperture can be understood in particular as focusing on a slit or an opening of the second confocal aperture.
- the detector can in particular detect and evaluate the light that has passed through such a slit or such an opening in the second confocal aperture, in particular after it has passed through the illumination imaging optics, been reflected by the object and then passed through the detection imaging optics.
- the detector in particular enables a measurement that allows an evaluation that provides conclusions about the surface or other properties of the object.
- the connecting piece can be made of a different glass or a different material than the first part and the second part. This allows a material separation between the first part, the second part and the connecting piece.
- a material can be used for the connecting piece which does not meet special requirements which are placed on the first part and the second part for optical reasons.
- the Connecting piece may have a lower refractive index and/or a different Abbe number. This allows in particular to use a cheaper material for the connecting piece than for the first part and the second part.
- the connecting piece may in particular be made of glass. However, it may be made of another material such as plastic.
- the first part and the second part can in particular be made of a glass or material with a higher refractive index and/or lower Abbe number (and thus more pronounced dispersion) than the connecting piece.
- the high refractive index advantageously enables the already described functionality of splitting depending on the wavelength or merging. Such functionality is not required for the connecting piece. Accordingly, a glass or other material with a lower refractive index and/or a higher Abbe number can be used for the connecting piece, which is typically cheaper and/or easier to process.
- a transparent plastic can also be used instead of glass.
- the connecting piece can be made of the same glass or the same material as the first part and/or the second part. This enables, for example, simple manufacture and a design without material transitions.
- the connecting piece can be designed in the form of a plate. This allows for a simple design of the connecting piece, easy handling and easy connection of the two parts.
- the connecting piece, the first part and the second part can be connected to one another in a material-locking manner. This results in a particularly strong and unchangeable connection. This means that the relationships in terms of position and alignment between the first part and the second part relative to one another are firmly defined. It is possible for the connecting piece to have the same height as the first part and/or the second part when viewed along a propagation direction of the light. This enables a simple and compact design.
- the propagation direction relevant here can, for example, be the one that the light has immediately after the light source or immediately after passing through the first confocal aperture. The height can be determined along such a propagation direction.
- the connecting piece, the first part and the second part can be designed as a continuous element without material transitions and/or made from one piece. This also enables a particularly strong design, whereby the production of material-locking connections can be dispensed with. There are also no other options for changing the relative position and orientation of the first part and the second part relative to each other. This ensures a particularly high level of safety in terms of optical functionality.
- the connecting piece, the first part and the second part are manufactured separately from one another and/or have been connected to one another. This enables separate manufacture, for example using different materials. The parts and the connecting piece can then be connected to one another to achieve the desired strength.
- the first part and the second part can, for example, be prisms which are arranged resting on the connecting piece or hanging from the connecting piece. This allows prisms to be easily connected to the connecting piece.
- the connecting piece can be plate-shaped, which allows easy geometric connection with prisms.
- the connecting piece can define a non-changeable positional relationship and a non-changeable orientation of the first part and the second part relative to each other.
- This can mean in particular that there are no adjustable elements such as screws or clamps which allow a variation in the location and/or orientation of the first part and the second part relative to to each other.
- the connection is preferably made by permanent bonding. This allows a particularly high level of reliability to be achieved.
- the connecting piece can be arranged exclusively outside the beam paths of the illumination imaging optics and the detection imaging optics. Nevertheless, the connecting piece is part of the splitting optical element and not part of a higher-level supporting structure or housing.
- the connecting piece is also arranged in the beam path of the illumination imaging optics and/or the detection imaging optics. This makes it possible in particular for the connecting piece to also take on an optical function and/or for a simple flat connection between the first part and/or second part and the connecting piece to be possible. This can be done, for example, as explained below.
- the connecting piece forms a prism together with the first part. This can be at least partially delimited from the rest of the connecting piece by an imaginary line.
- the connecting piece forms a prism together with the second part. This can be at least partially delimited from the rest of the connecting piece by an imaginary line.
- a functionality such as that of a prism can be available without restriction in the beam path, although a delimitation from the connecting piece may only be possible via an imaginary line as already mentioned.
- the imaginary line can be designed in such a way that when the imaginary line is taken into account, a typical shape of a prism is created.
- the imaginary line does not necessarily have to be visible in the splitting optical element; rather, it can serve purely as mental support when identifying an element such as a prism.
- the connecting piece can have a continuous flat outer surface on a side facing the object or on a side facing away from the object. This enables a simple design, whereby the flat outer surface also prevents this outer surface from leading to an undesirable deflection of the respective light beam.
- a first contact surface of the connecting piece that contacts the first part can in particular be aligned obliquely to the outer surface of the connecting piece that faces away from the first part and the second part.
- a second contact surface of the connecting piece that contacts the second part can in particular be aligned obliquely to the outer surface of the connecting piece that faces away from the first part and the second part.
- a first contact surface of the connecting piece that contacts the first part can be aligned in particular parallel to the outer surface of the connecting piece that faces away from the first part and the second part.
- a second contact surface of the connecting piece that contacts the second part can be aligned in particular parallel to the outer surface of the connecting piece that faces away from the first part and the second part.
- the measuring device has a carrier element.
- the connecting piece can in particular be fastened to the carrier element.
- the carrier element can in particular be connected to a housing of the measuring device opposite to the connecting piece.
- it can be connected to a supporting structure of the measuring device.
- Other optical components or all other optical components can also be fastened to such a supporting structure.
- the described embodiment makes it possible for the connecting piece to be held by the carrier element and in particular the connection between the connecting piece and the housing or other supporting structure mediated by the carrier element defines the position of the connecting piece and thus also of the splitting optical element within the measuring device.
- a supporting structure can be designed as a base plate, for example.
- all or at least some or most of the optical components can be fastened to it.
- the connecting piece can be detachably attached to the The carrier element can be fastened, in particular by releasing only a force-fitting and/or a form-fitting connection, but in particular not a material-fitting connection.
- first part and the second part are not themselves attached to the carrier element and/or are only attached to the carrier element by means of the connecting piece.
- the connecting piece defines the position and orientation of the first part and the second part.
- the first part and the second part are attached exclusively to the connecting piece.
- the connecting piece thus represents the only connection of the splitting optical element to a carrier plate, a housing or another supporting structure.
- the connecting piece has an intermediate surface between the contact surfaces, which is designed parallel to the outer surface of the connecting piece facing away from the first part and the second part.
- the intermediate surface can in particular transition seamlessly into the first contact surface and/or the second contact surface. This enables simple production of the connecting piece and simple formation of the splitting optical element.
- the chromatic confocal measuring device has a light source which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths.
- the measuring device has a first confocal aperture through which light from the light source passes. It also has a second confocal aperture.
- the measuring device has an illumination imaging optics.
- the illumination imaging optics have a first splitting optical element, which is designed as a prism or grating.
- the illumination imaging optics have a first lens system with at least one first lens, which is spatially separated from the first splitting optical element.
- the first lens system receives light from the first splitting optical element.
- the effective focal length of the first lens system differs for different wavelengths.
- the illumination imaging optics are designed such that focus points of different wavelengths are formed at different locations for at least one point of passage of the light through the first confocal aperture, the locations lying along a line segment that forms an acute angle to the center axis of the first lens system.
- the measuring device is set up to measure an object that intersects the line segment and reflects at least part of the light.
- the first confocal aperture has several points through which light passes, for example through a slit-shaped opening of the first confocal aperture, which can be viewed as a series of an infinite number of immediately adjacent points, for each point through which light passes, focus points of different wavelengths are formed along a corresponding line segment.
- the large number of immediately adjacent line segments of focus points form a surface segment.
- the focus points of the same wavelength but different points through which light passes through the aperture form focus lines on the surface segment transverse to the line segments.
- Such an embodiment can in particular be referred to as a line sensor.
- a line sensor is characterized in particular by the fact that the first confocal aperture has a slit-shaped opening and/or a large number of points through which light passes through the first confocal aperture are provided. Such embodiments are fundamentally possible with the measuring device described here.
- the measuring device has a detection imaging optics.
- the detection imaging optics are designed to receive light reflected from the object exclusively from directions that differ from the directions from which the illumination light falls on the object.
- the detection Imaging optics are designed to image the focus points of all wavelengths onto the second confocal aperture.
- the detection imaging optics have a second lens system with at least one second lens, which is preferably spatially separated from the second part of the splitting optical element or from the second splitting optical element.
- the second lens system can in particular receive light reflected from the object and the effective focal length of the second lens system can differ for different wavelengths.
- the measuring device has a detector which is configured to detect an intensity of the light passing through the second confocal aperture.
- the second confocal aperture has a slot through which light passes to the detector h. Furthermore, in this embodiment, the second confocal aperture is expediently completely or partially mirrored laterally to this slot on a side facing the detection imaging optics, so that incident light is at least partially reflected back into the detection imaging optics.
- the first confocal aperture has a slot through which light from the light source passes, and also has a control opening which is arranged next to the slot.
- the second confocal aperture is expediently mirrored at least in such a way that light emerging from the control opening in the direction of the illumination imaging optics is reflected back onto the control opening. This makes it possible to couple light into the beam path through the control opening, which is reflected back onto the control opening and can also be measured there again. This enables various monitoring and control tasks.
- the slit of the first confocal aperture can have a longitudinal extension.
- the inspection opening can in particular be arranged on an extension of the longitudinal extension.
- the measuring device can in particular have a light guide that is connected to the inspection opening on a side opposite to the illumination imaging optics.
- This light guide can in particular be used to guide light to the inspection opening so that it exits the inspection opening and then, as already described, takes the typical beam path that the light that reaches the detector also takes, and the light that is reflected back at the second confocal aperture as already described can also enter the inspection opening again and be picked up by the light guide so that it can be fed by the light guide to a possibility for evaluation.
- the measuring device can in particular have a control light source which couples control light into the light guide.
- This can be a light-emitting diode, for example.
- a further beam path is implemented which runs parallel to the other beam path, for example, but does not reach the detector, but is reflected back and again enters through the control opening.
- the control light source can be used in particular, which can be different from the light source already described, so that, for example, a different spectrum and/or a different intensity can be used.
- the measuring device can in particular have a control detector which is optically coupled to the light guide and detects light entering through the control opening from the side of the illumination imaging optics. This allows the light reflected back to be measured and used, for example, for evaluation, monitoring or optimization.
- the control detector can be wavelength-selective or wavelength-resolved or non-wavelength-resolved.
- the coupling can be made, for example, via a fiber coupler.
- the light guide can be optically coupled to the detector, in particular for detecting light entering through the inspection opening from the side of the illumination imaging optics. This allows the use of the detector, which is already present and has already been described above, to evaluate the reflected light. For example, a channel not used for the light passing through the imaging optics can be used for this purpose.
- control detector or the detector can be used for this purpose, or that both the control detector and the detector can be used for this purpose.
- the light guide can, for example, guide the light both to the control detector and to the detector.
- the measuring device can in particular have a control device which is configured to determine a brightness of the reflection on the object based on detected light entering through the control opening from the side of the illumination imaging optics.
- a control device which is configured to determine a brightness of the reflection on the object based on detected light entering through the control opening from the side of the illumination imaging optics.
- the brightness can be used, for example, to control the object, whereby it can be known, for example, which reflectivity the expected object has. a specific point in time or in general, whereby a deviation from the brightness, which is, for example, absolutely or relatively greater than a specified threshold value, can be used to conclude that the wrong object is being measured.
- a signal can be emitted and/or a measurement interrupted.
- the luminous intensity or light intensity of the light source can be adjusted.
- the measuring device can in particular have a control device which is configured to detect a misalignment of the measuring device based on detected light entering through the control opening from the side of the illumination imaging optics and based on the light detected by the detector passing through the second confocal aperture.
- a control device which is configured to detect a misalignment of the measuring device based on detected light entering through the control opening from the side of the illumination imaging optics and based on the light detected by the detector passing through the second confocal aperture.
- it can be known or specified which ratio certain intensities of the two light detections should have.
- a misalignment can be concluded, for example, from a deviation from such a ratio, which is, for example, absolutely or relatively greater than a specified threshold value.
- a signal can be output and/or a measurement can be interrupted automatically so that an adjustment can be made before further measurements are carried out.
- the first confocal aperture can have a slot through which light from the light source passes, and can also expediently have at least one return opening, which is arranged next to the slot.
- the second confocal aperture can at least be mirrored in such a way that light emerging from the slot of the first confocal aperture in the direction of the illumination imaging optics is reflected back onto at least one return opening, at least when an object is arranged.
- the return opening can in particular be arranged in such a way that it is not illuminated by returning light in all orientations or reflection properties of objects, but only in certain situations, in particular in the case of certain objects or certain orientations of the object.
- several return openings can be formed in the first confocal aperture.
- the slot can in particular have a longitudinal extension, and each return opening can in particular be arranged adjacent to a long side of the slot.
- This can in particular mean that the respective return opening is located in an area which results from a widening of the long sides of the slot in a direction transverse to the long extension of the slot. This makes it possible in particular for light which is reflected to the return openings not to always run alongside other light, but can also intersect it, for example.
- the measuring device advantageously has at least one return detector, which is designed to detect light entering through a return opening from the side of the illumination imaging optics.
- the measuring device can have at least one light guide, which guides light entering through a return opening from the side of the illumination imaging optics to the detector for detection. This makes it possible to measure an intensity and/or a spectral composition of the light that has returned and passed through a return opening. This can be used for evaluation purposes.
- the first confocal aperture has two return openings, in particular exactly two return openings, which can be arranged in particular on both sides of the slot.
- the slot is located between the two return openings. This enables measurement of light reflected back on both sides of the slot.
- the measuring device can in particular have a return evaluation device which is designed to detect a misalignment of the measuring device based on detected light passing through one or more return openings. In this way, such a misalignment can in particular be detected and a signal can be output accordingly and/or a further measurement can be interrupted so that a misalignment can be expediently corrected first.
- a misalignment ratios can be formed, compared with limit values, a temporal progression can be determined and/or changes outside of limit values can be detected. In particular, values that come from different return openings can be compared for this purpose.
- the slit of the second confocal aperture can in particular have a rectangular shape and/or be elongated. This can in particular ensure that the light can penetrate to the detector along a certain width after passing through the imaging optics.
- the measuring device has a light guide arrangement which is designed to guide part of the light emitted by the light source directly to the detector. This can in particular enable additional evaluation, for example as described in more detail below.
- the light guide arrangement can be designed to guide light to the detector without passing through the illumination imaging optics and the detection imaging optics. This can be understood in particular as a direct guidance of light to the detector. It can also be understood as an alternative formulation.
- the light guide arrangement can in particular be designed to guide at least part of the light to the detector without splitting the wavelengths. It can also be designed to guide the light it guides to the detector completely to the detector without splitting the wavelengths. This enables an evaluation of the entire intensity of this light, for example.
- the light guide arrangement can be designed to split light completely or partially according to wavelength and then guide it to the detector. This can enable wavelength-resolved detection.
- the detector can be designed in particular to detect the light received from the light guide arrangement and split into wavelengths in a wavelength-resolved manner. This enables wavelength-resolved evaluation, which can be used, for example, as described below.
- the light guide arrangement can in particular have a prism or a grating for splitting the light according to wavelengths.
- the light guide arrangement directs light for splitting onto a prism on the detector side or onto a grating of the detector or a spectrometer. This can split the light, whereby either existing elements or additional elements can be used.
- the measuring device can in particular have an evaluation device for light guided from the light guide arrangement to the detector. This allows additional evaluation tasks to be implemented, for example those which are described in more detail below.
- the evaluation device can in particular be configured to standardize the intensity of the light guided by the imaging optics to the detector based on an intensity of the light guided by the light guide arrangement to the detector. This can, for example, compensate for intensity fluctuations in the light source.
- the light guided by the imaging optics to the detector can be standardized by dividing its measured intensity or wavelength-dependent intensity by the value of an intensity that is assigned to the light guided by the light guide arrangement to the detector.
- the evaluation device is configured to check a function of the light source based on an intensity of the light guided by the light guide arrangement to the detector.
- This allows a simple check of the light source, in particular whether it emits light or not, and/or whether it emits light at a predetermined intensity.
- This makes it possible to detect, for example, whether a possible failure to detect light that should pass through the imaging optics is due to a malfunction of the light source or possibly due to an object that is typically required to reflect the light not being present, for example.
- a malfunction of the light source can be detected, for example, if the intensity of the light directed from the light guide arrangement to the detector falls below a certain threshold or is not present.
- the evaluation device can, for example, be configured to perform a white balance for the light guided through the imaging optics or for measuring light based on a wavelength-resolved intensity of the light guided by the light guide arrangement to the detector.
- the measuring light can in particular be the light that has passed through the imaging optics and was reflected on the object.
- the measuring light can in particular be corrected by means of a white balance before a height determination or another evaluation takes place. This makes it possible, for example, to detect spectral changes in the light source and to make a correction accordingly by means of white balance. This improves the evaluation or recognition of other properties of the object.
- the evaluation device can be configured in particular to compare a spectrum of the light guided through the imaging optics onto the detector with a spectrum of light guided through the light guide arrangement and to check the measuring device based on this. This allows various checking functions to be implemented, which can, for example, provide an indication of incorrect alignment or incorrect positioning or alignment of an object.
- the spectrum of the light directed through the imaging optics onto the detector can be generated using a reflective object at different heights.
- an object that reflects in a suitable manner can be used for this purpose.
- the height of an object can be varied so that different focal points are located on the object and corresponding wavelengths are reflected. This makes it possible to record a spectrum that is based on different heights of an object and thus on different reflected wavelengths.
- the light guide arrangement can in particular have a fiber for guiding the light. This can be a glass fiber, for example. Several fibers can also be used. However, paths in which the light is guided through air can also be provided.
- the light guide arrangement can in particular absorb light between the light source and the first confocal aperture.
- light is emitted by the light source and reaches partly the first confocal aperture, partly the light guide arrangement and is guided by the light guide arrangement directly to the detector as mentioned above. This means that light that is as unadulterated as possible and has not yet passed through other optical elements can be coupled into the light guide arrangement.
- the measuring device has a backlight source which is configured to emit backlight at the second confocal aperture onto the detection imaging optics.
- a backlight beam can be generated that runs through the detection imaging optics, is reflected on the object and then runs through the illumination imaging optics. It can be used for further checking or optimization tasks. It can be said that for the purposes of backlight, the illumination imaging optics and the detection imaging optics swap their respective functions compared to the light directed at the detector. They are thus functionally linked.
- the backlight can be directed onto the object by the detection imaging optics. This makes it possible to create a beam path, which, for example, corresponds to the inverse of the beam path already described.
- the backlight can be reflected from the object in the same way as the light incident from the illumination imaging optics.
- the detection imaging optics can have the same effect for the backlight as the illumination imaging optics for the light emitted by the light source described above.
- the backlight can be directed opposite to the light from the light source, which passes through the first confocal aperture to the illumination imaging optics. In particular, it can be antiparallel to the light from the light source when coupled in.
- the backlight source can have a laser for generating the backlight and/or the backlight can be or have laser light.
- lasers are particularly advantageous because they generate a very small light beam, i.e. in particular a light beam with a small diameter. This can in particular be in the optical wavelength range. It can then also be easily visible to the naked eye.
- the use of laser light allows the use of a very well-known discrete wavelength. This can be processed by the optical elements according to its wavelength.
- the backlight source can in particular have a source with a continuous spectrum and/or the backlight can be or have a light with a continuous spectrum. This allows several wavelengths to be used simultaneously. Alternatively or additionally, the backlight source can also emit light with several discrete wavelengths or with several non-overlapping wavelength ranges. This allows different discrete wavelengths or different non-overlapping wavelength ranges to be observed separately.
- the above-mentioned embodiments regarding the use of a laser, a continuous spectrum or discrete wavelengths or non-overlapping wavelength ranges can also be combined with one another as desired.
- one or more discrete wavelengths and/or one or more wavelength ranges of the backlight source outside the spectrum of the light source. This allows for the implementation of more advanced functionality that would not be possible with the spectrum of the light source. For example, the height of an object can be determined even outside of the focus points induced by the spectrum of the light source.
- the measuring device can have a backlight detector for detecting the backlight after it has passed through the detection imaging optics and the illumination imaging optics.
- the backlight is typically reflected from the object between the detection imaging optics and the illumination imaging optics.
- the backlight detector enables the backlight to be measured, for example an intensity or a wavelength-dependent intensity, and thus enables various evaluations.
- the measuring device can in particular have an evaluation device. This can in particular be configured to determine an estimate of a height of the object based on respective intensities of the discrete wavelengths or the wavelength ranges. This can in particular enable a quick estimate, which can work faster, for example, because the backlight has a less complex spectrum, in particular compared to the light source, and/or has wavelengths that are not present in the light source. For example, by using only a few discrete wavelengths, for example four discrete wavelengths, a first estimate of a height of the object can be determined, which can then be used for a more precise height determination. The more precise height determination can be carried out, for example, by means of the light emitted by the light source and detected by the detector.
- the second confocal aperture can in particular have a slit through which light passes to the detector, the slit having a longitudinal extension, and the backlight source can in particular emit the backlight in whole or in part on an extension of the longitudinal extension or it can be directed there. At this point, the backlight can then pass through the second confocal aperture or an opening formed therein and can thus reach the detection imaging optics.
- the second confocal aperture can in particular have a slot through which light passes to the detector, the slot having a longitudinal extension.
- the backlight source can in particular emit the backlight completely or partially adjacent to a long side of the slot. This can in particular mean that the backlight exits the second confocal aperture or an opening formed therein at a point which is defined by an extension of the long sides of the slot in a direction transverse to the long side of the slot.
- the light source can be, for example, a lamp, in particular a light-emitting diode or comprising several light-emitting diodes, which does not only emit monochromatically. It can be provided that several different discrete wavelengths are emitted. It can also be provided that a continuous spectrum of wavelengths is emitted. In both cases, it is not a monochromatic light source.
- a continuous spectrum can be designed in particular over a certain range of wavelengths such that for each wavelength within this range there is a non-vanishing intensity, which can be measured for example by means of a spectrometer and/or is above a respective or general threshold value.
- An aperture is basically an object that extends over a certain area and has one or more openings and/or one or more slits through which light can pass.
- the first confocal aperture is typically arranged optically immediately after the light source. The light from the light source typically passes through an opening in the first confocal aperture.
- the second confocal aperture also typically has an opening through which light passes from the detection imaging optics to the detector.
- the line segment is typically the segment in which there are actually focal points due to the wavelength spectrum or the emitted wavelengths of the light source and the illumination imaging optics. If the object intersects this line segment, a focal point of a certain wavelength will lie on the surface of the object, and it can be assumed that It is precisely at such a wavelength that a particularly high and precise reflection occurs on the object. This ultimately makes it possible to determine which wavelength has a focal point that is located on the surface of the object, which in turn makes it possible to measure the object.
- the line segment can be straight, but it can also be curved or have a more complex shape.
- the focal length of the first lens system for a first wavelength of the light source can differ in particular from the focal length of the first lens system for a second wavelength of the light source by an amount df.
- the quotient of df and the focal length of the first lens system for a wavelength between the first wavelength and the second wavelength can in particular be more than 5%. For typical applications, this is considered to be sufficient aberration, which ensures a suitable arrangement of the focus points.
- wavelengths within the spectrum of the light source can be considered here. In particular, these can be arranged between a longest wavelength and a smallest wavelength that the light source emits.
- the longitudinal splitting of the focus point positions can be at least 0.1 times the lateral splitting of the focus point positions.
- the longitudinal splitting which can be measured in particular along an optical axis of the first lens system of the illumination excitation optics, can in particular be smaller than the lateral splitting, which is measured transversely to the optical axis.
- the optical axis can assume an angle of at least 20° or at most 45° to a typical sample surface.
- the first lens system can in particular comprise at least one lens with an Abbe number of less than 40. Such lenses have proven to be advantageous for the application relevant here.
- the line segment that passes through the focus point positions of the different wavelengths can in particular have an angle of less than 60° and/or greater than 30°, or of 45°, to a central axis of the first lens system. This means that the light falls obliquely onto a surface of the object, so that the light is also reflected obliquely.
- the illumination imaging optics can in particular comprise a collimator lens which is arranged between the light source and the first splitting optical element. However, it can also be provided that no such collimator lens is provided or that the collimation is implemented by a plurality of lenses. It can also be provided that the splitting optical element or the first part of the splitting optical element carries out a collimation. However, the measuring device can also be operated without collimation.
- the light can hit the first splitting optical element in a collimated manner.
- the light can also hit the first part of the splitting optical element in a collimated manner. This makes it possible to achieve a defined beam guidance in front of the first splitting optical element, so that subsequent targeted focusing is advantageously possible.
- the collimated passage through the prism minimizes imaging errors caused by this.
- the first splitting optical element or the first part of the splitting optical element can in particular be a grating.
- the first lens system can in particular comprise at least one diffractive lens. Such a diffractive lens can in particular be advantageously combined with the mentioned grating.
- the first lens system can in particular have a central axis which is aligned at an inclination to a beam direction in front of the first splitting optical element or in front of the first part of the splitting optical element.
- Light with a wavelength fO of the wavelengths emitted by the light source can fall on the first lens system in particular parallel to the center axis of the first lens system. This can apply to a wavelength fO in the spectrum of the light source.
- the wavelength fO is close to the center of the spectral range of the light source. It is then referred to as the center wavelength.
- Other wavelengths can typically take a certain angle to this.
- the first confocal aperture can in particular be a slit aperture.
- a slit aperture is understood to mean an aperture with a slit which is significantly more extensive in one spatial direction (longitudinal direction), in particular by at least one order of magnitude or a factor of 10, than in another spatial direction.
- the two spatial directions can in particular be perpendicular to one another and/or define a plane of the slit aperture.
- a focus line is formed for each wavelength, which is arranged along a surface segment which forms an acute angle to the center axis of the first lens system.
- the focus points can lie on a respective focus line.
- focus lines are formed at different locations instead of focus points, which lie on a surface segment instead of along a line segment, one dimension of which corresponds to the long edge of the slit aperture and the other dimension of which has all the properties of the line segment described above. All features described in relation to focus points and line segments apply analogously to focus lines and surface segments.
- the illumination imaging optics are designed such that the focus lines of different wavelengths are formed at different locations, the locations being located along a surface segment that forms an acute angle to the center axis of the first lens system.
- the measuring device is designed to measure an object that intersects the surface segment.
- the second confocal aperture is typically designed as a slit aperture corresponding to the first confocal aperture.
- the detection imaging optics can in particular comprise a second splitting optical element or the second part of the splitting optical element, which is designed as a prism or grating. It can also comprise a second lens system.
- the detection imaging optics can be designed completely or at least essentially mirror-symmetrically to the illumination imaging optics. In this case, the line segments on which the focus points of the different wavelengths are located are advantageously aligned along the mirror plane.
- the second splitting optical element can in particular be of identical construction and/or mirror-symmetrical to the first splitting optical element.
- the first part of the splitting optical element can be of identical construction or mirror-symmetrical to the second part of the splitting optical element.
- the second lens system can in particular be of identical construction to the first lens system.
- the detector can in particular comprise a spectrometer and can in particular be designed to determine one or more wavelengths of maximum intensity and/or one or more maximum intensities corresponding to a respective wavelength. This can be used in particular to carry out evaluations in relation to a height.
- light from the light source can pass through the first confocal aperture and then strike the illumination imaging optics, in particular a lens of the illumination imaging optics or a splitting optical element of the illumination imaging optics or a part thereof.
- Fig. 1 a chromatic confocal measuring device according to a first
- Fig. 2 a chromatic confocal measuring device according to a second
- Fig. 3a to 3c a chromatic confocal measuring device according to a third embodiment
- Fig. 4a to 4c a chromatic confocal measuring device according to a fourth embodiment
- Fig. 5a to 5c a chromatic confocal measuring device according to a fifth embodiment
- Fig. 6a a chromatic confocal measuring device according to a sixth
- Fig. 6b a pattern emerging on an object
- Fig. 7a to 7c a chromatic confocal measuring device according to a seventh embodiment.
- Fig. 2 falls within the scope of claim 1.
- Fig. 1 shows a chromatic confocal measuring device 100 according to an embodiment which does not fall under claim 1 of the application. Rather, this is an embodiment which is basically known from the prior art, for example as implemented in the document mentioned at the beginning.
- the measuring device 100 is designed to measure a surface of an object 105. In particular, this concerns the height of the surface along a vertical direction in Fig. 1.
- the measuring device 100 has an evaluation device 110.
- the evaluation device 110 is designed to carry out various control and evaluation tasks. Depending on its functionality, it can also be called something different.
- the measuring device 100 has a light source 120. This emits light with a relatively broad wavelength spectrum. In particular, in the present case, this essentially covers the range of visible light.
- a first confocal aperture 130 is formed immediately adjacent to the light source 120. In this aperture, an opening (not shown separately) in the form of a slot is formed through which the light from the first light source 120 passes. It then reaches an illumination imaging optics 200. This has a converging lens 220 on the input side and a downstream converging lens 225. These two lenses 220, 225 first collimate the light before it hits a first splitting optical element 210. They can therefore be referred to as collimator lenses.
- the splitting optical element 210 is designed as a prism in this case. It splits the incident light depending on the wavelength, whereby different wavelengths take different directions.
- a first lens system 230 Optically downstream is a first lens system 230, which in this case is formed from a converging lens, a diverging lens and again a converging lens, which will not be discussed in more detail here.
- the first lens system 230 and the first splitting optical element 210 are designed together in such a way that focus points are arranged along a line segment 160 depending on the wavelength.
- the line segment 160 is a straight line along which the focus points for different wavelengths are arranged. This means that different wavelengths of the light from the light source 120 are arranged at different locations, i.e. focus points, along the line segment 160. If such a focus point is arranged on the surface of the object 105, this wavelength is reflected particularly intensively.
- the reflection takes place to the right onto a detection imaging optics 300.
- the detection imaging optics 300 initially has a second lens system 330 with a converging lens, a diverging lens and again a converging lens.
- the light then hits a second splitting optical element 310, which is again designed as a prism.
- the second lens system 330 and the second splitting optical element 310 are designed together in such a way that the wavelength-dependent deflection for the wavelengths whose focal points coincide with a reflective surface of the object 105 is reversed.
- this light reaches another converging lens 325 and yet another converging lens 320, which focus it on an opening (not shown) in a second confocal aperture 140. Only those wavelengths whose focal point lies on a reflective surface of the object 105 are focused back on the opening. All other Wavelengths are focused away from the opening and do not pass through it or only pass through it to a small extent. The light therefore reaches a detector 400.
- the element 420 in turn carries out a wavelength-dependent splitting and directs the light onto a further collecting lens 430 and yet another collecting lens 440.
- Several lines can be read out separately from one another. This allows the recording of wavelength spectra of the light incident on the detector 400.
- the second confocal aperture is a slit aperture
- the slit is imaged over a plurality of rows of the matrix detector, so that each row records a spectrum for a different passage location along the slit aperture. In this way, several points along the object surface can be measured simultaneously.
- the lenses 410, 430, 440 and the element 420 together form a spectrometer 405.
- the evaluation device 110 By determining a maximum of the intensity in this wavelength spectrum, which is measured by the sensitive surface 450, the evaluation device 110, which is communicatively connected to the detector 400, can determine the height of the object 105.
- the first and second confocal apertures 130, 140 are slit apertures and the detector 400 is a matrix detector which outputs a spectrum along a plurality of lines, a maximum can be determined for each of the spectra, whereby an entire height profile along the focus line can be determined simultaneously.
- Fig. 2 shows a measuring device 100 according to a second embodiment.
- the two splitting optical elements 210, 310 are replaced by a splitting optical element 500.
- the splitting optical element 500 has a first part 510 and a second part 520. It also has a connecting piece 505 which firmly connects the two parts 510, 520 to one another.
- the first part 510 and the second part 520 are made of a glass that has a higher refractive index than the glass from which the connecting piece 505 is made.
- the two parts 510, 520 are designed as prisms, and are applied to a respective inclined first and second contact surface 507, 508 of the connecting piece 505.
- the inclined contact surfaces 507, 508 are particularly inclined compared to an outer surface 506, which is directed downwards.
- the first part 510 is a component of the illumination imaging optics 200.
- the second part 520 is also a component of the detection imaging optics 300.
- the splitting optical element 500 thus creates a mechanical and functional connection between the two imaging optics 200, 300 in the present embodiment.
- the two parts 510, 520 act like the two splitting optical elements 210, 310 shown in the embodiment of Fig. 1 due to their prism shape.
- the design shown in Fig. 2 achieves a permanent mechanical connection which is stable and ensures that the two parts 510, 520 have a fixed relationship in terms of position and alignment relative to each other.
- the splitting optical element 500 from one piece or from only one material, for example from only one type of glass.
- a cheaper material can be used, in particular for the connecting piece 505.
- the two parts 510, 520 can in particular be glued onto the connecting piece 505.
- the connecting piece 505 contributes a smaller part to the color splitting, the majority is realized by the two parts 510, 520.
- the connecting piece 505 can be designed as a continuous cuboid.
- Fig. 3a shows a measuring device 100 according to a third embodiment.
- Fig. 3b shows a bottom view of the first confocal aperture 130.
- Fig. 3c shows a bottom view of the second confocal aperture 140. The same applies to Figs. 4 and 5 described below.
- the first confocal aperture 130 has an elongated slot 132.
- the light emitted by the light source 120 passes through this and reaches the illumination imaging optics 200.
- the first confocal aperture 130 also has a control opening 134. In the present case, this is round and arranged exactly in an extension of a longitudinal extent of the slot 132.
- a light guide 135 is connected to the top of the inspection opening 134.
- a control light source 136 and a control detector 138 are in turn connected to this.
- the control light source 136 emits light into the light guide 135, which in turn guides it to the inspection opening 134. This light exits there and, along with the light from the light source 120, reaches the illumination imaging optics 200.
- the light from the control light source 136 is also referred to as control light. It follows the intended beam path through the illumination imaging optics 200, reaches the object 105, is reflected there and reaches the detection imaging optics 300. From there it reaches the second confocal aperture 140, which, according to the illustration in Fig. 3c, also has an elongated slot 142.
- the second confocal aperture 140 does not have another opening; instead, it is mirrored outside the slot 142.
- the control light is thus reflected back by the second confocal aperture 140 and again reaches the detection imaging optics 300, from there onto the surface of the object 105 and from there again into the illumination imaging optics 200.
- This focuses the control light back into the control opening 134, and it reaches the control detector 138 via the light guide 135. Additional light is thus available, which passes through the intended beam path not just once, but twice.
- the two imaging optics 200, 300 swap their function during the second pass.
- the control opening 134 can, for example, be arranged at a distance of at least 5 mm or at most 20 mm, or 10 mm, laterally to an optical axis of the converging lens 220.
- the control light source 136 can, for example, be designed as a light-emitting diode.
- the control light source 136 can, for example, behave like another field point, except that the light is not evaluated in the detector 400, but rather, after being reflected by the mirrored second confocal aperture 140 on the spectrometer side, reaches the control detector 138 via the light guide 135 or a fiber coupler. In such a configuration, no light is lost in the normal measuring channels and additional information can be obtained via the control detector 138.
- the reflectivity of the object 105 can be measured very quickly in this way and a dynamic brightness adjustment can be carried out.
- the signal detected by the control detector 138 can be used for this.
- the double pass makes the control light more sensitive for measuring brightness.
- the brightness is recorded in a square.
- the described embodiment also has the advantage that there is typically more space on the side of the first confocal aperture 130 and therefore such an implementation is easier to install.
- the brightness value of the control light can be compared with a maximum brightness value in the detector 400. If both slits 132, 142 are misaligned with respect to one another, typically not enough light reaches the detector 400, but the control light continues to be reflected. For this purpose, the entire second confocal aperture 140, apart from the slit 142, can be mirrored. The control light returns accordingly. If significantly less light reaches the detector 400 than is measured at the control detector 138 - possibly corrected by a calibration factor - this can indicate a misalignment of optical components.
- Fig. 4a to 4c show a modification of the third embodiment. They thus show a chromatic confocal measuring device 100 according to a fourth embodiment.
- a return opening 133 is arranged in the first confocal aperture 130. This is not arranged in the extension of a longitudinal extent of the slot 132, but directly adjacent to a long side of this slot 132. This is shown in Fig. 4b.
- a light guide 135 is also connected to the return opening 133, which leads to a return detector 137. The return detector 137 thus registers light that enters through the return opening 133.
- the second confocal aperture 140 is mirrored on the bottom adjacent to the slot 142.
- light that does not pass through the slot 142 is reflected and runs through the imaging optics 200, 300 and a reflection on the object 105 to the return opening 133. It is then detected by the return detector 137.
- the return detector By means of the return detector or the light detected by it, for example, information on the presence or absence of light can be obtained. Several such return detectors with respective return openings can also be used, in which case, for example, intensities can then be compared. Because light passes through in both directions and is also detected again on the side of the illumination imaging optics 200, both imaging optics 200, 300 each have the same function. In principle, light that strikes next to the long side of the slot 142 of the second confocal aperture 140 can be used here.
- a return opening 133 may indicate that optical components are misaligned.
- this can be used to perform a regular test measurement with a flat object.
- a comparison can be made, for example, using reference intensities.
- respective return openings 133 with respective return detectors 137 can also be arranged on both sides of the slot. This can, for example, prevent the slot 132 and/or the slot 142 from being twisted in the case of a flat object 105. can be detected.
- the design according to the fourth embodiment has the particular advantage that light is less laterally offset and more light can be captured again.
- FIG. 5a to 5c show a measuring device 100 according to a fifth embodiment.
- a light guide arrangement 146 is provided which receives light directly from the light source 120 and directs it directly to the detector 400.
- an opening 144 is formed in the second confocal aperture 140, to which the light guide arrangement 146 is connected.
- light is guided directly from the light source 120 to the detector 400, bypassing the imaging optics 200, 300 and the object 105.
- part of the light from the light source 120 can be diverted, for example at a solid angle that does not enter the illumination imaging optics 200.
- This light is then guided directly to the detector 400 and can be measured, for example, by a channel of the detector 400 that is not used for the other measurement.
- a spectral splitting can take place in the manner already described.
- White balance is understood in particular to mean that a spectrum of the light source 120 is determined; this can be done, for example, using the light guided through the light guide arrangement 146. Measured values of the light passing through the imaging optics 200, 300 can then be corrected by dividing by the spectrum of the light source, whereby a wavelength dependency can be compensated. In addition, a check of the correct functioning of the light source 120 can be implemented in a simple manner.
- Fig. 6a shows a measuring device 100 according to a sixth embodiment.
- a backlight source 600 is provided.
- the backlight source 600 is connected to a light guide 610, which leads to the second confocal aperture 140.
- the backlight source 600 thus ultimately emits backlight at the second confocal aperture 140 onto the detection imaging optics 300. From there, the backlight reaches the object 105.
- Fig. 6b shows a possible pattern on the upper surface of the object 105. Measuring light 106, which is irradiated by the light source 120 through the illumination imaging optics 200, and backlight 107, which comes from the backlight source 600, are superimposed. Different patterns, which are shown in Fig. 6b, correspond to different colors.
- the backlight 107 thus runs in the opposite direction to the measuring light 106 in the beam path.
- the backlight 107 can in particular have only a single wavelength, for example by using a laser light for this purpose.
- the measuring light 106 typically has the character of a rainbow on the object 105.
- the backlight 107 can, however, also have a broader spectrum.
- the height of the object 105 can be determined.
- a backlight 107 can be used for this, which has a single wavelength approximately in the middle of the measuring range or at another point in the measuring range, i.e. in the spectrum of the light source 120.
- green light can be used.
- the object 105 is positioned in the middle of the measuring range. If the point of the backlight 107 is in or beyond the blue spectral range, the object 105 is positioned above the middle. If the backlight 107 is in the red spectral range, the object 105 is positioned below the middle. This can be used to adjust the object 105.
- white light is used as backlight, you can see, for example, two inverted rainbows, which can be pushed over one another by adjusting the height.
- a color that crosses at a measuring point 108, i.e. is identical, is the one that is used for measuring in the current position.
- Fig. 7a to 7c show a measuring device 100 according to a seventh embodiment. This is based on the sixth embodiment just described.
- backlight is directed onto the detection imaging optics 300 via a backlight source 600 on the second confocal aperture 140.
- a backlight detection opening 620 is also provided in the first confocal aperture 130. The backlight can be measured at the first confocal aperture 130 via detectors (not shown in detail).
- a photodetector for four wavelengths for example 450 nm, 500 nm, 600 nm and 750 nm, can be used to detect the backlight.
- the backlight can in particular be designed so that it contains at least these wavelengths.
- the backlight is coupled in on the side of the second confocal aperture 140.
- the opening 605 for the backlight source 600 is slightly offset from the slot 142, in this case adjacent to a long side of the slot 142.
- the backlight can come from the light source 120, or it can come from a single LED or another backlight source.
- a blue peak can also be used, for example, or optionally light in the range from 700 nm to 800 nm, for example 750 nm or 780 nm.
- the backlight is evaluated at discrete wavelengths, for example at the four wavelengths mentioned above or other wavelengths mentioned.
- Distance information can be obtained via the discrete intensities. Although this can be relatively inaccurate, it has two advantages.
- a larger measurement range can be effectively covered if wavelengths in the blue (for example 450 nm) and red (for example 750 nm) range can also be detected. In particular, this can mean that a distance can still be measured even if the object 105 is too high or too low to be measured in terms of its height using the detector 400.
- the measurement described is faster than the measurement using the detector 400 because only four discrete detectors are read out and evaluated. In principle, a number other than four, for example two, three, five, six or more, detectors and corresponding wavelengths can also be used.
- the backlight is in the opposite direction to the measuring light and therefore does not interfere with normal measuring operations. In particular, no scattered light is generated in the detector 400 by the backlight.
- a control can be carried out, for example, in order to roughly adjust the object 105 and then measure its height precisely.
- Chromatic confocal measuring device comprising a light source (120) which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths, a first confocal aperture (130) through which light from the light source (120) passes, a second confocal aperture (140), a splitting optical element (500) with a first part (510) and a second part (520), which are designed as a prism or grating, and with a connecting piece (505), wherein the first part (510) and the second part (520) are firmly connected to one another by means of the connecting piece (505), an illumination imaging optics (200) comprising at least the first part (510) of the splitting optical element (500), and a first lens system (230) with at least one first lens, which is spatially separated from the first part (510) of the splitting optical element (500), wherein the first lens system (230) receives light from the first part (510) of the splitting optical element (500) and the effective focal length of the first lens system (230) differs for different
- Measuring device (100) according to feature 1 characterized in that the connecting piece (505) is made of a different glass or a different material than the first part (510) and the second part (520).
- Measuring device (100) according to feature 2 characterized in that the first part (510) and the second part (520) are made of a glass or material with a higher refractive index than the connecting piece (505).
- Measuring device (100) according to feature 1 characterized in that the connecting piece (505) is made of the same glass or the same material as the first part (510) and/or the second part (520).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the connecting piece (505) is plate-shaped.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the first part (510) and the second part (520) are prisms which are arranged resting on the connecting piece (505) or hanging from the connecting piece (505).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the connecting piece (505) defines a non-changeable positional relationship and a non-changeable orientation of the first part (510) and the second part (520) relative to one another.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the connecting piece (505) is also arranged in the beam path of the illumination imaging optics (200) and/or the detection imaging optics (300).
- Measuring device (100) characterized in that the connecting piece (505) together with the first part (510) forms a prism which is at least partially delimited from the rest of the connecting piece (505) by an imaginary line, and/or the connecting piece (505) together with the second part (520) forms a prism which is at least partially delimited by an imaginary line from the rest of the connecting piece (505).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the connecting piece (505) has a continuous flat outer surface (506) on a side facing the object (105) or on a side facing away from the object (105).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that a first contact surface (507) of the connecting piece (505) contacting the first part (510) is aligned parallel to the outer surface (506) of the connecting piece (505) facing away from the first part (510) and the second part (520), and/or a second contact surface (508) of the connecting piece (505) contacting the second part (520) is aligned parallel to the outer surface (506) of the connecting piece (505) facing away from the first part (510) and the second part (520).
- Measuring device (100) characterized in that the measuring device (100) has a carrier element, wherein the connecting piece (505) is fastened to the carrier element.
- Measuring device (100) according to feature 16 characterized in that the first part (510) and the second part (520) are not themselves fastened to the carrier element and/or are only fastened to the carrier element by means of the connecting piece (505).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the focal length of the first lens system (230) for a first wavelength of the light source (120) differs from the focal length of the first lens system (230) for a second wavelength of the light source (120) by an amount df, wherein the quotient of df and the focal length of the first lens system (230) for a wavelength between the first wavelength and the second wavelength is more than 5%.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the illumination imaging optics (200) comprise a collimator lens (220, 225) which is arranged between the light source (120) and the first part (510) of the splitting optical element (500).
- the illumination imaging optics (200) comprise a collimator lens (220, 225) which is arranged between the light source (120) and the first part (510) of the splitting optical element (500).
- the illumination imaging optics (200) comprise a collimator lens (220, 225) which is arranged between the light source (120) and the first part (510) of the splitting optical element (500).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the light strikes the first part (510) of the splitting optical element (500) in a collimated manner.
- the first part (510) of the splitting optical element (500) is a grating and the first lens system (230) comprises at least one diffractive lens.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the first confocal diaphragm (130) is a slit diaphragm, wherein a focus line is formed for each wavelength which is along a Surface segment is arranged which forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230).
- the detection imaging optics (300) comprises a second lens system (330).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the second part (520) of the splitting optical element (500) is structurally identical to the first part (510) of the splitting optical element (500) and/or that the second lens system (330) is structurally identical to the first lens system (230).
- the detector (400) comprises a spectrometer (405) and is designed to determine one or more wavelengths of maximum intensity and/or one or more maximum intensities corresponding to a respective wavelength.
- Chromatic confocal measuring device comprising a light source (120) which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths, a first confocal aperture (130) through which light from the light source (120) passes, a second confocal aperture (140), an illumination imaging optics (200) comprising at least one first splitting optical element (210) which is designed as a prism or grating, and a first lens system (230) with at least one first lens which is spatially separated from the first splitting optical element, wherein the first lens system (230) receives light from the first splitting optical element and the effective focal length of the first lens system (230) differs for different wavelengths, so that the illumination imaging optics (200) are designed such that focus points of different wavelengths for at least one passage point of the light through the first confocal aperture (130) are at different Locations are formed, the locations lying along a line segment (160) which forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230), the measuring device
- Measuring device (100) according to feature 1 characterized in that the first confocal aperture (130) has a slot (132) through which light from the light source (120) passes, and has a control opening (134) which is arranged next to the slot (130), wherein the second confocal aperture (140) is mirrored at least in such a way that light emerging from the control opening (134) in the direction of the illumination imaging optics (200) is reflected back onto the control opening (134).
- Measuring device (100) according to feature 2 characterized in that the slot (132) has a longitudinal extension, and the control opening (134) is arranged on an extension of the longitudinal extension.
- Measuring device (100) according to one of features 2 to 8, characterized in that the measuring device (100) has a control device which is configured to detect an incorrect position of the measuring device (100) based on detected light entering through the control opening (134) from the side of the illumination imaging optics (200) and based on light detected by the detector (400) and passing through the second confocal aperture (140).
- the first confocal aperture (130) has a slot (132) through which light from the light source (120) passes, and has at least one return opening (133) which is arranged next to the slot (132), wherein the second confocal aperture (140) is mirrored at least in such a way that light emerging from the slot (132) of the first confocal aperture (130) in the direction of the illumination imaging optics (200) is reflected back onto at least one return opening (133) at least when an object (105) is arranged.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the slot (142) of the second confocal aperture (140) has a rectangular shape and/or is elongated.
- Measuring device (100) characterized in that the focal length of the first lens system (230) for a first wavelength of the light source (120) differs from the focal length of the first lens system (230) for a second wavelength of the light source (120) by an amount df, wherein the quotient of df and the focal length of the first lens system (230) for a wavelength between the first wavelength and the second wavelength is more than 5%.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the longitudinal splitting of the focus point positions is at least 0.1 times the lateral splitting of the focus point positions.
- Measuring device (100) according to feature 23 characterized in that light with a wavelength fO of the wavelengths emitted by the light source (120) falls on the first lens system (230) parallel to the center axis of the first lens system (230).
- the first confocal diaphragm (130) is a slit diaphragm, wherein a focus line is formed for each wavelength, which is arranged along a surface segment that forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the detection imaging optics (300) comprise a second splitting optical element (310), which is designed as a prism or grating, and a second lens system (330).
- the second splitting optical element (310) is designed to be identical in construction to the first splitting optical element (210) and/or that the second lens system (330) is designed to be identical in construction to the first lens system (230).
- the detector (400) comprises a spectrometer (405) and is designed to determine one or more wavelengths of maximum intensity and/or one or more maximum intensities corresponding to a respective wavelength.
- Chromatic confocal measuring device comprising a light source (120) which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths, a first confocal aperture (130) through which light from the light source (120) passes, a second confocal aperture (140), an illumination imaging optics (200) comprising at least one first splitting optical element (210) which is designed as a prism or grating, and a first lens system (230) with at least one first lens which is spatially separated from the first splitting optical element (210), wherein the first lens system (230) receives light from the first splitting optical element (210) and the effective focal length of the first lens system (230) differs for different wavelengths, so that the illumination imaging optics (200) are designed such that focus points of different wavelengths for at least one passage point of the light through the first confocal Aperture (130) are formed at different locations, the locations being located along a line segment (160) which forms an acute angle to the center axis of the first lens system (
- Measuring device (100) according to feature 1 characterized in that the light guide arrangement (146) is configured to guide light to the detector (400) without passing through the illumination imaging optics (200) and the detection imaging optics (300).
- the light guide arrangement (146) is designed to guide at least part of the light to the detector (400) without splitting the wavelengths.
- the light guide arrangement (146) is designed to split light completely or partially according to wavelengths and then guide it to the detector (400).
- Measuring device (100) according to one of features 7 to 9, characterized in that the evaluation device is configured to carry out a white balance for the light guided through the imaging optics (200, 300) based on a wavelength-selective intensity of the light guided from the light guide arrangement (146) to the detector (400).
- Measuring device (100) according to one of features 7 to 10 characterized in that the evaluation device is configured to compare a spectrum of the light guided through the imaging optics (200, 300) to the detector (400) with a spectrum of light guided through the light guide arrangement (146) and to check the measuring device (100) based thereon.
- Measuring device (100) according to feature 11 characterized in that the spectrum of the light guided through the imaging optics (200, 300) onto the detector (400) is generated at different heights by means of a reflecting object (105).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the light-guiding arrangement (146) has a fiber for guiding the light.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the light-guiding arrangement (146) is coupled to the second confocal aperture (140) so that light from the light-guiding arrangement (146) passes through the second confocal aperture (140) to the detector (400).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the light-guiding arrangement (146) absorbs light between the light source (120) and the first confocal aperture (130).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the focal length of the first lens system (230) for a first wavelength of the light source (120) differs from the focal length of the first lens system (230) for a second wavelength of the light source (120) by an amount df, wherein the quotient of df and the focal length of the first lens system (230) for a wavelength between the first wavelength and the second wavelength is more than 5%.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the illumination imaging optics (200) comprise a collimator lens (220, 225) which is arranged between the light source (120) and the first splitting optical element (210). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the light hits the first splitting optical element (210) in a collimated manner. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first splitting optical element (210) is a grating and the first lens system (230) comprises at least one diffractive lens.
- Measuring device (100) according to feature 26 characterized in that the second splitting optical element (310) is constructed identically to the first splitting optical element (210) and/or that the second lens system (330) is constructed identically to the first lens system (230).
- the detector (400) comprises a spectrometer (405) and is designed to determine one or more wavelengths of maximum intensity and/or one or more maximum intensities corresponding to a respective wavelength.
- Measuring device (100) according to feature 1 characterized in that the backlight is directed by the detection imaging optics (300) onto the object (105).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the backlight is directed opposite to the light from the light source (120), which passes through the first confocal aperture (130) to the illumination imaging optics (200).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the backlight source (600) has a laser for generating the backlight and/or the backlight is or has laser light.
- the measuring device (100) has an evaluation device (110) which is configured to determine an estimate of a height of the object (105) based on respective intensities of the discrete wavelengths or the wavelength ranges.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the second confocal diaphragm (140) has a slit (142) through which light passes to the detector (400), wherein the slit (142) has a longitudinal extension and the backlight source (600) emits the backlight completely or partially on an extension of the longitudinal extension.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the second confocal aperture (140) has a slit (142) through which light passes to the detector (400), the slit (142) having a longitudinal extension and the backlight source (600) emits the backlight completely or partially adjacent to a long side of the slit (142).
- Measuring device (100) characterized in that the focal length of the first lens system (230) for a first wavelength of the light source (120) differs from the focal length of the first lens system (230) for a second wavelength of the light source (120) by an amount df, the quotient of df and the focal length of the first lens system (230) for a wavelength between the first wavelength and the second wavelength being more than 5%.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the longitudinal splitting of the focus point positions is at least 0.1 times the lateral splitting of the focus point positions.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the light hits the first splitting optical element (210) in a collimated manner.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the first splitting optical element (210) is a grating and the first lens system (230) comprises at least one diffractive lens.
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the first lens system (230) has a center axis which is aligned at an incline to a beam direction in front of the first splitting optical element (210).
- Measuring device (100) according to feature 19 characterized in that light with a wavelength fO of the wavelengths emitted by the light source (120) falls on the first lens system (230) parallel to the center axis of the first lens system (230).
- the first confocal diaphragm (130) is a slit diaphragm, wherein a focus line is formed for each wavelength, which is arranged along a surface segment that forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230).
- Measuring device (100) according to one of the preceding features characterized in that the detection imaging optics (300) comprise a second splitting optical element (310), which is designed as a prism or grating, and a second lens system (330).
- the second splitting optical element (310) is designed to be identical in construction to the first splitting optical element (210) and/or that the second lens system (330) is designed to be identical in construction to the first lens system (230).
- the detector (400) comprises a spectrometer (405) and is designed to determine one or more wavelengths of maximum intensity and/or one or more maximum intensities corresponding to a respective wavelength.
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Abstract
The invention relates to a chromatic confocal measuring device comprising a light source and imaging optics. The measuring device is designed to measuring an object, which intersects a line segment, which is defined by focal points of different wavelengths. The measuring device has a splitting element with parts in both imaging optics.
Description
Chromatisch konfokale Messeinrichtung Chromatic confocal measuring device
Die Erfindung betrifft eine chromatisch konfokale Messeinrichtung. The invention relates to a chromatic confocal measuring device.
Chromatisch konfokale Messeinrichtungen werden beispielsweise verwendet, um Objekte zu vermessen. Beispielsweise kann eine Oberfläche eines Objekts vermessen werden, wodurch beispielsweise eine Höhe oder eine Unebenheit begutachtet werden kann. Beispielsweise kann es sich dabei um ein ebenes oder flaches Objekt handeln. Chromatic confocal measuring devices are used, for example, to measure objects. For example, a surface of an object can be measured, which can be used to assess a height or an unevenness. For example, the object can be flat or even.
Eine beispielhafte Messeinrichtung ist in Dokument DE 10 2018 130 901 A1 offenbart. An exemplary measuring device is disclosed in document DE 10 2018 130 901 A1.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine im Vergleich dazu beispielsweise alternative oder verbesserte Ausführung einer Messeinrichtung vorzusehen. Dies wird erfindungsgemäß durch eine chromatisch konfokale Messeinrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind beispielsweise in den Unteransprüchen beansprucht. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme in die Beschreibung mit aufgenommen. It is an object of the invention to provide an alternative or improved design of a measuring device in comparison thereto. This is achieved according to the invention by a chromatic confocal measuring device according to claim 1. Advantageous embodiments are claimed, for example, in the subclaims. The content of the claims is included in the description by express reference.
Die Erfindung betrifft eine chromatisch konfokale Messeinrichtung. Die Messeinrichtung weist eine Lichtquelle auf, welche Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen und/oder mit einem kontinuierlichen Spektrum von Wellenlängen emittiert. Die Messeinrichtung weist eine erste konfokale Blende auf, durch welche Licht der Lichtquelle tritt. The invention relates to a chromatic confocal measuring device. The measuring device has a light source which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths. The measuring device has a first confocal aperture through which light from the light source passes.
Die Messeinrichtung weist eine zweite konfokale Blende auf. Die Messeinrichtung weist ein aufspaltendes optisches Element mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil auf. Der erste Teil und der zweite Teil sind jeweils als Prisma oder Gitter ausgeführt. Das aufspaltende optische Element weist ein Verbindungsstück auf, wobei der erste Teil und der zweite Teil mittels des Verbindungsstücks fest miteinander verbunden sind. The measuring device has a second confocal aperture. The measuring device has a splitting optical element with a first part and a second part. The first part and the second part are each designed as a prism or grating. The splitting optical element has a connecting piece, wherein the first part and the second part are firmly connected to one another by means of the connecting piece.
Die Messeinrichtung weist eine Beleuchtungs-Abbildungsoptik auf. Die Beleuchtungs- Abbildungsoptik weist den ersten Teil des aufspaltenden optischen Elements auf. Die Beleuchtungs-Abbildungsoptik weist ein erstes Linsensystem mit mindestens einer ersten Linse auf, welche vom ersten Teil des aufspaltenden optischen Elements
räumlich getrennt ist, wobei das erste Linsensystem Licht von dem ersten Teil des aufspaltenden optischen Elements empfängt und die effektive Brennweite des ersten Linsensystems sich für verschiedene Wellenlängen unterscheidet. Die Beleuchtungs- Abbildungsoptik ist derart ausgebildet, dass Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen für mindestens einen Durchtrittspunkt des Lichts durch die erste konfokale Blende an unterschiedlichen Orten gebildet werden, wobei die Orte entlang eines Liniensegments liegen, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems bildet. Die Messeinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Objekt zu vermessen, welches das Liniensegment schneidet und zumindest einen Teil des Lichts reflektiert. The measuring device has an illumination imaging optics. The illumination imaging optics has the first part of the splitting optical element. The illumination imaging optics has a first lens system with at least one first lens, which is separated from the first part of the splitting optical element is spatially separated, wherein the first lens system receives light from the first part of the splitting optical element and the effective focal length of the first lens system differs for different wavelengths. The illumination imaging optics are designed such that focus points of different wavelengths are formed at different locations for at least one point of passage of the light through the first confocal aperture, wherein the locations lie along a line segment which forms an acute angle to the center axis of the first lens system. The measuring device is designed to measure an object which intersects the line segment and reflects at least part of the light.
Verfügt die erste konfokale Blende über mehrere Durchtrittspunkte des Lichts, beispielsweise durch eine schlitzförmige Öffnung der ersten konfokalen Blende, welche beispielsweise als Reihe unendlich vieler unmittelbar benachbarter Punkte angesehen werden kann, so werden für jeden Durchtrittspunkt jeweils Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen entlang eines entsprechenden Liniensegments gebildet. Die Vielzahl unmittelbar benachbarter Liniensegmenten von Fokuspunkten bilden ein Flächensegment. Die Fokuspunkte gleicher Wellenlänge aber unterschiedlicher Durchtrittspunkte durch die Blende bilden Fokuslinien auf dem Flächensegment quer zu den Liniensegmenten. Eine derartige Ausführung kann insbesondere als Liniensensor bezeichnet werden. Ein Liniensensor zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die erste konfokale Blende eine schlitzförmige Öffnung aufweist und/oder eine Vielzahl von Durchtrittspunkten durch die erste konfokale Blende vorgesehen sind. Derartige Ausführungen sind bei der hierin beschriebenen Messeinrichtung grundsätzlich möglich. If the first confocal aperture has several points through which light passes, for example through a slit-shaped opening of the first confocal aperture, which can be viewed as a series of an infinite number of immediately adjacent points, for each point through which light passes, focus points of different wavelengths are formed along a corresponding line segment. The large number of immediately adjacent line segments of focus points form a surface segment. The focus points of the same wavelength but different points through which light passes through the aperture form focus lines on the surface segment transverse to the line segments. Such an embodiment can in particular be referred to as a line sensor. A line sensor is characterized in particular by the fact that the first confocal aperture has a slit-shaped opening and/or a large number of points through which light passes through the first confocal aperture are provided. Such embodiments are fundamentally possible with the measuring device described here.
Die Messeinrichtung weist eine Detektions-Abbildungsoptik auf. Die Detektions- Abbildungsoptik umfasst den zweiten Teil des aufspaltenden optischen Elements. Die Detektions-Abbildungsoptik ist dazu eingerichtet, von dem Objekt reflektiertes Licht ausschließlich aus Richtungen zu empfangen, welche sich von Richtungen, aus der das Beleuchtungslicht auf das Objekt einfällt, unterscheiden. Die Detektions- Abbildungsoptik ist dazu eingerichtet, die Fokuspunkte aller Wellenlängen auf die zweite konfokale Blende abzubilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Detektions-Abbildungsoptik ein zweites Linsensystem mit mindestens einer zweiten Linse auf, welche vorzugsweise vom zweiten Teil des aufspaltenden optischen Elements räumlich getrennt ist. Das zweite Linsensystem kann insbesondere vom Objekt reflektiertes Licht empfangen und die effektive Brennweite des zweiten Linsensystems kann sich für verschiedene Wellenlängen unterscheiden. The measuring device has a detection imaging optics. The detection imaging optics comprise the second part of the splitting optical element. The detection imaging optics are designed to receive light reflected from the object exclusively from directions that differ from the directions from which the illumination light falls on the object. The detection imaging optics are designed to image the focal points of all wavelengths onto the second confocal aperture. In a preferred embodiment, the detection imaging optics have a second lens system with at least one second lens, which is preferably spatially separated from the second part of the splitting optical element. The second lens system can in particular receive light reflected from the object and the effective focal length of the second lens system can differ for different wavelengths.
Die chromatisch konfokale Messeinrichtung weist ferner einen Detektor auf, welcher dazu eingerichtet ist, eine Intensität des durch die zweite konfokale Blende tretenden Lichts zu erfassen. The chromatic confocal measuring device further comprises a detector which is configured to detect an intensity of the light passing through the second confocal aperture.
Mittels einer solchen Messeinrichtung wird eine Möglichkeit geschaffen, ein Objekt in vorteilhafter Weise zu vermessen. Insbesondere hat es sich bei bekannten Messeinrichtungen herausgestellt, dass aufspaltende optische Elemente der Beleuchtungs-Abbildungsoptik und der Detektions-Abbildungsoptik bereits bei einer leichten relativen Fehlstellung relativ zueinander zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen können. Bei einer Ausführung, bei welcher ein aufspaltendes optisches Element vorhanden ist, das seinen ersten Teil und seinen zweiten Teil mittels eines Verbindungsstücks fest miteinander verbindet, ist es konstruktionsbedingt unmöglich, dass derartige Fehlstellungen während eines Betriebs oder nach einer Justage entstehen. Insbesondere wird durch das Verbindungsstück eine feste Verbindung zwischen Komponenten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik und der Detektions-Abbildungsoptik geschaffen, wodurch die beiden Abbildungsoptiken eine feste Verbindung miteinander erhalten, die für eine gleichbleibende Ausrichtung der Teile des aufspaltenden optischen Elements relativ zueinander sorgt. Such a measuring device creates a possibility of measuring an object in an advantageous manner. In particular, it has been found in known measuring devices that splitting optical elements of the illumination imaging optics and the detection imaging optics can lead to a falsification of the measurement result even with a slight relative misalignment relative to one another. In a design in which a splitting optical element is present which firmly connects its first part and its second part to one another by means of a connecting piece, it is impossible due to the design for such misalignments to occur during operation or after an adjustment. In particular, the connecting piece creates a fixed connection between components of the illumination imaging optics and the detection imaging optics, whereby the two imaging optics are firmly connected to one another, which ensures a consistent alignment of the parts of the splitting optical element relative to one another.
Bei dem aufspaltenden optischen Element handelt es sich um ein Element, welches dafür sorgt, dass eine wellenlängenabhängige Aufspaltung sowohl in der Beleuchtungs- Abbildungsoptik wie auch in der Detektions-Abbildungsoptik möglich ist. In der Beleuchtungs-Abbildungsoptik wird ein Lichtstrahl, welcher typischerweise mehrere Wellenlängen in sich vereint, aufgespalten, indem das Licht wellenlängenabhängig abgelenkt wird, wobei wie bereits erwähnt im Zusammenspiel mit dem ersten Linsensystem Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen für einen Durchtrittspunkt des Lichtes durch die erste konfokale Blende an unterschiedlichen Orten gebildet
werden. Bei der Detektions-Abbildungsoptik wäre eine entsprechende aufspaltende Wirkung dann gegeben, wenn ein im Vergleich zum hier relevanten Strahlengang inverser Strahlengang verwendet würde. Ein solcher Strahlengang könnte beispielsweise vom Detektor zurück zur Lichtquelle verlaufen. Beim Strahlengang, welcher für die hier relevante Messeinrichtung vorgesehen wird, hat der zweite Teil des aufspaltenden optischen Elements typischerweise eine Funktion, für genau diejenigen Strahlen und Wellenlängen, deren Fokuspunkt mit einer reflektierenden Oberfläche des gemessenen Objektes koinzidiert, die wellenlängenabhängige Ablenkung rückgängig zu machen. Jeder Fokuspunkt, welcher auf einer solchen reflektierenden Oberfläche liegt, wird also wieder auf einen festgelegten Punkt der zweiten konfokalen Blende abgebildet. Bei mehreren reflektierenden Oberflächen werden alle Fokuspunkte auf dem Objekt, die einem Durchtrittspunkt durch die erste konfokale Blende entsprechen, wieder auf einen gemeinsamen Punkt auf der zweiten konfokalen Blende abgebildet. Für alle anderen Strahlen und Wellenlängen, welche abseits ihres Fokuspunktes vom Objekt reflektiert werden und somit unter einem abweichenden Winkel einfallen, wird die wellenlängenabhängige Aufspaltung hingegen durch den zweiten Teil des aufspaltenden optischen Elements verstärkt. The splitting optical element is an element that ensures that a wavelength-dependent splitting is possible in both the illumination imaging optics and the detection imaging optics. In the illumination imaging optics, a light beam, which typically combines several wavelengths, is split by deflecting the light depending on the wavelength, whereby, as already mentioned, in interaction with the first lens system, focus points of different wavelengths are formed at different locations for a point of passage of the light through the first confocal aperture. In the case of detection-imaging optics, a corresponding splitting effect would be achieved if an inverse beam path compared to the beam path relevant here were used. Such a beam path could, for example, run from the detector back to the light source. In the beam path provided for the measuring device relevant here, the second part of the splitting optical element typically has the function of reversing the wavelength-dependent deflection for precisely those rays and wavelengths whose focal point coincides with a reflective surface of the object being measured. Each focal point that lies on such a reflective surface is therefore imaged again onto a fixed point on the second confocal aperture. In the case of several reflective surfaces, all focal points on the object that correspond to a point of passage through the first confocal aperture are imaged again onto a common point on the second confocal aperture. For all other rays and wavelengths that are reflected from the object away from their focal point and thus arrive at a different angle, the wavelength-dependent splitting is amplified by the second part of the splitting optical element.
Das Verbindungsstück verbindet den ersten Teil und den zweiten Teil, insbesondere unmittelbar, miteinander. Insbesondere ist das Verbindungsstück kein Teil eines Gehäuses der chromatisch konfokalen Messeinrichtung, sondern ist vielmehr ein Element, welches den ersten Teil und den zweiten Teil unmittelbar miteinander verbindet. Wenn also beispielsweise zwei Teile mit aufspaltender Funktionalität jeweils auf einem Halter montiert sind und jeder Halter für sich mit einem Gehäuse verbunden ist, so werden die Halter und das Gehäuse nicht als Verbindungsstück betrachtet. Vielmehr handelt es sich bei dem Verbindungsstück um einen Teil der optischen Komponenten der Messeinrichtung, wobei das aufspaltende optische Element insbesondere derart vorgesehen ist, dass es sowohl in der Beleuchtungs- Abbildungsoptik wie auch in der Detektions-Abbildungsoptik eine optische Wirkung entfaltet. Insbesondere verbindet das Verbindungsstück den ersten Teil und den zweiten Teil derart miteinander, dass es nicht möglich ist, Ausrichtung und Position des ersten Teils und des zweiten Teils relativ zueinander zu verändern, ohne stoffschlüssige Verbindungen aufzutrennen.
Der erste Teil des aufspaltenden optischen Elements ist Bestandteil der Beleuchtungs- Abbildungsoptik und wird vom Licht der Lichtquelle angestrahlt. In diesem ersten Teil erfolgt dann ein Aufspalten in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Wellenlängen. Durch die Wellenlängenabhängigkeit des ersten Linsensystems wird dann erreicht, dass die Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen an unterschiedlichen Orten gebildet werden. Die Orte liegen dabei insbesondere entlang des bereits erwähnten Liniensegments, wobei das Liniensegment typischerweise entlang einer geraden Linie ausgebildet ist. Das Liniensegment kann beispielsweise quer zu einer Oberfläche des Objekts und/oder senkrecht zur Erdoberfläche ausgerichtet sein, letzteres beispielsweise wenn die Messeinrichtung entsprechend ausgerichtet ist, dass das Liniensegment senkrecht zur Erdoberfläche ausgerichtet ist. Auch andere Winkel zur Oberfläche des Objekts und/oder zur Erdoberfläche sind jedoch möglich. Leichte Abweichungen der Fokuspunkte zum Liniensegment, welche beispielsweise auf unvermeidlichen Toleranzen basieren, werden nicht als Abweichung von der hierin beanspruchten Ausführung betrachtet. The connecting piece connects the first part and the second part, in particular directly, to one another. In particular, the connecting piece is not part of a housing of the chromatic confocal measuring device, but rather is an element that connects the first part and the second part directly to one another. If, for example, two parts with splitting functionality are each mounted on a holder and each holder is connected to a housing, the holders and the housing are not considered to be a connecting piece. Rather, the connecting piece is part of the optical components of the measuring device, with the splitting optical element being provided in particular in such a way that it has an optical effect in both the illumination imaging optics and the detection imaging optics. In particular, the connecting piece connects the first part and the second part to one another in such a way that it is not possible to change the alignment and position of the first part and the second part relative to one another without breaking the material-bonded connections. The first part of the splitting optical element is part of the illumination imaging optics and is illuminated by the light from the light source. In this first part, splitting then takes place depending on the different wavelengths. The wavelength dependence of the first lens system then ensures that the focus points of different wavelengths are formed at different locations. The locations are in particular along the line segment already mentioned, whereby the line segment is typically formed along a straight line. The line segment can, for example, be aligned transversely to a surface of the object and/or perpendicular to the earth's surface, the latter for example if the measuring device is aligned so that the line segment is aligned perpendicular to the earth's surface. However, other angles to the surface of the object and/or to the earth's surface are also possible. Slight deviations of the focus points from the line segment, which are based for example on unavoidable tolerances, are not considered to be a deviation from the embodiment claimed herein.
Unter einem Fokussieren auf die zweite konfokale Blende kann insbesondere ein Fokussieren auf einen Schlitz oder eine Öffnung der zweiten konfokalen Blende verstanden werden. Focusing on the second confocal aperture can be understood in particular as focusing on a slit or an opening of the second confocal aperture.
Der Detektor kann insbesondere dasjenige Licht erfassen und auswerten, welches durch einen solchen Schlitz oder eine solche Öffnung in der zweiten konfokalen Blende hindurchgetreten ist, insbesondere nachdem es durch die Beleuchtungs- Abbildungsoptik gegangen ist, vom Objekt reflektiert wurde und dann durch die Detektions-Abbildungsoptik gegangen ist. Der Detektor ermöglicht insbesondere eine Messung, welche eine Auswertung erlaubt, die Rückschlüsse auf die Oberfläche oder sonstige Eigenschaften des Objekts gibt. The detector can in particular detect and evaluate the light that has passed through such a slit or such an opening in the second confocal aperture, in particular after it has passed through the illumination imaging optics, been reflected by the object and then passed through the detection imaging optics. The detector in particular enables a measurement that allows an evaluation that provides conclusions about the surface or other properties of the object.
Das Verbindungsstück kann gemäß einer Ausführung aus einem anderen Glas oder einem anderen Material ausgebildet sein als der erste Teil und der zweite Teil. Dies ermöglicht eine materialmäßige Abgrenzung zwischen erstem Teil, zweitem Teil und Verbindungsstück. Insbesondere kann für das Verbindungsstück ein Material verwendet werden, welches nicht spezielle Anforderungen erfüllt, welche aus optischen Gründen an den ersten Teil und den zweiten Teil zu stellen sind. Beispielsweise kann das
Verbindungsstück einen niedrigeren Brechungsindex und/oder eine abweichende Abbe- Zahl haben. Dies erlaubt es insbesondere, für das Verbindungsstück ein billigeres Material als für den ersten Teil und den zweiten Teil zu verwenden. Das Verbindungsstück kann insbesondere aus Glas ausgebildet sein. Es kann jedoch aus einem anderen Material wie beispielsweise Kunststoff ausgebildet sein. According to one embodiment, the connecting piece can be made of a different glass or a different material than the first part and the second part. This allows a material separation between the first part, the second part and the connecting piece. In particular, a material can be used for the connecting piece which does not meet special requirements which are placed on the first part and the second part for optical reasons. For example, the Connecting piece may have a lower refractive index and/or a different Abbe number. This allows in particular to use a cheaper material for the connecting piece than for the first part and the second part. The connecting piece may in particular be made of glass. However, it may be made of another material such as plastic.
Der erste Teil und der zweite Teil können insbesondere aus einem Glas oder Material mit einem höheren Brechungsindex und/oder niedrigeren Abbe-Zahl (und damit ausgeprägterer Dispersion) als das Verbindungsstück ausgebildet sein. Der hohe Brechungsindex ermöglicht in vorteilhafter Weise die bereits beschriebene Funktionalität der Aufspaltung in Abhängigkeit von der Wellenlänge bzw. der Zusammenführung. Für das Verbindungsstück ist eine solche Funktionalität nicht erforderlich. Dementsprechend kann für das Verbindungsstück ein Glas oder sonstiges Material mit einem niedrigeren Brechungsindex und/oder einer höheren Abbe-Zahl verwendet werden, welches typischerweise günstiger ist und/oder einfacher zu verarbeiten ist. The first part and the second part can in particular be made of a glass or material with a higher refractive index and/or lower Abbe number (and thus more pronounced dispersion) than the connecting piece. The high refractive index advantageously enables the already described functionality of splitting depending on the wavelength or merging. Such functionality is not required for the connecting piece. Accordingly, a glass or other material with a lower refractive index and/or a higher Abbe number can be used for the connecting piece, which is typically cheaper and/or easier to process.
Grundsätzlich kann anstelle eines Glases auch ein transparenter Kunststoff verwendet werden. In principle, a transparent plastic can also be used instead of glass.
Das Verbindungsstück kann gemäß einer möglichen Ausführung aus dem gleichen Glas oder dem gleichen Material ausgebildet sein wie der erste Teil und/oder der zweite Teil. Dies ermöglicht beispielsweise eine einfache Herstellung und eine Ausbildung ohne Materialübergänge. According to one possible embodiment, the connecting piece can be made of the same glass or the same material as the first part and/or the second part. This enables, for example, simple manufacture and a design without material transitions.
Insbesondere kann das Verbindungsstück plattenförmig ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine einfache Ausführung des Verbindungsstücks, eine einfache Handhabung und ein einfaches Verbinden mit den beiden Teilen. In particular, the connecting piece can be designed in the form of a plate. This allows for a simple design of the connecting piece, easy handling and easy connection of the two parts.
Gemäß einer Ausführung können das Verbindungsstück, der erste Teil und der zweite Teil stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Dies führt zu einer besonders festen und nicht veränderbaren Verbindung. Damit werden die Beziehungen in Bezug auf Position und Ausrichtung zwischen erstem Teil und zweitem Teil relativ zueinander fest vorgegeben.
Es ist möglich, dass das Verbindungsstück entlang einer Ausbreitungsrichtung des Lichts gesehen die gleiche Höhe hat wie der erste Teil und/oder der zweite Teil. Dies ermöglicht eine einfache und kompakte Ausführung. Die hier relevante Ausbreitungsrichtung kann beispielsweise diejenige sein, welche das Licht unmittelbar nach der Lichtquelle oder unmittelbar nach Durchgang durch die erste konfokale Blende aufweist. Entlang einer solchen Ausbreitungsrichtung kann die Höhe ermittelt werden. According to one embodiment, the connecting piece, the first part and the second part can be connected to one another in a material-locking manner. This results in a particularly strong and unchangeable connection. This means that the relationships in terms of position and alignment between the first part and the second part relative to one another are firmly defined. It is possible for the connecting piece to have the same height as the first part and/or the second part when viewed along a propagation direction of the light. This enables a simple and compact design. The propagation direction relevant here can, for example, be the one that the light has immediately after the light source or immediately after passing through the first confocal aperture. The height can be determined along such a propagation direction.
Gemäß einer Ausführung können das Verbindungsstück, der erste Teil und der zweite Teil als durchgängiges Element ohne Materialübergänge ausgeführt sein und/oder aus einem Stück hergestellt sein. Dies ermöglicht auch eine besonders feste Ausführung, wobei auf das Herstellen stoffschlüssiger Verbindungen verzichtet werden kann. Auch sonst gibt es keine Möglichkeiten, die relative Position und Orientierung von erstem Teil und zweitem Teil relativ zueinander zu verändern. Dies sorgt für eine besonders hohe Sicherheit in Bezug auf die optische Funktionalität. According to one embodiment, the connecting piece, the first part and the second part can be designed as a continuous element without material transitions and/or made from one piece. This also enables a particularly strong design, whereby the production of material-locking connections can be dispensed with. There are also no other options for changing the relative position and orientation of the first part and the second part relative to each other. This ensures a particularly high level of safety in terms of optical functionality.
Gemäß einer Ausführung sind das Verbindungsstück, der erste Teil und der zweite Teil separat zueinander hergestellt und/oder sind miteinander verbunden worden. Dies ermöglicht eine separate Herstellung, beispielsweise unter Verwendung von unterschiedlichen Materialien. Anschließend können die Teile und das Verbindungsstück miteinander verbunden werden, so dass die gewünschte Festigkeit entsteht. According to one embodiment, the connecting piece, the first part and the second part are manufactured separately from one another and/or have been connected to one another. This enables separate manufacture, for example using different materials. The parts and the connecting piece can then be connected to one another to achieve the desired strength.
Der erste Teil und der zweite Teil können beispielsweise Prismen sein, welche auf dem Verbindungsstück aufliegend oder am Verbindungsstück hängend angeordnet sind. Dies erlaubt eine einfache Verbindung von Prismen mit dem Verbindungsstück. The first part and the second part can, for example, be prisms which are arranged resting on the connecting piece or hanging from the connecting piece. This allows prisms to be easily connected to the connecting piece.
Beispielsweise kann das Verbindungsstück plattenförmig ausgeführt sein, was ein einfaches geometrisches Verbinden mit Prismen ermöglicht. For example, the connecting piece can be plate-shaped, which allows easy geometric connection with prisms.
Insbesondere kann das Verbindungsstück eine nicht änderbare Positionsbeziehung und eine nicht änderbare Orientierung des ersten Teils und des zweiten Teils relativ zueinander definieren. Dies kann insbesondere bedeuten, dass keine verstellbaren Elemente wie beispielsweise Schrauben oder Klemmen vorhanden sind, welche eine Variation von Ort und/oder Orientierung von erstem Teil und zweitem Teil relativ
zueinander ermöglichen würden. Bevorzugt erfolgt die Verbindung durch eine permanente Klebung. Dadurch kann eine besonders hohe Zuverlässigkeit erreicht werden. In particular, the connecting piece can define a non-changeable positional relationship and a non-changeable orientation of the first part and the second part relative to each other. This can mean in particular that there are no adjustable elements such as screws or clamps which allow a variation in the location and/or orientation of the first part and the second part relative to to each other. The connection is preferably made by permanent bonding. This allows a particularly high level of reliability to be achieved.
Gemäß einer Ausführung kann das Verbindungsstück ausschließlich außerhalb der Strahlengänge der Beleuchtungs-Abbildungsoptik und der Detektions-Abbildungsoptik angeordnet sein. Trotzdem ist das Verbindungsstück Bestandteil des aufspaltenden optischen Elements und nicht etwa Teil einer übergeordneten tragenden Struktur oder eines Gehäuses. According to one embodiment, the connecting piece can be arranged exclusively outside the beam paths of the illumination imaging optics and the detection imaging optics. Nevertheless, the connecting piece is part of the splitting optical element and not part of a higher-level supporting structure or housing.
Gemäß einer Ausführung ist das Verbindungsstück auch in dem Strahlengang der Beleuchtungs-Abbildungsoptik und/oder der Detektions-Abbildungsoptik angeordnet. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass das Verbindungsstück auch eine optische Funktion mit übernehmen kann und/oder dass eine einfache flächige Verbindung zwischen erstem Teil und/oder zweitem Teil und Verbindungsstück möglich ist. Dies kann beispielsweise wie weiter unten ausgeführt erfolgen. According to one embodiment, the connecting piece is also arranged in the beam path of the illumination imaging optics and/or the detection imaging optics. This makes it possible in particular for the connecting piece to also take on an optical function and/or for a simple flat connection between the first part and/or second part and the connecting piece to be possible. This can be done, for example, as explained below.
Gemäß einer Ausführung bildet das Verbindungsstück gemeinsam mit dem ersten Teil ein Prisma aus. Dieses kann zumindest teilweise durch eine gedachte Linie gegenüber dem Rest des Verbindungsstücks abgegrenzt sein. Gemäß einer Ausführung bildet das Verbindungsstück gemeinsam mit dem zweiten Teil ein Prisma aus. Dieses kann zumindest teilweise durch eine gedachte Linie gegenüber dem Rest des Verbindungsstücks abgegrenzt sein. Dadurch wird das Verbindungsstück in die optische Funktionalität des ersten Teils und/oder des zweiten Teils integriert. Eine Funktionalität wie beispielsweise diejenige eines Prismas kann im Strahlengang uneingeschränkt zur Verfügung stehen, obwohl eventuell eine Abgrenzung gegenüber dem Verbindungsstück nur über eine bereits erwähnte gedachte Linie möglich ist. Insbesondere kann die gedachte Linie derart ausgeführt sein, dass bei Berücksichtigung der gedachten Linie eine typische Form eines Prismas entsteht. Die gedachte Linie muss jedoch nicht zwingend im aufspaltenden optischen Element sichtbar sein, vielmehr kann sie als reine gedankliche Unterstützung beim Identifizieren eines Elements wie beispielsweise eines Prismas dienen.
Insbesondere kann das Verbindungsstück auf einer dem Objekt zugewandten Seite oder auf einer dem Objekt abgewandten Seite eine durchgehende ebene Außenfläche aufweisen. Dies ermöglicht eine einfache Ausführung, wobei durch die ebene Außenfläche auch verhindert wird, dass diese Außenfläche zu einer unerwünschten Ablenkung des jeweiligen Lichtstrahls führt. According to one embodiment, the connecting piece forms a prism together with the first part. This can be at least partially delimited from the rest of the connecting piece by an imaginary line. According to one embodiment, the connecting piece forms a prism together with the second part. This can be at least partially delimited from the rest of the connecting piece by an imaginary line. This integrates the connecting piece into the optical functionality of the first part and/or the second part. A functionality such as that of a prism can be available without restriction in the beam path, although a delimitation from the connecting piece may only be possible via an imaginary line as already mentioned. In particular, the imaginary line can be designed in such a way that when the imaginary line is taken into account, a typical shape of a prism is created. However, the imaginary line does not necessarily have to be visible in the splitting optical element; rather, it can serve purely as mental support when identifying an element such as a prism. In particular, the connecting piece can have a continuous flat outer surface on a side facing the object or on a side facing away from the object. This enables a simple design, whereby the flat outer surface also prevents this outer surface from leading to an undesirable deflection of the respective light beam.
Eine den ersten Teil kontaktierende erste Kontaktfläche des Verbindungsstücks kann insbesondere schräg zur dem ersten Teil und dem zweiten Teil abgewandten Außenfläche des Verbindungsstücks ausgerichtet sein. Eine den zweiten Teil kontaktierende zweite Kontaktfläche des Verbindungsstücks kann insbesondere schräg zur dem ersten Teil und dem zweiten Teil abgewandten Außenfläche des Verbindungsstücks ausgerichtet sein. A first contact surface of the connecting piece that contacts the first part can in particular be aligned obliquely to the outer surface of the connecting piece that faces away from the first part and the second part. A second contact surface of the connecting piece that contacts the second part can in particular be aligned obliquely to the outer surface of the connecting piece that faces away from the first part and the second part.
Eine den ersten Teil kontaktierende erste Kontaktfläche des Verbindungsstücks kann insbesondere parallel zur dem ersten Teil und dem zweiten Teil abgewandten Außenfläche des Verbindungsstücks ausgerichtet sein. Eine den zweiten Teil kontaktierende zweite Kontaktfläche des Verbindungsstücks kann insbesondere parallel zur dem ersten Teil und dem zweiten Teil abgewandten Außenfläche des Verbindungsstücks ausgerichtet sein. A first contact surface of the connecting piece that contacts the first part can be aligned in particular parallel to the outer surface of the connecting piece that faces away from the first part and the second part. A second contact surface of the connecting piece that contacts the second part can be aligned in particular parallel to the outer surface of the connecting piece that faces away from the first part and the second part.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist die Messeinrichtung ein Trägerelement auf. Das Verbindungsstück kann insbesondere am Trägerelement befestigt sein. Das Trägerelement kann insbesondere entgegengesetzt zum Verbindungsstück mit einem Gehäuse der Messeinrichtung verbunden sein. Alternativ zu einem Gehäuse kann es mit einer tragenden Struktur der Messeinrichtung verbunden sein. An einer solchen tragenden Struktur können auch andere optische Komponenten oder alle anderen optischen Komponenten befestigt sein. Die beschriebene Ausführung ermöglicht es, dass das Verbindungsstück vom Trägerelement gehalten wird und insbesondere die durch das Trägerelement vermittelte Verbindung zwischen Verbindungsstück und Gehäuse oder sonstiger tragender Struktur die Position des Verbindungsstücks und damit auch des aufspaltenden optischen Elements innerhalb der Messeinrichtung definiert. Eine tragende Struktur kann beispielsweise als Grundplatte ausgebildet sein. Insbesondere können daran alle oder zumindest einige oder die meisten optischen Komponenten befestigt sein. Insbesondere kann das Verbindungsstück lösbar am
Trägerelement befestigt sein, insbesondere durch Lösen von lediglich einer kraftschlüssigen und/oder einer formschlüssigen Verbindung, jedoch insbesondere keiner stoffschlüssigen Verbindung. According to an advantageous embodiment, the measuring device has a carrier element. The connecting piece can in particular be fastened to the carrier element. The carrier element can in particular be connected to a housing of the measuring device opposite to the connecting piece. As an alternative to a housing, it can be connected to a supporting structure of the measuring device. Other optical components or all other optical components can also be fastened to such a supporting structure. The described embodiment makes it possible for the connecting piece to be held by the carrier element and in particular the connection between the connecting piece and the housing or other supporting structure mediated by the carrier element defines the position of the connecting piece and thus also of the splitting optical element within the measuring device. A supporting structure can be designed as a base plate, for example. In particular, all or at least some or most of the optical components can be fastened to it. In particular, the connecting piece can be detachably attached to the The carrier element can be fastened, in particular by releasing only a force-fitting and/or a form-fitting connection, but in particular not a material-fitting connection.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der erste Teil und der zweite Teil nicht selbst an dem Trägerelement befestigt sind und/oder nur mittels des Verbindungsstücks an dem Trägerelement befestigt sind. Dadurch kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Verbindungsstück die Position und die Orientierung des ersten Teils und des zweiten Teils definiert. Insbesondere sind der erste Teil und der zweite Teil ausschließlich am Verbindungsstück befestigt. Das Verbindungsstück stellt somit die einzige Verbindung des aufspaltenden optischen Elements zu einer Trägerplatte, einem Gehäuse oder einer sonstigen tragenden Struktur dar. In particular, it can be provided that the first part and the second part are not themselves attached to the carrier element and/or are only attached to the carrier element by means of the connecting piece. In this way, it can be provided in particular that the connecting piece defines the position and orientation of the first part and the second part. In particular, the first part and the second part are attached exclusively to the connecting piece. The connecting piece thus represents the only connection of the splitting optical element to a carrier plate, a housing or another supporting structure.
Gemäß einer Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Verbindungsstück zwischen den Kontaktflächen eine Zwischenfläche hat, welche parallel zur dem ersten Teil und dem zweiten Teil abgewandten Außenfläche des Verbindungsstücks ausgeführt ist. Die Zwischenfläche kann insbesondere stufenlos in die erste Kontaktfläche und/oder in die zweite Kontaktfläche übergehen. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung des Verbindungsstücks und eine einfache Ausbildung des aufspaltenden optischen Elements. According to one embodiment, it can be provided that the connecting piece has an intermediate surface between the contact surfaces, which is designed parallel to the outer surface of the connecting piece facing away from the first part and the second part. The intermediate surface can in particular transition seamlessly into the first contact surface and/or the second contact surface. This enables simple production of the connecting piece and simple formation of the splitting optical element.
Nachfolgend werden weitere Merkmale beschrieben. Diese können grundsätzlich unabhängig von den bereits beschriebenen Merkmalen verwendet werden. Sie können jedoch auch untereinander und mit den bereits beschriebenen Merkmalen in beliebiger Weise kombiniert werden. Further features are described below. These can generally be used independently of the features already described. However, they can also be combined with each other and with the features already described in any way.
Ein hierin beschriebener Aspekt betrifft eine chromatisch konfokale Messeinrichtung. Die chromatisch konfokale Messeinrichtung weist eine Lichtquelle auf, welche Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen und/oder mit einem kontinuierlichen Spektrum von Wellenlängen emittiert. Die Messeinrichtung weist eine erste konfokale Blende auf, durch welche Licht der Lichtquelle tritt. Ferner weist sie eine zweite konfokale Blende auf.
Die Messeinrichtung weist eine Beleuchtungs-Abbildungsoptik auf. Die Beleuchtungs- Abbildungsoptik weist ein erstes aufspaltendes optisches Element auf, welches als Prisma oder Gitter ausgeführt ist. Die Beleuchtungs-Abbildungsoptik weist ein erstes Linsensystem mit mindestens einer ersten Linse auf, welche vom ersten aufspaltenden optischen Element räumlich getrennt ist. Das erste Linsensystem empfängt Licht von dem ersten aufspaltenden optischen Element. Die effektive Brennweite des ersten Linsensystems unterscheidet sich für verschiedene Wellenlängen. Die Beleuchtungs- Abbildungsoptik ist derart ausgebildet, dass Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen für mindestens einen Durchtrittspunkt des Lichts durch die erste konfokale Blende an unterschiedlichen Orten gebildet werden, wobei die Orte entlang eines Liniensegments liegen, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems bildet. Die Messeinrichtung ist dazu eingerichtet, ein Objekt zu vermessen, welches das Liniensegment schneidet und zumindest einen Teil des Lichts reflektiert. One aspect described herein relates to a chromatic confocal measuring device. The chromatic confocal measuring device has a light source which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths. The measuring device has a first confocal aperture through which light from the light source passes. It also has a second confocal aperture. The measuring device has an illumination imaging optics. The illumination imaging optics have a first splitting optical element, which is designed as a prism or grating. The illumination imaging optics have a first lens system with at least one first lens, which is spatially separated from the first splitting optical element. The first lens system receives light from the first splitting optical element. The effective focal length of the first lens system differs for different wavelengths. The illumination imaging optics are designed such that focus points of different wavelengths are formed at different locations for at least one point of passage of the light through the first confocal aperture, the locations lying along a line segment that forms an acute angle to the center axis of the first lens system. The measuring device is set up to measure an object that intersects the line segment and reflects at least part of the light.
Verfügt die erste konfokale Blende über mehrere Durchtrittspunkte des Lichts, beispielsweise durch eine schlitzförmige Öffnung der ersten konfokalen Blende, welche beispielsweise als Reihe unendlich vieler unmittelbar benachbarter Punkte angesehen werden kann, so werden für jeden Durchtrittspunkt jeweils Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen entlang eines entsprechenden Liniensegments gebildet. Die Vielzahl unmittelbar benachbarter Liniensegmenten von Fokuspunkten bilden ein Flächensegment. Die Fokuspunkte gleicher Wellenlänge aber unterschiedlicher Durchtrittspunkte durch die Blende bilden Fokuslinien auf dem Flächensegment quer zu den Liniensegmenten. Eine derartige Ausführung kann insbesondere als Liniensensor bezeichnet werden. Ein Liniensensor zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die erste konfokale Blende eine schlitzförmige Öffnung aufweist und/oder eine Vielzahl von Durchtrittspunkten durch die erste konfokale Blende vorgesehen sind. Derartige Ausführungen sind bei der hierin beschriebenen Messeinrichtung grundsätzlich möglich. If the first confocal aperture has several points through which light passes, for example through a slit-shaped opening of the first confocal aperture, which can be viewed as a series of an infinite number of immediately adjacent points, for each point through which light passes, focus points of different wavelengths are formed along a corresponding line segment. The large number of immediately adjacent line segments of focus points form a surface segment. The focus points of the same wavelength but different points through which light passes through the aperture form focus lines on the surface segment transverse to the line segments. Such an embodiment can in particular be referred to as a line sensor. A line sensor is characterized in particular by the fact that the first confocal aperture has a slit-shaped opening and/or a large number of points through which light passes through the first confocal aperture are provided. Such embodiments are fundamentally possible with the measuring device described here.
Die Messeinrichtung weist eine Detektions-Abbildungsoptik auf. Die Detektions- Abbildungsoptik ist dazu eingerichtet, von dem Objekt reflektiertes Licht ausschließlich aus Richtungen zu empfangen, welche sich von Richtungen, aus denen das Beleuchtungslicht auf das Objekt einfällt, unterscheiden. Die Detektions-
Abbildungsoptik ist dazu eingerichtet, die Fokuspunkte aller Wellenlängen auf die zweite konfokale Blende abzubilden. The measuring device has a detection imaging optics. The detection imaging optics are designed to receive light reflected from the object exclusively from directions that differ from the directions from which the illumination light falls on the object. The detection Imaging optics are designed to image the focus points of all wavelengths onto the second confocal aperture.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Detektions-Abbildungsoptik ein zweites Linsensystem mit mindestens einer zweiten Linse auf, welche vorzugsweise vom zweiten Teil des aufspaltenden optischen Elements bzw. vom zweiten aufspaltenden optischen Element räumlich getrennt ist. Das zweite Linsensystem kann insbesondere vom Objekt reflektiertes Licht empfangen und die effektive Brennweite des zweiten Linsensystems kann sich für verschiedene Wellenlängen unterscheiden. In a preferred embodiment, the detection imaging optics have a second lens system with at least one second lens, which is preferably spatially separated from the second part of the splitting optical element or from the second splitting optical element. The second lens system can in particular receive light reflected from the object and the effective focal length of the second lens system can differ for different wavelengths.
Die Messeinrichtung weist einen Detektor auf, welcher dazu eingerichtet ist, eine Intensität des durch die zweite konfokale Blende tretenden Lichts zu erfassen. The measuring device has a detector which is configured to detect an intensity of the light passing through the second confocal aperture.
Gemäß einer Ausführung weist die zweite konfokale Blende einen Schlitz auf, durch welchen Licht zum Detektor h indurchtritt. Ferner ist bei dieser Ausführung zweckmäßig die zweite konfokale Blende seitlich zu diesem Schlitz auf einer der Detektions- Abbildungsoptik zugewandten Seite ganz oder teilweise verspiegelt, so dass auftreffendes Licht zumindest teilweise in die Detektions-Abbildungsoptik zurückgespiegelt wird. According to one embodiment, the second confocal aperture has a slot through which light passes to the detector h. Furthermore, in this embodiment, the second confocal aperture is expediently completely or partially mirrored laterally to this slot on a side facing the detection imaging optics, so that incident light is at least partially reflected back into the detection imaging optics.
Mittels einer solchen Ausführung kann insbesondere erreicht werden, dass Licht, welches durch die erste konfokale Blende und die Beleuchtungs-Abbildungsoptik hindurchgegangen ist, an dem Objekt reflektiert wurde und dann durch die Detektions- Abbildungsoptik hindurchgegangen ist, an der zweiten konfokalen Blende so reflektiert wird, dass es wieder in die Detektions-Abbildungsoptik eintritt und typischerweise einen ähnlichen, äquivalenten oder zumindest im Wesentlichen ähnlichen Strahlengang in umgekehrter Richtung einnimmt. Dadurch kann für einen solchen Strahlengang eine Umdrehung der Funktionalitäten der beiden Abbildungsoptiken realisiert werden. Das zurückreflektierte Licht kann insbesondere für diverse Überwachungs- und/oder Steuerungsfunktionalitäten verwendet werden. Die beiden Abbildungsoptiken weisen somit jeweils beide Funktionalitäten auf und sind dadurch auch funktional miteinander verbunden.
Gemäß einer Ausführung weist die erste konfokale Blende einen Schlitz auf, durch welchen Licht der Lichtquelle hindurchtritt, und weist ferner eine Kontrollöffnung auf, welche neben dem Schlitz angeordnet ist. Die zweite konfokale Blende ist zweckmäßig zumindest derart verspiegelt, dass aus der Kontrollöffnung in Richtung der Beleuchtungs-Abbildungsoptik austretendes Licht auf die Kontrollöffnung zurückgespiegelt wird. Dadurch kann eine Möglichkeit geschaffen werden, um durch die Kontrollöffnung Licht in den Strahlengang einzukoppeln, welches auf die Kontrollöffnung zurückgespiegelt wird und dort auch wieder vermessen werden kann. Dies ermöglicht diverse Überwachungs- und Kontrollaufgaben. By means of such an embodiment, it can be achieved in particular that light which has passed through the first confocal aperture and the illumination imaging optics, was reflected by the object and then passed through the detection imaging optics, is reflected by the second confocal aperture in such a way that it re-enters the detection imaging optics and typically takes a similar, equivalent or at least essentially similar beam path in the opposite direction. This makes it possible to reverse the functionalities of the two imaging optics for such a beam path. The light reflected back can be used in particular for various monitoring and/or control functionalities. The two imaging optics thus each have both functionalities and are therefore also functionally connected to one another. According to one embodiment, the first confocal aperture has a slot through which light from the light source passes, and also has a control opening which is arranged next to the slot. The second confocal aperture is expediently mirrored at least in such a way that light emerging from the control opening in the direction of the illumination imaging optics is reflected back onto the control opening. This makes it possible to couple light into the beam path through the control opening, which is reflected back onto the control opening and can also be measured there again. This enables various monitoring and control tasks.
Insbesondere kann der Schlitz der ersten konfokalen Blende eine Längserstreckung aufweisen. Die Kontrollöffnung kann insbesondere auf einer Verlängerung der Längserstreckung angeordnet sein. Dadurch weist aus der Kontrollöffnung austretendes Licht, welches auf die Beleuchtungs-Abbildungsoptik trifft, typischerweise den gleichen Strahlengang auf wie das Licht, welches zum Detektor gelangt, abgesehen davon, dass letzteres nicht zurückgespiegelt wird. In particular, the slit of the first confocal aperture can have a longitudinal extension. The inspection opening can in particular be arranged on an extension of the longitudinal extension. As a result, light emerging from the inspection opening which strikes the illumination imaging optics typically has the same beam path as the light which reaches the detector, apart from the fact that the latter is not reflected back.
Die Messeinrichtung kann insbesondere einen Lichtleiter aufweisen, der an einer zur Beleuchtungs-Abbildungsoptik entgegengesetzten Seite an der Kontrollöffnung angeschlossen ist. Dieser Lichtleiter kann insbesondere dazu dienen, um Licht zur Kontrollöffnung zu leiten, so dass dieses aus der Kontrollöffnung austritt und dann wie bereits beschrieben den typischen Strahlengang nimmt, welchen auch dasjenige Licht nimmt, das zum Detektor gelangt, und es kann ferner dasjenige Licht, welches wie bereits beschrieben an der zweiten konfokalen Blende zurückgespiegelt wird, wieder in die Kontrollöffnung eintreten und vom Lichtleiter aufgenommen werden, so dass es vom Lichtleiter einer Möglichkeit zur Auswertung zugeführt werden kann. The measuring device can in particular have a light guide that is connected to the inspection opening on a side opposite to the illumination imaging optics. This light guide can in particular be used to guide light to the inspection opening so that it exits the inspection opening and then, as already described, takes the typical beam path that the light that reaches the detector also takes, and the light that is reflected back at the second confocal aperture as already described can also enter the inspection opening again and be picked up by the light guide so that it can be fed by the light guide to a possibility for evaluation.
Die Messeinrichtung kann insbesondere eine Kontrolllichtquelle aufweisen, welche Kontrolllicht in den Lichtleiter einkoppelt. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode handeln. Dadurch wird zusätzlich zum bereits weiter oben beschriebenen Licht der Lichtquelle, welches in bereits beschriebener Weise durch die Abbildungsoptiken und die Blenden zum Detektor gelangt, ein weiterer Strahlengang implementiert werden, welcher beispielsweise parallel zum anderen Strahlengang verläuft, jedoch nicht zum Detektor gelangt, sondern zurückgespiegelt wird und wieder
durch die Kontrollöffnung eintritt. Für dieses Licht kann insbesondere die Kontrolllichtquelle verwendet werden, welche unterschiedlich sein kann zur bereits beschriebenen Lichtquelle, so dass beispielsweise ein anderes Spektrum und/oder eine andere Intensität verwendet werden können. The measuring device can in particular have a control light source which couples control light into the light guide. This can be a light-emitting diode, for example. In addition to the light from the light source described above, which reaches the detector through the imaging optics and the apertures in the manner already described, a further beam path is implemented which runs parallel to the other beam path, for example, but does not reach the detector, but is reflected back and again enters through the control opening. For this light, the control light source can be used in particular, which can be different from the light source already described, so that, for example, a different spectrum and/or a different intensity can be used.
Die Messeinrichtung kann insbesondere einen Kontrolldetektor aufweisen, welcher optisch an den Lichtleiter gekoppelt ist und durch die Kontrollöffnung von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik eintretendes Licht detektiert. Dadurch kann das zurückreflektierte Licht vermessen werden und beispielsweise für eine Auswertung, Überwachung oder Optimierung verwendet werden. Der Kontrolldetektor kann wellenlängenselektiv bzw. wellenlängenaufgelöst oder auch nichtwellenlängenaufgelöst sein. Die Ankopplung kann beispielsweise über einen Faserkoppler erfolgen. The measuring device can in particular have a control detector which is optically coupled to the light guide and detects light entering through the control opening from the side of the illumination imaging optics. This allows the light reflected back to be measured and used, for example, for evaluation, monitoring or optimization. The control detector can be wavelength-selective or wavelength-resolved or non-wavelength-resolved. The coupling can be made, for example, via a fiber coupler.
Der Lichtleiter kann insbesondere zur Detektion von durch die Kontrollöffnung von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik eintretendem Licht mit dem Detektor optisch gekoppelt sein. Dies erlaubt die Verwendung des Detektors, welcher ohnehin vorhanden ist und bereits weiter oben beschrieben wurde, zur Auswertung des zurückgespiegelten Lichts. Beispielsweise kann hierfür ein nicht für das durch die Abbildungsoptiken getretenes Licht genutzter Kanal verwendet werden. The light guide can be optically coupled to the detector, in particular for detecting light entering through the inspection opening from the side of the illumination imaging optics. This allows the use of the detector, which is already present and has already been described above, to evaluate the reflected light. For example, a channel not used for the light passing through the imaging optics can be used for this purpose.
Es sei erwähnt, dass grundsätzlich entweder der Kontrolldetektor oder der Detektor für diesen Zweck verwendet werden können, oder dass auch sowohl der Kontrolldetektor wie auch der Detektor für diesen Zweck verwendet werden können. Im letztgenannten Fall kann der Lichtleiter beispielsweise das Licht sowohl zu dem Kontrolldetektor wie auch zu dem Detektor leiten. It should be noted that in principle either the control detector or the detector can be used for this purpose, or that both the control detector and the detector can be used for this purpose. In the latter case, the light guide can, for example, guide the light both to the control detector and to the detector.
Die Messeinrichtung kann insbesondere eine Kontrolleinrichtung aufweisen, welche dazu konfiguriert ist, basierend auf detektiertem, durch die Kontrollöffnung von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik eintretendem Licht eine Helligkeit der Reflektion auf dem Objekt zu bestimmen. Hierfür kann beispielsweise der bereits erwähnte Kontrolldetektor oder wie bereits weiter oben beschrieben der Detektor verwendet werden. Mittels der Helligkeit kann beispielsweise eine Kontrolle des Objekts erfolgen, wobei beispielsweise bekannt sein kann, welche Reflektivität das erwartete Objekt zu
einem bestimmten Zeitpunkt oder grundsätzlich hat, wobei aus einer Abweichung von der Helligkeit, welche beispielsweise absolut oder relativ größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, darauf geschlossen werden kann, dass gerade ein falsches Objekt vermessen wird. In diesem Fall kann beispielsweise ein Signal ausgegeben und/oder eine Messung unterbrochen werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Leuchtstärke bzw. Lichtstärke der Lichtquelle angepasst werden. The measuring device can in particular have a control device which is configured to determine a brightness of the reflection on the object based on detected light entering through the control opening from the side of the illumination imaging optics. For this purpose, for example, the control detector already mentioned or the detector as already described above can be used. The brightness can be used, for example, to control the object, whereby it can be known, for example, which reflectivity the expected object has. a specific point in time or in general, whereby a deviation from the brightness, which is, for example, absolutely or relatively greater than a specified threshold value, can be used to conclude that the wrong object is being measured. In this case, for example, a signal can be emitted and/or a measurement interrupted. Alternatively or additionally, the luminous intensity or light intensity of the light source can be adjusted.
Die Messeinrichtung kann insbesondere eine Kontrolleinrichtung aufweisen, welche dazu konfiguriert ist, basierend auf detektiertem, durch die Kontrollöffnung von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik eintretendem Licht und basierend auf dem vom Detektor detektiertem, durch die zweite konfokale Blende hindurchtretendem Licht eine Fehlstellung der Messeinrichtung zu erkennen. Dabei kann insbesondere bekannt sein oder vorgegeben sein, welches Verhältnis gewisse Intensitäten der beiden Lichtdetektionen haben sollen. Aus einer Abweichung von einem solchen Verhältnis, welche beispielsweise absolut oder relativ größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, kann beispielsweise auf eine Fehlstellung geschlossen werden. In diesem Fall kann beispielsweise ein Signal ausgegeben werden und/oder es kann automatisiert eine Messung unterbrochen werden, so dass eine Justage erfolgen kann, bevor weitere Messungen erfolgen. The measuring device can in particular have a control device which is configured to detect a misalignment of the measuring device based on detected light entering through the control opening from the side of the illumination imaging optics and based on the light detected by the detector passing through the second confocal aperture. In particular, it can be known or specified which ratio certain intensities of the two light detections should have. A misalignment can be concluded, for example, from a deviation from such a ratio, which is, for example, absolutely or relatively greater than a specified threshold value. In this case, for example, a signal can be output and/or a measurement can be interrupted automatically so that an adjustment can be made before further measurements are carried out.
Gemäß einer Ausführung, welche grundsätzlich mit der bereits beschriebenen Ausführung einer Kontrollöffnung kombinierbar ist, jedoch auch separat ausführbar ist, kann die erste konfokale Blende einen Schlitz aufweisen, durch welchen Licht der Lichtquelle hindurchtritt, und kann ferner zweckmäßig mindestens eine Rücklauföffnung aufweisen, welche neben dem Schlitz angeordnet ist. Die zweite konfokale Blende kann zumindest derart verspiegelt sein, dass aus dem Schlitz der ersten konfokalen Blende in Richtung der Beleuchtungs-Abbildungsoptik austretendes Licht zumindest bei einer Anordnung eines Objekts auf mindestens eine Rücklauföffnung zurückgespiegelt wird. According to an embodiment, which can basically be combined with the already described embodiment of a control opening, but can also be implemented separately, the first confocal aperture can have a slot through which light from the light source passes, and can also expediently have at least one return opening, which is arranged next to the slot. The second confocal aperture can at least be mirrored in such a way that light emerging from the slot of the first confocal aperture in the direction of the illumination imaging optics is reflected back onto at least one return opening, at least when an object is arranged.
Die Rücklauföffnung kann insbesondere derart angeordnet sein, dass sie nicht bei allen Ausrichtungen oder Reflexionseigenschaften von Objekten durch rücklaufendes Licht beleuchtet wird, sondern eben nur in bestimmten Situationen, insbesondere bei bestimmten Objekten oder bestimmten Ausrichtungen des Objekts. Es können
insbesondere auch mehrere Rücklauföffnungen in der ersten konfokalen Blende ausgebildet sein. The return opening can in particular be arranged in such a way that it is not illuminated by returning light in all orientations or reflection properties of objects, but only in certain situations, in particular in the case of certain objects or certain orientations of the object. In particular, several return openings can be formed in the first confocal aperture.
Der Schlitz kann insbesondere eine Längserstreckung aufweisen, und jede Rücklauföffnung kann insbesondere benachbart zu einer Längsseite des Schlitzes angeordnet sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass sich die jeweilige Rücklauföffnung in einem Bereich befindet, welcher sich durch eine Aufweitung der Längsseiten des Schlitzes in einer Richtung quer zur Längserstreckung des Schlitzes ergibt. Dies ermöglicht es insbesondere, dass Licht, welches zu den Rücklauföffnungen gespiegelt wird, nicht grundsätzlich neben anderem Licht verläuft, sondern dieses beispielsweise auch schneiden kann. The slot can in particular have a longitudinal extension, and each return opening can in particular be arranged adjacent to a long side of the slot. This can in particular mean that the respective return opening is located in an area which results from a widening of the long sides of the slot in a direction transverse to the long extension of the slot. This makes it possible in particular for light which is reflected to the return openings not to always run alongside other light, but can also intersect it, for example.
Die Messeinrichtung weist vorteilhaft mindestens einen Rücklaufdetektor auf, welcher dazu ausgebildet ist, durch eine Rücklauföffnung von Seiten der Beleuchtungs- Abbildungsoptik eintretendes Licht zu detektieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Messeinrichtung mindestens einen Lichtleiter aufweisen, welcher durch eine Rücklauföffnung von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik eintretendes Licht dem Detektor zur Detektion zuleitet. Dadurch kann eine Intensität und/oder eine spektrale Zusammensetzung des zurückgelaufenen und durch eine Rücklauföffnung hindurchgetretenen Lichts gemessen werden. Dies kann für Auswertezwecke verwendet werden. The measuring device advantageously has at least one return detector, which is designed to detect light entering through a return opening from the side of the illumination imaging optics. Alternatively or additionally, the measuring device can have at least one light guide, which guides light entering through a return opening from the side of the illumination imaging optics to the detector for detection. This makes it possible to measure an intensity and/or a spectral composition of the light that has returned and passed through a return opening. This can be used for evaluation purposes.
Gemäß einer Ausführung weist die erste konfokale Blende zwei Rücklauföffnungen, insbesondere genau zwei Rücklauföffnungen, auf, welche insbesondere beidseitig des Schlitzes angeordnet sein können. Anders ausgedrückt befindet sich der Schlitz zwischen den beiden Rücklauföffnungen. Dies ermöglicht eine Messung von zurückreflektiertem Licht beidseitig des Schlitzes. According to one embodiment, the first confocal aperture has two return openings, in particular exactly two return openings, which can be arranged in particular on both sides of the slot. In other words, the slot is located between the two return openings. This enables measurement of light reflected back on both sides of the slot.
Die Messeinrichtung kann insbesondere eine Rücklauf-Auswerteeinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, basierend auf detektiertem, durch eine oder mehrere Rücklauföffnungen hindurchtretendem Licht eine Fehlstellung der Messeinrichtung zu erkennen. Dadurch kann insbesondere eine solche Fehlstellung erkannt und dementsprechend ein Signal ausgegeben werden und/oder eine weitere Messung unterbrochen werden, so dass zweckmäßig eine Fehlstellung zunächst korrigiert
werden kann. Insbesondere können zum Erkennen einer Fehlstellung Verhältnisse gebildet werden, mit Grenzwerten verglichen werden, es kann ein zeitlicher Verlauf bestimmt werden und/oder es können Änderungen außerhalb von Grenzwerten detektiert werden. Insbesondere können hierzu Werte verglichen werden, welche aus unterschiedlichen Rücklauföffnungen stammen. The measuring device can in particular have a return evaluation device which is designed to detect a misalignment of the measuring device based on detected light passing through one or more return openings. In this way, such a misalignment can in particular be detected and a signal can be output accordingly and/or a further measurement can be interrupted so that a misalignment can be expediently corrected first. In particular, to detect a misalignment, ratios can be formed, compared with limit values, a temporal progression can be determined and/or changes outside of limit values can be detected. In particular, values that come from different return openings can be compared for this purpose.
Der Schlitz der zweiten konfokalen Blende kann insbesondere eine rechteckige Form haben und/oder langgestreckt sein. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass das Licht nach Durchgang durch die Abbildungsoptiken entlang einer gewissen Breite zum Detektor durchdringen kann. The slit of the second confocal aperture can in particular have a rectangular shape and/or be elongated. This can in particular ensure that the light can penetrate to the detector along a certain width after passing through the imaging optics.
Gemäß einer Ausführung weist die Messeinrichtung eine Lichtleitanordnung auf, welche dazu eingerichtet ist, einen Teil des von der Lichtquelle emittierten Lichts direkt auf den Detektor zu leiten. Dies kann insbesondere eine zusätzliche Auswertung ermöglichen, beispielsweise derart, wie weiter unten näher beschrieben wird. According to one embodiment, the measuring device has a light guide arrangement which is designed to guide part of the light emitted by the light source directly to the detector. This can in particular enable additional evaluation, for example as described in more detail below.
Insbesondere kann die Lichtleitanordnung dazu eingerichtet sein, Licht ohne Durchtritt durch die Beleuchtungs-Abbildungsoptik und die Detektions-Abbildungsoptik auf den Detektor zu leiten. Dies kann insbesondere als ein direktes Leiten von Licht auf den Detektor verstanden werden. Es kann auch als alternative Formulierung verstanden werden. In particular, the light guide arrangement can be designed to guide light to the detector without passing through the illumination imaging optics and the detection imaging optics. This can be understood in particular as a direct guidance of light to the detector. It can also be understood as an alternative formulation.
Die Lichtleitanordnung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, zumindest einen Teil des Lichts ohne Aufspaltung der Wellenlängen auf den Detektor zu leiten. Sie kann auch dazu eingerichtet sein, das von ihr zum Detektor geleitete Licht vollständig ohne Aufspaltung der Wellenlängen auf den Detektor zu leiten. Dies ermöglicht eine Auswertung beispielsweise der gesamten Intensität dieses Lichts. The light guide arrangement can in particular be designed to guide at least part of the light to the detector without splitting the wavelengths. It can also be designed to guide the light it guides to the detector completely to the detector without splitting the wavelengths. This enables an evaluation of the entire intensity of this light, for example.
Die Lichtleitanordnung kann dazu eingerichtet sein, Licht ganz oder teilweise nach Wellenlängen aufzuspalten und dann auf den Detektor zu leiten. Dadurch kann eine wellenlängenaufgelöste Detektion ermöglicht werden. The light guide arrangement can be designed to split light completely or partially according to wavelength and then guide it to the detector. This can enable wavelength-resolved detection.
Der Detektor kann insbesondere dazu eingerichtet sein, das von der Lichtleitanordnung erhaltene, nach Wellenlängen aufgespaltene Licht wellenlängenaufgelöst zu
detektieren. Dies ermöglicht eine wellenlängenaufgelöste Auswertung, was beispielsweise wie weiter unten beschrieben verwendet werden kann. The detector can be designed in particular to detect the light received from the light guide arrangement and split into wavelengths in a wavelength-resolved manner. This enables wavelength-resolved evaluation, which can be used, for example, as described below.
Die Lichtleitanordnung kann insbesondere ein Prisma oder ein Gitter zum Aufspalten des Lichts nach Wellenlängen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die Lichtleitanordnung Licht zum Aufspalten auf ein detektorseitiges Prisma oder ein Gitter des Detektors oder eines Spektrometers richtet. Dadurch kann eine Aufspaltung des Lichts erreicht werden, wobei entweder ohnehin vorhandene oder auch zusätzliche Elemente verwendet werden können. The light guide arrangement can in particular have a prism or a grating for splitting the light according to wavelengths. Alternatively or additionally, it can be provided that the light guide arrangement directs light for splitting onto a prism on the detector side or onto a grating of the detector or a spectrometer. This can split the light, whereby either existing elements or additional elements can be used.
Die Messeinrichtung kann insbesondere eine Auswerteeinrichtung für von der Lichtleitanordnung auf den Detektor geleitetes Licht aufweisen. Dadurch können zusätzliche Auswerteaufgaben realisiert werden, beispielsweise solche, welche weiter unten näher beschrieben werden. The measuring device can in particular have an evaluation device for light guided from the light guide arrangement to the detector. This allows additional evaluation tasks to be implemented, for example those which are described in more detail below.
Die Auswerteeinrichtung kann insbesondere dazu konfiguriert sein, basierend auf einer Intensität des von der Lichtleitanordnung auf den Detektor geleiteten Lichts die Intensität des durch die Abbildungsoptiken auf den Detektor geleiteten Lichts zu normieren. Dadurch können beispielsweise Intensitätsschwankungen der Lichtquelle ausgeglichen werden. Beispielsweise kann das durch die Abbildungsoptiken auf den Detektor geleitete Licht dadurch normiert werden, dass seine gemessene Intensität bzw. wellenlängenabhängige Intensität durch den Wert einer Intensität geteilt wird, welche dem durch die Lichtleitanordnung auf den Detektor geleiteten Licht zugeordnet ist. The evaluation device can in particular be configured to standardize the intensity of the light guided by the imaging optics to the detector based on an intensity of the light guided by the light guide arrangement to the detector. This can, for example, compensate for intensity fluctuations in the light source. For example, the light guided by the imaging optics to the detector can be standardized by dividing its measured intensity or wavelength-dependent intensity by the value of an intensity that is assigned to the light guided by the light guide arrangement to the detector.
Gemäß einer Ausführung ist die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert, basierend auf einer Intensität des von der Lichtleitanordnung auf den Detektor geleiteten Lichts eine Funktion der Lichtquelle zu überprüfen. Dies erlaubt eine einfache Überprüfung der Lichtquelle, insbesondere ob sie Licht ausstrahlt oder nicht, und/oder ob sie Licht in einer vorgegebenen Intensität ausstrahlt. Dadurch kann beispielsweise erkannt werden, ob ein eventuelles Ausbleiben einer Detektion von Licht, welches durch die Abbildungsoptiken durchtreten sollte, auf einer Fehlfunktion der Lichtquelle beruht oder eventuell beispielsweise auf einem nicht vorhandenen Objekt beruht, welches zur Reflexion des Lichts typischerweise benötigt wird. Eine Fehlfunktion der Lichtquelle
kann beispielsweise erkannt werden, wenn die Intensität des von der Lichtleitanordnung auf den Detektor geleiteten Lichts einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet oder nicht vorhanden ist. According to one embodiment, the evaluation device is configured to check a function of the light source based on an intensity of the light guided by the light guide arrangement to the detector. This allows a simple check of the light source, in particular whether it emits light or not, and/or whether it emits light at a predetermined intensity. This makes it possible to detect, for example, whether a possible failure to detect light that should pass through the imaging optics is due to a malfunction of the light source or possibly due to an object that is typically required to reflect the light not being present, for example. A malfunction of the light source can be detected, for example, if the intensity of the light directed from the light guide arrangement to the detector falls below a certain threshold or is not present.
Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise dazu konfiguriert sein, basierend auf einer wellenlängenaufgelösten Intensität des von der Lichtleitanordnung auf den Detektor geleiteten Lichts einen Weißabgleich für das durch die Abbildungsoptiken geleitete Licht bzw. für Messlicht vorzunehmen. Bei dem Messlicht kann es sich insbesondere um dasjenige Licht handeln, welches durch die Abbildungsoptiken hindurchgegangen ist und am Objekt reflektiert wurde. Das Messlicht kann mittels eines Weißabgleichs insbesondere korrigiert werden, bevor eine Höhenbestimmung oder eine andere Auswertung erfolgt. Dadurch können beispielsweise spektrale Änderungen der Lichtquelle erkannt und dementsprechend eine Korrektur mittels Weißabgleichs vorgenommen werden. Dies verbessert die Auswertung oder Erkennung sonstiger Eigenschaften des Objekts. The evaluation device can, for example, be configured to perform a white balance for the light guided through the imaging optics or for measuring light based on a wavelength-resolved intensity of the light guided by the light guide arrangement to the detector. The measuring light can in particular be the light that has passed through the imaging optics and was reflected on the object. The measuring light can in particular be corrected by means of a white balance before a height determination or another evaluation takes place. This makes it possible, for example, to detect spectral changes in the light source and to make a correction accordingly by means of white balance. This improves the evaluation or recognition of other properties of the object.
Die Auswerteeinrichtung kann insbesondere dazu konfiguriert sein, ein Spektrum des durch die Abbildungsoptiken auf den Detektor geleiteten Lichts mit einem Spektrum von durch die Lichtleitanordnung geleitetem Licht zu vergleichen und basierend darauf die Messeinrichtung zu überprüfen. Dadurch können diverse Überprüfungsfunktionalitäten implementiert werden, welche beispielsweise einen Hinweis auf eine falsche Ausrichtung oder eine falsche Positionierung oder Ausrichtung eines Objekts geben können. The evaluation device can be configured in particular to compare a spectrum of the light guided through the imaging optics onto the detector with a spectrum of light guided through the light guide arrangement and to check the measuring device based on this. This allows various checking functions to be implemented, which can, for example, provide an indication of incorrect alignment or incorrect positioning or alignment of an object.
Insbesondere kann das Spektrum des durch die Abbildungsoptiken auf den Detektor geleiteten Lichts mittels eines reflektierenden Objekts bei unterschiedlichen Höhen erzeugt werden. Insbesondere kann hierzu ein Objekt verwendet werden, welches in geeigneter Weise reflektiert. Die Höhe eines Objekts kann dabei variiert werden, so dass unterschiedliche Fokuspunkte auf dem Objekt zum Liegen kommen und entsprechende Wellenlängen reflektiert werden. Dadurch wird es ermöglicht, ein Spektrum aufzunehmen, welches auf unterschiedlichen Höhen eines Objekts basiert und damit auf unterschiedlichen reflektierten Wellenlängen. Dies kann insbesondere auch als Verfahrensaspekt verstanden werden.
Die Lichtleitanordnung kann insbesondere eine Faser zur Führung des Lichts aufweisen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Glasfaser handeln. Es können auch mehrere Fasern verwendet werden. Auch Strecken, in welchen das Licht durch Luft geleitet wird, können jedoch vorgesehen sein. In particular, the spectrum of the light directed through the imaging optics onto the detector can be generated using a reflective object at different heights. In particular, an object that reflects in a suitable manner can be used for this purpose. The height of an object can be varied so that different focal points are located on the object and corresponding wavelengths are reflected. This makes it possible to record a spectrum that is based on different heights of an object and thus on different reflected wavelengths. This can also be understood as a process aspect. The light guide arrangement can in particular have a fiber for guiding the light. This can be a glass fiber, for example. Several fibers can also be used. However, paths in which the light is guided through air can also be provided.
Die Lichtleitanordnung kann insbesondere an die zweite konfokale Blende gekoppelt sein, so dass Licht aus der Lichtleitanordnung durch die zweite konfokale Blende bzw. eine darin vorhandene Öffnung hindurch zum Detektor gelangt. Dies erlaubt ein ähnliches oder äquivalentes Einkoppeln des durch die Lichtleitanordnung geleiteten Lichts. The light guide arrangement can in particular be coupled to the second confocal aperture, so that light from the light guide arrangement passes through the second confocal aperture or an opening therein to the detector. This allows a similar or equivalent coupling of the light guided through the light guide arrangement.
Die Lichtleitanordnung kann insbesondere Licht zwischen Lichtquelle und erster konfokaler Blende aufnehmen. Anders ausgedrückt wird Licht von der Lichtquelle emittiert und gelangt teilweise zur ersten konfokalen Blende, teilweise zur Lichtleitanordnung und wird von der Lichtleitanordnung wie weiter oben erwähnt direkt zum Detektor geleitet. Dadurch kann möglichst unverfälschtes und noch nicht durch andere optische Elemente gegangenes Licht in die Lichtleitanordnung eingekoppelt werden. The light guide arrangement can in particular absorb light between the light source and the first confocal aperture. In other words, light is emitted by the light source and reaches partly the first confocal aperture, partly the light guide arrangement and is guided by the light guide arrangement directly to the detector as mentioned above. This means that light that is as unadulterated as possible and has not yet passed through other optical elements can be coupled into the light guide arrangement.
Gemäß einer Ausführung weist die Messeinrichtung eine Gegenlichtquelle auf, welche dazu eingerichtet ist, Gegenlicht an der zweiten konfokalen Blende auf die Detektions- Abbildungsoptik zu emittieren. According to one embodiment, the measuring device has a backlight source which is configured to emit backlight at the second confocal aperture onto the detection imaging optics.
Mittels einer solchen Ausführung kann ein Gegenlichtstrahl erzeugt werden, welcher durch die Detektions-Abbildungsoptik läuft, am Objekt gespiegelt wird und anschließend durch die Beleuchtungs-Abbildungsoptik verläuft. Er kann für weitere Überprüfungsoder Optimierungsaufgaben verwendet werden. Es kann davon gesprochen werden, dass für die Zwecke des Gegenlichts die Beleuchtungs-Abbildungsoptik und die Detektions-Abbildungsoptik ihre jeweiligen Funktionen im Vergleich zum auf den Detektor gerichteten Licht vertauschen. Diese sind somit funktional miteinander verbunden. Using such a design, a backlight beam can be generated that runs through the detection imaging optics, is reflected on the object and then runs through the illumination imaging optics. It can be used for further checking or optimization tasks. It can be said that for the purposes of backlight, the illumination imaging optics and the detection imaging optics swap their respective functions compared to the light directed at the detector. They are thus functionally linked.
Insbesondere kann das Gegenlicht von der Detektions-Abbildungsoptik auf das Objekt gerichtet werden. Dadurch kann insbesondere ein Strahlengang realisiert werden,
welcher beispielsweise dem Inversen des bereits beschriebenen Strahlengangs entspricht. Das Gegenlicht kann dabei ebenso vom Objekt reflektiert werden wie das von der Beleuchtungs-Abbildungsoptik auftreffende Licht. Insbesondere kann die Detektions-Abbildungsoptik für das Gegenlicht die gleiche Wirkung haben wie die Beleuchtungs-Abbildungsoptik für das von der weiter oben beschriebenen Lichtquelle ausgesandte Licht. In particular, the backlight can be directed onto the object by the detection imaging optics. This makes it possible to create a beam path, which, for example, corresponds to the inverse of the beam path already described. The backlight can be reflected from the object in the same way as the light incident from the illumination imaging optics. In particular, the detection imaging optics can have the same effect for the backlight as the illumination imaging optics for the light emitted by the light source described above.
Insbesondere kann das Gegenlicht entgegengesetzt zum Licht der Lichtquelle, welches durch die erste konfokale Blende zur Beleuchtungs-Abbildungsoptik gelangt, gerichtet werden. Insbesondere kann es bei der Einkopplung antiparallel zum Licht der Lichtquelle sein. In particular, the backlight can be directed opposite to the light from the light source, which passes through the first confocal aperture to the illumination imaging optics. In particular, it can be antiparallel to the light from the light source when coupled in.
Insbesondere kann die Gegenlichtquelle einen Laser zur Erzeugung des Gegenlichts aufweisen und/oder das Gegenlicht kann ein Laserlicht sein oder aufweisen. Derartige Laser sind insbesondere deshalb vorteilhaft, weil sie einen sehr kleinen Lichtstrahl, d.h. insbesondere einen Lichtstrahl mit kleinem Durchmesser, erzeugen. Dieser kann insbesondere im optischen Wellenlängenbereich liegen. Er kann dann insbesondere gut auch mit bloßem Auge erkennbar sein. Die Verwendung von Laserlicht erlaubt die Verwendung einer sehr gut bekannten diskreten Wellenlänge. Diese kann von den optischen Elementen entsprechend ihrer Wellenlänge verarbeitet werden. In particular, the backlight source can have a laser for generating the backlight and/or the backlight can be or have laser light. Such lasers are particularly advantageous because they generate a very small light beam, i.e. in particular a light beam with a small diameter. This can in particular be in the optical wavelength range. It can then also be easily visible to the naked eye. The use of laser light allows the use of a very well-known discrete wavelength. This can be processed by the optical elements according to its wavelength.
Die Gegenlichtquelle kann insbesondere eine Quelle mit kontinuierlichem Spektrum aufweisen und/oder das Gegenlicht kann ein Licht mit kontinuierlichem Spektrum sein oder aufweisen. Dadurch können mehrere Wellenlängen gleichzeitig verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Gegenlichtquelle auch Licht mit mehreren diskreten Wellenlängen oder mit mehreren nicht überlappenden Wellenlängenbereichen emittieren. Damit können unterschiedliche diskrete Wellenlängen oder unterschiedliche nicht überlappende Wellenlängenbereiche separat beobachtet werden. Die genannten Ausführungen zur Verwendung eines Lasers, eines kontinuierlichen Spektrums oder diskreter Wellenlängen bzw. nicht überlappender Wellenlängenbereiche können auch beliebig miteinander kombiniert werden. The backlight source can in particular have a source with a continuous spectrum and/or the backlight can be or have a light with a continuous spectrum. This allows several wavelengths to be used simultaneously. Alternatively or additionally, the backlight source can also emit light with several discrete wavelengths or with several non-overlapping wavelength ranges. This allows different discrete wavelengths or different non-overlapping wavelength ranges to be observed separately. The above-mentioned embodiments regarding the use of a laser, a continuous spectrum or discrete wavelengths or non-overlapping wavelength ranges can also be combined with one another as desired.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine oder mehrere diskrete Wellenlängen und/oder ein oder mehrere Wellenlängenbereiche der Gegenlichtquelle außerhalb des
Spektrums der Lichtquelle liegen. Dadurch kann eine weitergehende Funktionalität implementiert werden, welche mit dem Spektrum der Lichtquelle nicht möglich wäre. Beispielsweise kann eine Höhenbestimmung eines Objekts auch außerhalb der Fokuspunkte, welche durch das Spektrum der Lichtquelle induziert werden, ermöglicht werden. In particular, it can be provided that one or more discrete wavelengths and/or one or more wavelength ranges of the backlight source outside the spectrum of the light source. This allows for the implementation of more advanced functionality that would not be possible with the spectrum of the light source. For example, the height of an object can be determined even outside of the focus points induced by the spectrum of the light source.
Insbesondere kann die Messeinrichtung einen Gegenlichtdetektor zur Erfassung des Gegenlichts nach Durchgang durch die Detektions-Abbildungsoptik und die Beleuchtungs-Abbildungsoptik aufweisen. Zwischen der Detektions-Abbildungsoptik und der Beleuchtungs-Abbildungsoptik wird das Gegenlicht typischerweise vom Objekt reflektiert. Der Gegenlichtdetektor ermöglicht eine Messung des Gegenlichts, beispielsweise eine Intensität oder eine wellenlängenabhängige Intensität, und ermöglicht damit diverse Auswertungen. In particular, the measuring device can have a backlight detector for detecting the backlight after it has passed through the detection imaging optics and the illumination imaging optics. The backlight is typically reflected from the object between the detection imaging optics and the illumination imaging optics. The backlight detector enables the backlight to be measured, for example an intensity or a wavelength-dependent intensity, and thus enables various evaluations.
Die Messeinrichtung kann insbesondere eine Auswerteeinrichtung aufweisen. Diese kann insbesondere dazu konfiguriert sein, basierend auf jeweiligen Intensitäten der diskreten Wellenlängen oder der Wellenlängenbereiche eine Abschätzung einer Höhe des Objekts zu ermitteln. Dies kann insbesondere eine schnelle Abschätzung ermöglichen, welche beispielsweise dadurch schneller funktionieren kann, dass das Gegenlicht ein insbesondere im Vergleich zur Lichtquelle weniger komplexes Spektrum aufweist und/oder Wellenlängen aufweist, welche in der Lichtquelle nicht vorhanden sind. Beispielsweise kann durch die Verwendung von nur wenigen diskreten Wellenlängen, beispielsweise vier diskreten Wellenlängen, eine erste Abschätzung einer Höhe des Objekts ermittelt werden, welche dann für eine genauere Höhenbestimmung verwendet werden kann. Die genauere Höhenbestimmung kann beispielsweise mittels des vom Detektor detektierten, von der Lichtquelle emittierten Lichts erfolgen. Die zweite konfokale Blende kann insbesondere einen Schlitz aufweisen, durch welchen Licht zum Detektor hindurchtritt, wobei der Schlitz eine Längserstreckung aufweist, und die Gegenlichtquelle kann insbesondere das Gegenlicht ganz oder teilweise auf eine Verlängerung der Längserstreckung emittieren bzw. es kann dahin geleitet werden. An dieser Stelle kann das Gegenlicht dann insbesondere durch die zweite konfokale Blende bzw. eine darin ausgebildete Öffnung hindurchtreten und kann somit zur Detektions-Abbildungsoptik gelangen.
Die zweite konfokale Blende kann insbesondere einen Schlitz aufweisen, durch welchen Licht zum Detektor hindurchtritt, wobei der Schlitz eine Längserstreckung aufweist. Die Gegenlichtquelle kann insbesondere das Gegenlicht ganz oder teilweise benachbart zu einer Längsseite des Schlitzes emittieren. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das Gegenlicht an einer Stelle aus der zweiten konfokalen Blende bzw. einer darin ausgebildeten Öffnung austritt, welche durch eine Verlängerung der Längsseiten des Schlitzes in einer Richtung quer zur Längserstreckung des Schlitzes definiert wird. The measuring device can in particular have an evaluation device. This can in particular be configured to determine an estimate of a height of the object based on respective intensities of the discrete wavelengths or the wavelength ranges. This can in particular enable a quick estimate, which can work faster, for example, because the backlight has a less complex spectrum, in particular compared to the light source, and/or has wavelengths that are not present in the light source. For example, by using only a few discrete wavelengths, for example four discrete wavelengths, a first estimate of a height of the object can be determined, which can then be used for a more precise height determination. The more precise height determination can be carried out, for example, by means of the light emitted by the light source and detected by the detector. The second confocal aperture can in particular have a slit through which light passes to the detector, the slit having a longitudinal extension, and the backlight source can in particular emit the backlight in whole or in part on an extension of the longitudinal extension or it can be directed there. At this point, the backlight can then pass through the second confocal aperture or an opening formed therein and can thus reach the detection imaging optics. The second confocal aperture can in particular have a slot through which light passes to the detector, the slot having a longitudinal extension. The backlight source can in particular emit the backlight completely or partially adjacent to a long side of the slot. This can in particular mean that the backlight exits the second confocal aperture or an opening formed therein at a point which is defined by an extension of the long sides of the slot in a direction transverse to the long side of the slot.
Bei der Lichtquelle kann es sich beispielsweise um eine Lampe handeln, insbesondere eine Leuchtdiode oder umfassend mehrere Leuchtdioden, welche nicht nur monochromatisch ausstrahlt. Es kann vorgesehen sein, dass mehrere unterschiedliche diskrete Wellenlängen ausgestrahlt werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein kontinuierliches Spektrum von Wellenlängen ausgestrahlt wird. In beiden Fällen handelt es sich nicht um eine monochromatische Lichtquelle. Ein kontinuierliches Spektrum kann insbesondere über einen gewissen Bereich von Wellenlängen derart ausgebildet sein, dass zu jeder Wellenlänge innerhalb dieses Bereichs eine nicht verschwindende Intensität vorhanden ist, welche beispielsweise mittels eines Spektrometers messbar ist und/oder über einem jeweiligen oder allgemeinen Schwellenwert liegt. The light source can be, for example, a lamp, in particular a light-emitting diode or comprising several light-emitting diodes, which does not only emit monochromatically. It can be provided that several different discrete wavelengths are emitted. It can also be provided that a continuous spectrum of wavelengths is emitted. In both cases, it is not a monochromatic light source. A continuous spectrum can be designed in particular over a certain range of wavelengths such that for each wavelength within this range there is a non-vanishing intensity, which can be measured for example by means of a spectrometer and/or is above a respective or general threshold value.
Unter einer Blende wird grundsätzlich ein Objekt verstanden, welches sich über eine gewisse Fläche erstreckt und eine oder mehrere Öffnungen und/oder einen oder mehrere Schlitze hat, durch welche Licht hindurchtreten kann. Die erste konfokale Blende ist typischerweise optisch unmittelbar nach der Lichtquelle angeordnet. Das Licht der Lichtquelle tritt dabei typischerweise durch eine Öffnung in der ersten konfokalen Blende. Ebenso weist die zweite konfokale Blende typischerweise eine Öffnung auf, durch welche Licht von der Detektions-Abbildungsoptik zum Detektor gelangt. An aperture is basically an object that extends over a certain area and has one or more openings and/or one or more slits through which light can pass. The first confocal aperture is typically arranged optically immediately after the light source. The light from the light source typically passes through an opening in the first confocal aperture. The second confocal aperture also typically has an opening through which light passes from the detection imaging optics to the detector.
Das Liniensegment ist typischerweise dasjenige Segment, in welchem tatsächlich Fokuspunkte aufgrund des Wellenlängenspektrums bzw. der emittierten Wellenlängen der Lichtquelle und der Beleuchtungs-Abbildungsoptik vorhanden sind. Wenn das Objekt dieses Liniensegment schneidet, wird somit ein Fokuspunkt einer bestimmten Wellenlänge auf der Oberfläche des Objekts liegen, und es ist davon auszugehen, dass
eben bei einer solchen Wellenlänge eine besonders hohe und präzise Reflexion am Objekt erfolgt. Dies ermöglicht letztlich eine Bestimmung, welche Wellenlänge einen Fokuspunkt hat, welcher auf der Oberfläche des Objekts angeordnet ist, was wiederum eine Vermessung des Objekts ermöglicht. Das Liniensegment kann gerade sein, es kann jedoch auch gebogen sein oder eine komplexere Form haben. The line segment is typically the segment in which there are actually focal points due to the wavelength spectrum or the emitted wavelengths of the light source and the illumination imaging optics. If the object intersects this line segment, a focal point of a certain wavelength will lie on the surface of the object, and it can be assumed that It is precisely at such a wavelength that a particularly high and precise reflection occurs on the object. This ultimately makes it possible to determine which wavelength has a focal point that is located on the surface of the object, which in turn makes it possible to measure the object. The line segment can be straight, but it can also be curved or have a more complex shape.
Die Brennweite des ersten Linsensystems für eine erste Wellenlänge der Lichtquelle kann sich insbesondere von der Brennweite des ersten Linsensystems für eine zweite Wellenlänge der Lichtquelle um einen Betrag df unterscheiden. Der Quotient aus df und der Brennweite des ersten Linsensystems für eine zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge befindliche Wellenlänge kann insbesondere mehr als 5 % betragen. Dies wird für typische Anwendungen als ausreichende Aberration betrachtet, welche für eine geeignete Anordnung der Fokuspunkte sorgt. Insbesondere können hierbei Wellenlängen innerhalb des Spektrums der Lichtquelle betrachtet werden. Insbesondere können diese zwischen einer größten Wellenlänge und einer kleinsten Wellenlänge, welche die Lichtquelle emittiert, angeordnet sein. The focal length of the first lens system for a first wavelength of the light source can differ in particular from the focal length of the first lens system for a second wavelength of the light source by an amount df. The quotient of df and the focal length of the first lens system for a wavelength between the first wavelength and the second wavelength can in particular be more than 5%. For typical applications, this is considered to be sufficient aberration, which ensures a suitable arrangement of the focus points. In particular, wavelengths within the spectrum of the light source can be considered here. In particular, these can be arranged between a longest wavelength and a smallest wavelength that the light source emits.
Insbesondere kann die longitudinale Aufspaltung der Fokuspunkt-Lagen mindestens 0,1 -mal die laterale Aufspaltung der Fokuspunkt-Lagen betragen. Die longitudinale Aufspaltung, welche insbesondere entlang einer optischen Achse des ersten Linsensystems der Beleuchtungs-Anregungsoptik gemessen werden kann, kann insbesondere kleiner sein als die laterale Aufspaltung, welche quer zur optischen Achse gemessen wird. Insbesondere kann die optische Achse einen Winkel von mindestens 20° oder höchstens 45° zu einer typischen Probenoberfläche einnehmen. In particular, the longitudinal splitting of the focus point positions can be at least 0.1 times the lateral splitting of the focus point positions. The longitudinal splitting, which can be measured in particular along an optical axis of the first lens system of the illumination excitation optics, can in particular be smaller than the lateral splitting, which is measured transversely to the optical axis. In particular, the optical axis can assume an angle of at least 20° or at most 45° to a typical sample surface.
Das erste Linsensystem kann insbesondere mindestens eine Linse mit einer Abbe-Zahl kleiner 40 umfassen. Derartige Linsen haben sich für die hier relevante Anwendung als vorteilhaft erwiesen. The first lens system can in particular comprise at least one lens with an Abbe number of less than 40. Such lenses have proven to be advantageous for the application relevant here.
Das Liniensegment, welches durch die Fokuspunkt-Lagen der unterschiedlichen Wellenlängen geht, kann insbesondere einen Winkel kleiner als 60° und/oder größer als 30°, oder von 45°, zu einer Mittenachse des ersten Linsensystems aufweisen. Somit erfolgt ein Schrägeinfall des Lichts auf eine Oberfläche des Objekts, so dass das Licht auch wieder schräg reflektiert wird.
Die Beleuchtungs-Abbildungsoptik kann insbesondere eine Kollimatorlinse umfassen, welche zwischen Lichtquelle und erstem aufspaltendem optischem Element angeordnet ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass keine solche Kollimatorlinse vorgesehen ist oder dass die Kollimation durch eine Mehrzahl von Linsen umgesetzt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das aufspaltende optische Element oder der erste Teil des aufspaltenden optischen Elements eine Kollimation vornimmt. Auch ohne Kollimation kann die Messeinrichtung jedoch betrieben werden. The line segment that passes through the focus point positions of the different wavelengths can in particular have an angle of less than 60° and/or greater than 30°, or of 45°, to a central axis of the first lens system. This means that the light falls obliquely onto a surface of the object, so that the light is also reflected obliquely. The illumination imaging optics can in particular comprise a collimator lens which is arranged between the light source and the first splitting optical element. However, it can also be provided that no such collimator lens is provided or that the collimation is implemented by a plurality of lenses. It can also be provided that the splitting optical element or the first part of the splitting optical element carries out a collimation. However, the measuring device can also be operated without collimation.
Insbesondere kann das Licht kollim iert auf das erste aufspaltende optische Element treffen. Ebenso kann das Licht kollimiert auf den ersten Teil des aufspaltenden optischen Elements treffen. Dadurch kann insbesondere eine definierte Strahlführung vor dem ersten aufspaltenden optischen Element erreicht werden, so dass eine anschließende gezielte Fokussierung vorteilhaft möglich ist. Zudem werden durch das kollim ierte Durchtreten durch das Prisma durch dieses verursachte Abbildungsfehler minimiert. In particular, the light can hit the first splitting optical element in a collimated manner. The light can also hit the first part of the splitting optical element in a collimated manner. This makes it possible to achieve a defined beam guidance in front of the first splitting optical element, so that subsequent targeted focusing is advantageously possible. In addition, the collimated passage through the prism minimizes imaging errors caused by this.
Das erste aufspaltende optische Element oder der erste Teil des aufspaltenden optischen Elements kann insbesondere ein Gitter sein. Das erste Linsensystem kann insbesondere mindestens eine Diffraktivlinse umfassen. Eine solche Diffraktivlinse kann insbesondere vorteilhaft mit dem erwähnten Gitter kombiniert werden. The first splitting optical element or the first part of the splitting optical element can in particular be a grating. The first lens system can in particular comprise at least one diffractive lens. Such a diffractive lens can in particular be advantageously combined with the mentioned grating.
Das erste Linsensystem kann insbesondere eine Mittenachse aufweisen, welche geneigt zu einer Strahlrichtung vor dem ersten aufspaltenden optischen Element oder vor dem ersten Teil des aufspaltenden optischen Elements ausgerichtet ist. The first lens system can in particular have a central axis which is aligned at an inclination to a beam direction in front of the first splitting optical element or in front of the first part of the splitting optical element.
Licht mit einer Wellenlänge fO der von der Lichtquelle emittierten Wellenlängen kann insbesondere parallel zur Mittenachse des ersten Linsensystems auf das erste Linsensystem fallen. Dies kann für eine Wellenlänge fO in dem Spektrum der Lichtquelle gelten. Vorteilhafterweise ist die Wellenlänge fO nahe der Mitte des Spektralbereichs der Lichtquelle. Sie wird dann als Mittenwellenlänge bezeichnet. Andere Wellenlängen können typischerweise einen gewissen Winkel dazu einnehmen.
Die erste konfokale Blende kann insbesondere eine Schlitzblende sein. Insbesondere ist unter einer Schlitzblende eine Blende mit einem Schlitz zu verstehen, welcher in einer Raumrichtung (Längsrichtung) signifikant ausgedehnter, insbesondere um mindestens eine Größenordnung bzw. einen Faktor 10 ausgedehnter, ist als in einer anderen Raumrichtung. Die beiden Raumrichtungen können insbesondere quer zueinander stehen und/oder eine Ebene der Schlitzblende definieren. Für jede Wellenlängen wird in diesem Fall eine Fokuslinie gebildet, welche entlang einem Flächensegment angeordnet ist, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems bildet. Insbesondere können die Fokuspunkte auf einer jeweiligen Fokuslinie liegen. In dieser Ausführungsform werden statt Fokuspunkten Fokuslinien an verschiedenen Orten gebildet, welche statt entlang eines Liniensegments auf einem Flächensegment liegen, dessen eine Dimension der langen Kante der Schlitzblende entspricht und dessen andere Dimension alle Eigenschaften des oben beschriebenen Liniensegments hat. Alle in Bezug auf Fokuspunkte und Liniensegment beschriebene Merkmale finden analog auf Fokuslinien und Flächensegment Anwendung. Die Beleuchtungs-Abbildungsoptik ist derart ausgebildet, dass die Fokuslinien unterschiedlicher Wellenlängen an unterschiedlichen Orten gebildet werden, wobei die Orte entlang eines Flächensegments liegen, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems bildet. Die Messeinrichtung ist dazu ausgebildet, ein Objekt zu vermessen, welches das Flächensegment schneidet. Die zweite konfokale Blende ist in diesem Fall typischerweise als eine der ersten konfokalen Blende entsprechende Schlitzblende ausgebildet. Mit dieser Ausführungsform kann eine ganze Linie entlang der Oberfläche, bzw. eine Mehrzahl von Punkten auf dieser Linie, gleichzeitig vermessen werden. Light with a wavelength fO of the wavelengths emitted by the light source can fall on the first lens system in particular parallel to the center axis of the first lens system. This can apply to a wavelength fO in the spectrum of the light source. Advantageously, the wavelength fO is close to the center of the spectral range of the light source. It is then referred to as the center wavelength. Other wavelengths can typically take a certain angle to this. The first confocal aperture can in particular be a slit aperture. In particular, a slit aperture is understood to mean an aperture with a slit which is significantly more extensive in one spatial direction (longitudinal direction), in particular by at least one order of magnitude or a factor of 10, than in another spatial direction. The two spatial directions can in particular be perpendicular to one another and/or define a plane of the slit aperture. In this case, a focus line is formed for each wavelength, which is arranged along a surface segment which forms an acute angle to the center axis of the first lens system. In particular, the focus points can lie on a respective focus line. In this embodiment, focus lines are formed at different locations instead of focus points, which lie on a surface segment instead of along a line segment, one dimension of which corresponds to the long edge of the slit aperture and the other dimension of which has all the properties of the line segment described above. All features described in relation to focus points and line segments apply analogously to focus lines and surface segments. The illumination imaging optics are designed such that the focus lines of different wavelengths are formed at different locations, the locations being located along a surface segment that forms an acute angle to the center axis of the first lens system. The measuring device is designed to measure an object that intersects the surface segment. In this case, the second confocal aperture is typically designed as a slit aperture corresponding to the first confocal aperture. With this embodiment, an entire line along the surface, or a plurality of points on this line, can be measured simultaneously.
Die Detektions-Abbildungsoptik kann insbesondere ein zweites aufspaltendes optisches Element oder den zweiten Teil des aufspaltenden optischen Elements umfassen, welches bzw. welcher als Prisma oder Gitter ausgeführt ist. Sie kann auch ein zweites Linsensystem umfassen. Insbesondere kann die Detektions-Abbildungsoptik ganz oder zumindest im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur Beleuchtungs-Abbildungsoptik ausgebildet sein. In diesem Fall sind die Liniensegmente, auf denen sich die Fokuspunkte der verschiedenen Wellenlängen befinden, vorteilhafterweise entlang der Spiegelebene ausgerichtet.
Das zweite aufspaltende optische Element kann insbesondere baugleich und/oder spiegelsymmetrisch zum ersten aufspaltenden optischen Element ausgeführt sein. Ebenso kann der erste Teil des aufspaltenden optischen Elements baugleich bzw. spiegelsymmetrisch zum zweiten Teil des aufspaltenden optischen Elements ausgeführt sein. Das zweite Linsensystem kann insbesondere baugleich zum ersten Linsensystem ausgeführt sein. Dies erlaubt eine Strahlführung, bei der die Detektions-Abbildungsoptik für genau diejenigen Strahlen und Wellenlängen, welche auf einer reflektierenden Oberfläche des Objekts fokussiert sind, den aufspaltenden und abbildenden Effekt der Beleuchtungs-Abbildungsoptik umkehrt. Diese Strahlen werden dann an einem Ort auf der zweiten konfokalen Blende fokussiert, welcher spiegelsymmetrisch zu dem Ort auf der ersten konfokalen Blende ist, durch den die Strahlen durchgetreten waren. Dies ermöglicht eine einfache Abstimmung der Elemente aufeinander und eine gute Fokussierung auf der zweiten konfokalen Blende. The detection imaging optics can in particular comprise a second splitting optical element or the second part of the splitting optical element, which is designed as a prism or grating. It can also comprise a second lens system. In particular, the detection imaging optics can be designed completely or at least essentially mirror-symmetrically to the illumination imaging optics. In this case, the line segments on which the focus points of the different wavelengths are located are advantageously aligned along the mirror plane. The second splitting optical element can in particular be of identical construction and/or mirror-symmetrical to the first splitting optical element. Likewise, the first part of the splitting optical element can be of identical construction or mirror-symmetrical to the second part of the splitting optical element. The second lens system can in particular be of identical construction to the first lens system. This allows beam guidance in which the detection imaging optics reverse the splitting and imaging effect of the illumination imaging optics for precisely those rays and wavelengths that are focused on a reflective surface of the object. These rays are then focused at a location on the second confocal aperture that is mirror-symmetrical to the location on the first confocal aperture through which the rays passed. This enables the elements to be easily coordinated with one another and good focusing on the second confocal aperture.
Der Detektor kann insbesondere ein Spektrometer umfassen und kann insbesondere dazu eingerichtet sein, eine oder mehrere Wellenlängen maximaler Intensität und/oder eine oder mehrere, zu einer jeweiligen Wellenlänge korrespondierende maximale Intensität zu bestimmen. Damit können insbesondere Auswertungen in Bezug auf eine Höhe vorgenommen werden. The detector can in particular comprise a spectrometer and can in particular be designed to determine one or more wavelengths of maximum intensity and/or one or more maximum intensities corresponding to a respective wavelength. This can be used in particular to carry out evaluations in relation to a height.
Insbesondere kann Licht von der Lichtquelle durch die erste konfokale Blende treten und dann auf die Beleuchtungs-Abbildungsoptik treffen, insbesondere auf eine Linse der Beleuchtungs-Abbildungsoptik oder auf ein aufspaltendes optisches Element der Beleuchtungs-Abbildungsoptik oder einen Teil davon. In particular, light from the light source can pass through the first confocal aperture and then strike the illumination imaging optics, in particular a lens of the illumination imaging optics or a splitting optical element of the illumination imaging optics or a part thereof.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese können auch weitere erfindungsrelevante Merkmale enthalten. Dabei zeigen: Fig. 1 : eine chromatisch konfokale Messeinrichtung gemäß einem erstenThe invention will now be described with reference to the accompanying drawings. These may also contain further features relevant to the invention. In the drawings: Fig. 1: a chromatic confocal measuring device according to a first
Ausführungsbeispiel (Stand der Technik), Example of implementation (state of the art),
Fig. 2: eine chromatisch konfokale Messeinrichtung gemäß einem zweitenFig. 2: a chromatic confocal measuring device according to a second
Ausführungsbeispiel, Example,
Fig. 3a bis 3c: eine chromatisch konfokale Messeinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4a bis 4c: eine chromatisch konfokale Messeinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, Fig. 3a to 3c: a chromatic confocal measuring device according to a third embodiment, Fig. 4a to 4c: a chromatic confocal measuring device according to a fourth embodiment,
Fig. 5a bis 5c: eine chromatisch konfokale Messeinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 5a to 5c: a chromatic confocal measuring device according to a fifth embodiment,
Fig. 6a: eine chromatisch konfokale Messeinrichtung gemäß einem sechstenFig. 6a: a chromatic confocal measuring device according to a sixth
Ausführungsbeispiel, Example,
Fig. 6b: ein auf einem Objekt entstehendes Muster, und Fig. 6b: a pattern emerging on an object, and
Fig. 7a bis 7c: eine chromatisch konfokale Messeinrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel. Fig. 7a to 7c: a chromatic confocal measuring device according to a seventh embodiment.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 fällt unter den Schutzbereich von Anspruch 1 . The embodiment of Fig. 2 falls within the scope of claim 1.
Fig. 1 zeigt eine chromatisch konfokale Messeinrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches nicht unter Anspruch 1 der Anmeldung fällt. Es handelt sich hierbei vielmehr um eine grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannte Ausführung, beispielsweise wie in dem eingangs genannten Dokument realisiert. Fig. 1 shows a chromatic confocal measuring device 100 according to an embodiment which does not fall under claim 1 of the application. Rather, this is an embodiment which is basically known from the prior art, for example as implemented in the document mentioned at the beginning.
Die Messeinrichtung 100 ist dazu ausgebildet, eine Oberfläche eines Objekts 105 zu vermessen. Insbesondere geht es dabei um die Höhe der Oberfläche entlang einer vertikalen Richtung in Fig. 1. The measuring device 100 is designed to measure a surface of an object 105. In particular, this concerns the height of the surface along a vertical direction in Fig. 1.
Die Messeinrichtung 100 weist eine Auswerteeinrichtung 110 auf. Die Auswerteeinrichtung 110 ist dazu ausgebildet, diverse Steuerungs- und Auswertungsaufgaben auszuführen. Je nach Funktionalität kann sie auch anders bezeichnet werden. The measuring device 100 has an evaluation device 110. The evaluation device 110 is designed to carry out various control and evaluation tasks. Depending on its functionality, it can also be called something different.
Die Messeinrichtung 100 weist eine Lichtquelle 120 auf. Diese emittiert ein Licht mit einem verhältnismäßig breiten Wellenlängenspektrum. Insbesondere deckt dieses vorliegend im Wesentlichen den Bereich des sichtbaren Lichts ab. Unmittelbar angrenzend an die Lichtquelle 120 ist eine erste konfokale Blende 130 ausgebildet. In dieser ist eine nicht separat dargestellte Öffnung in Form eines Schlitzes ausgebildet, durch welche das Licht der ersten Lichtquelle 120 hindurchtritt.
Anschließend gelangt es auf eine Beleuchtungs-Abbildungsoptik 200. Diese weist eingangsseitig eine Sammellinse 220 und eine nachgeschaltete Sammellinse 225 auf. Diese beiden Linsen 220, 225 kollimieren zunächst das Licht, bevor dieses auf ein erstes aufspaltendes optisches Element 210 trifft. Sie können deshalb als Kollimatorlinsen bezeichnet werden. Das aufspaltende optische Element 210 ist vorliegend als Prisma ausgebildet. Es spaltet das einfallende Licht wellenlängenabhängig auf, wodurch unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Richtungen einnehmen. The measuring device 100 has a light source 120. This emits light with a relatively broad wavelength spectrum. In particular, in the present case, this essentially covers the range of visible light. A first confocal aperture 130 is formed immediately adjacent to the light source 120. In this aperture, an opening (not shown separately) in the form of a slot is formed through which the light from the first light source 120 passes. It then reaches an illumination imaging optics 200. This has a converging lens 220 on the input side and a downstream converging lens 225. These two lenses 220, 225 first collimate the light before it hits a first splitting optical element 210. They can therefore be referred to as collimator lenses. The splitting optical element 210 is designed as a prism in this case. It splits the incident light depending on the wavelength, whereby different wavelengths take different directions.
Optisch nachgelagert ist ein erstes Linsensystem 230, welches vorliegend aus einer Sammellinse, einer Zerstreuungslinse und wiederum einer Sammellinse gebildet ist, auf welche hier nicht näher eingegangen wird. Das erste Linsensystem 230 und das erste aufspaltende optische Element 210 sind zusammen derart ausgebildet, dass Fokuspunkte abhängig von der Wellenlänge entlang eines Liniensegments 160 angeordnet sind. Das Liniensegment 160 ist eine gerade Linie, entlang welcher die Fokuspunkte für unterschiedliche Wellenlängen angeordnet sind. Dies bedeutet, dass unterschiedliche Wellenlängen des Lichts der Lichtquelle 120 an unterschiedlichen Stellen, also Fokuspunkten, entlang des Liniensegments 160 angeordnet sind. Wenn ein solcher Fokuspunkt auf der Oberfläche des Objekts 105 angeordnet ist, wird diese Wellenlänge besonders intensiv reflektiert. Die Reflexion erfolgt dabei nach rechts auf eine Detektions-Abbildungsoptik 300. Die Detektions-Abbildungsoptik 300 weist zunächst ein zweites Linsensystem 330 mit einer Sammellinse, einer Zerstreuungslinse und wiederum einer Sammellinse auf. Optically downstream is a first lens system 230, which in this case is formed from a converging lens, a diverging lens and again a converging lens, which will not be discussed in more detail here. The first lens system 230 and the first splitting optical element 210 are designed together in such a way that focus points are arranged along a line segment 160 depending on the wavelength. The line segment 160 is a straight line along which the focus points for different wavelengths are arranged. This means that different wavelengths of the light from the light source 120 are arranged at different locations, i.e. focus points, along the line segment 160. If such a focus point is arranged on the surface of the object 105, this wavelength is reflected particularly intensively. The reflection takes place to the right onto a detection imaging optics 300. The detection imaging optics 300 initially has a second lens system 330 with a converging lens, a diverging lens and again a converging lens.
Anschließend trifft das Licht auf ein zweites aufspaltendes optisches Element 310, welches wiederum als Prisma ausgeführt ist. Das zweite Linsensystem 330 und das zweite aufspaltende optische Element 310 sind zusammen so ausgeführt, dass die wellenlängenabhängige Ablenkung für die Wellenlängen, deren Fokuspunkte mit einer reflektierenden Oberfläche des Objekts 105 koinzidieren, rückgängig gemacht wird. Nach dem zweiten aufspaltenden optischen Element 310 gelangt dieses Licht auf eine weitere Sammellinse 325 und noch eine weitere Sammellinse 320, welche es auf eine nicht gezeigte Öffnung in einer zweiten konfokalen Blende 140 fokussieren. Nur diejenigen Wellenlängen, deren Fokuspunkt auf einer reflektierenden Oberfläche des Objekts 105 liegt, werden dabei wieder auf die Öffnung fokussiert. Alle anderen
Wellenlängen werden abseits der Öffnung fokussiert und treten nicht oder nur in geringem Maße durch diese hindurch. Dadurch gelangt das Licht in einen Detektor 400. Dieser weist eine eingangsseitige Sammellinse 410 auf, welche das Licht auf ein Element 420 kollimiert, welches vorliegend als Gitter ausgebildet ist. Alternativ könnte auch beispielsweise ein Prisma verwendet werden. Das Element 420 nimmt wiederum eine wellenlängenabhängige Aufspaltung vor und leitet das Licht auf eine weitere Sammellinse 430 und eine nochmalige weitere Sammellinse 440. Diese fokussieren das Licht auf eine lichtsensitive Oberfläche 450, welche vorliegend als Zeilendetektor oder Matrixdetektor ausgebildet ist, so dass unterschiedliche Wellenlängen an unterschiedlichen Stellen der sensitiven Oberfläche 450 auftreffen. Mehrere Zeilen können dabei separat voneinander ausgelesen werden. Dies erlaubt die Aufnahme von Wellenlängenspektren des in den Detektor 400 einfallenden Lichts. Insbesondere wird in dem Fall, dass es sich bei der zweiten konfokalen Blende um eine Schlitzblende handelt, der Schlitz über eine Mehrzahl von Zeilen des Matrixdetektors abgebildet, so dass jede Zeile ein Spektrum für einen unterschiedlichen Durchtrittsort entlang der Schlitzblende aufnimmt. Auf diese Weise können mehrere Punkte entlang der Objektoberfläche gleichzeitig vermessen werden. Die Linsen 410, 430, 440 sowie das Element 420 bilden dabei zusammen ein Spektrometer 405. The light then hits a second splitting optical element 310, which is again designed as a prism. The second lens system 330 and the second splitting optical element 310 are designed together in such a way that the wavelength-dependent deflection for the wavelengths whose focal points coincide with a reflective surface of the object 105 is reversed. After the second splitting optical element 310, this light reaches another converging lens 325 and yet another converging lens 320, which focus it on an opening (not shown) in a second confocal aperture 140. Only those wavelengths whose focal point lies on a reflective surface of the object 105 are focused back on the opening. All other Wavelengths are focused away from the opening and do not pass through it or only pass through it to a small extent. The light therefore reaches a detector 400. This has a collecting lens 410 on the input side, which collimates the light onto an element 420, which in this case is designed as a grating. Alternatively, a prism could also be used, for example. The element 420 in turn carries out a wavelength-dependent splitting and directs the light onto a further collecting lens 430 and yet another collecting lens 440. These focus the light onto a light-sensitive surface 450, which in this case is designed as a line detector or matrix detector, so that different wavelengths impinge on different points on the sensitive surface 450. Several lines can be read out separately from one another. This allows the recording of wavelength spectra of the light incident on the detector 400. In particular, if the second confocal aperture is a slit aperture, the slit is imaged over a plurality of rows of the matrix detector, so that each row records a spectrum for a different passage location along the slit aperture. In this way, several points along the object surface can be measured simultaneously. The lenses 410, 430, 440 and the element 420 together form a spectrometer 405.
Durch das Bestimmen eines Maximums der Intensität in diesem Wellenlängenspektrum, welches von der sensitiven Oberfläche 450 gemessen wird, kann die Auswerteeinrichtung 110, welche mit dem Detektor 400 kommunikativ verbunden ist, die Höhe des Objekts 105 bestimmen. Im Falle, dass die erste und zweite konfokale Blende 130, 140 Schlitzblenden sind und der Detektor 400 ein Matrixdetektor ist, welcher entlang einer Vielzahl von Zeilen je ein Spektrum ausgibt, kann für jedes der Spektren jeweils ein Maximum bestimmt werden, wodurch ein ganzes Höhenprofil entlang der Fokuslinie gleichzeitig bestimmt werden kann. By determining a maximum of the intensity in this wavelength spectrum, which is measured by the sensitive surface 450, the evaluation device 110, which is communicatively connected to the detector 400, can determine the height of the object 105. In the case that the first and second confocal apertures 130, 140 are slit apertures and the detector 400 is a matrix detector which outputs a spectrum along a plurality of lines, a maximum can be determined for each of the spectra, whereby an entire height profile along the focus line can be determined simultaneously.
Fig. 2 zeigt eine Messeinrichtung 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dabei sind im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel die beiden aufspaltenden optischen Elemente 210, 310 durch ein aufspaltendes optisches Element 500 ersetzt. Das aufspaltende optische Element 500 weist einen ersten Teil 510 und einen zweiten Teil 520 auf. Es weist ferner ein Verbindungsstück 505 auf, welches die beiden Teile 510, 520 fest miteinander verbindet.
Der erste Teil 510 und der zweite Teil 520 sind vorliegend aus einem Glas ausgeführt, welches einen höheren Brechungsindex hat als ein Glas, aus welchem das Verbindungsstück 505 ausgeführt ist. Wie gezeigt sind die beiden Teile 510, 520 als Prismen ausgeführt, wobei sie auf einer jeweiligen schrägen, ersten und zweiten Kontaktfläche 507, 508 des Verbindungsstücks 505 aufgebracht sind. Die schrägen Kontaktflächen 507, 508 sind dabei insbesondere schräg im Vergleich zu einer Außenfläche 506, welche nach unten gerichtet ist. Der erste Teil 510 ist dabei ein Bestandteil der Beleuchtungs-Abbildungsoptik 200. Ebenso ist der zweite Teil 520 ein Bestandteil der Detektions-Abbildungsoptik 300. Das aufspaltende optische Element 500 stellt somit in der vorliegenden Ausführung eine mechanische und funktionale Verbindung zwischen den beiden Abbildungsoptiken 200, 300 her. Grundsätzlich wirken die beiden Teile 510, 520 aufgrund ihrer Prismenform so, wie die beiden aufspaltenden optischen Elemente 210, 310, welche in der Ausführungsform von Fig. 1 gezeigt sind. Durch die in Fig. 2 gezeigte Ausführung wird jedoch eine dauerhafte mechanische Verbindung erreicht, welche stabil ist und dafür sorgt, dass die beiden Teile 510, 520 eine feste Beziehung in Bezug auf Position und Ausrichtung relativ zueinander haben. Dies ermöglicht es auch, dass das Verbindungsstück an nur einer Stelle bzw. von nur einem Element gehalten wird und die beiden Teile 510, 520 nicht jeweils separat gehalten werden. Die Teile 510, 520 können somit auch leichter gehalten werden und sie verändern ihre Beziehung zueinander nicht. Dies beugt Messfehlern vor, welche ansonsten durch eine Fehljustierung der beiden aufspaltenden optischen Elemente 210, 310 entstehen können. Fig. 2 shows a measuring device 100 according to a second embodiment. In contrast to the first embodiment, the two splitting optical elements 210, 310 are replaced by a splitting optical element 500. The splitting optical element 500 has a first part 510 and a second part 520. It also has a connecting piece 505 which firmly connects the two parts 510, 520 to one another. The first part 510 and the second part 520 are made of a glass that has a higher refractive index than the glass from which the connecting piece 505 is made. As shown, the two parts 510, 520 are designed as prisms, and are applied to a respective inclined first and second contact surface 507, 508 of the connecting piece 505. The inclined contact surfaces 507, 508 are particularly inclined compared to an outer surface 506, which is directed downwards. The first part 510 is a component of the illumination imaging optics 200. The second part 520 is also a component of the detection imaging optics 300. The splitting optical element 500 thus creates a mechanical and functional connection between the two imaging optics 200, 300 in the present embodiment. Basically, the two parts 510, 520 act like the two splitting optical elements 210, 310 shown in the embodiment of Fig. 1 due to their prism shape. However, the design shown in Fig. 2 achieves a permanent mechanical connection which is stable and ensures that the two parts 510, 520 have a fixed relationship in terms of position and alignment relative to each other. This also makes it possible for the connecting piece to be held in only one place or by only one element and for the two parts 510, 520 not to be held separately. The parts 510, 520 can therefore also be held more easily and they do not change their relationship to each other. This prevents measurement errors which could otherwise arise due to misalignment of the two splitting optical elements 210, 310.
Alternativ wäre es beispielsweise möglich, das aufspaltende optische Element 500 aus einem Stück bzw. aus nur einem Material, beispielsweise aus nur einer Glassorte, zu produzieren. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Glassorten kann insbesondere für das Verbindungsstück 505 ein preisgünstigeres Material verwendet werden. Die beiden Teile 510, 520 können insbesondere auf das Verbindungsstück 505 aufgeklebt werden. Das Verbindungsstück 505 trägt dabei einen geringeren Teil einer Farbaufspaltung bei, der Großteil wird von den beiden Teilen 510, 520 realisiert. Alternatively, it would be possible, for example, to produce the splitting optical element 500 from one piece or from only one material, for example from only one type of glass. By using different types of glass, a cheaper material can be used, in particular for the connecting piece 505. The two parts 510, 520 can in particular be glued onto the connecting piece 505. The connecting piece 505 contributes a smaller part to the color splitting, the majority is realized by the two parts 510, 520.
In einer nochmal alternativen, nicht dargestellten Alternative kann das Verbindungsstück 505 als durchgehender Quader ausgeführt sein.
Fig. 3a zeigt eine Messeinrichtung 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Fig. 3b zeigt eine untere Ansicht auf die erste konfokale Blende 130. Fig. 3c zeigt eine untere Ansicht auf die zweite konfokale Blende 140. Entsprechendes gilt im Übrigen für die weiter unten beschriebenen Fig. 4 und 5. In another alternative, not shown, the connecting piece 505 can be designed as a continuous cuboid. Fig. 3a shows a measuring device 100 according to a third embodiment. Fig. 3b shows a bottom view of the first confocal aperture 130. Fig. 3c shows a bottom view of the second confocal aperture 140. The same applies to Figs. 4 and 5 described below.
Wie in Fig. 3b zu sehen ist, weist die erste konfokale Blende 130 einen langgestreckten Schlitz 132 auf. Durch diesen tritt das von der Lichtquelle 120 emittierte Licht hindurch und gelangt zur Beleuchtungs-Abbildungsoptik 200. Wie aus Fig. 3b weiter zu sehen ist, weist bei der Ausführung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die erste konfokale Blende 130 ferner eine Kontrollöffnung 134 auf. Diese ist vorliegend rund ausgeführt und exakt in einer Verlängerung einer Längserstreckung des Schlitzes 132 angeordnet. As can be seen in Fig. 3b, the first confocal aperture 130 has an elongated slot 132. The light emitted by the light source 120 passes through this and reaches the illumination imaging optics 200. As can also be seen from Fig. 3b, in the design according to the third exemplary embodiment, the first confocal aperture 130 also has a control opening 134. In the present case, this is round and arranged exactly in an extension of a longitudinal extent of the slot 132.
An der Kontrollöffnung 134 ist obenseitig ein Lichtleiter 135 angeschlossen. An diesem sind wiederum eine Kontrolllichtquelle 136 und ein Kontrolldetektor 138 angeschlossen. Die Kontrolllichtquelle 136 emittiert Licht in den Lichtleiter 135, welcher es wiederum zur Kontrollöffnung 134 leitet. Dort tritt dieses Licht aus und gelangt neben dem Licht der Lichtquelle 120 auf die Beleuchtungs-Abbildungsoptik 200. Das Licht der Kontrolllichtquelle 136 wird auch als Kontrolllicht bezeichnet. Es folgt dem vorgesehenen Strahlengang durch die Beleuchtungs-Abbildungsoptik 200, gelangt auf das Objekt 105, wird dort reflektiert und gelangt in die Detektions-Abbildungsoptik 300. Von dort gelangt es auf die zweite konfokale Blende 140, welche gemäß der Abbildung von Fig. 3c ebenfalls einen langgestreckten Schlitz 142 aufweist. Eine weitere Öffnung weist die zweite konfokale Blende 140 jedoch nicht auf, vielmehr ist sie außerhalb des Schlitzes 142 verspiegelt. Das Kontrolllicht wird somit von der zweiten konfokalen Blende 140 zurückreflektiert und gelangt wiederum in die Detektions-Abbildungsoptik 300, von dort auf die Oberfläche des Objekts 105 und von dort wiederum in die Beleuchtungs-Abbildungsoptik 200. Diese fokussiert das Kontrolllicht zurück in die Kontrollöffnung 134, und über den Lichtleiter 135 gelangt es in den Kontrolldetektor 138. Es steht somit ein zusätzliches Licht zur Verfügung, welches den vorgesehenen Strahlengang nicht nur einmal, sondern zweimal durchläuft. Die beiden Abbildungsoptiken 200, 300 vertauschen dabei beim zweiten Durchgang ihre Funktion.
Die Kontrollöffnung 134 kann beispielsweise in einem Abstand von mindestens 5 mm oder höchstens 20 mm, oder von 10 mm, lateral zu einer optischen Achse der Sammellinse 220 angeordnet sein. Die Kontrolllichtquelle 136 kann beispielsweise als Leuchtdiode ausgebildet sein. Die Kontrolllichtquelle 136 kann sich beispielsweise wie ein weiterer Feldpunkt verhalten, nur dass das Licht nicht im Detektor 400 ausgewertet wird, sondern nach Reflexion an der spektrometerseitigen verspiegelten zweiten konfokalen Blende 140 über den Lichtleiter 135 bzw. einen Faserkoppler zum Kontrolldetektor 138 gelangt. In einer solchen Konfiguration verliert man in den normalen Messkanälen kein Licht und kann über den Kontrolldetektor 138 zusätzliche Informationen gewinnen. A light guide 135 is connected to the top of the inspection opening 134. A control light source 136 and a control detector 138 are in turn connected to this. The control light source 136 emits light into the light guide 135, which in turn guides it to the inspection opening 134. This light exits there and, along with the light from the light source 120, reaches the illumination imaging optics 200. The light from the control light source 136 is also referred to as control light. It follows the intended beam path through the illumination imaging optics 200, reaches the object 105, is reflected there and reaches the detection imaging optics 300. From there it reaches the second confocal aperture 140, which, according to the illustration in Fig. 3c, also has an elongated slot 142. However, the second confocal aperture 140 does not have another opening; instead, it is mirrored outside the slot 142. The control light is thus reflected back by the second confocal aperture 140 and again reaches the detection imaging optics 300, from there onto the surface of the object 105 and from there again into the illumination imaging optics 200. This focuses the control light back into the control opening 134, and it reaches the control detector 138 via the light guide 135. Additional light is thus available, which passes through the intended beam path not just once, but twice. The two imaging optics 200, 300 swap their function during the second pass. The control opening 134 can, for example, be arranged at a distance of at least 5 mm or at most 20 mm, or 10 mm, laterally to an optical axis of the converging lens 220. The control light source 136 can, for example, be designed as a light-emitting diode. The control light source 136 can, for example, behave like another field point, except that the light is not evaluated in the detector 400, but rather, after being reflected by the mirrored second confocal aperture 140 on the spectrometer side, reaches the control detector 138 via the light guide 135 or a fiber coupler. In such a configuration, no light is lost in the normal measuring channels and additional information can be obtained via the control detector 138.
Beispielsweise kann man auf diese Weise sehr schnell die Reflektivität des Objekts 105 messen und kann so eine dynamische Helligkeitsanpassung vornehmen. Hierfür kann das vom Kontrolldetektor 138 detektierte Signal verwendet werden. Durch den doppelten Durchgang wird das Kontrolllicht für die Helligkeitsmessung empfindlicher. Beispielsweise wird die Helligkeit im Quadrat erfasst. Die beschriebene Ausführung hat außerdem den Vorteil, dass auf der Seite der ersten konfokalen Blende 130 typischerweise mehr Platz vorhanden ist und deshalb eine solche Implementierung einfacher einzubauen ist. For example, the reflectivity of the object 105 can be measured very quickly in this way and a dynamic brightness adjustment can be carried out. The signal detected by the control detector 138 can be used for this. The double pass makes the control light more sensitive for measuring brightness. For example, the brightness is recorded in a square. The described embodiment also has the advantage that there is typically more space on the side of the first confocal aperture 130 and therefore such an implementation is easier to install.
Zudem kann man direkt erkennen, ob die Messeinrichtung 100 verstellt ist. Man kann beispielsweise den Helligkeitswert des Kontrolllichts mit einem maximalen Helligkeitswert im Detektor 400 abgleichen. Sind beide Schlitze 132, 142 zueinander verstellt, so kommt typischerweise nicht mehr genug Licht in den Detektor 400, aber es wird weiterhin das Kontrolllicht reflektiert. Hierfür kann insbesondere die gesamte zweite konfokale Blende 140 abgesehen vom Schlitz 142 verspiegelt sein. Das Kontrolllicht kommt dementsprechend wieder zurück. Wenn deutlich weniger Licht in den Detektor 400 kommt als an dem Kontrolldetektor 138 - gegebenenfalls korrigiert durch einen Kalibrierfaktor - gemessen wird, kann dies auf eine Fehlstellung von optischen Komponenten hinweisen. In addition, it is possible to directly detect whether the measuring device 100 is misaligned. For example, the brightness value of the control light can be compared with a maximum brightness value in the detector 400. If both slits 132, 142 are misaligned with respect to one another, typically not enough light reaches the detector 400, but the control light continues to be reflected. For this purpose, the entire second confocal aperture 140, apart from the slit 142, can be mirrored. The control light returns accordingly. If significantly less light reaches the detector 400 than is measured at the control detector 138 - possibly corrected by a calibration factor - this can indicate a misalignment of optical components.
Es sei erwähnt, dass anstelle des Kontrolldetektors 138 grundsätzlich auch ein Kanal, beispielsweise ein ansonsten ungenutzter Kanal, des Detektors 400 verwendet werden kann.
Die Fig. 4a bis 4c zeigen eine Abwandlung zum dritten Ausführungsbeispiel. Sie zeigen somit eine chromatisch konfokale Messeinrichtung 100 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Dabei ist in der ersten konfokalen Blende 130 eine Rücklauföffnung 133 angeordnet. Diese ist nicht in der Verlängerung einer Längserstreckung des Schlitzes 132, sondern unmittelbar benachbart zu einer Längsseite dieses Schlitzes 132 angeordnet. Dies ist in Fig. 4b dargestellt. An der Rücklauföffnung 133 ist ebenfalls ein Lichtleiter 135 angeschlossen, welcher zu einem Rücklaufdetektor 137 führt. Der Rücklaufdetektor 137 registriert somit Licht, welches durch die Rücklauföffnung 133 eintritt. It should be mentioned that instead of the control detector 138, in principle also a channel, for example an otherwise unused channel, of the detector 400 can be used. Fig. 4a to 4c show a modification of the third embodiment. They thus show a chromatic confocal measuring device 100 according to a fourth embodiment. A return opening 133 is arranged in the first confocal aperture 130. This is not arranged in the extension of a longitudinal extent of the slot 132, but directly adjacent to a long side of this slot 132. This is shown in Fig. 4b. A light guide 135 is also connected to the return opening 133, which leads to a return detector 137. The return detector 137 thus registers light that enters through the return opening 133.
Wie beim dritten Ausführungsbeispiel ist auch beim vierten Ausführungsbeispiel die zweite konfokale Blende 140 untenseitig benachbart zum Schlitz 142 verspiegelt. Somit wird Licht, welches nicht durch den Schlitz 142 hindurchtritt, reflektiert und läuft durch die Abbildungsoptiken 200, 300 und eine Spiegelung am Objekt 105 zur Rücklauföffnung 133. Es wird dann vom Rücklaufdetektor 137 detektiert. As in the third embodiment, in the fourth embodiment the second confocal aperture 140 is mirrored on the bottom adjacent to the slot 142. Thus, light that does not pass through the slot 142 is reflected and runs through the imaging optics 200, 300 and a reflection on the object 105 to the return opening 133. It is then detected by the return detector 137.
Mittels des Rücklaufdetektors bzw. des davon detektierten Lichts kann beispielsweise eine Information zum Vorliegen bzw. Nichtvorliegen von Licht erhalten werden. Es können auch mehrere solcher Rücklaufdetektoren mit jeweiligen Rücklauföffnungen verwendet werden, wobei dann beispielsweise Intensitäten verglichen werden können. Dadurch, dass Licht in beide Richtungen durchgeht und auch auf der Seite der Beleuchtungs-Abbildungsoptik 200 wieder detektiert wird, nehmen beide Abbildungsoptiken 200, 300 jeweils die gleiche Funktion ein. Es kann hier grundsätzlich Licht verwendet werden, welches neben der Längsseite des Schlitzes 142 der zweiten konfokalen Blende 140 auftrifft. By means of the return detector or the light detected by it, for example, information on the presence or absence of light can be obtained. Several such return detectors with respective return openings can also be used, in which case, for example, intensities can then be compared. Because light passes through in both directions and is also detected again on the side of the illumination imaging optics 200, both imaging optics 200, 300 each have the same function. In principle, light that strikes next to the long side of the slot 142 of the second confocal aperture 140 can be used here.
Wenn die Intensität an der Stelle einer Rücklauföffnung 133 auffällig hoch ist, kann dies darauf hinweisen, dass optische Komponenten verstellt sind. Beispielsweise kann damit eine regelmäßige Testmessung mit einem ebenen Objekt erfolgen. Ein Abgleich kann beispielsweise mit Referenzintensitäten erfolgen. Es können beispielsweise auch auf beiden Seiten des Schlitzes jeweilige Rücklauföffnungen 133 mit jeweiligen Rücklaufdetektoren 137 angeordnet sein. Dadurch kann beispielsweise bei einem flachen Objekt 105 eine Verdrehung des Schlitzes 132 und/oder des Schlitzes 142
erkannt werden. Im Vergleich zu einer Messung direkt neben dem Schlitz 142 der zweiten konfokalen Blende 140 hat die Ausführung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel insbesondere den Vorteil, dass Licht weniger seitlich versetzt ist und mehr Licht wieder aufgefangen werden kann. If the intensity at the location of a return opening 133 is noticeably high, this may indicate that optical components are misaligned. For example, this can be used to perform a regular test measurement with a flat object. A comparison can be made, for example, using reference intensities. For example, respective return openings 133 with respective return detectors 137 can also be arranged on both sides of the slot. This can, for example, prevent the slot 132 and/or the slot 142 from being twisted in the case of a flat object 105. can be detected. Compared to a measurement directly next to the slit 142 of the second confocal aperture 140, the design according to the fourth embodiment has the particular advantage that light is less laterally offset and more light can be captured again.
Die Fig. 5a bis 5c zeigen eine Messeinrichtung 100 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Zusätzlich zum ersten Ausführungsbeispiel ist dabei eine Lichtleitanordnung 146 vorgesehen, welche Licht direkt von der Lichtquelle 120 aufnimmt und direkt zum Detektor 400 leitet. Hierfür ist in der zweiten konfokalen Blende 140 eine Öffnung 144 ausgebildet, an welcher die Lichtleitanordnung 146 angeschlossen ist. Dadurch wird Licht unter Umgehung der Abbildungsoptiken 200, 300 und des Objekts 105 direkt von der Lichtquelle 120 zum Detektor 400 geleitet. 5a to 5c show a measuring device 100 according to a fifth embodiment. In addition to the first embodiment, a light guide arrangement 146 is provided which receives light directly from the light source 120 and directs it directly to the detector 400. For this purpose, an opening 144 is formed in the second confocal aperture 140, to which the light guide arrangement 146 is connected. As a result, light is guided directly from the light source 120 to the detector 400, bypassing the imaging optics 200, 300 and the object 105.
Insbesondere kann dadurch ein Teil des Lichts der Lichtquelle 120 abgezweigt werden, beispielsweise unter einem Raumwinkel, der nicht in die Beleuchtungs-Abbildungsoptik 200 geht. Dieses Licht wird dann direkt zum Detektor 400 geleitet und kann beispielsweise von einem nicht für die sonstige Messung verwendeten Kanal des Detektors 400 gemessen werden. Eine spektrale Aufspaltung kann dabei in bereits beschriebener Weise erfolgen. In particular, part of the light from the light source 120 can be diverted, for example at a solid angle that does not enter the illumination imaging optics 200. This light is then guided directly to the detector 400 and can be measured, for example, by a channel of the detector 400 that is not used for the other measurement. A spectral splitting can take place in the manner already described.
Dadurch kann ein Intensitätswert bzw. ein Spektrum mit einem Messwert abgeglichen werden. Dies ermöglicht beispielsweise eine Plausibilisierung. Außerdem besteht die Möglichkeit eines Weißabgleichs, beispielsweise eines permanenten Weißabgleichs. Unter einem Weißabgleich wird dabei insbesondere verstanden, dass ein Spektrum der Lichtquelle 120 ermittelt wird, dies kann beispielsweise mittels des durch die Lichtleitanordnung 146 geführten Lichts erfolgen. Messwerte des durch die Abbildungsoptiken 200, 300 verlaufenden Lichts können dann durch Division durch das Spektrum der Lichtquelle korrigiert werden, wodurch eine Wellenlängenabhängigkeit ausgeglichen werden kann. Außerdem kann in einfacher Weise eine Kontrolle der ordnungsgemäßen Funktion der Lichtquelle 120 realisiert werden. This allows an intensity value or a spectrum to be compared with a measured value. This enables, for example, a plausibility check. There is also the option of a white balance, for example a permanent white balance. White balance is understood in particular to mean that a spectrum of the light source 120 is determined; this can be done, for example, using the light guided through the light guide arrangement 146. Measured values of the light passing through the imaging optics 200, 300 can then be corrected by dividing by the spectrum of the light source, whereby a wavelength dependency can be compensated. In addition, a check of the correct functioning of the light source 120 can be implemented in a simple manner.
Es ist beispielsweise auch möglich, ein flaches Objekt 105 in vertikaler Richtung durchzuscannen. Dadurch kann ein Abgleich mit dem Spektrum der Lichtquelle 120
erfolgen. Stimmen die Spektren nicht überein, deutet dies auf eine Fehlstellung von mindestens einer der optischen Komponenten hin. It is also possible, for example, to scan a flat object 105 in a vertical direction. This allows a comparison with the spectrum of the light source 120 If the spectra do not match, this indicates a misalignment of at least one of the optical components.
Fig. 6a zeigt eine Messeinrichtung 100 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich zum ersten Ausführungsbeispiel ist dabei eine Gegenlichtquelle 600 vorgesehen. Die Gegenlichtquelle 600 ist mit einem Lichtleiter 610 verbunden, welcher zur zweiten konfokalen Blende 140 führt. Fig. 6a shows a measuring device 100 according to a sixth embodiment. In addition to the first embodiment, a backlight source 600 is provided. The backlight source 600 is connected to a light guide 610, which leads to the second confocal aperture 140.
Die Gegenlichtquelle 600 emittiert somit letztlich an der zweiten konfokalen Blende 140 Gegenlicht auf die Detektions-Abbildungsoptik 300. Von dort gelangt das Gegenlicht auf das Objekt 105. The backlight source 600 thus ultimately emits backlight at the second confocal aperture 140 onto the detection imaging optics 300. From there, the backlight reaches the object 105.
Fig. 6b zeigt ein mögliches Muster auf der oberen Oberfläche des Objekts 105. Dabei überlagern sich Messlicht 106, welches von der Lichtquelle 120 durch die Beleuchtungs-Abbildungsoptik 200 eingestrahlt wird, und Gegenlicht 107, welches von der Gegenlichtquelle 600 stammt. Verschiedene Muster, welche dabei in Fig. 6b gezeigt sind, entsprechen dabei unterschiedlichen Farben. Fig. 6b shows a possible pattern on the upper surface of the object 105. Measuring light 106, which is irradiated by the light source 120 through the illumination imaging optics 200, and backlight 107, which comes from the backlight source 600, are superimposed. Different patterns, which are shown in Fig. 6b, correspond to different colors.
Das Gegenlicht 107 verläuft somit entgegenlaufend zum Messlicht 106 im Strahlengang. Das Gegenlicht 107 kann insbesondere nur eine einzige Wellenlänge aufweisen, beispielsweise indem hierfür ein Laserlicht verwendet wird. Das Messlicht 106 hat demgegenüber typischerweise den Charakter eines Regenbogens auf dem Objekt 105. Das Gegenlicht 107 kann jedoch ebenfalls ein breiteres Spektrum haben. The backlight 107 thus runs in the opposite direction to the measuring light 106 in the beam path. The backlight 107 can in particular have only a single wavelength, for example by using a laser light for this purpose. The measuring light 106, on the other hand, typically has the character of a rainbow on the object 105. The backlight 107 can, however, also have a broader spectrum.
Mittels dieser Ausführung kann beispielsweise eine Höhenbestimmung des Objekts 105 vorgenommen werden. Insbesondere kann dafür ein Gegenlicht 107 verwendet werden, welches eine einzelne Wellenlänge in etwa in der Mitte des Messbereichs oder auch an einer sonstigen Stelle im Messbereich, also im Spektrum der Lichtquelle 120, hat. Beispielsweise kann grünes Licht verwendet werden. Verschwindet in diesem Fall beispielsweise das Gegenlicht 107 im grünen Messlicht 106, ist das Objekt 105 in der Mitte des Messbereichs positioniert. Ist der Punkt des Gegenlichts 107 im oder jenseits des blauen Spektralbereich, ist das Objekt 105 über der Mitte positioniert. Befindet sich das Gegenlicht 107 im roten Spektralbereich, so ist das Objekt 105 unter der Mitte positioniert. Dies kann zum Justieren des Objekts 105 verwendet werden.
Wenn als Gegenlicht Weißlicht verwendet wird, sieht man beispielsweise zwei umgedrehte Regenbögen, welche man durch Höhenverstellung übereinanderschieben kann. Eine Farbe, welche sich an einer Messstelle 108 kreuzt, also identisch ist, ist diejenige, welche in der vorliegenden Stellung zum Messen verwendet wird. Using this embodiment, for example, the height of the object 105 can be determined. In particular, a backlight 107 can be used for this, which has a single wavelength approximately in the middle of the measuring range or at another point in the measuring range, i.e. in the spectrum of the light source 120. For example, green light can be used. In this case, if, for example, the backlight 107 disappears in the green measuring light 106, the object 105 is positioned in the middle of the measuring range. If the point of the backlight 107 is in or beyond the blue spectral range, the object 105 is positioned above the middle. If the backlight 107 is in the red spectral range, the object 105 is positioned below the middle. This can be used to adjust the object 105. If white light is used as backlight, you can see, for example, two inverted rainbows, which can be pushed over one another by adjusting the height. A color that crosses at a measuring point 108, i.e. is identical, is the one that is used for measuring in the current position.
Die Fig. 7a bis 7c zeigen eine Messeinrichtung 100 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel. Dieses ist angelehnt an das eben beschriebene sechste Ausführungsbeispiel. Dabei wird Gegenlicht über eine Gegenlichtquelle 600 an der zweiten konfokalen Blende 140 auf die Detektions-Abbildungsoptik 300 gerichtet. Zusätzlich zur Ausführung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist auch eine Gegenlichtdetektionsöffnung 620 in der ersten konfokalen Blende 130 vorgesehen. Über nicht näher dargestellte Detektoren kann das Gegenlicht dabei an der ersten konfokalen Blende 130 gemessen werden. Fig. 7a to 7c show a measuring device 100 according to a seventh embodiment. This is based on the sixth embodiment just described. In this case, backlight is directed onto the detection imaging optics 300 via a backlight source 600 on the second confocal aperture 140. In addition to the design according to the sixth embodiment, a backlight detection opening 620 is also provided in the first confocal aperture 130. The backlight can be measured at the first confocal aperture 130 via detectors (not shown in detail).
Dies ermöglicht beispielsweise eine schnelle Messung mit erweitertem Messbereich. Beispielsweise kann zur Detektion des Gegenlichts ein Photodetektor für vier Wellenlängen, beispielsweise 450 nm, 500 nm, 600 nm und 750 nm, verwendet werden. Das Gegenlicht kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass es mindestens diese Wellenlängen beinhaltet. This enables, for example, a fast measurement with an extended measuring range. For example, a photodetector for four wavelengths, for example 450 nm, 500 nm, 600 nm and 750 nm, can be used to detect the backlight. The backlight can in particular be designed so that it contains at least these wavelengths.
Das Gegenlicht wird wie bereits erwähnt auf der Seite der zweiten konfokalen Blende 140 eingekoppelt. Wie in Fig. 7c zu sehen ist, ist dabei Öffnung 605 für die Gegenlichtquelle 600 leicht versetzt zum Schlitz 142, vorliegend benachbart zu einer Längsseite des Schlitzes 142. Das Gegenlicht kann von der Lichtquelle 120 stammen, oder es kann von einer einzelnen LED oder einer anderen Gegenlichtquelle stammen. Im Gegensatz zum Strahlengang des Messlichts kann man beispielsweise auch einen Blau-Peak nutzen, optional auch Licht im Bereich von 700 nm bis 800 nm, beispielsweise 750 nm oder 780 nm. As already mentioned, the backlight is coupled in on the side of the second confocal aperture 140. As can be seen in Fig. 7c, the opening 605 for the backlight source 600 is slightly offset from the slot 142, in this case adjacent to a long side of the slot 142. The backlight can come from the light source 120, or it can come from a single LED or another backlight source. In contrast to the beam path of the measuring light, a blue peak can also be used, for example, or optionally light in the range from 700 nm to 800 nm, for example 750 nm or 780 nm.
Auf der anderen Seite wird das Gegenlicht wie bereits erwähnt bei diskreten Wellenlängen, beispielsweise bei den vier oben genannten Wellenlängen oder anderen genannten Wellenlängen, ausgewertet.
Über die diskreten Intensitäten kann man eine Abstandsinformation erhalten. Diese kann zwar vergleichsweise ungenau sein, hat jedoch zwei Vorteile. Man kann effektiv einen größeren Messbereich abdecken, wenn man auch Wellenlängen im blauen (beispielsweise 450 nm) und roten (beispielsweise 750 nm) Bereich erfassen kann. Dies kann insbesondere bedeuten, dass man auch dann noch einen Abstand messen kann, wenn das Objekt 105 zu hoch oder zu tief ist, um mittels des Detektors 400 bezüglich seiner Höhenlage vermessen zu werden. Zudem ist die beschriebene Messung schneller als die Messung mittels des Detektors 400, da nur vier diskrete Detektoren ausgelesen und ausgewertet werden. Grundsätzlich kann man auch eine andere Anzahl als vier, beispielsweise zwei, drei, fünf, sechs oder mehr, Detektoren und entsprechenden Wellenlängen verwenden. On the other hand, as already mentioned, the backlight is evaluated at discrete wavelengths, for example at the four wavelengths mentioned above or other wavelengths mentioned. Distance information can be obtained via the discrete intensities. Although this can be relatively inaccurate, it has two advantages. A larger measurement range can be effectively covered if wavelengths in the blue (for example 450 nm) and red (for example 750 nm) range can also be detected. In particular, this can mean that a distance can still be measured even if the object 105 is too high or too low to be measured in terms of its height using the detector 400. In addition, the measurement described is faster than the measurement using the detector 400 because only four discrete detectors are read out and evaluated. In principle, a number other than four, for example two, three, five, six or more, detectors and corresponding wavelengths can also be used.
Das Gegenlicht ist wie bereits erwähnt gegenläufig zum Messlicht und stört deshalb den normalen Messbetrieb nicht. Insbesondere wird kein Streulicht im Detektor 400 durch das Gegenlicht erzeugt. As already mentioned, the backlight is in the opposite direction to the measuring light and therefore does not interfere with normal measuring operations. In particular, no scattered light is generated in the detector 400 by the backlight.
Durch die eben beschriebene schnelle Höhenbestimmung kann beispielsweise eine Regelung vorgenommen werden, um das Objekt 105 grob einzujustieren und dann exakt in der Höhe zu vermessen. By means of the rapid height determination just described, a control can be carried out, for example, in order to roughly adjust the object 105 and then measure its height precisely.
Bezüglich der Auswertung sei noch erwähnt, dass es grundsätzlich möglich ist, ein Intensitätsmaximum im vom Detektor 400 erfassten Wellenlängenspektrum zu bestimmen und einen Zusammenhang, beispielsweise einen linearen Zusammenhang, zwischen diesem Intensitätsmaximum und einer Höhe der oberen Oberfläche des Objekts 105 zur Auswertung zu verwenden. Alternativ kann beispielsweise eine Kurve wie beispielsweise ein Zentroid an ein vom Detektor 400 gemessenes Spektrum angefittet werden. Dies erlaubt eine genauere Bestimmung des Maximums eines solchen Zentroids, wodurch die Messung verbessert werden kann. With regard to the evaluation, it should also be mentioned that it is fundamentally possible to determine an intensity maximum in the wavelength spectrum recorded by the detector 400 and to use a relationship, for example a linear relationship, between this intensity maximum and a height of the upper surface of the object 105 for the evaluation. Alternatively, for example, a curve such as a centroid can be fitted to a spectrum measured by the detector 400. This allows a more precise determination of the maximum of such a centroid, which can improve the measurement.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.
Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligenIt should be noted that in the claims and in the description, features may be described in combination, for example to facilitate understanding, although they may also be used separately. The person skilled in the art will recognize that such features may also be combined independently of one another with other features or combinations of features. References in subclaims may be preferred combinations of the respective
Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.
Characteristics characterize, but do not exclude other combinations of characteristics.
Nachfolgend werden Merkmale strukturiert wiedergegeben. Diese können einzeln verwendet werden und können untereinander sowie mit anderen hierin offenbarten Merkmalen kombiniert werden. Features are presented in a structured manner below. These can be used individually and can be combined with each other and with other features disclosed herein.
Die nachfolgend wiedergegebenen Merkmale beziehen sich insbesondere auf die Ausführung der Fig. 2. The features reproduced below relate in particular to the embodiment shown in Fig. 2.
1. Chromatisch konfokale Messeinrichtung (100), umfassend eine Lichtquelle (120), welche Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen und/oder mit einem kontinuierlichen Spektrum von Wellenlängen emittiert, eine erste konfokale Blende (130), durch welche Licht der Lichtquelle (120) tritt, eine zweite konfokale Blende (140), ein aufspaltendes optisches Element (500) mit einem ersten Teil (510) und einem zweiten Teil (520), welche als Prisma oder Gitter ausgeführt sind, und mit einem Verbindungsstück (505), wobei der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) mittels des Verbindungsstücks (505) fest miteinander verbunden sind, eine Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200), umfassend mindestens den ersten Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500), sowie ein erstes Linsensystem (230) mit mindestens einer ersten Linse, welche vom ersten Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500) räumlich getrennt ist, wobei das erste Linsensystem (230) Licht von dem ersten Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500) empfängt und die effektive Brennweite des ersten Linsensystems (230) sich für verschiedene Wellenlängen unterscheidet, so dass die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) derart ausgebildet ist, dass Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen für mindestens einen Durchtrittspunkt des Lichts durch die erste konfokale Blende (130) an unterschiedlichen Orten gebildet werden, wobei die Orte entlang eines Liniensegments (160) liegen, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) bildet, wobei die Messeinrichtung (100) dazu eingerichtet ist, ein Objekt (105) zu vermessen, welches das Liniensegment (160) schneidet und zumindest einen Teil des Lichts reflektiert, eine Detektions-Abbildungsoptik (300),
wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) den zweiten Teil (520) des aufspaltenden optischen Elements (500) umfasst, wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) dazu eingerichtet ist, von dem Objekt (105) reflektiertes Licht ausschließlich aus Richtungen zu empfangen, welche sich von Richtungen, aus der das Beleuchtungslicht auf das Objekt (105) einfällt, unterscheiden, wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) dazu eingerichtet ist, die Fokuspunkte aller Wellenlängen auf die zweite konfokale Blende (140) abzubilden, und einen Detektor (400), welcher dazu eingerichtet ist, eine Intensität des durch die zweite konfokale Blende (140) tretenden Lichts zu erfassen. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) aus einem anderen Glas oder einem anderen Material ausgebildet ist als der erste Teil (510) und der zweite Teil (520). Messeinrichtung (100) nach Merkmal 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) aus einem Glas oder Material mit einem höheren Brechungsindex als das Verbindungsstück (505) ausgebildet sind. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) aus dem gleichen Glas oder dem gleichen Material ausgebildet ist wie der erste Teil (510) und/oder der zweite Teil (520). Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) plattenförmig ausgeführt ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505), der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505), der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) als durchgängiges Element ohne Materialübergänge ausgeführt sind und/oder aus einem Stück hergestellt sind. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505), der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) separat zueinander hergestellt sind und miteinander verbunden wurden. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) Prismen sind, welche auf dem Verbindungsstück (505) aufliegend oder am Verbindungsstück (505) hängend angeordnet sind. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) eine nicht änderbare Positionsbeziehung und eine nicht änderbare Orientierung des ersten Teils (510) und des zweiten Teils (520) relativ zueinander definiert. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) auch in dem Strahlengang der Beleuchtungs- Abbildungsoptik (200) und/oder der Detektions-Abbildungsoptik (300) angeordnet ist. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) gemeinsam mit dem ersten Teil (510) ein Prisma ausbildet, welches zumindest teilweise durch eine gedachte Linie gegenüber dem Rest des Verbindungsstücks (505) abgegrenzt ist,
und/oder das Verbindungsstück (505) gemeinsam mit dem zweiten Teil (520) ein Prisma ausbildet, welches zumindest teilweise durch eine gedachte Linie gegenüber dem Rest des Verbindungsstücks (505) abgegrenzt ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) auf einer dem Objekt (105) zugewandten Seite oder auf einer dem Objekt (105) abgewandten Seite eine durchgehende ebene Außenfläche (506) aufweist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass eine den ersten Teil (510) kontaktierende erste Kontaktfläche (507) des Verbindungsstücks (505) schräg zur dem ersten Teil (510) und dem zweiten Teil (520) abgewandten Außenfläche (506) des Verbindungsstücks (505) ausgerichtet ist, und/oder eine den zweiten Teil (520) kontaktierende zweite Kontaktfläche (508) des Verbindungsstücks (505) schräg zur dem ersten Teil (510) und dem zweiten Teil (520) abgewandten Außenfläche (506) des Verbindungsstücks (505) ausgerichtet ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass eine den ersten Teil (510) kontaktierende erste Kontaktfläche (507) des Verbindungsstücks (505) parallel zur dem ersten Teil (510) und dem zweiten Teil (520) abgewandten Außenfläche (506) des Verbindungsstücks (505) ausgerichtet ist, und/oder eine den zweiten Teil (520) kontaktierende zweite Kontaktfläche (508) des Verbindungsstücks (505) parallel zur dem ersten Teil (510) und dem zweiten Teil (520) abgewandten Außenfläche (506) des Verbindungsstücks (505) ausgerichtet ist.
Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) ein Trägerelement aufweist, wobei das Verbindungsstück (505) am Trägerelement befestigt ist. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) nicht selbst an dem Trägerelement befestigt sind und/oder nur mittels des Verbindungsstücks (505) an dem Trägerelement befestigt sind. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine erste Wellenlänge der Lichtquelle (120) sich von der Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine zweite Wellenlänge der Lichtquelle (120) um einen Betrag df unterschiedet, wobei der Quotient aus df und der Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge befindliche Wellenlänge mehr als 5% beträgt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die longitudinale Aufspaltung der Fokuspunkt-Lagen mindestens 0,1 -mal die laterale Aufspaltung der Fokuspunkt-Lagen beträgt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Linsensystem (230) mindestens eine Linse mit einer Abbe-Zahl kleiner 40 umfasst. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Liniensegment (160), welches durch die Fokuspunkt-Lagen der unterschiedlichen Wellenlängen geht, einen Winkel kleiner als 60° und/oder
größer als 30°, oder 45°, zu einer Mittenachse des ersten Linsensystems (230) aufweist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) eine Kollimatorlinse (220, 225) umfasst, welche zwischen Lichtquelle (120) und erstem Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500) angeordnet ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht kollim iert auf den ersten Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500) trifft. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500) ein Gitter ist und das erste Linsensystem (230) mindestens eine Diffraktivlinse umfasst. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Linsensystem (230) eine Mittenachse aufweist, welche geneigt zu einer Strahlrichtung vor dem ersten Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500) ausgerichtet ist. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 25, dadurch gekennzeichnet, dass Licht mit einer Wellenlänge fO der von der Lichtquelle (120) emittierten Wellenlängen parallel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) auf das erste Linsensystem (230) fällt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die erste konfokale Blende (130) eine Schlitzblende ist, wobei für jede Wellenlänge eine Fokuslinie gebildet wird, welche entlang einem
Flächensegment angeordnet ist, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) bildet. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektions-Abbildungsoptik (300) ein zweites Linsensystem (330) umfasst. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil (520) des aufspaltenden optischen Elements (500) baugleich zum ersten Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500) ausgeführt ist und/oder dass das zweite Linsensystem (330) baugleich zum ersten Linsensystem (230) ausgeführt ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (400) ein Spektrometer (405) umfasst und dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere Wellenlängen maximaler Intensität und/oder eine oder mehrere, zu einer jeweiligen Wellenlänge korrespondierende maximale Intensitäten zu bestimmen.
1. Chromatic confocal measuring device (100), comprising a light source (120) which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths, a first confocal aperture (130) through which light from the light source (120) passes, a second confocal aperture (140), a splitting optical element (500) with a first part (510) and a second part (520), which are designed as a prism or grating, and with a connecting piece (505), wherein the first part (510) and the second part (520) are firmly connected to one another by means of the connecting piece (505), an illumination imaging optics (200) comprising at least the first part (510) of the splitting optical element (500), and a first lens system (230) with at least one first lens, which is spatially separated from the first part (510) of the splitting optical element (500), wherein the first lens system (230) receives light from the first part (510) of the splitting optical element (500) and the effective focal length of the first lens system (230) differs for different wavelengths, so that the illumination imaging optics (200) are designed such that focus points of different wavelengths are formed at different locations for at least one point of passage of the light through the first confocal aperture (130), the locations lying along a line segment (160) which forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230), the measuring device (100) being designed to measure an object (105) which intersects the line segment (160) and reflects at least part of the light, a detection imaging optics (300), wherein the detection imaging optics (300) comprises the second part (520) of the splitting optical element (500), wherein the detection imaging optics (300) are configured to receive light reflected from the object (105) exclusively from directions which differ from directions from which the illumination light is incident on the object (105), wherein the detection imaging optics (300) are configured to image the focal points of all wavelengths onto the second confocal aperture (140), and a detector (400) which is configured to detect an intensity of the light passing through the second confocal aperture (140). Measuring device (100) according to feature 1, characterized in that the connecting piece (505) is made of a different glass or a different material than the first part (510) and the second part (520). Measuring device (100) according to feature 2, characterized in that the first part (510) and the second part (520) are made of a glass or material with a higher refractive index than the connecting piece (505). Measuring device (100) according to feature 1, characterized in that the connecting piece (505) is made of the same glass or the same material as the first part (510) and/or the second part (520). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the connecting piece (505) is plate-shaped. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the connecting piece (505), the first part (510) and the second part (520) are integrally connected to one another. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the connecting piece (505), the first part (510) and the second part (520) are designed as a continuous element without material transitions and/or are made from one piece. Measuring device (100) according to one of features 1 to 6, characterized in that the connecting piece (505), the first part (510) and the second part (520) are manufactured separately from one another and have been connected to one another. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first part (510) and the second part (520) are prisms which are arranged resting on the connecting piece (505) or hanging from the connecting piece (505). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the connecting piece (505) defines a non-changeable positional relationship and a non-changeable orientation of the first part (510) and the second part (520) relative to one another. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the connecting piece (505) is also arranged in the beam path of the illumination imaging optics (200) and/or the detection imaging optics (300). Measuring device (100) according to feature 11, characterized in that the connecting piece (505) together with the first part (510) forms a prism which is at least partially delimited from the rest of the connecting piece (505) by an imaginary line, and/or the connecting piece (505) together with the second part (520) forms a prism which is at least partially delimited by an imaginary line from the rest of the connecting piece (505). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the connecting piece (505) has a continuous flat outer surface (506) on a side facing the object (105) or on a side facing away from the object (105). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that a first contact surface (507) of the connecting piece (505) contacting the first part (510) is aligned obliquely to the outer surface (506) of the connecting piece (505) facing away from the first part (510) and the second part (520), and/or a second contact surface (508) of the connecting piece (505) contacting the second part (520) is aligned obliquely to the outer surface (506) of the connecting piece (505) facing away from the first part (510) and the second part (520). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that a first contact surface (507) of the connecting piece (505) contacting the first part (510) is aligned parallel to the outer surface (506) of the connecting piece (505) facing away from the first part (510) and the second part (520), and/or a second contact surface (508) of the connecting piece (505) contacting the second part (520) is aligned parallel to the outer surface (506) of the connecting piece (505) facing away from the first part (510) and the second part (520). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the measuring device (100) has a carrier element, wherein the connecting piece (505) is fastened to the carrier element. Measuring device (100) according to feature 16, characterized in that the first part (510) and the second part (520) are not themselves fastened to the carrier element and/or are only fastened to the carrier element by means of the connecting piece (505). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the focal length of the first lens system (230) for a first wavelength of the light source (120) differs from the focal length of the first lens system (230) for a second wavelength of the light source (120) by an amount df, wherein the quotient of df and the focal length of the first lens system (230) for a wavelength between the first wavelength and the second wavelength is more than 5%. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the longitudinal splitting of the focus point positions is at least 0.1 times the lateral splitting of the focus point positions. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first lens system (230) comprises at least one lens with an Abbe number of less than 40. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the line segment (160) which passes through the focus point positions of the different wavelengths has an angle of less than 60° and/or greater than 30°, or 45°, to a center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the illumination imaging optics (200) comprise a collimator lens (220, 225) which is arranged between the light source (120) and the first part (510) of the splitting optical element (500). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the light strikes the first part (510) of the splitting optical element (500) in a collimated manner. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first part (510) of the splitting optical element (500) is a grating and the first lens system (230) comprises at least one diffractive lens. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first lens system (230) has a center axis which is aligned at an inclination to a beam direction in front of the first part (510) of the splitting optical element (500). Measuring device (100) according to feature 25, characterized in that light with a wavelength fO of the wavelengths emitted by the light source (120) falls on the first lens system (230) parallel to the center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first confocal diaphragm (130) is a slit diaphragm, wherein a focus line is formed for each wavelength which is along a Surface segment is arranged which forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the detection imaging optics (300) comprises a second lens system (330). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the second part (520) of the splitting optical element (500) is structurally identical to the first part (510) of the splitting optical element (500) and/or that the second lens system (330) is structurally identical to the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the detector (400) comprises a spectrometer (405) and is designed to determine one or more wavelengths of maximum intensity and/or one or more maximum intensities corresponding to a respective wavelength.
Nachfolgend werden Merkmale strukturiert wiedergegeben. Diese können einzeln verwendet werden und können untereinander sowie mit anderen hierin offenbarten Merkmalen kombiniert werden. Features are presented in a structured manner below. These can be used individually and can be combined with each other and with other features disclosed herein.
Die nachfolgend wiedergegebenen Merkmale beziehen sich insbesondere auf die Ausführungen der Fig. 3 und 4. The features reproduced below refer in particular to the embodiments of Figs. 3 and 4.
1. Chromatisch konfokale Messeinrichtung (100), umfassend eine Lichtquelle (120), welche Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen und/oder mit einem kontinuierlichen Spektrum von Wellenlängen emittiert, eine erste konfokale Blende (130), durch welche Licht der Lichtquelle (120) tritt, eine zweite konfokale Blende (140), eine Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200), umfassend mindestens ein erstes aufspaltendes optisches Element (210), welches als Prisma oder Gitter ausgeführt ist, sowie ein erstes Linsensystem (230) mit mindestens einer ersten Linse, welche vom ersten aufspaltenden optischen Element räumlich getrennt ist, wobei das erste Linsensystem (230) Licht von dem ersten aufspaltenden optischen Element empfängt und die effektive Brennweite des ersten Linsensystems (230) sich für verschiedene Wellenlängen unterscheidet, so dass die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) derart ausgebildet ist, dass Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen für mindestens einen Durchtrittspunkt des Lichts durch die erste konfokale Blende (130) an unterschiedlichen Orten gebildet werden, wobei die Orte entlang eines Liniensegments (160) liegen, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) bildet, wobei die Messeinrichtung (100) dazu eingerichtet ist, ein Objekt (105) zu vermessen, welches das Liniensegment (160) schneidet und zumindest einen Teil des Lichts reflektiert, eine Detektions-Abbildungsoptik (300), wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) dazu eingerichtet ist, von dem Objekt (105) reflektiertes Licht ausschließlich aus Richtungen zu empfangen, welche sich von Richtungen, aus der das Beleuchtungslicht auf das Objekt (105) einfällt, unterscheiden,
wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) dazu eingerichtet ist, die Fokuspunkte aller Wellenlängen auf die zweite konfokale Blende (140) abzubilden, und einen Detektor (400), welcher dazu eingerichtet ist, eine Intensität des durch die zweite konfokale Blende (140) tretenden Lichts zu erfassen, wobei die zweite konfokale Blende (140) einen Schlitz (142) aufweist, durch welchen Licht zum Detektor (400) hindurchtritt, und seitlich zu diesem Schlitz (142) auf einer der Detektions-Abbildungsoptik (300) zugewandten Seite ganz oder teilweise verspiegelt ist, so dass auftreffendes Licht zumindest teilweise in die Detektions-Abbildungsoptik (300) zurückgespiegelt wird. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste konfokale Blende (130) einen Schlitz (132) aufweist, durch welchen Licht der Lichtquelle (120) hindurchtritt, und eine Kontrollöffnung (134) aufweist, welche neben dem Schlitz (130) angeordnet ist, wobei die zweite konfokale Blende (140) zumindest derart verspiegelt ist, dass aus der Kontrollöffnung (134) in Richtung der Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) austretendes Licht auf die Kontrollöffnung (134) zurückgespiegelt wird. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (132) eine Längserstreckung aufweist, und die Kontrollöffnung (134) auf einer Verlängerung der Längserstreckung angeordnet ist. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) einen Lichtleiter (135) aufweist, der an einer zur Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) entgegengesetzten Seite an der Kontrollöffnung (134) angeschlossen ist.
Messeinrichtung (100) nach Merkmal 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) eine Kontrolllichtquelle (136) aufweist, welche Kontrolllicht in den Lichtleiter (135) einkoppelt. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) einen Kontrolldetektor (138) aufweist, welcher optisch an den Lichtleiter (135) gekoppelt ist und durch die Kontrollöffnung (134) von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) eintretendes Licht detektiert. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (135) zur Detektion von durch die Kontrollöffnung (134) von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) eintretendem Licht mit dem Detektor (400) optisch gekoppelt ist. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) eine Kontrolleinrichtung aufweist, welche dazu konfiguriert ist, basierend auf detektiertem, durch die Kontrollöffnung (134) von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) eintretendem Licht eine Helligkeit der Reflektion auf dem Objekt (105) zu bestimmen. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) eine Kontrolleinrichtung aufweist, welche dazu konfiguriert ist, basierend auf detektiertem, durch die Kontrollöffnung (134) von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) eintretendem Licht und basierend auf vom Detektor (400) detektiertem, durch die zweite konfokale Blende (140) hindurchtretendem Licht eine Fehlstellung der Messeinrichtung (100) zu erkennen.
Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die erste konfokale Blende (130) einen Schlitz (132) aufweist, durch welchen Licht der Lichtquelle (120) hindurchtritt, und mindestens eine Rücklauföffnung (133) aufweist, welche neben dem Schlitz (132) angeordnet ist, wobei die zweite konfokale Blende (140) zumindest derart verspiegelt ist, dass aus dem Schlitz (132) der ersten konfokalen Blende (130) in Richtung der Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) austretendes Licht zumindest bei einer Anordnung eines Objekts (105) auf mindestens eine Rücklauföffnung (133) zurückgespiegelt wird. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (132) eine Längserstreckung aufweist, und jede Rücklauföffnung (133) benachbart zu einer Längsseite des Schlitzes (132) angeordnet ist. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) mindestens einen Rücklaufdetektor (137) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, durch eine Rücklauföffnung (133) von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) eintretendes Licht zu detektieren, und/oder die Messeinrichtung (100) mindestens einen Lichtleiter (135) aufweist, welcher durch eine Rücklauföffnung (133) von Seiten der Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) eintretendes Licht dem Detektor (400) zur Detektion zuleitet. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste konfokale Blende (130) zwei Rücklauföffnungen (133) aufweist, welche beidseitig des Schlitzes (132) angeordnet sind.
Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) eine Rücklauf-Auswerteeinrichtung (110) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, basierend auf detektiertem, durch eine oder mehrere Rücklauföffnungen (133) hindurchtretendem Licht eine Fehlstellung der Messeinrichtung (100) zu erkennen. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (142) der zweiten konfokalen Blende (140) eine rechteckige Form hat und/oder langgestreckt ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine erste Wellenlänge der Lichtquelle (120) sich von der Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine zweite Wellenlänge der Lichtquelle (120) um einen Betrag df unterschiedet, wobei der Quotient aus df und der Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge befindliche Wellenlänge mehr als 5% beträgt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die longitudinale Aufspaltung der Fokuspunkt-Lagen mindestens 0,1 -mal die laterale Aufspaltung der Fokuspunkt-Lagen beträgt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Linsensystem (230) mindestens eine Linse mit einer Abbe-Zahl kleiner 40 umfasst.
Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Liniensegment, welche durch die Fokuspunkt-Lagen der unterschiedlichen Wellenlängen geht, einen Winkel kleiner als 60° und/oder größer als 30°, oder 45°, zu einer Mittenachse des ersten Linsensystems (230) aufweist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) eine Kollimatorlinse (220, 225) umfasst, welche zwischen Lichtquelle (120) und erstem aufspaltendem optischen Element angeordnet ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht kollim iert auf das erste aufspaltende optische Element (210) trifft. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste aufspaltende optische Element (210) ein Gitter ist und das erste Linsensystem (230) mindestens eine Diffraktivlinse umfasst. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Linsensystem (230) eine Mittenachse aufweist, welche geneigt zu einer Strahlrichtung vor dem ersten aufspaltenden optischen Element (210) ausgerichtet ist. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 23, dadurch gekennzeichnet, dass Licht mit einer Wellenlänge fO der von der Lichtquelle (120) emittierten Wellenlängen parallel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) auf das erste Linsensystem (230) fällt.
Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die erste konfokale Blende (130) eine Schlitzblende ist, wobei für jede Wellenlänge eine Fokuslinie gebildet wird, welche entlang einem Flächensegment angeordnet ist, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) bildet. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektions-Abbildungsoptik (300) ein zweites aufspaltendes optisches Element (310), welches als Prisma oder Gitter ausgeführt ist, und ein zweites Linsensystem (330) umfasst. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 26, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite aufspaltende optische Element (310) baugleich zum ersten aufspaltenden optischen Element (210) ausgeführt ist und/oder dass das zweite Linsensystem (330) baugleich zum ersten Linsensystem (230) ausgeführt ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (400) ein Spektrometer (405) umfasst und dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere Wellenlängen maximaler Intensität und/oder eine oder mehrere, zu einer jeweiligen Wellenlänge korrespondierende maximale Intensitäten zu bestimmen.
1. Chromatic confocal measuring device (100), comprising a light source (120) which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths, a first confocal aperture (130) through which light from the light source (120) passes, a second confocal aperture (140), an illumination imaging optics (200) comprising at least one first splitting optical element (210) which is designed as a prism or grating, and a first lens system (230) with at least one first lens which is spatially separated from the first splitting optical element, wherein the first lens system (230) receives light from the first splitting optical element and the effective focal length of the first lens system (230) differs for different wavelengths, so that the illumination imaging optics (200) are designed such that focus points of different wavelengths for at least one passage point of the light through the first confocal aperture (130) are at different Locations are formed, the locations lying along a line segment (160) which forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230), the measuring device (100) being designed to measure an object (105) which intersects the line segment (160) and reflects at least part of the light, a detection imaging optics (300), the detection imaging optics (300) being designed to receive light reflected from the object (105) exclusively from directions which differ from directions from which the illumination light is incident on the object (105), wherein the detection imaging optics (300) are configured to image the focus points of all wavelengths onto the second confocal aperture (140), and a detector (400) which is configured to detect an intensity of the light passing through the second confocal aperture (140), wherein the second confocal aperture (140) has a slot (142) through which light passes to the detector (400), and is completely or partially mirrored laterally to this slot (142) on a side facing the detection imaging optics (300), so that incident light is at least partially reflected back into the detection imaging optics (300). Measuring device (100) according to feature 1, characterized in that the first confocal aperture (130) has a slot (132) through which light from the light source (120) passes, and has a control opening (134) which is arranged next to the slot (130), wherein the second confocal aperture (140) is mirrored at least in such a way that light emerging from the control opening (134) in the direction of the illumination imaging optics (200) is reflected back onto the control opening (134). Measuring device (100) according to feature 2, characterized in that the slot (132) has a longitudinal extension, and the control opening (134) is arranged on an extension of the longitudinal extension. Measuring device (100) according to one of features 2 or 3, characterized in that the measuring device (100) has a light guide (135) which is connected to the control opening (134) on a side opposite to the illumination imaging optics (200). Measuring device (100) according to feature 4, characterized in that the measuring device (100) has a control light source (136) which couples control light into the light guide (135). Measuring device (100) according to one of features 4 or 5, characterized in that the measuring device (100) has a control detector (138) which is optically coupled to the light guide (135) and detects light entering through the control opening (134) from the side of the illumination imaging optics (200). Measuring device (100) according to one of features 4 to 6, characterized in that the light guide (135) is optically coupled to the detector (400) for detecting light entering through the control opening (134) from the side of the illumination imaging optics (200). Measuring device (100) according to one of features 2 to 7, characterized in that the measuring device (100) has a control device which is configured to determine a brightness of the reflection on the object (105) based on detected light entering through the control opening (134) from the side of the illumination imaging optics (200). Measuring device (100) according to one of features 2 to 8, characterized in that the measuring device (100) has a control device which is configured to detect an incorrect position of the measuring device (100) based on detected light entering through the control opening (134) from the side of the illumination imaging optics (200) and based on light detected by the detector (400) and passing through the second confocal aperture (140). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first confocal aperture (130) has a slot (132) through which light from the light source (120) passes, and has at least one return opening (133) which is arranged next to the slot (132), wherein the second confocal aperture (140) is mirrored at least in such a way that light emerging from the slot (132) of the first confocal aperture (130) in the direction of the illumination imaging optics (200) is reflected back onto at least one return opening (133) at least when an object (105) is arranged. Measuring device (100) according to feature 10, characterized in that the slot (132) has a longitudinal extension, and each return opening (133) is arranged adjacent to a longitudinal side of the slot (132). Measuring device (100) according to one of features 10 or 11, characterized in that the measuring device (100) has at least one return detector (137) which is designed to detect light entering through a return opening (133) from the side of the illumination imaging optics (200), and/or the measuring device (100) has at least one light guide (135) which guides light entering through a return opening (133) from the side of the illumination imaging optics (200) to the detector (400) for detection. Measuring device (100) according to one of features 10 to 12, characterized in that the first confocal diaphragm (130) has two return openings (133) which are arranged on both sides of the slot (132). Measuring device (100) according to one of the features 10 to 13, characterized in that the measuring device (100) has a return evaluation device (110) which is designed to detect an incorrect position of the measuring device (100) based on detected light passing through one or more return openings (133). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the slot (142) of the second confocal aperture (140) has a rectangular shape and/or is elongated. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the focal length of the first lens system (230) for a first wavelength of the light source (120) differs from the focal length of the first lens system (230) for a second wavelength of the light source (120) by an amount df, wherein the quotient of df and the focal length of the first lens system (230) for a wavelength between the first wavelength and the second wavelength is more than 5%. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the longitudinal splitting of the focus point positions is at least 0.1 times the lateral splitting of the focus point positions. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first lens system (230) comprises at least one lens with an Abbe number of less than 40. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the line segment which goes through the focus point positions of the different wavelengths has an angle of less than 60° and/or greater than 30°, or 45°, to a center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the illumination imaging optics (200) comprise a collimator lens (220, 225) which is arranged between the light source (120) and the first splitting optical element. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the light hits the first splitting optical element (210) in a collimated manner. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first splitting optical element (210) is a grating and the first lens system (230) comprises at least one diffractive lens. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first lens system (230) has a center axis which is aligned at an incline to a beam direction in front of the first splitting optical element (210). Measuring device (100) according to feature 23, characterized in that light with a wavelength fO of the wavelengths emitted by the light source (120) falls on the first lens system (230) parallel to the center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first confocal diaphragm (130) is a slit diaphragm, wherein a focus line is formed for each wavelength, which is arranged along a surface segment that forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the detection imaging optics (300) comprise a second splitting optical element (310), which is designed as a prism or grating, and a second lens system (330). Measuring device (100) according to feature 26, characterized in that the second splitting optical element (310) is designed to be identical in construction to the first splitting optical element (210) and/or that the second lens system (330) is designed to be identical in construction to the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the detector (400) comprises a spectrometer (405) and is designed to determine one or more wavelengths of maximum intensity and/or one or more maximum intensities corresponding to a respective wavelength.
Nachfolgend werden Merkmale strukturiert wiedergegeben. Diese können einzeln verwendet werden und können untereinander sowie mit anderen hierin offenbarten Merkmalen kombiniert werden. Features are presented in a structured manner below. These can be used individually and can be combined with each other and with other features disclosed herein.
Die nachfolgend wiedergegebenen Merkmale beziehen sich insbesondere auf die Ausführung der Fig. 5. The features reproduced below relate in particular to the embodiment of Fig. 5.
1. Chromatisch konfokale Messeinrichtung (100), umfassend eine Lichtquelle (120), welche Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen und/oder mit einem kontinuierlichen Spektrum von Wellenlängen emittiert, eine erste konfokale Blende (130), durch welche Licht der Lichtquelle (120) tritt, eine zweite konfokale Blende (140), eine Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200), umfassend mindestens ein erstes aufspaltendes optisches Element (210), welches als Prisma oder Gitter ausgeführt ist, sowie ein erstes Linsensystem (230) mit mindestens einer ersten Linse, welche vom ersten aufspaltenden optischen Element (210) räumlich getrennt ist, wobei das erste Linsensystem (230) Licht von dem ersten aufspaltenden optischen Element (210) empfängt und die effektive Brennweite des ersten Linsensystems (230) sich für verschiedene Wellenlängen unterscheidet, so dass die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) derart ausgebildet ist, dass Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen für mindestens einen Durchtrittspunkt des Lichts durch die erste konfokale Blende (130) an unterschiedlichen Orten gebildet werden, wobei die Orte entlang eines Liniensegments (160) liegen, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) bildet, wobei die Messeinrichtung (100) dazu eingerichtet ist, ein Objekt (105) zu vermessen, welches das Liniensegment (160) schneidet und zumindest einen Teil des Lichts reflektiert, eine Detektions-Abbildungsoptik (300), wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) dazu eingerichtet ist, von dem Objekt (105) reflektiertes Licht ausschließlich aus Richtungen zu
empfangen, welche sich von Richtungen, aus der das Beleuchtungslicht auf das Objekt (105) einfällt, unterscheiden, wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) dazu eingerichtet ist, die Fokuspunkte aller Wellenlängen auf die zweite konfokale Blende (140) abzubilden, einen Detektor (400), welcher dazu eingerichtet ist, eine Intensität des durch die zweite konfokale Blende (140) tretenden Lichts zu erfassen, und eine Lichtleitanordnung (146), welche dazu eingerichtet ist, einen Teil des von der Lichtquelle (120) emittierten Lichts direkt auf den Detektor (400) zu leiten. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitanordnung (146) dazu eingerichtet ist, Licht ohne Durchtritt durch die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) und die Detektions-Abbildungsoptik (300) auf den Detektor (400) zu leiten. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitanordnung (146) dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil des Lichts ohne Aufspaltung der Wellenlängen auf den Detektor (400) zu leiten. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitanordnung (146) dazu eingerichtet ist, Licht ganz oder teilweise nach Wellenlängen aufzuspalten und dann auf den Detektor (400) zu leiten. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (400) dazu eingerichtet ist, das von der Lichtleitanordnung (146) erhaltene, nach Wellenlängen aufgespaltete Licht wellenlängenaufgelöst zu detektieren. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitanordnung (146) ein Prisma oder ein Gitter zum Aufspalten des Lichts nach Wellenlängen aufweist, oder wobei die Lichtleitanordnung (146) Licht zum
Aufspalten auf ein detektorseitiges Prisma oder ein Gitter (420) des Detektors (400) richtet. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) eine Auswerteeinrichtung für von der Lichtleitanordnung (146) auf den Detektor (400) geleitetes Licht aufweist. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert ist, basierend auf einer Intensität des von der Lichtleitanordnung (146) auf den Detektor (400) geleiteten Lichts die Intensität des durch die Abbildungsoptiken auf den Detektor (400) geleiteten Lichts zu normieren. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert ist, basierend auf einer Intensität des von der Lichtleitanordnung (146) auf den Detektor (400) geleiteten Lichts eine Funktion der Lichtquelle (120) zu überprüfen. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert ist, basierend auf einer wellenlängenselektiven Intensität des von der Lichtleitanordnung (146) auf den Detektor (400) geleiteten Lichts einen Weißabgleich für das durch die Abbildungsoptiken (200, 300) geleiteten Licht vorzunehmen. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu konfiguriert ist, ein Spektrum des durch die Abbildungsoptiken (200, 300) auf den Detektor (400) geleiteten Lichts mit einem Spektrum von durch die Lichtleitanordnung (146) geleitetem Licht zu vergleichen und basieren darauf die Messeinrichtung (100) zu überprüfen.
Messeinrichtung (100) nach Merkmal 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum des durch die Abbildungsoptiken (200, 300) auf den Detektor (400) geleiteten Lichts mittels eines reflektierenden Objekts (105) bei unterschiedlichen Höhen erzeugt wird. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitanordnung (146) eine Faser zur Führung des Lichts aufweist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitanordnung (146) an die zweite konfokale Blende (140) gekoppelt ist, so dass Licht aus der Lichtleitanordnung (146) durch die zweite konfokale Blende (140) hindurch zum Detektor (400) gelangt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitanordnung (146) Licht zwischen Lichtquelle (120) und erster konfokaler Blende (130) aufnimmt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine erste Wellenlänge der Lichtquelle (120) sich von der Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine zweite Wellenlänge der Lichtquelle (120) um einen Betrag df unterschiedet, wobei der Quotient aus df und der Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge befindliche Wellenlänge mehr als 5% beträgt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die longitudinale Aufspaltung der Fokuspunkt-Lagen mindestens 0,1 -mal die laterale Aufspaltung der Fokuspunkt-Lagen beträgt.
Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Linsensystem (230) mindestens eine Linse mit einer Abbe-Zahl kleiner 40 umfasst. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Liniensegment, welche durch die Fokuspunkt-Lagen der unterschiedlichen Wellenlängen geht, einen Winkel kleiner als 60° und/oder größer als 30°, oder 45°, zu einer Mittenachse des ersten Linsensystems (230) aufweist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) eine Kollimatorlinse (220, 225) umfasst, welche zwischen Lichtquelle (120) und erstem aufspaltendem optischen Element (210) angeordnet ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht kollim iert auf das erste aufspaltende optische Element (210) trifft. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste aufspaltende optische Element (210) ein Gitter ist und das erste Linsensystem (230) mindestens eine Diffraktivlinse umfasst. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Linsensystem (230) eine Mittenachse aufweist, welche geneigt zu einer Strahlrichtung vor dem ersten aufspaltenden optischen Element (210) ausgerichtet ist.
Messeinrichtung (100) nach Merkmal 23, dadurch gekennzeichnet, dass1. Chromatic confocal measuring device (100), comprising a light source (120) which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths, a first confocal aperture (130) through which light from the light source (120) passes, a second confocal aperture (140), an illumination imaging optics (200) comprising at least one first splitting optical element (210) which is designed as a prism or grating, and a first lens system (230) with at least one first lens which is spatially separated from the first splitting optical element (210), wherein the first lens system (230) receives light from the first splitting optical element (210) and the effective focal length of the first lens system (230) differs for different wavelengths, so that the illumination imaging optics (200) are designed such that focus points of different wavelengths for at least one passage point of the light through the first confocal Aperture (130) are formed at different locations, the locations being located along a line segment (160) which forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230), the measuring device (100) being designed to measure an object (105) which intersects the line segment (160) and reflects at least part of the light, a detection imaging optics (300), the detection imaging optics (300) being designed to detect light reflected from the object (105) exclusively from directions received which differ from directions from which the illumination light is incident on the object (105), wherein the detection imaging optics (300) are configured to image the focal points of all wavelengths onto the second confocal aperture (140), a detector (400) which is configured to detect an intensity of the light passing through the second confocal aperture (140), and a light guide arrangement (146) which is configured to guide a portion of the light emitted by the light source (120) directly onto the detector (400). Measuring device (100) according to feature 1, characterized in that the light guide arrangement (146) is configured to guide light to the detector (400) without passing through the illumination imaging optics (200) and the detection imaging optics (300). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the light guide arrangement (146) is designed to guide at least part of the light to the detector (400) without splitting the wavelengths. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the light guide arrangement (146) is designed to split light completely or partially according to wavelengths and then guide it to the detector (400). Measuring device (100) according to feature 4, characterized in that the detector (400) is designed to detect the light split according to wavelengths received from the light guide arrangement (146) in a wavelength-resolved manner. Measuring device (100) according to one of features 4 or 5, characterized in that the light guide arrangement (146) has a prism or a grating for splitting the light according to wavelengths, or wherein the light guide arrangement (146) guides light for Splitting onto a detector-side prism or a grating (420) of the detector (400). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the measuring device (100) has an evaluation device for light guided from the light guide arrangement (146) to the detector (400). Measuring device (100) according to feature 7, characterized in that the evaluation device is configured to normalize the intensity of the light guided through the imaging optics to the detector (400) based on an intensity of the light guided from the light guide arrangement (146) to the detector (400). Measuring device (100) according to one of features 7 or 8, characterized in that the evaluation device is configured to check a function of the light source (120) based on an intensity of the light guided from the light guide arrangement (146) to the detector (400). Measuring device (100) according to one of features 7 to 9, characterized in that the evaluation device is configured to carry out a white balance for the light guided through the imaging optics (200, 300) based on a wavelength-selective intensity of the light guided from the light guide arrangement (146) to the detector (400). Measuring device (100) according to one of features 7 to 10, characterized in that the evaluation device is configured to compare a spectrum of the light guided through the imaging optics (200, 300) to the detector (400) with a spectrum of light guided through the light guide arrangement (146) and to check the measuring device (100) based thereon. Measuring device (100) according to feature 11, characterized in that the spectrum of the light guided through the imaging optics (200, 300) onto the detector (400) is generated at different heights by means of a reflecting object (105). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the light-guiding arrangement (146) has a fiber for guiding the light. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the light-guiding arrangement (146) is coupled to the second confocal aperture (140) so that light from the light-guiding arrangement (146) passes through the second confocal aperture (140) to the detector (400). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the light-guiding arrangement (146) absorbs light between the light source (120) and the first confocal aperture (130). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the focal length of the first lens system (230) for a first wavelength of the light source (120) differs from the focal length of the first lens system (230) for a second wavelength of the light source (120) by an amount df, wherein the quotient of df and the focal length of the first lens system (230) for a wavelength between the first wavelength and the second wavelength is more than 5%. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the longitudinal splitting of the focus point positions is at least 0.1 times the lateral splitting of the focus point positions. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first lens system (230) comprises at least one lens with an Abbe number of less than 40. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the line segment which goes through the focal point positions of the different wavelengths has an angle of less than 60° and/or greater than 30°, or 45°, to a center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the illumination imaging optics (200) comprise a collimator lens (220, 225) which is arranged between the light source (120) and the first splitting optical element (210). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the light hits the first splitting optical element (210) in a collimated manner. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first splitting optical element (210) is a grating and the first lens system (230) comprises at least one diffractive lens. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first lens system (230) has a center axis which is aligned at an incline to a beam direction in front of the first splitting optical element (210). Measuring device (100) according to feature 23, characterized in that
Licht mit einer Wellenlänge fO der von der Lichtquelle (120) emittierten Wellenlängen parallel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) auf das erste Linsensystem (230) fällt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die erste konfokale Blende (130) eine Schlitzblende ist, wobei für jede Wellenlänge eine Fokuslinie gebildet wird, welche entlang einem Flächensegment angeordnet ist, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) bildet. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektions-Abbildungsoptik (300) ein zweites aufspaltendes optisches Element (310), welches als Prisma oder Gitter ausgeführt ist, und ein zweites Linsensystem (330) umfasst. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 26, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite aufspaltende optische Element (310) baugleich zum ersten aufspaltenden optischen Element (210) ausgeführt ist und/oder dass das zweite Linsensystem (330) baugleich zum ersten Linsensystem (230) ausgeführt ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (400) ein Spektrometer (405) umfasst und dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere Wellenlängen maximaler Intensität und/oder eine oder mehrere, zu einer jeweiligen Wellenlänge korrespondierende maximale Intensitäten zu bestimmen.
Nachfolgend werden Merkmale strukturiert wiedergegeben. Diese können einzeln verwendet werden und können untereinander sowie mit anderen hierin offenbarten Merkmalen kombiniert werden. Light with a wavelength fO of the wavelengths emitted by the light source (120) falls parallel to the center axis of the first lens system (230) onto the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first confocal diaphragm (130) is a slit diaphragm, a focus line being formed for each wavelength, which is arranged along a surface segment that forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the detection imaging optics (300) comprise a second splitting optical element (310), which is designed as a prism or grating, and a second lens system (330). Measuring device (100) according to feature 26, characterized in that the second splitting optical element (310) is constructed identically to the first splitting optical element (210) and/or that the second lens system (330) is constructed identically to the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the detector (400) comprises a spectrometer (405) and is designed to determine one or more wavelengths of maximum intensity and/or one or more maximum intensities corresponding to a respective wavelength. Features are presented in a structured manner below. These can be used individually and can be combined with each other and with other features disclosed herein.
Die nachfolgend wiedergegebenen Merkmale beziehen sich insbesondere auf die Ausführungen der Fig. 6 und 7. The features reproduced below relate in particular to the embodiments of Figs. 6 and 7.
1. Chromatisch konfokale Messeinrichtung (100), umfassend eine Lichtquelle (120), welche Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen und/oder mit einem kontinuierlichen Spektrum von Wellenlängen emittiert, eine erste konfokale Blende (130), durch welche Licht der Lichtquelle (120) tritt, eine zweite konfokale Blende (140), eine Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200), umfassend mindestens ein erstes aufspaltendes optisches Element (210), welches als Prisma oder Gitter ausgeführt ist, sowie ein erstes Linsensystem (230) mit mindestens einer ersten Linse, welche vom ersten aufspaltenden optischen Element (210) räumlich getrennt ist, wobei das erste Linsensystem (230) Licht von dem ersten aufspaltenden optischen Element (210) empfängt und die effektive Brennweite des ersten Linsensystems (230) sich für verschiedene Wellenlängen unterscheidet, so dass die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) derart ausgebildet ist, dass Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen für mindestens einen Durchtrittspunkt des Lichts durch die erste konfokale Blende (130) an unterschiedlichen Orten gebildet werden, wobei die Orte entlang eines Liniensegments (160) liegen, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) bildet, wobei die Messeinrichtung (100) dazu eingerichtet ist, ein Objekt (105) zu vermessen, welches das Liniensegment (160) schneidet und zumindest einen Teil des Lichts reflektiert, eine Detektions-Abbildungsoptik (300), wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) dazu eingerichtet ist, von dem Objekt (105) reflektiertes Licht ausschließlich aus Richtungen zu
empfangen, welche sich von Richtungen, aus der das Beleuchtungslicht auf das Objekt (105) einfällt, unterscheiden, wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) dazu eingerichtet ist, die Fokuspunkte aller Wellenlängen auf die zweite konfokale Blende (140) abzubilden, einen Detektor (400), welcher dazu eingerichtet ist, eine Intensität des durch die zweite konfokale Blende (140) tretenden Lichts zu erfassen, und eine Gegenlichtquelle (600), welche dazu eingerichtet ist, Gegenlicht an der zweiten konfokalen Blende (140) auf die Detektions-Abbildungsoptik (300) zu emittieren. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlicht von der Detektions-Abbildungsoptik (300) auf das Objekt (105) gerichtet wird. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlicht entgegengesetzt zum Licht der Lichtquelle (120), welches durch die erste konfokale Blende (130) zur Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) gelangt, gerichtet wird. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenlichtquelle (600) einen Laser zur Erzeugung des Gegenlichts aufweist und/oder das Gegenlicht ein Laserlicht ist oder aufweist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenlichtquelle (600) eine Quelle mit kontinuierlichem Spektrum aufweist und/oder das Gegenlicht ein Licht mit kontinuierlichem Spektrum ist oder aufweist.
Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenlichtquelle (600) Licht mit mehreren diskreten Wellenlängen oder mit mehreren nicht überlappenden Wellenlängenbereichen emittiert. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere diskreten Wellenlängen und/oder ein oder mehrere Wellenlängenbereiche der Gegenlichtquelle (600) außerhalb des Spektrums der Lichtquelle (120) liegen. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) einen Gegenlichtdetektor zur Erfassung des Gegenlichts nach Durchgang durch die Detektions-Abbildungsoptik (300) und die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) aufweist. Messeinrichtung (100) nach einem der Merkmale 6 oder 7 sowie nach Merkmal1. Chromatic confocal measuring device (100), comprising a light source (120) which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths, a first confocal aperture (130) through which light from the light source (120) passes, a second confocal aperture (140), an illumination imaging optics (200) comprising at least one first splitting optical element (210) which is designed as a prism or grating, and a first lens system (230) with at least one first lens which is spatially separated from the first splitting optical element (210), wherein the first lens system (230) receives light from the first splitting optical element (210) and the effective focal length of the first lens system (230) differs for different wavelengths, so that the illumination imaging optics (200) are designed such that focus points of different wavelengths for at least one passage point of the light through the first confocal Aperture (130) are formed at different locations, the locations being located along a line segment (160) which forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230), the measuring device (100) being designed to measure an object (105) which intersects the line segment (160) and reflects at least part of the light, a detection imaging optics (300), the detection imaging optics (300) being designed to detect light reflected from the object (105) exclusively from directions received which differ from directions from which the illumination light is incident on the object (105), wherein the detection imaging optics (300) are configured to image the focal points of all wavelengths onto the second confocal aperture (140), a detector (400) configured to detect an intensity of the light passing through the second confocal aperture (140), and a backlight source (600) configured to emit backlight at the second confocal aperture (140) onto the detection imaging optics (300). Measuring device (100) according to feature 1, characterized in that the backlight is directed by the detection imaging optics (300) onto the object (105). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the backlight is directed opposite to the light from the light source (120), which passes through the first confocal aperture (130) to the illumination imaging optics (200). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the backlight source (600) has a laser for generating the backlight and/or the backlight is or has laser light. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the backlight source (600) has a source with a continuous spectrum and/or the backlight is or has light with a continuous spectrum. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the backlight source (600) emits light with several discrete wavelengths or with several non-overlapping wavelength ranges. Measuring device (100) according to one of the features 5 or 6, characterized in that one or more discrete wavelengths and/or one or more wavelength ranges of the backlight source (600) lie outside the spectrum of the light source (120). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the measuring device (100) has a backlight detector for detecting the backlight after passing through the detection imaging optics (300) and the illumination imaging optics (200). Measuring device (100) according to one of the features 6 or 7 and according to feature
8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) eine Auswerteeinrichtung (110) aufweist, welche dazu konfiguriert ist, basierend auf jeweiligen Intensitäten der diskreten Wellenlängen oder der Wellenlängenbereiche eine Abschätzung einer Höhe des Objekts (105) zu ermitteln. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite konfokale Blende (140) einen Schlitz (142) aufweist, durch welchen Licht zum Detektor (400) hindurchtritt, wobei der Schlitz (142) eine Längserstreckung aufweist und die Gegenlichtquelle (600) das Gegenlicht ganz oder teilweise auf einer Verlängerung der Längserstreckung emittiert.
Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite konfokale Blende (140) einen Schlitz (142) aufweist, durch welchen Licht zum Detektor (400) hindurchtritt, wobei der Schlitz (142) eine Längserstreckung aufweist und die Gegenlichtquelle (600) das Gegenlicht ganz oder teilweise benachbart zu einer Längsseite des Schlitzes (142) emittiert. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine erste Wellenlänge der Lichtquelle (120) sich von der Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine zweite Wellenlänge der Lichtquelle (120) um einen Betrag df unterschiedet, wobei der Quotient aus df und der Brennweite des ersten Linsensystems (230) für eine zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge befindliche Wellenlänge mehr als 5% beträgt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die longitudinale Aufspaltung der Fokuspunkt-Lagen mindestens 0,1 -mal die laterale Aufspaltung der Fokuspunkt-Lagen beträgt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Linsensystem (230) mindestens eine Linse mit einer Abbe-Zahl kleiner 40 umfasst. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Liniensegment (160), welche durch die Fokuspunkt-Lagen der unterschiedlichen Wellenlängen geht, einen Winkel kleiner als 60° und/oder größer als 30°, oder 45°, zu einer Mittenachse des ersten Linsensystems (230) aufweist.
Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) eine Kollimatorlinse (220, 225) umfasst, welche zwischen Lichtquelle (120) und erstem aufspaltendem optischen Element (210) angeordnet ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht kollim iert auf das erste aufspaltende optische Element (210) trifft. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste aufspaltende optische Element (210) ein Gitter ist und das erste Linsensystem (230) mindestens eine Diffraktivlinse umfasst. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Linsensystem (230) eine Mittenachse aufweist, welche geneigt zu einer Strahlrichtung vor dem ersten aufspaltenden optischen Element (210) ausgerichtet ist. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 19, dadurch gekennzeichnet, dass Licht mit einer Wellenlänge fO der von der Lichtquelle (120) emittierten Wellenlängen parallel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) auf das erste Linsensystem (230) fällt. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die erste konfokale Blende (130) eine Schlitzblende ist, wobei für jede Wellenlänge eine Fokuslinie gebildet wird, welche entlang einem Flächensegment angeordnet ist, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) bildet.
Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektions-Abbildungsoptik (300) ein zweites aufspaltendes optisches Element (310), welches als Prisma oder Gitter ausgeführt ist, und ein zweites Linsensystem (330) umfasst. Messeinrichtung (100) nach Merkmal 22, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite aufspaltende optische Element (310) baugleich zum ersten aufspaltenden optischen Element (210) ausgeführt ist und/oder dass das zweite Linsensystem (330) baugleich zum ersten Linsensystem (230) ausgeführt ist. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (400) ein Spektrometer (405) umfasst und dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere Wellenlängen maximaler Intensität und/oder eine oder mehrere, zu einer jeweiligen Wellenlänge korrespondierende maximale Intensitäten zu bestimmen.
8, characterized in that the measuring device (100) has an evaluation device (110) which is configured to determine an estimate of a height of the object (105) based on respective intensities of the discrete wavelengths or the wavelength ranges. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the second confocal diaphragm (140) has a slit (142) through which light passes to the detector (400), wherein the slit (142) has a longitudinal extension and the backlight source (600) emits the backlight completely or partially on an extension of the longitudinal extension. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the second confocal aperture (140) has a slit (142) through which light passes to the detector (400), the slit (142) having a longitudinal extension and the backlight source (600) emits the backlight completely or partially adjacent to a long side of the slit (142). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the focal length of the first lens system (230) for a first wavelength of the light source (120) differs from the focal length of the first lens system (230) for a second wavelength of the light source (120) by an amount df, the quotient of df and the focal length of the first lens system (230) for a wavelength between the first wavelength and the second wavelength being more than 5%. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the longitudinal splitting of the focus point positions is at least 0.1 times the lateral splitting of the focus point positions. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first lens system (230) comprises at least one lens with an Abbe number of less than 40. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the line segment (160) which goes through the focus point positions of the different wavelengths has an angle of less than 60° and/or greater than 30°, or 45°, to a center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the illumination imaging optics (200) comprise a collimator lens (220, 225) which is arranged between the light source (120) and the first splitting optical element (210). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the light hits the first splitting optical element (210) in a collimated manner. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first splitting optical element (210) is a grating and the first lens system (230) comprises at least one diffractive lens. Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first lens system (230) has a center axis which is aligned at an incline to a beam direction in front of the first splitting optical element (210). Measuring device (100) according to feature 19, characterized in that light with a wavelength fO of the wavelengths emitted by the light source (120) falls on the first lens system (230) parallel to the center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the first confocal diaphragm (130) is a slit diaphragm, wherein a focus line is formed for each wavelength, which is arranged along a surface segment that forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the detection imaging optics (300) comprise a second splitting optical element (310), which is designed as a prism or grating, and a second lens system (330). Measuring device (100) according to feature 22, characterized in that the second splitting optical element (310) is designed to be identical in construction to the first splitting optical element (210) and/or that the second lens system (330) is designed to be identical in construction to the first lens system (230). Measuring device (100) according to one of the preceding features, characterized in that the detector (400) comprises a spectrometer (405) and is designed to determine one or more wavelengths of maximum intensity and/or one or more maximum intensities corresponding to a respective wavelength.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
100 chromatisch konfokale Messeinrichtung100 chromatic confocal measuring device
105 Objekt 105 Object
106 Messlicht 106 Measuring light
107 Gegenlicht 107 Backlight
108 Messstelle 108 measuring point
110 Auswerteeinrichtung 110 Evaluation device
120 Lichtquelle 120 light source
130 erste konfokale Blende 130 first confocal aperture
132 Schlitz 132 Slot
133 Rücklauföffnung 133 Return opening
134 Kontrollöffnung 134 Inspection opening
135 Lichtleiter 135 light guides
136 Kontrolllichtquelle 136 Control light source
137 Rücklaufdetektor 137 Return detector
138 Kontrolldetektor 138 Control detector
140 zweite konfokale Blende 140 second confocal aperture
142 Schlitz 142 Slot
144 Öffnung 144 Opening
160 Liniensegment 160 line segment
200 Beleuchtungs-Abbildungsoptik 200 Illumination imaging optics
210 erstes aufspaltendes optisches Element210 first splitting optical element
220 Sammellinse 220 convex lens
225 Sammellinse 225 Converging lens
230 erstes Linsensystem 230 first lens system
300 Detektions-Abbildungsoptik 300 Detection imaging optics
310 erstes aufspaltendes optisches Element310 first splitting optical element
320 Sammellinse 320 convex lens
325 Zerstreuungslinse 325 Diverging lens
330 zweites Linsensystem 330 second lens system
400 Detektor 400 Detector
405 Spektrometer 405 spectrometers
410 Sammellinse
Element 410 Convex lens element
Sammellinse Converging lens
Sammellinse lichtsensitive Oberfläche aufspaltendes optisches ElementConverging lens light-sensitive surface splitting optical element
VerbindungsstückConnector
Außenfläche Exterior surface
Kontaktfläche Contact surface
Kontaktfläche erster Teil zweites Teil Contact surface first part second part
Gegenlichtquelle Backlight source
Lichtleiter Light guide
Gegenlichtdetektionsöffnung
Backlight detection aperture
Claims
1. Chromatisch konfokale Messeinrichtung (100), umfassend eine Lichtquelle (120), welche Licht mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen und/oder mit einem kontinuierlichen Spektrum von Wellenlängen emittiert, eine erste konfokale Blende (130), durch welche Licht der Lichtquelle (120) tritt, eine zweite konfokale Blende (140), ein aufspaltendes optisches Element (500) mit einem ersten Teil (510) und einem zweiten Teil (520), welche als Prisma oder Gitter ausgeführt sind, und mit einem Verbindungsstück (505), wobei der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) mittels des Verbindungsstücks (505) fest miteinander verbunden sind, eine Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200), umfassend mindestens den ersten Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500), sowie ein erstes Linsensystem (230) mit mindestens einer ersten Linse, welche vom ersten Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500) räumlich getrennt ist, wobei das erste Linsensystem (230) Licht von dem ersten Teil (510) des aufspaltenden optischen Elements (500) empfängt und die effektive Brennweite des ersten Linsensystems (230) sich für verschiedene Wellenlängen unterscheidet, so dass die Beleuchtungs-Abbildungsoptik (200) derart ausgebildet ist, dass Fokuspunkte unterschiedlicher Wellenlängen für mindestens einen Durchtrittspunkt des Lichts durch die erste konfokale Blende (130) an unterschiedlichen Orten gebildet werden, wobei die Orte entlang eines Liniensegments (160) liegen, welches einen spitzen Winkel zur Mittenachse des ersten Linsensystems (230) bildet, wobei die Messeinrichtung (100) dazu eingerichtet ist, ein Objekt (105) zu vermessen, welches das Liniensegment (160) schneidet und zumindest einen Teil des Lichts reflektiert, eine Detektions-Abbildungsoptik (300), wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) den zweiten Teil (520) des aufspaltenden optischen Elements (500) umfasst, wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) dazu eingerichtet ist, von dem Objekt (105) reflektiertes Licht ausschließlich aus Richtungen zu
empfangen, welche sich von Richtungen, aus der das Beleuchtungslicht auf das Objekt (105) einfällt, unterscheiden, wobei die Detektions-Abbildungsoptik (300) dazu eingerichtet ist, die Fokuspunkte aller Wellenlängen auf die zweite konfokale Blende (140) abzubilden, und einen Detektor (400), welcher dazu eingerichtet ist, eine Intensität des durch die zweite konfokale Blende (140) tretenden Lichts zu erfassen. 1. Chromatic confocal measuring device (100), comprising a light source (120) which emits light of several different wavelengths and/or with a continuous spectrum of wavelengths, a first confocal aperture (130) through which light from the light source (120) passes, a second confocal aperture (140), a splitting optical element (500) with a first part (510) and a second part (520), which are designed as a prism or grating, and with a connecting piece (505), wherein the first part (510) and the second part (520) are firmly connected to one another by means of the connecting piece (505), an illumination imaging optics (200) comprising at least the first part (510) of the splitting optical element (500), and a first lens system (230) with at least one first lens, which is spatially separated from the first part (510) of the splitting optical element (500), wherein the first lens system (230) receives light from the first part (510) of the splitting optical element (500) and the effective focal length of the first lens system (230) differs for different wavelengths, so that the illumination imaging optics (200) are designed such that focus points of different wavelengths are formed at different locations for at least one point of passage of the light through the first confocal aperture (130), the locations lying along a line segment (160) which forms an acute angle to the center axis of the first lens system (230), the measuring device (100) being designed to measure an object (105) which intersects the line segment (160) and reflects at least part of the light, a detection imaging optics (300), the detection imaging optics (300) comprising the second part (520) of the splitting optical element (500), the Detection imaging optics (300) are designed to detect light reflected from the object (105) exclusively from directions receive which differ from directions from which the illumination light is incident on the object (105), wherein the detection imaging optics (300) are configured to image the focus points of all wavelengths onto the second confocal aperture (140), and a detector (400) which is configured to detect an intensity of the light passing through the second confocal aperture (140).
2. Messeinrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) aus einem anderen Glas oder einem anderen Material ausgebildet ist als der erste Teil (510) und der zweite Teil (520). 2. Measuring device (100) according to claim 1, characterized in that the connecting piece (505) is made of a different glass or a different material than the first part (510) and the second part (520).
3. Messeinrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) aus einem Glas oder Material mit einem höheren Brechungsindex als das Verbindungsstück (505) ausgebildet sind. 3. Measuring device (100) according to claim 2, characterized in that the first part (510) and the second part (520) are formed from a glass or material with a higher refractive index than the connecting piece (505).
4. Messeinrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) aus dem gleichen Glas oder dem gleichen Material ausgebildet ist wie der erste Teil (510) und/oder der zweite Teil (520). 4. Measuring device (100) according to claim 1, characterized in that the connecting piece (505) is made of the same glass or the same material as the first part (510) and/or the second part (520).
5. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) plattenförmig ausgeführt ist. 5. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting piece (505) is plate-shaped.
6. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505), der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
6. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting piece (505), the first part (510) and the second part (520) are materially connected to one another.
7. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505), der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) als durchgängiges Element ohne Materialübergänge ausgeführt sind und/oder aus einem Stück hergestellt sind. 7. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting piece (505), the first part (510) and the second part (520) are designed as a continuous element without material transitions and/or are made from one piece.
8. Messeinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505), der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) separat zueinander hergestellt sind und miteinander verbunden wurden. 8. Measuring device (100) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the connecting piece (505), the first part (510) and the second part (520) are manufactured separately from one another and have been connected to one another.
9. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) Prismen sind, welche auf dem Verbindungsstück (505) aufliegend oder am Verbindungsstück (505) hängend angeordnet sind. 9. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first part (510) and the second part (520) are prisms which are arranged resting on the connecting piece (505) or hanging on the connecting piece (505).
10. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) eine nicht änderbare Positionsbeziehung und eine nicht änderbare Orientierung des ersten Teils (510) und des zweiten Teils (520) relativ zueinander definiert. 10. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting piece (505) defines a non-changeable positional relationship and a non-changeable orientation of the first part (510) and the second part (520) relative to each other.
11 . Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) auch in dem Strahlengang der Beleuchtungs- Abbildungsoptik (200) und/oder der Detektions-Abbildungsoptik (300) angeordnet ist. 11. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting piece (505) is also arranged in the beam path of the illumination imaging optics (200) and/or the detection imaging optics (300).
12. Messeinrichtung (100) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) gemeinsam mit dem ersten Teil (510) ein Prisma ausbildet, welches zumindest teilweise durch eine gedachte Linie gegenüber dem Rest des Verbindungsstücks (505) abgegrenzt ist,
und/oder das Verbindungsstück (505) gemeinsam mit dem zweiten Teil (520) ein Prisma ausbildet, welches zumindest teilweise durch eine gedachte Linie gegenüber dem Rest des Verbindungsstücks (505) abgegrenzt ist. 12. Measuring device (100) according to claim 11, characterized in that the connecting piece (505) together with the first part (510) forms a prism which is at least partially delimited by an imaginary line from the rest of the connecting piece (505), and/or the connecting piece (505) together with the second part (520) forms a prism which is at least partially delimited by an imaginary line from the rest of the connecting piece (505).
13. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (505) auf einer dem Objekt (105) zugewandten Seite oder auf einer dem Objekt (105) abgewandten Seite eine durchgehende ebene Außenfläche (506) aufweist. 13. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting piece (505) has a continuous flat outer surface (506) on a side facing the object (105) or on a side facing away from the object (105).
14. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den ersten Teil (510) kontaktierende erste Kontaktfläche (507) des Verbindungsstücks (505) schräg zur dem ersten Teil (510) und dem zweiten Teil (520) abgewandten Außenfläche (506) des Verbindungsstücks (505) ausgerichtet ist, und/oder eine den zweiten Teil (520) kontaktierende zweite Kontaktfläche (508) des Verbindungsstücks (505) schräg zur dem ersten Teil (510) und dem zweiten Teil (520) abgewandten Außenfläche (506) des Verbindungsstücks (505) ausgerichtet ist. 14. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a first contact surface (507) of the connecting piece (505) contacting the first part (510) is aligned obliquely to the outer surface (506) of the connecting piece (505) facing away from the first part (510) and the second part (520), and/or a second contact surface (508) of the connecting piece (505) contacting the second part (520) is aligned obliquely to the outer surface (506) of the connecting piece (505) facing away from the first part (510) and the second part (520).
15. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den ersten Teil (510) kontaktierende erste Kontaktfläche (507) des Verbindungsstücks (505) parallel zur dem ersten Teil (510) und dem zweiten Teil (520) abgewandten Außenfläche (506) des Verbindungsstücks (505) ausgerichtet ist, und/oder eine den zweiten Teil (520) kontaktierende zweite Kontaktfläche (508) des Verbindungsstücks (505) parallel zur dem ersten Teil (510) und dem zweiten Teil (520) abgewandten Außenfläche (506) des Verbindungsstücks (505) ausgerichtet ist.
15. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a first contact surface (507) of the connecting piece (505) contacting the first part (510) is aligned parallel to the outer surface (506) of the connecting piece (505) facing away from the first part (510) and the second part (520), and/or a second contact surface (508) of the connecting piece (505) contacting the second part (520) is aligned parallel to the outer surface (506) of the connecting piece (505) facing away from the first part (510) and the second part (520).
16. Messeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (100) ein Trägerelement aufweist, wobei das Verbindungsstück (505) am Trägerelement befestigt ist. 16. Measuring device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (100) has a carrier element, wherein the connecting piece (505) is fastened to the carrier element.
17. Messeinrichtung (100) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil (510) und der zweite Teil (520) nicht selbst an dem Trägerelement befestigt sind und/oder nur mittels des Verbindungsstücks (505) an dem Trägerelement befestigt sind.
17. Measuring device (100) according to claim 16, characterized in that the first part (510) and the second part (520) are not themselves attached to the carrier element and/or are only attached to the carrier element by means of the connecting piece (505).
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DE102011117523B3 (en) * | 2011-11-03 | 2013-04-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device for optically determining the surface geometry of a three-dimensional sample |
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CN111486952A (en) * | 2020-06-02 | 2020-08-04 | 南京引创光电科技有限公司 | Optical measurement system |
US20200378743A1 (en) * | 2017-12-18 | 2020-12-03 | Universitat Stuttgart | Method and assembly for chromatic confocal spectral interferometry or spectral domain oct |
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---|---|---|---|---|
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-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011117523B3 (en) * | 2011-11-03 | 2013-04-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device for optically determining the surface geometry of a three-dimensional sample |
US20200378743A1 (en) * | 2017-12-18 | 2020-12-03 | Universitat Stuttgart | Method and assembly for chromatic confocal spectral interferometry or spectral domain oct |
DE102018130901A1 (en) | 2018-12-04 | 2020-06-04 | Precitec Optronik Gmbh | Optical measuring device |
CN111486952A (en) * | 2020-06-02 | 2020-08-04 | 南京引创光电科技有限公司 | Optical measurement system |
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