[发明专利]光学测量设备

说明书

本申请公开了光学测量设备，包括：发射多个波长的光的光源(1)；来自光源(1)的光通过其的第一共焦光阑(2)；光学照射/成像系统(BA)，至少包括：第一分光元件(4)，其被设计为棱镜或光栅，进入第一分光元件(4)的光被使得准直；及与第一分光元件(4)空间上分开的、具有至少一第一透镜的第一透镜系统(5)，第一透镜系统(5)的有效焦距(f(λ))对于不同波长而显著不同(λ)，使得光学照射/成像系统(BA)设计成使得不同波长的焦点被形成在不同位置，这些位置沿与第一透镜系统(5)的对称轴(40)形成锐角的线段(41)坐落。该测量设备配置成测量与所述线段(41)交叉并反射至少一部分光的物体(30)。

技术领域

本发明涉及光学测量设备，尤其涉及用于测量物体的光色测量设备。

背景技术

用于测量物体的光学测量设备已知。EP 2 076 733 B1公开了一种用于确定物体表面和厚度的测量仪器，其包括多色光源和具有色散元件的光学处理器部分，色散元件使直射在将要测量的物体上的光学辐射按非轴向色散。在该设备中，光学辐射的不同波长按物体表面的法线方向在不同高度聚焦。用于光学辐射的第二处理器部分将测量物体在镜面反射方向反射的光导向检测器，其配置成确定最大强度的波长以确定表面高度。

发明内容

本发明的目标在于提供一种改进的、用于测量物体的测量设备。

本发明的一方面提出一种测量设备，包括发射多个波长的光源，其光通过第一共焦光阑射入光学照射/成像系统。该光学照射/成像系统包括第一分光元件，其被设计为棱镜或光栅。第一分光元件根据波长拆分光，即不同波长的光以相同角度射中分光元件但以不同角度离开该分光元件。在棱镜情形下，这因色散引起；在光栅情形下，一阶或更高阶的衍射(正或负阶衍射)用作光学输出并进行光谱拆分。

在该过程中，光进入第一分光元件，针对所有波长使得准直。这仅在下述情形下可能：在光源与第一分光元件之间未设置有具有明显随波长而变的焦距的元件尤其是具有明显色差(色像差)的透镜或透镜组合。

光学照射/成像系统还包括第一透镜系统，其具有至少一第一透镜。第一透镜系统与第一分光元件空间上分开，即它们为两个分开的元件。第一透镜系统的有效焦距对于不同波长而显著变化。该性质被称为轴向色差。

光通过光学照射/成像系统聚焦，不同波长的聚焦位置尤其是焦点或焦线被形成在不同位置。这些位置沿测量段尤其是线段或区域段坐落，测量段与第一透镜系统的对称轴形成锐角。

焦点或焦线位于其上的线段或区域段的区域表示测量设备的测量范围。与线段交叉并反射至少一部分光的任何物体均可被测量。

从焦点到透镜系统的距离因第一透镜系统的轴向色差而随波长变化。在没有明显轴向色差的情形下，焦点将大约垂直于对称轴成一线。

测量设备还包括与光学照射/成像系统空间上分开的光学检测/成像系统。空间上分开使能使用更小、更轻的光学元件。光学检测/成像系统配置成接收由物体反射的、来自与照射光射中物体的方向不同方向的光，及使所使用的所有波长的焦点成像在第二共焦光阑上。

第二共焦光阑具有抑制焦点未对准而射中测量物体因而在第二共焦光阑上未被精确成像的波长的光的效果，因而降低背景噪声及提高信噪比。

测量设备还包括检测器，其配置成获得通过第二光阑的光的强度。

由于明显的轴向色差，当聚焦位置或焦点的成像质量好时，光入射角可增大以有效抑制或减少所谓的阴影效应。

本发明的特征因而具有测量光在测量物体上的平均入射角更陡的优点，从而减少阴影。