用于檢測(cè)對(duì)象的3d結(jié)構(gòu)的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】用于檢測(cè)對(duì)象的3D結(jié)構(gòu)的設(shè)備，包括：第一激光發(fā)射器，其產(chǎn)生具有第一波長(zhǎng)的激光輻射；第二激光發(fā)射器，其產(chǎn)生具有第二波長(zhǎng)的激光輻射，其中，第一波長(zhǎng)不同于第二波長(zhǎng)；光學(xué)器件，其中的至少一個(gè)是分束器，所述分束器在每種情況下將所述激光發(fā)射器的激光輻射分裂成參考輻射和照明輻射，其中，所述照明輻射撞擊在要測(cè)量的對(duì)象上，被所述對(duì)象作為對(duì)象輻射反射并與參考輻射相干涉；以及檢測(cè)器，其接收從其那里形成的干涉圖。激光發(fā)射器被定位為使得第一激光發(fā)射器的照明輻射和第二激光發(fā)射器的照明輻射以不同的入射角撞擊在對(duì)象上。設(shè)備還包括測(cè)量裝置，其測(cè)量激光發(fā)射器的激光輻射的兩個(gè)波長(zhǎng)，并影響對(duì)干涉圖的記錄。
【專利說明】用于檢測(cè)對(duì)象的3D結(jié)構(gòu)的設(shè)備
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)對(duì)象的三維結(jié)構(gòu)的設(shè)備，該設(shè)備包括：第一激光發(fā)射器， 其產(chǎn)生具有第一波長(zhǎng)的激光輻射；第二激光發(fā)射器，其產(chǎn)生具有第二波長(zhǎng)的激光輻射，其 中，第一波長(zhǎng)不同于第二波長(zhǎng)；光學(xué)器件，所述光學(xué)器件中的至少一個(gè)是分束器，其在每種 情況下將激光發(fā)射器的激光輻射分裂成參考輻射和照明輻射。該照明輻射撞擊在要測(cè)量的 對(duì)象上，被對(duì)象作為對(duì)象輻射而反射，并且與參考輻射相干涉。設(shè)備的檢測(cè)器接收由其產(chǎn)生 的干涉圖。
[0002] 用于檢測(cè)3D結(jié)構(gòu)的設(shè)備被用在例如用于質(zhì)量保證的行業(yè)中。因此可以針對(duì)所處 理表面的特性來檢查所處理表面，例如針對(duì)對(duì)尺寸準(zhǔn)確度的遵守性和/或?qū)︻A(yù)定義粗糙度 的遵守性。此外，用此類設(shè)備，還可以以數(shù)字方式檢測(cè)并三維地映射整個(gè)對(duì)象。
[0003] 從US 6, 809, 845 B1可了解此類設(shè)備。其根據(jù)全息術(shù)原理進(jìn)行工作。借助于兩個(gè) 激光器來產(chǎn)生具有不同波長(zhǎng)的兩個(gè)激光束。每個(gè)激光束被分成對(duì)象射束和參考射束，所述 對(duì)象射束撞擊在要測(cè)量的對(duì)象上。從對(duì)象反射的對(duì)象射束和具有一個(gè)波長(zhǎng)的附屬參考射束 被組合并相互干涉，兩個(gè)射束之間的相位關(guān)系被記錄?？梢越柚谟删哂械谝徊ㄩL(zhǎng)的激光 束產(chǎn)生的相位關(guān)系和由具有第二波長(zhǎng)的激光束產(chǎn)生的相位關(guān)系之間的差來創(chuàng)建對(duì)象的反 射表面的三維模型。除所述激光器、即Nd:YAG激光器(釹摻雜釔鋁石榴石激光器）和HeNe 激光器(氦氖激光器）之外，該設(shè)備還包括多個(gè)反射鏡、分束器、濾波器以及光闌。設(shè)備的所 需空間要求是大的。
[0004] US 8, 068, 235 B1還公開了一種用于表面結(jié)構(gòu)的三維檢測(cè)的設(shè)備。兩個(gè)激光源產(chǎn) 生激光束。這些激光束的各部分被組合成復(fù)合射束，其撞擊在要測(cè)量的對(duì)象上。然后其被 對(duì)象反射并被照相機(jī)檢測(cè)到。發(fā)射激光束的剩余部分作為具有不同入射角的參考射束而撞 擊在照相機(jī)上。由于激光束被經(jīng)由分束器而被部分地組合，所以該設(shè)備具有增加的空間要 求。
[0005] 在這兩個(gè)專利說明書中，兩個(gè)或更多波長(zhǎng)的光以相同的角度撞擊在對(duì)象上。這引 起所謂的斑點(diǎn)噪聲，因?yàn)樽鳛槁晕⒋植诒砻鎸?duì)象的后向散射光中的光的波的特性的結(jié)果， 出現(xiàn)所謂的相長(zhǎng)(亮）和相消（暗）干涉的區(qū)域。對(duì)象從而對(duì)于觀察者而言看起來是"顆粒狀 的"，其被命名為斑點(diǎn)或斑點(diǎn)噪聲。
[0006] 由于上述原因，獲得提供一種用于檢測(cè)對(duì)象的3D結(jié)構(gòu)以及用于使斑點(diǎn)噪聲最小 化的緊湊式設(shè)備的目的。
[0007] 以根據(jù)權(quán)利要求1的前序的設(shè)備作為用于解決此目的的起始點(diǎn)。通過在權(quán)利要求 1的特征部分中給出的建設(shè)性特征來解決該目的。
[0008] 該設(shè)備包括測(cè)量裝置，其測(cè)量激光發(fā)射器的激光輻射的兩個(gè)波長(zhǎng)。該測(cè)量裝置影 響由檢測(cè)器進(jìn)行的干涉圖的記錄。諸如例如溫度變化之類的讓人煩惱的影響可能具有激光 發(fā)射器產(chǎn)生具有波動(dòng)波長(zhǎng)的輻射的結(jié)果。借助于測(cè)量裝置，確保了在評(píng)估干涉圖時(shí)精確地 知道由激光發(fā)射器產(chǎn)生的激光輻射的波長(zhǎng)和波長(zhǎng)的時(shí)間特性。
[0009] 可選地，測(cè)量裝置測(cè)量激光發(fā)射器的激光輻射的波長(zhǎng)的時(shí)間特性，其中，控制裝置 在基本上恒定的波長(zhǎng)的情況下對(duì)檢測(cè)器進(jìn)行致動(dòng)，并且觸發(fā)對(duì)干涉圖的記錄。
[0010] 這因此意味著設(shè)備可選地包括允許測(cè)量激光發(fā)射器的激光輻射的波長(zhǎng)的時(shí)間特 性的測(cè)量裝置并且該測(cè)量裝置可選地被連接到控制裝置，該控制裝置適合于在基本上恒定 的波長(zhǎng)的情況下對(duì)檢測(cè)器進(jìn)行致動(dòng)并用于觸發(fā)對(duì)干涉圖的記錄。
[0011] 在由檢測(cè)器進(jìn)行的干涉圖的記錄期間，如果波長(zhǎng)的時(shí)間特性是基本上恒定的，則 是有利的。在本發(fā)明的背景下，將術(shù)語基本上恒定的波長(zhǎng)理解成是在發(fā)射波長(zhǎng)的ΚΓ 6與ΚΓ7 倍范圍內(nèi)、即在約0. 1-lpm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)波動(dòng)。干涉圖是用優(yōu)選地10-100 μ S的曝光時(shí)間 來記錄的。短曝光時(shí)間確保即使在適度移動(dòng)的對(duì)象的情況下相敏記錄也不模糊。
[0012] 還可行的是設(shè)備具有調(diào)節(jié)裝置，其根據(jù)測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果而以使得發(fā)射的激光 輻射的波長(zhǎng)基本上恒定的方式來調(diào)節(jié)激光發(fā)射器。
[0013] 激光發(fā)射器以如下這樣的方式被定位，即使得第一激光發(fā)射器的照明輻射和第二 激光發(fā)射器的照明輻射以不同的入射角撞擊在對(duì)象上。優(yōu)選地，各激光發(fā)射器的照明輻 射以相對(duì)小的入射角撞擊在對(duì)象上。例如，在兩個(gè)激光發(fā)射器的情況下，典型入射角約為 0.1Γ。在本發(fā)明的背景下，可認(rèn)識(shí)到，有利地當(dāng)使用超過兩個(gè)激光發(fā)射器--即，例如8 個(gè)時(shí)，照明輻射以至多Γ、優(yōu)選地約0.8°的入射角撞擊在對(duì)象上。照明輻射的更大入射 角也是可行的。
[0014] 優(yōu)選地，激光發(fā)射器發(fā)射具有至少100 mW的總功率的激光輻射，其中，總功率強(qiáng)烈 地取決于曝光時(shí)間。
[0015] 在本發(fā)明的背景下將術(shù)語照明輻射理解為撞擊在要測(cè)量的對(duì)象上的那部分發(fā)射 的激光輻射。術(shù)語對(duì)象輻射命名在對(duì)象處被反射的照明輻射。參考輻射是作為參考未改變 的與對(duì)象福射相干涉并撞擊在檢測(cè)器上的那部分發(fā)射的激光福射。
[0016] 在本發(fā)明的背景下，可認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備還可以用在人口腔的區(qū)域中。特 別地，將該設(shè)備例如作為牙齒掃描儀用于檢測(cè)內(nèi)部口腔區(qū)域中的表面和對(duì)象是可行的。為 了滿足這些要求，設(shè)備優(yōu)選地具有相應(yīng)的尺寸，其使得能夠?qū)⒃撛O(shè)備至少部分地插入內(nèi)部 口腔區(qū)域中。
[0017] 將測(cè)量裝置配置為法布里珀羅干涉儀是有利的。一般地法布里珀羅干涉儀從現(xiàn)有 技術(shù)是已知的。在本實(shí)例中，法布里珀羅干涉儀的諧振器包括兩個(gè)玻璃板，在每種情況下在 所述玻璃板上氣相沉積了反射鏡。根據(jù)諧振器的諧振條件，具有特定波長(zhǎng)的激光輻射透射 通過氣相沉積的反射鏡，并且在本實(shí)例中被檢測(cè)器陣列檢測(cè)到。借助于法布里珀羅干涉儀， 可以準(zhǔn)確地測(cè)量在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的、各激光發(fā)射器在其處發(fā)射激光輻射的波長(zhǎng)。法布里 珀羅干涉儀要求由激光發(fā)射器發(fā)射的激光輻射的波長(zhǎng)的一定基本穩(wěn)定性。然而，當(dāng)今的激 光發(fā)射器能夠提供此類基本穩(wěn)定性。
[0018] 優(yōu)選地，第一激光發(fā)射器和第二激光發(fā)射器相互間隔開地位于共射極芯片上。例 如，激光發(fā)射器被配置為多激光二極管。優(yōu)選地，各個(gè)激光發(fā)射器位于彼此相距至多0. 5mm 的距離處，特別優(yōu)選地在至多0. 2mm的距離處，尤其優(yōu)選地在至多0. 1mm的距離處。
[0019] 由于這樣的小距離，多個(gè)發(fā)射器在非常窄的安裝空間中是可能的。多個(gè)發(fā)射器形 成波長(zhǎng)組，借助于該波長(zhǎng)組可以檢測(cè)對(duì)象的3D表面信息和關(guān)于對(duì)象上的各個(gè)對(duì)象點(diǎn)（對(duì)象 上的表面點(diǎn)）的深度的信息。兩個(gè)或更多波長(zhǎng)組還可以位于同一芯片上以便實(shí)現(xiàn)斑點(diǎn)的減 少。
[0020] 該設(shè)備有利地包括至多三十二個(gè)激光發(fā)射器，其中，在每種情況下優(yōu)選地至多 十六個(gè)激光發(fā)射器位于一個(gè)發(fā)射器芯片上。例如，位于一個(gè)發(fā)射器芯片上的全部十六個(gè)激 光發(fā)射器每個(gè)發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的激光輻射。全部的十六個(gè)激光發(fā)射器形成可以被分配中 心波長(zhǎng)的波長(zhǎng)組。在本發(fā)明的背景下，將中心波長(zhǎng)理解為由一個(gè)波長(zhǎng)組的激光發(fā)射器發(fā)射 的所有波長(zhǎng)的平均值。
[0021] 然而，將十六個(gè)激光發(fā)射器定位成四個(gè)四激光發(fā)射器行、每個(gè)在發(fā)射器芯片上相 互鄰近也是可行的。具有四個(gè)激光發(fā)射器的每行每個(gè)形成波長(zhǎng)組，其可以被分配中心波長(zhǎng)。 一個(gè)波長(zhǎng)組的每個(gè)激光發(fā)射器發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的激光輻射。各個(gè)行、即不同的波長(zhǎng)組優(yōu) 選地在其中心波長(zhǎng)方面一致。
[0022] 中心波長(zhǎng)可以優(yōu)選地在750和850nm之間，特別地約為800nm。約950 nm或者甚 至1300 nm的中心波長(zhǎng)也是可能的?？梢娮V范圍內(nèi)的中心波長(zhǎng)也是可行的，雖然這要實(shí)現(xiàn) 起來在技術(shù)上是苛求的。
[0023] 其它配置是可行的，其中，優(yōu)選地一個(gè)、兩個(gè)或四個(gè)波長(zhǎng)組被定位在一個(gè)發(fā)射器芯 片上。一個(gè)波長(zhǎng)組中的激光發(fā)射器的數(shù)目可以改變且并不固定在四個(gè)、十六個(gè)或三十二個(gè) 激光發(fā)射器處。并且，發(fā)射器相對(duì)于各波長(zhǎng)的布置不一定是單調(diào)上升或下降的，而是還可以 是"隨機(jī)的"。同樣地，發(fā)射器芯片上的組的數(shù)目可以不同于所述數(shù)目。
[0024] 將多個(gè)波長(zhǎng)組相互鄰近地定位于一個(gè)發(fā)射器芯片上是有利的，因?yàn)槿缓罂梢詫?shí)現(xiàn) 斑點(diǎn)的減少。斑點(diǎn)圖案由激光輻射在對(duì)象的不平坦表面處的反射形成，其配置強(qiáng)烈地取決 于照明輻射在對(duì)象上的入射角且使得對(duì)象識(shí)別是困難的。如果多個(gè)波長(zhǎng)組相互鄰近地被定 位在發(fā)射器芯片上，則產(chǎn)生關(guān)于照明輻射的入射角的較大角頻譜。然后針對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)組，以 不同的平均入射角檢測(cè)相同被照明對(duì)象點(diǎn)的深度信息。平均入射角被理解為在一個(gè)波長(zhǎng)組 的入射角上被求平均值的入射角。波長(zhǎng)組上的深度信息的平均導(dǎo)致斑點(diǎn)圖的影響的減小。
[0025] 如果要實(shí)現(xiàn)斑點(diǎn)的減少，在不同波長(zhǎng)組在其中心波長(zhǎng)方面一致的情況下是有利 的。從而干涉圖的后續(xù)評(píng)估中的開支被保持為低。然而，如果各個(gè)波長(zhǎng)組發(fā)射具有不同中 心波長(zhǎng)的激光輻射，實(shí)現(xiàn)斑點(diǎn)的減少也是可行的。如果波長(zhǎng)組的中心波長(zhǎng)相互不同，則它們 相互接近，即中心波長(zhǎng)相差約50-100nm。
[0026] 應(yīng)理解的是，可以使用分別地具有一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)組的兩個(gè)或發(fā)射器芯片，其中， 中心波長(zhǎng)可以一致或不同。
[0027] 明確指出，本發(fā)明不限于三十二個(gè)激光發(fā)射器的數(shù)目。具有被劃分到兩個(gè)發(fā)射器 芯片中的總共三十二個(gè)激光發(fā)射器的配置僅僅是優(yōu)選實(shí)施例。使用優(yōu)選地被劃分到多個(gè)發(fā) 射器芯片/波長(zhǎng)組中的遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過總共三十二個(gè)的激光發(fā)射器是可行的。波長(zhǎng)組的數(shù)目越 高，結(jié)果得到的信號(hào)噪聲在干涉圖的評(píng)估期間被抑制得越好。所使用的激光發(fā)射器和波長(zhǎng) 組的數(shù)目?jī)H僅受到對(duì)象上的所選照明域和檢測(cè)器的尺寸/像素密度及用于評(píng)估干涉圖的 可用計(jì)算能力的限制。
[0028] 光學(xué)器件中的一個(gè)被配置成以如下這樣的方式來反射參考輻射，即使得各個(gè)激光 發(fā)射器的參考輻射以不同的入射角撞擊在檢測(cè)器上。優(yōu)選地，一個(gè)波長(zhǎng)的參考輻射和對(duì)象 輻射以不同的入射角撞擊在檢測(cè)器上。例如，在要研究的對(duì)象的對(duì)象點(diǎn)處被反射的對(duì)象輻 射以相同的入射角撞擊在檢測(cè)器上，無論其波長(zhǎng)如何。在該背景下，假設(shè)對(duì)象的表面結(jié)構(gòu)的 最小粗糙度。在理想平滑對(duì)象的情況下，針對(duì)對(duì)象輻射而獲得不同的關(guān)系。
[0029] 參考和照明輻射的射束路徑部分地重疊，使得一個(gè)波長(zhǎng)的、即來自同一激光發(fā)射 器的參考輻射和對(duì)象輻射彼此相干涉。每個(gè)所發(fā)射的波長(zhǎng)的干涉圖被形成為使得根據(jù)所有 波長(zhǎng)相關(guān)干涉圖，例如在處理裝置中，借助于傅立葉變換或菲涅耳變換來確定對(duì)象表面上 的對(duì)象點(diǎn)的位置和在深度方面的對(duì)象點(diǎn)的位置。
[0030] 在可選實(shí)施例中，光學(xué)器件中的至少一個(gè)是全息圖。該全息圖以使得照明輻射作 為照明條撞擊在對(duì)象上的方式使其偏轉(zhuǎn)。例如，將全息圖實(shí)現(xiàn)為微全息圖。如果要檢測(cè)對(duì) 象，則在設(shè)備與對(duì)象之間的相對(duì)移動(dòng)期間沿著掃描方向?qū)ζ溥M(jìn)行掃描。優(yōu)選地，照明條被配 置成是矩形的，其中，矩形的短邊平行于掃描方向行進(jìn)且長(zhǎng)邊被橫向地對(duì)準(zhǔn)到掃描方向。微 全息圖以如下這樣的方式來改變照明輻射的數(shù)值孔徑，即使得沿著矩形照明條的長(zhǎng)邊的數(shù) 值孔徑大于沿著矩形照明條的短邊的數(shù)值孔徑。
[0031] 如果例如要檢測(cè)焊縫，則焊縫的輪廓預(yù)定義掃描方向。由于矩形照明條的長(zhǎng)邊橫 斷掃描方向而行進(jìn)，所以可以借助于照明條來檢測(cè)焊縫的總寬度。
[0032] 由于將短曝光時(shí)間用于干涉圖的記錄，所以由檢測(cè)器記錄的焊縫區(qū)域部分地重 疊。這使得能夠補(bǔ)償例如由于對(duì)象相對(duì)于檢測(cè)器的移動(dòng)或由于檢測(cè)期間的設(shè)備的機(jī)械誤差 而引起的高度差。
[0033] 然而，全息圖將照明輻射分裂并以使得兩個(gè)照明條撞擊在對(duì)象上的方式使其偏轉(zhuǎn) 也是可行的。有利地，兩個(gè)照明條沿著掃描方向（短邊）定位。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)本發(fā)明 的設(shè)備作為人工掃描儀的操作。由于使用兩個(gè)照明條，所以能夠檢測(cè)可能的相對(duì)移動(dòng)、特別 是設(shè)備相對(duì)于對(duì)象的旋轉(zhuǎn)相對(duì)移動(dòng)，并在評(píng)估中將其考慮在內(nèi)。應(yīng)理解的是，全息圖可以以 使得超過兩個(gè)的照明條撞擊在對(duì)象上的方式將照明輻射分裂和偏轉(zhuǎn)。
[0034] 有利地，光學(xué)器件中的至少一個(gè)是微光學(xué)陣列。微光學(xué)陣列是不同光學(xué)部件的組 合，所述光學(xué)部件諸如例如透鏡、分束器、環(huán)形器和/或全息圖，它們被非常緊湊地定位。微 光學(xué)陣列優(yōu)選地位于直接在激光發(fā)射器后面的射束路徑中。
[0035] 微光學(xué)陣列包括將激光發(fā)射器的激光輻射分裂成參考輻射和照明輻射的分束器 是有利的。優(yōu)選地，參考和照明輻射至少部分重疊地行進(jìn)。因此，設(shè)備的光學(xué)裝置的特別緊 湊的結(jié)構(gòu)是可能的。
[0036] 優(yōu)選地，微光學(xué)陣列包括偏振器和/或環(huán)形器，以便使照明輻射和/或參考輻射偏 振。優(yōu)選地，使參考輻射相對(duì)于照明輻射偏振，使得借助于偏振器和/或環(huán)形器使偏振面 轉(zhuǎn)動(dòng)90度。另一方面的照明輻射的偏振不受影響。如果偏振分束器被定位在射束路徑中 在微光學(xué)陣列之后，這是特別有利的，其例如發(fā)射具有第一偏振的激光輻射、特別是參考輻 射，并反射具有第二偏振的激光輻射、特別是照明輻射。借助于偏振器和/或環(huán)形器將照明 輻射旋轉(zhuǎn)90度并使參考輻射不受影響也是可行的。
[0037] 微光學(xué)陣列還可以包括全息圖。從而減少了對(duì)位于射束路徑中的透鏡的準(zhǔn)確度的 要求。這減少了在設(shè)備的制造期間發(fā)生的成本。
[0038] 微光學(xué)陣列中的全息圖優(yōu)選地還具有這樣的效果，即在每種情況下的參考和照明 輻射以不同的數(shù)值孔徑離開微光學(xué)陣列。例如，參考輻射具有高數(shù)值孔徑，而照明輻射以小 得多的數(shù)值孔徑至少沿著矩形照明條的短邊離開微光學(xué)陣列。此外，借助于全息圖，很容易 可以產(chǎn)生多個(gè)照明條，例如兩個(gè)照明條。
[0039] 可選地，光學(xué)器件中的一個(gè)被配置作為色散透鏡。優(yōu)選地，色散透鏡位于對(duì)象輻射 的射束路徑中，即在照明輻射在對(duì)象處的反射之后的射束方向上。從而能夠減少用于評(píng)估 干涉圖的傅立葉或菲涅耳變換的消耗。
[0040] 本發(fā)明的另一實(shí)施例的特征在于所述設(shè)備包括兩個(gè)發(fā)射器芯片和兩個(gè)檢測(cè)器，其 中，位于一個(gè)發(fā)射器芯片上的激光器發(fā)射的具有第一中心波長(zhǎng)的激光輻射撞擊在一個(gè)檢測(cè) 器上且位于另一發(fā)射器芯片上的激光發(fā)射器的第二中心波長(zhǎng)的激光輻射撞擊在另一檢測(cè) 器上。如果例如使用具有不同中心波長(zhǎng)的兩個(gè)發(fā)射器芯片，則可以例如借助于分束器將各 激光輻射分裂，所述分束器根據(jù)其中心波長(zhǎng)而透射或反射激光輻射，使得具有第一中心波 長(zhǎng)的激光輻射入射在第一檢測(cè)器上且具有第二中心波長(zhǎng)的激光輻射入射在第二檢測(cè)器上。
[0041] 有利地，所述設(shè)備包括用于測(cè)量位于對(duì)象上的層的厚度的測(cè)量單元。因此，除對(duì)象 的表面之外，還能夠檢測(cè)可能存在于對(duì)象上的層的厚度。如果使用設(shè)備作為牙齒掃描儀，則 能夠測(cè)量牙齒上的齒齦的厚度。例如，能夠在沒有附加部件的情況下用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備 來實(shí)現(xiàn)這樣的層厚度測(cè)量。優(yōu)選地，將測(cè)量單元配置作為處理裝置的一部分。借助于來自多 個(gè)波長(zhǎng)的干涉圖的相位信息，能夠檢測(cè)不僅一個(gè)、而且多個(gè)表面、例如兩個(gè)或三個(gè)表面?；?本上情況是波長(zhǎng)組中的波長(zhǎng)越多，一個(gè)或多個(gè)附加表面被越可靠地檢測(cè)。優(yōu)選地，借助于所 述設(shè)備來檢測(cè)兩個(gè)表面并將兩個(gè)表面設(shè)置在相互的一定關(guān)系中。位于對(duì)象上的層的外表面 被檢測(cè)作為第一表面并且要測(cè)量的層位于其上的對(duì)象的表面被檢測(cè)作為第二表面。在已知 折射率的情況下，這兩個(gè)表面的距離差產(chǎn)生層厚度，例如齒齦的厚度。
[0042] 同樣優(yōu)選的實(shí)施例的特征在于測(cè)量單元包括白光點(diǎn)傳感器，其根據(jù)頻率掃描干涉 測(cè)量法的原理進(jìn)行工作。頻率掃描干涉測(cè)量法的原理從現(xiàn)有技術(shù)是已知的。替換地，用于 此測(cè)量單元的其它方法也是可行的。優(yōu)選地，白光點(diǎn)傳感器包括光源，其產(chǎn)生具有寬光譜的 光，所述寬光譜優(yōu)選地在1300 nm的中心波長(zhǎng)周圍且光譜寬度在10與100nm之間。特別地， 借助于具有1300nm的中心波長(zhǎng)的白光點(diǎn)傳感器能夠直接地測(cè)量散射層，例如齒齦。在測(cè)量 齒齦厚度之后，然后將其與在沒有測(cè)量單元的情況下僅用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備檢測(cè)的齒齦的 表面相關(guān)。從而可以確定齒齦下面的3D牙齒表面。
[0043] 還可以基于橢圓對(duì)稱法的原理將測(cè)量單元配置成確定位于對(duì)象上的層的厚度。橢 圓對(duì)稱法的原理從現(xiàn)有技術(shù)也是已知的?？梢越柚跈E圓對(duì)稱方法來測(cè)量非常薄的層，即 在約0.01 μπι與1 μπι之間的層。為此，根據(jù)本發(fā)明，利用這樣的事實(shí)，即不同的發(fā)射器位 于多發(fā)射器芯片上的不同橫向位置處，并且因此能夠以不同的角度將光發(fā)射到對(duì)象上。連 同在照明輻射中的各發(fā)射器處的固定調(diào)整的偏振器和/或在對(duì)象輻射中的不同位置處的 固定調(diào)整的分析器(偏振器)一起，根據(jù)所有信息的和來確定薄涂層厚度是可能的。同時(shí)，根 據(jù)上述程序可獲得對(duì)象的完整3D表面信息。
[0044] 根據(jù)本發(fā)明，可以將附加的光學(xué)裝置配置成使得光以非常平的角度入射在對(duì)象 上，已知其將顯著地增大橢圓對(duì)稱方法中對(duì)于薄涂層的靈敏度。
[0045] 下面參考圖中所示的優(yōu)選實(shí)施例來解釋本發(fā)明。其中所示的特定特征可以單獨(dú)地 或組合地被使用以創(chuàng)建本發(fā)明的優(yōu)選配置。所述實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)在權(quán)利要求中定義的主 題的一般性的任何限制。在所述附圖中： 圖la示意性地示出了在馬赫-曾德配置中的根據(jù)第一實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備， 圖lb以示意圖示出了具有根據(jù)橢圓對(duì)稱法原理工作的測(cè)量單元的根據(jù)第二實(shí)施例的 根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備， 圖2示意性地示出了在邁克爾遜配置中的根據(jù)第三實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備， 圖3在側(cè)視圖中示出了具有分束器的根據(jù)第一實(shí)施例的微光學(xué)陣列， 圖4在側(cè)視圖中示出了具有全息圖的根據(jù)第二實(shí)施例的微光學(xué)陣列， 圖5在示意圖中示出了具有用于產(chǎn)生多個(gè)照明條的全息圖的根據(jù)第四實(shí)施例的根據(jù) 本發(fā)明的設(shè)備， 圖6在示意圖中示出了具有兩個(gè)檢測(cè)器的根據(jù)第五實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備， 圖7在示意圖中示出了被配置作為內(nèi)孔掃描儀的根據(jù)第六實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的設(shè) 備， 圖8在示意圖中示出了在微光學(xué)陣列中的具有全息圖的根據(jù)第七實(shí)施例的根據(jù)本發(fā) 明的設(shè)備，以及 圖9在示意圖中示出了具有根據(jù)白光干涉測(cè)量法的原理工作的測(cè)量單元的根據(jù)第八 實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
[0046] 圖la示出了根據(jù)馬赫-曾德配置的設(shè)備1的第一實(shí)施例，其包括多個(gè)激光發(fā)射器 2,特別地包括第一激光發(fā)射器2a和第二激光發(fā)射器2b。激光發(fā)射器2位于發(fā)射器芯片3 上。它們優(yōu)選地相對(duì)于彼此具有小于或等于1 mm至小于0.1 mm的距離。它們被配置作為 多激光二極管。
[0047] 在圖la中，可以將位于發(fā)射器芯片3上的五個(gè)激光發(fā)射器2視為示例。然而，將 多達(dá)三十二個(gè)或更多的激光發(fā)射器2定位在發(fā)射器芯片3上也是可行的。
[0048] 每個(gè)激光發(fā)射器2發(fā)射具有單個(gè)波長(zhǎng)的激光輻射。各激光發(fā)射器2的波長(zhǎng)不同， 使得每個(gè)激光發(fā)射器2發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的激光輻射。優(yōu)選地，兩個(gè)相鄰激光發(fā)射器2的 激光輻射的波長(zhǎng)僅僅略微地相差例如1 nm。在發(fā)射器芯片3上8個(gè)或16個(gè)激光發(fā)射器2 的布置中，這意味著8或16 nm的光譜寬度。
[0049] 設(shè)備1包括被配置作為第一分束器4的光學(xué)器件，其在每種情況下將激光發(fā)射器 2的激光輻射分裂成參考輻射5和照明輻射6。第一分束器4可以是部分透射的反射鏡，其 反射參考輻射5并透射照明輻射6。
[0050] 在圖la中，將參考福射5不出為以位于發(fā)射器芯片3上的第一激光發(fā)射器2a的 參考射束7的形式的示例。還針對(duì)發(fā)射器芯片3的第一激光發(fā)射器2a以照明射束8a的形 式以及針對(duì)第二激光發(fā)射器2b以照明射束8b的形式示出了照明輻射6。
[0051] 在參考射束7已在第一分束器4處被反射之后，在其進(jìn)一步的路徑上，其撞擊在被 配置作為反射鏡9的光學(xué)器件上和被設(shè)計(jì)作為拋物面反射鏡10的另一光學(xué)器件上。反射 鏡9和拋物面反射鏡10以如下這樣的方式來反射參考輻射5,即使得在一方面，其幾乎準(zhǔn)直 地離開反射鏡10,并且在另一方面，其以不同于零的參考入射角α作為平面波11撞擊在檢 測(cè)器12上。檢測(cè)器12優(yōu)選地被配置作為高分辨率2D表面?zhèn)鞲衅鳌?br>
[0052] 反射鏡9和拋物面反射鏡10被配置成以如下這樣的方式來反射各激光發(fā)射器2 的參考輻射5,即使得具有不同波長(zhǎng)的、即來自不同激光發(fā)射器2的參考輻射5以不同的參 考入射角α撞擊在檢測(cè)器12上。在圖1中，在兩個(gè)不同位置上示出了拋物面反射鏡10,一 次作為短劃線且一次作為實(shí)線。參考輻射5的參考入射角α可能受到拋物面反射鏡10的 定位的影響。
[0053] 被配置作為第二分束器13的光學(xué)器件位于拋物面反射鏡10與檢測(cè)器12之間，其 允許參考射束7略微衰減地通過。
[0054] 在第一分束器4之后，照明射束8a、8b略微衰減地透射通過第二主分束器13,并撞 擊在被配置作為透鏡14的光學(xué)器件上。透鏡14將作為示例被示出的照明射束8a、8b引導(dǎo) 到具有對(duì)象點(diǎn)16的對(duì)象15上。對(duì)象點(diǎn)16理想地位于透鏡14的焦點(diǎn)&處或在焦點(diǎn)&周 圍的聚焦區(qū)中。如果對(duì)象點(diǎn)16位于聚焦區(qū)外面，則然后依然還可以三維地檢測(cè)對(duì)象15。
[0055] 透鏡14的聚焦區(qū)在透鏡14的焦點(diǎn)(在圖la中為對(duì)象點(diǎn)16)周圍沿著光軸的延伸 取決于被透鏡14透射的激光輻射的波長(zhǎng)和透鏡14的數(shù)值孔徑。在當(dāng)前情況下假定透鏡14 的數(shù)值孔徑為約〇. 2,在對(duì)象的方向上沿著光軸在透鏡14的焦點(diǎn)處開始的聚焦區(qū)的延伸約 為 +/-15 μ m〇
[0056] 被激光發(fā)射器2發(fā)射作為略微的球面形的照明射束8a借助于透鏡14被變換成平 面波。在圖1中，這可以在照明射束8a的射束邊緣17處被識(shí)別，照明射束8a在透鏡14之 后彼此平行地行進(jìn)。照明射束8a作為幾乎平面的波且近似以直角撞擊在對(duì)象15上，即具 有約〇度的入射角。
[0057] 在照明射束8b通過透鏡14時(shí)，與照明射束8a相反，不僅發(fā)生到平面波的變換。照 明射束8b附加地被透鏡14偏轉(zhuǎn)，使得其以入射角β (其不同于照明射束8a的入射角）撞 擊在對(duì)象15上。由于激光發(fā)射器2相對(duì)于透鏡14的不同布置，各激光發(fā)射器2的照明輻 射5以不同的入射角β入射在對(duì)象15上。優(yōu)選地，各激光發(fā)射器2的所有照明射束8a、8b 以矩形照明條19的形式撞擊在對(duì)象15上。
[0058] 應(yīng)理解的是，對(duì)象15具有全部反射激光輻射的有限數(shù)目的對(duì)象點(diǎn)16。在下文中， 將作為示例針對(duì)所選的對(duì)象點(diǎn)(特別是在對(duì)象點(diǎn)16處)和檢測(cè)器12的方向上的另一射束路 徑來解釋照明射束8a、8b的反射。在下文中將在對(duì)象15處被反射的照明射束8a、8b或在 對(duì)象15處被反射的照明輻射6命名為對(duì)象射束20或?qū)ο筝椛?1。
[0059] 無論照明射束8a、8b的入射角β如何，其被從對(duì)象點(diǎn)16反射為球面波形式的具 有邊緣射束22的對(duì)象射束20。對(duì)象射束20撞擊在透鏡14上并被其變換成幾乎平面的波 23。這適用于對(duì)象點(diǎn)16位于上述聚焦區(qū)內(nèi)部或者如圖1中所示在透鏡14的焦點(diǎn)&處的情 況。如果對(duì)象點(diǎn)24位于聚焦區(qū)外面，則從對(duì)象點(diǎn)24發(fā)射的對(duì)象射束20借助于透鏡14被 變換成略微彎曲的波。
[0060] 對(duì)象射束20入射在第二分束器13上，第二分束器13然后以如下這樣的方式來反 射對(duì)象射束20,即使得其以約零度的入射角γ、即以與檢測(cè)器12的檢測(cè)器表面25成90度 的角度撞擊在此檢測(cè)器表面上。作為平面波23的對(duì)象射束20在圖la中被示為水平線，其 平行于檢測(cè)器表面25行進(jìn)。
[0061] 對(duì)象射束20的入射角γ取決于對(duì)象點(diǎn)16、24的位置。如果其類似于圖1中的對(duì) 象點(diǎn)16落在透鏡14的光軸上，則對(duì)象射束20然后如已經(jīng)所述是那樣以0°的入射角γ撞 擊在檢測(cè)器表面25上。在另一對(duì)象點(diǎn)處、例如在對(duì)象點(diǎn)26處的反射導(dǎo)致入射到檢測(cè)器表 面25上的不同于零的入射角γ。
[0062] 雖然對(duì)象射束20以入射角γ撞擊在檢測(cè)器表面25上，但參考射束7以參考入射 角α入射在檢測(cè)器表面25上。參考入射角α和入射角γ相差差角δ，其不同于零。
[0063] 由于相同波長(zhǎng)的參考射束7和對(duì)象射束20在分束器13之后在檢測(cè)器表面25的 方向上在它們的路徑上彼此相遇，所以它們相互干涉。作為此干涉的結(jié)果，特定空間頻率的 干涉圖作為差角S的函數(shù)被形成，其借助于檢測(cè)器12被記錄。通過由一個(gè)波長(zhǎng)的參考輻 射5與對(duì)象輻射21的相長(zhǎng)(信號(hào)增強(qiáng)）和相消(信號(hào)衰減)干涉而形成的信號(hào)振幅的(準(zhǔn)）正 弦振蕩而獲得空間頻率。
[0064] 針對(duì)每個(gè)對(duì)象點(diǎn)16、24、26，在每種情況下在不同的波長(zhǎng)下形成不同的差角6，這 是因?yàn)閰⒖既肷浣铅磷鳛榧す獍l(fā)射器2的位置的函數(shù)而變化。因此可以使對(duì)象15上的照 明區(qū)域、激光發(fā)射器2的數(shù)目、它們的間距(和因此的參考入射角α )和2D表面檢測(cè)器12 的像素狀況相互匹配，使得在空間頻率方面不發(fā)生模糊。
[0065] 由檢測(cè)器12記錄干涉圖的要求是，由各激光發(fā)射器2以基本上恒定的波長(zhǎng)來發(fā)射 其干涉圖將被記錄的激光輻射。出于此目的，設(shè)備1優(yōu)選地具有被配置作為法布里珀羅干 涉儀27的測(cè)量裝置。法布里珀羅干涉儀27從現(xiàn)有技術(shù)是已知的且其使得能夠連續(xù)地測(cè)量 由激光發(fā)射器2發(fā)射的激光輻射的波長(zhǎng)。法布里珀羅干涉儀27被連接到控制裝置28,控制 裝置28在基本上恒定的波長(zhǎng)的情況下驅(qū)動(dòng)檢測(cè)器12并觸發(fā)由檢測(cè)器12進(jìn)行的對(duì)激光輻 射的記錄。
[0066] 因此這意味著設(shè)備1包括測(cè)量裝置27,其允許測(cè)量激光發(fā)射器2、2a、2b的激光輻 射的波長(zhǎng)的時(shí)間特性，并且測(cè)量設(shè)備被連接到控制裝置28,控制裝置28適合于在基本上恒 定的波長(zhǎng)的情況下驅(qū)動(dòng)檢測(cè)器12并觸發(fā)對(duì)干涉圖的記錄。
[0067] 可選地，設(shè)備1可以包括調(diào)節(jié)裝置29,調(diào)節(jié)裝置29根據(jù)法布里珀羅干涉儀27的測(cè) 量結(jié)果以如下這樣的方式來調(diào)節(jié)激光發(fā)射器2,即使得發(fā)射的激光輻射的波長(zhǎng)是基本上恒 定的。
[0068] 干涉圖由檢測(cè)器12針對(duì)每個(gè)激光發(fā)射器2且因此針對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)被記錄并借助于 處理裝置30被分析和評(píng)估。處理裝置30將由各種空間頻率組成的干涉圖變換到包含3D 圖像信息的頻域中。
[0069] 在下文中將詳細(xì)地解釋通過激光發(fā)射器2的照明輻射6在對(duì)象點(diǎn)16、24、26處的 反射以及通過與附屬參考輻射5的干涉而形成的干涉圖的評(píng)估。
[0070] 如果對(duì)象點(diǎn)16、26位于透鏡14的焦點(diǎn)&處或在聚焦區(qū)中，即通過透鏡14之后的 對(duì)象射束21被配置為準(zhǔn)平面波23,則優(yōu)選地使用傅立葉變換用于變換到頻域(頻率范圍） 中。如果對(duì)象點(diǎn)24位于聚焦區(qū)外面，即對(duì)象射束20在通過透鏡14之后被配置為略微彎曲 的波，則優(yōu)選地借助于菲涅耳變換來執(zhí)行到頻域中的變換。
[0071] 在頻域中，關(guān)于兩個(gè)方面來進(jìn)行對(duì)干涉圖的評(píng)估。在一方面，在參考輻射5的輔助 下且因此根據(jù)激光發(fā)射器2的位置來確定對(duì)象15上的對(duì)象點(diǎn)16、24、26的位置，激光發(fā)射 器2的激光輻射已導(dǎo)致本干涉圖。另一方面，針對(duì)每個(gè)對(duì)象點(diǎn)16、24、26來確定深度信息。 術(shù)語深度信息在本發(fā)明的背景下被理解為對(duì)象點(diǎn)16、24、26在深度方面的、即在圖la中沿 著透鏡14的光軸的位置。其被用來識(shí)別對(duì)象15上的凸起或凹坑。
[0072] 借助于差角δ來確定對(duì)象點(diǎn)16、24、26的位置和各激光發(fā)射器2的位置。由于對(duì) 象射束的入射角Υ且因此還有差角S取決于對(duì)象點(diǎn)16、24、26的位置，所以作為對(duì)象點(diǎn) 16、24、26的位置的函數(shù)獲得作為對(duì)象點(diǎn)16、24、26的位置的特征的特定空間頻率的不同干 涉圖。同時(shí)，針對(duì)每個(gè)激光發(fā)射器2狹窄地限制其中空間頻率的波動(dòng)根據(jù)對(duì)象點(diǎn)16、24、26 的位置而改變的頻帶的寬度。
[0073] 差角δ此外取決于發(fā)射器芯片3上的各激光發(fā)射器2的位置。如上文已進(jìn)一步 描述的，各激光發(fā)射器2的參考福射5取決于各激光發(fā)射器2的位置以不同的參考入射角 α撞擊在檢測(cè)器12上。因此，每個(gè)激光發(fā)射器2產(chǎn)生明顯不同于例如相鄰激光發(fā)射器2的 空間頻率。由于基于不同激光發(fā)射器2的位置的空間頻率的這些顯著差別，該差別并不與 基于不同對(duì)象點(diǎn)16、24、26的變化相混淆。每個(gè)激光發(fā)射器位置允許一定的空間頻率波段， 其繼而可以特定地覆蓋每發(fā)射器2的對(duì)象點(diǎn)的數(shù)目。對(duì)于相鄰的發(fā)射器2,則隨后存在另一 空間頻率波段等。因此--在相位變換(例如傅立葉、菲涅耳）--之后可以經(jīng)由局部干涉 圖的相位值向特定橫向?qū)ο簏c(diǎn)16、24、26分配深度信息。
[0074] 如果現(xiàn)在將關(guān)于對(duì)象點(diǎn)16、24、26的位置的信息與關(guān)于各激光發(fā)射器2的信息和 各對(duì)象點(diǎn)16、24、26的深度信息相組合，則可以確定對(duì)象15的3D結(jié)構(gòu)。
[0075] 在實(shí)際測(cè)量中，所有激光發(fā)射器2同時(shí)地發(fā)射激光輻射，由此在檢測(cè)器表面25上 形成多個(gè)干涉圖。所有干涉圖同時(shí)地被檢測(cè)器12記錄并被處理裝置30評(píng)估。然后基于對(duì) 所有干涉圖的這些評(píng)估來產(chǎn)生對(duì)象15的3D結(jié)構(gòu)。
[0076] 設(shè)備1可以優(yōu)選地另外測(cè)量位于對(duì)象15上的層（未示出）的層厚度。如果層位于 對(duì)象15上，則由于由激光發(fā)射器2發(fā)射的激光輻射的不同波長(zhǎng)，則照明射束8a、8b在該層 的表面處被部分地反射，而照明射束8a、8b的另其它部分穿過該層并在對(duì)象15的表面處被 反射。用于每個(gè)對(duì)象點(diǎn)16、24、26的兩組略有不同的深度信息可用于對(duì)頻域中的干涉圖的 評(píng)估?？梢越柚诓煌纳疃刃畔泶_定該層厚度。設(shè)備1因此包括用于確定層厚度的固 有測(cè)量單元，其中，該測(cè)量單元可以被配置作為處理裝置30的一部分?？梢杂迷O(shè)備1來測(cè) 量的最小層厚度由波長(zhǎng)組中的所發(fā)射波長(zhǎng)的光譜寬度來給定。
[0077] 圖lb示出了設(shè)備1的第二實(shí)施例。設(shè)備1包括測(cè)量單元31，借助于該測(cè)量單元 31能夠測(cè)量在要測(cè)量的層75處被反射的激光發(fā)射器2的對(duì)象輻射21。與來自圖la的設(shè) 備1相反，測(cè)量單元31基于橢圓對(duì)稱法的原理進(jìn)行工作，并且因此可以確定位于對(duì)象上的 層75的厚度。用于確定層厚度的橢圓對(duì)稱的方法從現(xiàn)有技術(shù)是已知的。
[0078] 測(cè)量單元31包括激光發(fā)射器2。與圖la相反，圖lb中的激光發(fā)射器被不同地偏 振。例如，發(fā)射器芯片3上的在圖lb中示出的三個(gè)上激光發(fā)射器2、2a被以第一類型偏振， 例如P偏振。圖lb中的下部三個(gè)激光發(fā)射器2、2b顯示出第二偏振，例如S偏振，其不同于 第一偏振。
[0079] 例如，在發(fā)射器芯片3上示出了圖lb中的最上的激光發(fā)射器2a的第一照明射束 32和圖lb中的最下的激光發(fā)射器2b的第二照明射束33。在下文中將詳細(xì)地解釋這兩個(gè) 照明射束32、33的射束路徑。
[0080] 照明射束32被透鏡14變換成平面波并以入射角攀撞擊在對(duì)象15的層75的表面 76上。照明射束32的各部分在層75的表面76處被反射作為對(duì)象輻射21。照明射束33 的各部分穿過層75,并且還被層75位于其上面的對(duì)象15的表面34反射，同樣地作為對(duì)象 輻射21。被作為對(duì)象輻射21反射的照明射束在圖lb中被示為第一對(duì)象射束35。
[0081] 第一對(duì)象射束35在表面34和表面76處被作為平面波反射，并且在反射之后再次 地撞擊在透鏡14上。這使第一對(duì)象射束35聚焦，其在其隨后的路徑上在第二分束器13處 被反射并作為點(diǎn)射束撞擊在檢測(cè)器12的檢測(cè)器表面25上。檢測(cè)器12檢測(cè)作為點(diǎn)射束撞 擊在其上的對(duì)象射束35。
[0082] 針對(duì)所述射束路徑假定第一照明射束32在該處被反射的對(duì)象15的非常光滑的表 面34和層75的非常光滑表面76。在略微彎曲的表面76或34情況下，被指引到檢測(cè)器12 上的點(diǎn)射束將相應(yīng)地被加寬。
[0083] 第二照明射束33作為第一照明射束32的鏡像而行進(jìn)。第二照明射束33和第一 對(duì)象射束35從而至少部分地重疊。第二照明射束33在表面76、34處被反射作為第二對(duì)象 射束36,被透鏡14聚焦，并被第二分束器13反射，從而使得其作為點(diǎn)射束撞擊在檢測(cè)器12 的檢測(cè)器表面25上。檢測(cè)器12檢測(cè)作為點(diǎn)射束撞擊在其上面的對(duì)象射束36。
[0084] 基于對(duì)象射束35、36,然后可以借助于處理裝置30以已知方式來確定位于對(duì)象15 上的層75的厚度。
[0085] 層75和對(duì)象15具有粗糙的表面76、34基本上也是可行的，粗糙的表面76、34如 圖la中所示的那樣將對(duì)象輻射21作為球面波反射。這樣的方法從現(xiàn)有技術(shù)也是已知的。 在這種情況下，將層75的表面76上的每個(gè)表面點(diǎn)（未不出）和對(duì)象15的每個(gè)對(duì)象點(diǎn)16被 解釋為散射點(diǎn)(參看圖la)。與光滑的表面相反，每個(gè)表面點(diǎn)和對(duì)象點(diǎn)16的所有信息從而被 映射到整個(gè)檢測(cè)器表面25上。
[0086] 可選地，設(shè)備1可以包括一個(gè)或多個(gè)分析器，它們位于第二分束器13與檢測(cè)器表 面25之間。分析器37被配置作為偏振器，借助于該偏振器可以確定激光輻射的偏振狀態(tài)。 如果使用分析器37,則激光發(fā)射器2發(fā)射具有優(yōu)選45°的偏振角的激光輻射，使得照明射 束32、33被線性偏振地發(fā)射到層75或?qū)ο?5上。在其在層75或?qū)ο?5處被反射之后， 對(duì)象射束35、36撞擊在以與發(fā)射器2a和2b的位置共軛的方式被定位的分析器37上，分析 器37確定對(duì)象射束35、36的偏振。例如，激光發(fā)射器2a的激光輻射和激光發(fā)射器2b的激 光輻射通過層75的層厚度被不同地偏振。對(duì)象射束35、36然后入射在對(duì)這些進(jìn)行檢測(cè)的 檢測(cè)器12上。在該背景下，以與發(fā)射器2a和2b的位置共軛的方式被定位意指分析器37 根據(jù)由激光發(fā)射器2a、2b發(fā)射的激光輻射的射束路徑而被定位。
[0087] 將透鏡14實(shí)現(xiàn)為兩個(gè)部分透鏡也是可行的，其中，兩個(gè)照明射束32、33中的每一 個(gè)分別地透射通過兩個(gè)部分透鏡中的一個(gè)。借助于附加反射鏡(未示出），照明射束32、33 在兩個(gè)部分透鏡之后被指引到層75或?qū)ο?5上。因此可以實(shí)現(xiàn)大于或等于30度、優(yōu)選地 接近于57度的入射角f。從而還可以測(cè)量小于100 nm的層厚度。
[0088] 圖2示出了在邁克爾遜配置中的根據(jù)第三實(shí)施例的設(shè)備1。此設(shè)備1與圖la中所 示的設(shè)備的差別在于被配置為微光學(xué)陣列38的光學(xué)裝置。微光學(xué)陣列38包括圖la中所 示的第一分束器4的功能。此外，借助于微光學(xué)陣列38,可以不同地使參考輻射5和照明輻 射6偏振。微光學(xué)陣列38將激光發(fā)射器2的激光輻射分裂成參考輻射5和照明輻射6,其 中，參考輻射5與照明輻射6相比具有明顯更大的數(shù)值孔徑。
[0089] 此外，在根據(jù)圖2的設(shè)備中，與來自圖la的設(shè)備1相比，省去了反射鏡9。激光發(fā) 射器2的參考射束7在分束器13 (其被配置作為分束器反射鏡)處被反射，并被指引到拋物 面反射鏡10上。其以使得參考射束7以參考入射角α撞擊在檢測(cè)器12的檢測(cè)器表面25 上的方式來反射參考射束7。
[0090] 將分束器反射鏡13配置作為偏振分束器也是可行的，其根據(jù)激光輻射的偏振狀 態(tài)而反射或透射激光輻射。例如，參考射束5被反射而照明輻射6由于其不同的偏振狀態(tài) 被透射。
[0091] 如圖2中所示，可以通過使拋物面反射鏡10相對(duì)于檢測(cè)器表面25略微傾斜來實(shí) 現(xiàn)拋物面反射鏡10關(guān)于入射角α的反射特性。然而，不使拋物面反射鏡10相對(duì)于檢測(cè)器 表面25傾斜并使發(fā)射器芯片3與激光發(fā)射器2橫向地定位以使得參考輻射5始終以不同于 零的參考入射角α撞擊在檢測(cè)器12上也是可行的。激光發(fā)射器2中的橫向布置在該背景 下意指激光發(fā)射器2在圖2中的垂直方向上的移位和/或橫斷圖2中的圖像平面的移位。
[0092] 拋物面反射鏡10可以可選地具有循環(huán)偏振層(未示出），其在通過兩次之后再次地 在分束器13的方向上使偏振狀態(tài)旋轉(zhuǎn)90°。這具有如下優(yōu)點(diǎn)，即盡可能多的光到達(dá)檢測(cè)器 12〇
[0093] 除所述差別之外，激光發(fā)射器2的激光輻射如通過參考圖la中的設(shè)備1已經(jīng)所述 的那樣行進(jìn)。對(duì)檢測(cè)器2上的干涉圖的評(píng)估也與來自圖la的設(shè)備1類似地進(jìn)行。
[0094] 分束器13在圖2中定義四個(gè)光學(xué)臂，在下文中將對(duì)其進(jìn)行解釋以便更好地理解邁 克爾遜配置。第一光學(xué)臂被定義為照明臂39,具有激光發(fā)射器2的發(fā)射器芯片3和微光學(xué) 陣列38位于照明臂39中。在照明臂39中，照明輻射6在分束器13的方向上行進(jìn)。
[0095] 作為第二光學(xué)臂，分束器13定義參考臂40,在參考臂40中，被分束器13反射的參 考輻射5在拋物面反射鏡10的方向上被偏轉(zhuǎn)并在分束器13的方向上從拋物面反射鏡10 再次返回。拋物面反射鏡10優(yōu)選地位于參考臂40中。
[0096] 第三光學(xué)臂被稱為對(duì)象臂41。透鏡14和對(duì)象15位于其中?？蛇x地，其它透鏡或 光學(xué)元件可位于對(duì)象臂41中。在對(duì)象臂41中，照明輻射6被偏轉(zhuǎn)到對(duì)象15上，并且被對(duì) 象15反射的對(duì)象輻射在分束器13的方向上被引導(dǎo)。
[0097] 第四光學(xué)臂是檢測(cè)臂42。其被定義為從分束器13到檢測(cè)器12的部分。檢測(cè)臂 42包括檢測(cè)器12以及例如在使用多個(gè)檢測(cè)器12的情況下包括可選的其它分束器。
[0098] 優(yōu)選地，在對(duì)象臂41和參考臂40中可以使用光學(xué)偏振旋轉(zhuǎn)元件。在每種情況下， 在偏振的照明射束和參考射束的情況下，必須確保在檢測(cè)器12之前分析器(偏振器，未示 出)使光輻射返回到能夠?qū)崿F(xiàn)干涉的公共平面上。如果未使用偏振元件(包括在微光學(xué)陣列 38中），則在對(duì)象輻射21與參考輻射5之間必須預(yù)期到增大的"串?dāng)_"（擾動(dòng)影響)，其必須 以一定的代價(jià)來修正。
[0099] 圖3示出了從側(cè)面看的第一實(shí)施例中的來自圖2的微光學(xué)陣列38的詳細(xì)視圖。微 光學(xué)陣列38原則上不僅能夠位于根據(jù)圖2的邁克爾遜配置中，而且可選地能夠位于根據(jù)圖 la的馬赫-曾德配置中，在激光發(fā)射器2與設(shè)備1的其它光學(xué)器件之間（圖la)。
[0100] 每個(gè)單獨(dú)激光發(fā)射器2的激光輻射行進(jìn)穿過微光學(xué)陣列38。作為示例，在下文中 針對(duì)激光發(fā)射器2來解釋微光學(xué)陣列38的結(jié)構(gòu)。用于其它激光發(fā)射器2的微光學(xué)陣列38 的結(jié)構(gòu)是相同的。
[0101] 微光學(xué)陣列38具有輸入端43、第一輸出端44以及第二輸出端45,經(jīng)由其，激光福 射再次離開微光學(xué)陣列38。
[0102] 在已經(jīng)經(jīng)由輸入端43將來自激光發(fā)射器2的激光輻射發(fā)射到微光學(xué)陣列38中之 后，其行進(jìn)穿過桿狀柱面透鏡46,桿狀柱面透鏡46以如下這樣的方式使激光輻射聚焦，即 使得形成具有優(yōu)選地約〇. 1的數(shù)值孔徑的幾乎圓形的激光輻射。
[0103] 在柱面透鏡46后面被定位在射束方向上的是偏振器47,其使圖3中的激光輻射垂 直于紙張平面偏振。分束器48然后將激光輻射分裂成參考輻射5和照明輻射6。這樣形成 的參考輻射5然后穿過環(huán)形器49,其使偏振面旋轉(zhuǎn)90°，即使參考輻射5平行于圖3中的 紙張平面偏振。另一方面的照明輻射6在其偏振方面不受影響。因此，參考輻射5和照明 輻射6在不同的方向上被偏振。當(dāng)然，還可以使偏振狀態(tài)反向，即借助于偏振器47使圖3 中的激光輻射平行于紙張平面偏振，而通過環(huán)形器49使參考輻射5垂直于紙張平面偏振。
[0104] 參考輻射5且還有照明輻射6兩者然后每個(gè)穿過全息圖50,全息圖50為參考輻射 5提供高數(shù)值孔徑并為照明輻射6提供與之相比低的數(shù)值孔徑。從而可以預(yù)定義一個(gè)或多 個(gè)照明條的形狀。
[0105] 在通過全息圖50之后，參考輻射5和照明輻射6通過輸出端44或45從微光學(xué)陣 列38出現(xiàn)。然而，交換各光學(xué)元件的順序原則上也是可能的。還可以提供多個(gè)全息圖平面。
[0106] 圖4不出了根據(jù)第二實(shí)施例的微光學(xué)陣列38。該微光學(xué)陣列38與來自圖3的微 光學(xué)陣列38相比構(gòu)成簡(jiǎn)化版本。其不同之處在于，分束器38 (圖3)被形成為全息圖50且 微光學(xué)陣列38此外僅包括環(huán)形器49和雙偏振器51。
[0107] 激光發(fā)射器2的激光輻射經(jīng)由輸入端43進(jìn)入到微光學(xué)陣列38中。在全息圖50 中，激光輻射最初被分裂成參考輻射5和照明輻射6。參考輻射5在全息圖50中被提供高 數(shù)值孔徑，并且照明輻射6被提供與之相比低的數(shù)值孔徑。類似地，可以預(yù)定義一個(gè)或多個(gè) 照明條的形狀。
[0108] 在以下環(huán)形器49中，發(fā)生參考輻射5的偏振，參考輻射5在其偏振方面被旋轉(zhuǎn)90 度。另一方面的照明輻射6在其偏振方面不受影響。當(dāng)然，其還可以相反地發(fā)生。在隨后 的雙偏振器51中，參考輻射5和照明輻射6兩者都被偏振。照明輻射6的偏振方向如前所 述與參考輻射5的偏振相差90度。參考輻射5和照明輻射6兩者中的不期望旋轉(zhuǎn)偏振部 分在雙偏振器51中被共同地抑制。
[0109] 參考輻射5和照明輻射6然后在相應(yīng)的輸出端44、45處從微光學(xué)陣列38出現(xiàn)。在 這里，原則上也可以交換光學(xué)元件的順序，或者可以將全息圖50分成具有較少單獨(dú)任務(wù)的 兩個(gè)單獨(dú)全息圖。
[0110] 圖5示出了根據(jù)第四實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備1。其結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于來自圖2的邁 克爾遜配置，其中，激光發(fā)射器2和檢測(cè)器12相對(duì)于分束器13的位置已被交換。此外，分 束器13被設(shè)計(jì)為偏振分束器，即其根據(jù)偏振而透射或反射輻射。
[0111] 除先前所述的設(shè)備1之外，根據(jù)圖5的設(shè)備1具有光學(xué)裝置52,其包括多個(gè)光學(xué)器 件。光學(xué)裝置52從透鏡14 一直延伸到設(shè)備1的對(duì)象側(cè)末端。光學(xué)器件中的一個(gè)被配置為 具有后反射器54的第二透鏡53。撞擊在后反射器54上的激光福射優(yōu)選地90%被透射且 10%被反射。因此后反射器54連同透鏡53的正面彎曲部分一起接替來自圖2的拋物面反 射鏡10的功能。
[0112] 位于第二透鏡53的正面55上的是圓偏振器(未不出），借助于該圓偏振器使撞擊 在透鏡53上的參考輻射5和對(duì)象輻射21在其偏振方面被旋轉(zhuǎn)90°。從而實(shí)現(xiàn)在被透鏡 14透射之后，整個(gè)后輻射的激光輻射被透射到偏振分束器13。
[0113] 光學(xué)裝置52的另一光學(xué)器件被配置為全息圖50,其使激光發(fā)射器2的照明輻射6 以使得其作為照明條19撞擊在對(duì)象15上的方式偏轉(zhuǎn)。特別地，借助于全息圖50來改變每 個(gè)激光發(fā)射器2的照明輻射6的數(shù)值孔徑，使得在一方面，形成兩個(gè)相互偏移的照明條19， 并且在另一方面，這些照明條19中的每一個(gè)具有近似矩形的形狀。借助于也是光學(xué)裝置52 的光學(xué)器件的第三透鏡56,被全息圖50偏轉(zhuǎn)的照明輻射6被指引向反射鏡57,反射鏡57 使照明輻射6偏轉(zhuǎn)到對(duì)象15上。
[0114] 由于與圖2相比的激光發(fā)射器2和檢測(cè)器12的不同位置，照明臂39和檢測(cè)臂42 的位置與圖2相比被交換。與來自圖2的設(shè)備1相反，在根據(jù)圖5的設(shè)備中，參考臂40和 對(duì)象臂41至少部分地重疊。
[0115] 在下文中將作為示例詳細(xì)地解釋照明輻射6 (被示為實(shí)線)和參考輻射5 (被示為 短劃線）的路徑。
[0116] 由激光發(fā)射器2發(fā)射的激光輻射77通過微光學(xué)陣列38并在偏振狀態(tài)下再次從那 里出現(xiàn)，即被偏振。在微光學(xué)陣列38中不發(fā)生激光輻射77到參考輻射5和照明輻射6的 分裂(參看圖3)。
[0117] 從微光學(xué)陣列38出現(xiàn)的激光輻射77以如下這樣的方式被線性偏振，即使得偏振 分束器13將激光輻射77在對(duì)象15的方向上反射通過透鏡14。透鏡14將激光輻射77變 換成平面波。激光輻射77然后入射在第二透鏡53上，并通過在透鏡53的正面55上的圓 偏振器在其偏振面中被圓偏振。激光輻射77還入射在后反射器54上，后反射器54在第二 分束器13的方向上向后反射其一小部分，即例如其10%。此被反射部分由于重新穿過透鏡 53的正面55上的環(huán)形器而再次被圓偏振，使得其偏振狀態(tài)被有效地旋轉(zhuǎn)90°。這意味著 激光輻射77的偏振狀態(tài)由于兩次穿過圓偏振器而被旋轉(zhuǎn)90°。
[0118] 在后反射器53處被反射的部分形成參考輻射5并再次地撞擊在第二透鏡14上。 參考輻射5然后由于改變的偏振而被第二分束器13透射。在第二分束器13之后，參考輻 射5撞擊在檢測(cè)器12上并被其記錄。
[0119] 被后反射器54透射的那部分激光輻射77形成照明輻射6。被透射部分約為激光 輻射7的90%。后反射器54因此被配置為分束器，其將激光輻射77分裂成參考輻射5和照 明輻射6。
[0120] 照明輻射6借助于第二透鏡53被聚焦到全息圖50上。全息圖50將照明輻射6 分裂成兩個(gè)射束捆64,它們被第三透鏡56和反射鏡57作為兩個(gè)照明條19偏轉(zhuǎn)到對(duì)象15 上。
[0121] 在下文中將參考對(duì)象點(diǎn)24來解釋作為對(duì)象輻射21被反射的照明輻射6的路徑。 從對(duì)象點(diǎn)24被反射--并通過前面的環(huán)形器而被圓偏振--的對(duì)象輻射21 (被示為點(diǎn)劃 線)撞擊在反射鏡57上。這使對(duì)象輻射21偏轉(zhuǎn)到第三透鏡56上，第三透鏡56將對(duì)象輻射 21變換成平面波。對(duì)象輻射21然后撞擊在第二透鏡53上并從而撞擊到位于正面的環(huán)形器 上，該環(huán)形器現(xiàn)在類似于參考輻射地根據(jù)偏振分束器13的通過方向而使對(duì)象輻射21偏振。 第二透鏡53將對(duì)象輻射21映射到透鏡14上，透鏡14將其投射到第二分束器13上。分束 器13由于相應(yīng)的偏振而透射對(duì)象輻射21，使得對(duì)象輻射21撞擊在檢測(cè)器12上。檢測(cè)器 12記錄對(duì)象輻射21。
[0122] 在檢測(cè)器12處，參考輻射5和對(duì)象輻射21如針對(duì)圖la所述的那樣相干涉。與來 自圖la的設(shè)備1類似地執(zhí)行對(duì)由此產(chǎn)生的干涉圖的評(píng)估?？梢栽趯?duì)檢測(cè)器12的檢測(cè)器表 面25上的對(duì)象輻射21的評(píng)估中借助于入射角γ和差角δ (圖la)來確定被對(duì)象15反射 的對(duì)象輻射6源自于的照明條19。
[0123] 圖6中所示的根據(jù)第五實(shí)施例的設(shè)備1由于第二檢測(cè)器58和附加分束器59而不 同于圖5中所示的設(shè)備1，附加分束器59使激光輻射偏轉(zhuǎn)到第二檢測(cè)器58上。根據(jù)圖6的 設(shè)備1具有兩個(gè)發(fā)射器芯片3,其中圖6中的前發(fā)射器芯片3覆蓋后發(fā)射器芯片。位于圖6 中的前發(fā)射器芯片3上的發(fā)射器芯片2的激光輻射撞擊在檢測(cè)器12上。位于圖6中的后 發(fā)射器芯片上的激光發(fā)射器的激光輻射撞擊在第二檢測(cè)器58上。
[0124] 每個(gè)發(fā)射器芯片3的激光發(fā)射器2形成波長(zhǎng)組，其中可以為每個(gè)波長(zhǎng)組分配中心 波長(zhǎng)。通過在由發(fā)射器芯片3的激光發(fā)射器2發(fā)射的激光輻射的不同波長(zhǎng)上形成平均值來 確定中心波長(zhǎng)。
[0125] 附加分束器59根據(jù)中心波長(zhǎng)而將入射在其上面的激光發(fā)射器2的激光輻射分裂。 附加分束器59的該波長(zhǎng)相關(guān)性是被選擇為使得其透射具有第一中心波長(zhǎng)的、由圖6中的前 發(fā)射器芯片3的激光發(fā)射器2發(fā)射的激光輻射。另一方面，未示出的后發(fā)射器芯片的激光發(fā) 射器的激光輻射在具有第二中心波長(zhǎng)的情況下在附加分束器59處被反射到檢測(cè)器58上。
[0126] 通過使用兩個(gè)發(fā)射器芯片3,激光輻射77相對(duì)于圖6中的紙張平面略微傾斜地撞 擊在分束器13和設(shè)備1的其它光學(xué)器件上。
[0127] 然而，當(dāng)被投射到圖6中的紙張表面上時(shí)，激光輻射77在照明臂39、參考臂40以 及對(duì)象臂41的區(qū)域中的路徑與圖5中所示的路徑一致。如上所述，由于附加分束器59,僅 在檢測(cè)臂42中獲得射束路徑中的差異。
[0128] 圖7示出了根據(jù)第六實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備1，其被配置為內(nèi)孔掃描儀。其可 以用來研究?jī)?nèi)部，特別是鉆孔62的內(nèi)部或鉆孔62的內(nèi)壁61。為此，設(shè)備1具有兩個(gè)分束器 63〇
[0129] 類似于來自圖5的設(shè)備1，全息圖50產(chǎn)生兩個(gè)射束捆64,不同于來自圖5的設(shè)備 1，它們借助于分束器63在兩個(gè)相反方向上被偏轉(zhuǎn)到鉆孔62的內(nèi)壁61上。
[0130] 為了在鉆孔62的整個(gè)圓周上研究鉆孔62,設(shè)備1的光學(xué)裝置52被至少部分地引 入到鉆孔62中。光學(xué)裝置52不需要位于鉆孔62的中心處?？梢酝ㄟ^撞擊在鉆孔62的內(nèi) 壁61的相互相對(duì)的區(qū)域上的兩個(gè)照明條19來補(bǔ)償可能的定心誤差。光學(xué)裝置52或設(shè)備 1在鉆孔62的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，使得能夠在鉆孔62的整個(gè)圓周上研究鉆孔62。
[0131] 根據(jù)圖7，除根據(jù)圖5的部件之外，設(shè)備1的光學(xué)裝置52還包括兩個(gè)分束器63。根 圖7的光學(xué)裝置52被配置為使得其能夠被插入具有例如11mm至300mm的直徑的鉆孔62 中。
[0132] 圖8示出了根據(jù)第七實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備1，其基于邁克爾遜配置的原理 (圖2)。與根據(jù)圖5的設(shè)備1相比，在微光學(xué)陣列38中集成了全息圖，借助于該全息圖形成 兩個(gè)射束捆64,它們作為照明條19入射在對(duì)象上。射束捆64經(jīng)由透鏡14、53、56和反射鏡 57被偏轉(zhuǎn)到對(duì)象15上。
[0133] 此外，與圖5中所示的設(shè)備相反，設(shè)備1的微光學(xué)陣列38將激光發(fā)射器2的激光 輻射分裂成參考輻射5和照明輻射6。
[0134] 此外，沒有后反射器65(參考圖5)被集成到透鏡53中，而是使用拋物面反射鏡10 以便使參考輻射5從激光發(fā)射器2偏轉(zhuǎn)到檢測(cè)器12。從微光學(xué)陣列38出現(xiàn)的參考輻射5 在拋物面反射鏡10處被反射，并且然后在第二分束器13處以如下方式被反射，即使得其撞 擊在分析器(偏振器）65上并且然后撞擊在檢測(cè)器12上。拋物面反射鏡10被配置為使得 參考輻射5根據(jù)激光發(fā)射器2在發(fā)射器芯片3上的位置以某個(gè)參考入射角α撞擊在檢測(cè) 器12上(參考圖la)。
[0135] 參考輻射5和照明輻射6以不同的偏振狀態(tài)離開微光學(xué)陣列38。第二分束器13 被配置為偏振敏感分束器，使得其透射具有第一偏振的參考輻射5并反射具有第二偏振的 照明輻射6。當(dāng)然，這相反地也是可行的。
[0136] 第二透鏡53在其正面55上具有環(huán)形器(未示出），其使照明輻射6和之后的被對(duì) 象15反射的對(duì)象輻射21 (參考圖5)旋轉(zhuǎn)總共90°，使得其在檢測(cè)器12的方向上被第二 分束器13透射并入射在檢測(cè)器12上。
[0137] 分析器(偏振器)65確保能夠從對(duì)象射束21和參考射束5通過相同的偏振面形成 干涉圖。
[0138] 圖9示出了根據(jù)第八實(shí)施例的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備1，其由于用以測(cè)量位于對(duì)象15 上的層75的厚度的測(cè)量單元31而不同于根據(jù)圖8的實(shí)施例。測(cè)量單元31包括白光點(diǎn)傳 感器66,其根據(jù)干涉測(cè)量法的已知原理進(jìn)行工作。
[0139] 白光點(diǎn)傳感器66包括寬光譜點(diǎn)光源作為光源67,其優(yōu)選地具有10 nm至100 nm 的光譜寬度。光源67圍繞著優(yōu)選1300 nm的中心波長(zhǎng)進(jìn)行發(fā)射，該中心波長(zhǎng)非常好地穿透 散射介質(zhì)(例如組織)。例如用光束68不出了光源67的光福射。
[0140] 白光點(diǎn)傳感器66的一部分進(jìn)一步地是第二檢測(cè)器58,其檢測(cè)光源67的光福射。 為了使光輻射偏轉(zhuǎn)到此第二檢測(cè)器58,設(shè)備1具有附加分束器59,其根據(jù)波長(zhǎng)而反射或透 射輻射。
[0141] 針對(duì)基于干涉測(cè)量的方法的層厚度測(cè)量，設(shè)備1還具有第二參考臂69和第二對(duì)象 臂70。第二參考臂69被定義為位于設(shè)備1的光學(xué)裝置52中的參考反射鏡71與第三透鏡 56中的半透射反射鏡72之間的距離的兩倍。第二對(duì)象臂70被定義為半透射反射鏡72與 對(duì)象15的對(duì)象點(diǎn)24之間的距離。除0· 1mm至例如3mm的最大值的路徑差之外，假如設(shè)備 1位于與對(duì)象15的相應(yīng)距離處，參考臂69和對(duì)象臂70當(dāng)然不是完全相同的。
[0142] 在下文中解釋白光點(diǎn)傳感器66的光路。針對(duì)其功能，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知：借助于 可調(diào)諧波長(zhǎng)，可以借助于檢測(cè)器58處的頻率測(cè)量來獲得層厚度信息。出于此目的，對(duì)象臂 70與參考臂69之間的路程差必須不同于零。
[0143] 白光點(diǎn)傳感器66的光源67發(fā)射光束68,光束68借助于分束器13被偏轉(zhuǎn)、通過透 鏡14和第二透鏡53、經(jīng)過參考反射鏡71到半透射反射鏡72上。半透射反射鏡72將光束 68分裂成被反射的參考射束73和被透射的照明射束74。
[0144] 在半透射反射鏡72處被反射的參考射束73撞擊在參考反射鏡71上，被從其反射 到半透射反射鏡72上，并且再次地在第二分束器13的方向上被反射。將參考反射鏡71配 置為全息圖也是可行的，其將參考射束73反射到對(duì)白光點(diǎn)傳感器66的波長(zhǎng)敏感的半透射 反射鏡72上。
[0145] 被半透射反射鏡72透射的照明射束74經(jīng)由反射鏡57被偏轉(zhuǎn)到對(duì)象15上。照明 射束74穿過位于對(duì)象15上的層75并特別地撞擊在對(duì)象15的對(duì)象點(diǎn)24上。與圖8中在 對(duì)象15處被反射的對(duì)象輻射21類似地實(shí)現(xiàn)在對(duì)象點(diǎn)24處被作為對(duì)象射束(未示出）反射 的照明射束74的路徑。然而，根據(jù)設(shè)備1的第八實(shí)施例的對(duì)象射束由于其波長(zhǎng)而被附加分 束器59反射并被偏轉(zhuǎn)到檢測(cè)器58上。
[0146] 借助于由激光發(fā)射器2發(fā)射的參考輻射5和照明輻射6 (參考圖8)，類似于來自 圖8的設(shè)備1，設(shè)備1能夠檢測(cè)層75的表面76。測(cè)量單元31另外使得能夠掃描層75下面 的對(duì)象15。由于能夠確定表面76以及層75下面的對(duì)象15這兩者，所以可以借助于處理裝 置30來計(jì)算層75的層厚度。
[0147] 圖5至9中所示的設(shè)備1的實(shí)施例可以被用作例如用于牙齒或整個(gè)下頜的三維檢 測(cè)的牙齒掃描儀。出于此目的，光學(xué)裝置52優(yōu)選地具有至多20 _、優(yōu)選地至多10 _的直 徑。光學(xué)裝置52具有至多150 _、優(yōu)選地至多100 mm的長(zhǎng)度。光學(xué)裝置52的長(zhǎng)度被定義 為透鏡14與設(shè)備1的對(duì)象側(cè)末端之間的距離。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于檢測(cè)對(duì)象（15)的3D結(jié)構(gòu)的設(shè)備，包括： -第一激光發(fā)射器（2a)，其產(chǎn)生具有第一波長(zhǎng)的激光輻射， -第二激光發(fā)射器（2b)，其產(chǎn)生具有第二波長(zhǎng)的激光福射， 其中，第一波長(zhǎng)不同于第二波長(zhǎng)， -光學(xué)器件（4、9、10、13、14、38、50、53、56)，其中的至少一個(gè)是分束器（4、48、50、54)， 所述分束器在每種情況下將激光發(fā)射器（2、2a、2b)的激光輻射分裂成參考輻射（5)和照明 輻射（6)，其中，照明輻射（6)撞擊在要測(cè)量的對(duì)象（15)上，被對(duì)象（15)作為對(duì)象輻射（21) 反射并與參考輻射（5)相干涉，以及 -檢測(cè)器（12)，其記錄從其那里形成的干涉圖， 其特征在于， 激光發(fā)射器（2、2a、2b)被定位為使得第一激光發(fā)射器（2a)的照明福射（6)和第二激光 發(fā)射器（2b)的照明輻射（6)以不同的入射角（β )撞擊在對(duì)象（15)上，以及 所述設(shè)備（1)包括測(cè)量裝置（27)，該測(cè)量裝置測(cè)量激光發(fā)射器（2、2a、2b)的激光輻射 的兩個(gè)波長(zhǎng)，并影響對(duì)干涉圖的記錄。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量裝置（27)測(cè)量激光發(fā)射器（2、 2a、2b)的激光輻射的波長(zhǎng)的時(shí)間特性，其中，控制裝置（28)在基本上恒定的波長(zhǎng)的情況下 對(duì)檢測(cè)器（12 )進(jìn)行致動(dòng)，并觸發(fā)對(duì)干涉圖的記錄。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備（1)包括調(diào)節(jié)裝置（29)，所述調(diào) 節(jié)裝置根據(jù)所述測(cè)量裝置（27)的測(cè)量結(jié)果以使得發(fā)射的激光輻射的波長(zhǎng)基本上恒定的方 式來調(diào)節(jié)所述激光發(fā)射器（2、2a、2b )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量裝置被配置為法布里珀羅干 涉儀（27)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，第一激光發(fā)射器（2a)和第二激光發(fā)射器 (2b)相互間隔開地位于公共發(fā)射器芯片（3)上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)器件（4、9、10、13、54)中的至少 一個(gè)被配置成以如下這樣的方式反射參考輻射（5)，即使得各激光發(fā)射器（2)的參考輻射 (5)以不同的參考入射角（α )入射在檢測(cè)器（12)上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)器件中的至少一個(gè)是全息圖 (50)，所述全息圖將照明輻射（5)偏振為使得其作為一個(gè)或多個(gè)照明條（19)撞擊在對(duì)象 (15)上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，微光學(xué)陣列（38)構(gòu)成所述分束器（48、 50)，其將所述激光發(fā)射器（2、2a、2b)的激光輻射分裂成參考輻射（5)和照明輻射（6)，并為 這兩組輻射（5、6 )供應(yīng)不同的輻射剖面。
9. 根據(jù)權(quán)利要去8所述的設(shè)備，其特征在于，所述微光學(xué)陣列（38)包括至少一個(gè)偏振 器（47、51)以便使照明輻射（6)偏振。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述微光學(xué)陣列（38)包括至少一個(gè)偏振 器（47、51)，以便使所述激光發(fā)射器（2、2a、2b)的參考輻射（5)偏振。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述微光學(xué)陣列（38)包括至少一個(gè)全息 圖（50)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)器件中的至少一個(gè)被配置為色 散透鏡（14、53、56)或被配置為色散反射鏡（10)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備（1)包括兩個(gè)發(fā)射器芯片（3)和 兩個(gè)檢測(cè)器（12、58)，其中，位于一個(gè)發(fā)射器芯片（3)上的所述激光發(fā)射器（2、2a、2b)的激 光福射撞擊在一個(gè)檢測(cè)器（12)上且位于另一發(fā)射器芯片（3)上的所述激光發(fā)射器（2、2a、 2b)的激光福射撞擊在另一檢測(cè)器（58)上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備（1)包括用于測(cè)量位于所述對(duì) 象（15)上的層（75)的厚度的測(cè)量單元（31)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量單元（31)包括白光點(diǎn)傳感器 (66)，所述白光點(diǎn)傳感器根據(jù)頻率掃描干涉測(cè)量法的原理進(jìn)行工作。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)量單元（31)被配置成基于橢圓 對(duì)稱法原理來確定位于所述對(duì)象（15)上的所述層（75)的厚度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備（1)包括具有多個(gè)光學(xué)器件 (50、53、56、57、63)的光學(xué)裝置（52)，其中，所述光學(xué)裝置（52)被配置為使得能夠?qū)⑵洳迦?患者的口腔內(nèi)區(qū)域中或鉆孔（62)中。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK104121851SQ201410170082
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月25日
【發(fā)明者】發(fā)明人姓名不公開 申請(qǐng)人:沃柯有限公司
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