[发明专利]用于测量两个物体之间的距离的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于使用至少一个光源和至少一个光接收器借助光线以光学地测量在光学上实质上散射的物体与光学上实质上反射的物体之间的距离的方法。

背景技术

已知多种光学距离测量方法，例如借助干涉或运行时间测量进行的激光距离测量、光切法或其它三角测量方法。此处，为了获得有价值的光信号，光源以及与其相关的光接收器必须以特定方式定位，以便获得充分强而使得能够测量所述距离的有价值的光信号。

充当用于沿着投影光线测量表面的高程剖面的测量技术的光切法是已知的，并且用于许多工业应用。所述光切法是基于三角测量的原理。为此，光源、光接收器和测量样本需要形成三角形。发送和接收光学系统的光轴之间的角度越大，测量布置的高程分辨率越大。由于物体的表面轮廓，投影到物体上的光线经受变形，所述变形由充当光接收器的相机俘获和评估。光源与光接收器之间的角度越大，光接收器中的光线的变形越可见。另外，已知的光切法取决于被测量的物体的表面具有充分的光散射性质，以使得撞击物体的表面的光的部分将朝向接收相机漫射地散射。然而，如果表面在其部分区域中是反射的或是反射性的，那么所述表面处的反射的光泽反射将在此处占主导地位。此镜面反射将一般不撞击接收光学系统，以致于在接收器处将没有可接受的信号。

在一些应用中，如果由于特殊的几何条件，无法接收到用于确定实质上散射的物体与实质上反射的物体之间的距离的有价值的信号或仅可接收到非特定的信号，那么不可应用这些常规方法来确定两个物体之间的距离。

举例来说，如果是例如在用于生产单晶硅晶体(所谓的锭)的拉晶设备中(其中将测量实质上散射的物体(环绕锭的漏斗)与实质上反射的物体(热硅熔融物)之间的距离)的情况，物体中的一个具有反射表面，而另一物体散射光，那么常规的光学距离测量方法是不可用的。

从第2010/0165321 A1号美国公开案已知一种测量装置和测量方法，其中借助三角测量通过测量点状距离来实现与拉晶过程相关的距离测量。总的结果是由在不同的所界定的点处一个接一个地进行的多个连续个别的测量的结果组成。

第2004/0095584 A1号美国公开案描述了一种用于测量喷嘴与反射板的距离的方法和装置。此处，激光束投射到与所述板平行的喷嘴上且平行于喷嘴边缘。由此，激光束仅位于喷嘴的散射物体上。通过记录两条平行光线来评估相机图像中的这两条光线相距的距离以便间接地以此方式确定喷嘴出口与所述板的距离。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量方法，其中甚至在困难的几何和光照条件下(例如，在拉晶过程中出现)，也可以精确地测量实质上散射的物体与实质上反射的物体之间的距离。

根据本发明所述的方法中实现此目的，其中光线包含散射物体的至少一个区域以及反射物体的至少一个区域，且其中俘获并评估所述光线在所述散射物体处散射的光以及所述光线在所述反射物体处反射的光以用于确定所述距离，其中在所述反射物体处的反射之后俘获并评估在所述散射物体处散射的光，且在所述散射物体处的散射之后俘获并评估在所述反射物体处反射的光。

此处，在根据本发明的本方法的情况下且与基于三角测量的原理的已知的光切法相比，不需要光源、光接收器和测试样本形成三角形。在根据本发明的方法中，不是测量因测试样本的表面轮廓引起的光线(即，光段(light-section))的变形。相比而言，光源与光接收器之间的距离非常小，或甚至可例如借助与光源和光接收器的光轴重叠的分束器而使光源和光接收器处于近轴，实际上是有利的。在近轴情况下，光源与光接收器的光轴是重合的。在此情况下，从光接收器的角度来看，光线始终显得是笔直的，而不管被光线撞击的物体的高程轮廓如何变化。根据本发明的方法是基于以下事实：由于反射物体处的反射，会出现可随后在由光接收器俘获的图像中评估的额外反射。这些额外的反射几何上越远离，散射物体与反射物体之间的距离越大。

根据本发明的方法的特别有利的实施例在于，散射物体在其面向反射物体的末端的边缘处具有斜面，且在于在此处散射的光得以俘获和评估。几何上界定的反射以及光线的镜面反射进而出现在所述斜面处，这于是准许精确地评估由光接收器检测到的图像，例如相机图像。

另外，有利的是，旋转光线以使得其倾斜于垂直。所得的反射和镜面反射进而相对于彼此水平地移位，且由于此几何间隔而促进对由光接收器检测到的图像的评估。