用于檢測對象的3d結構的設備的制作方法
【專利摘要】用于檢測對象的3D結構的設備，包括：第一激光發射器，其產生具有第一波長的激光輻射；第二激光發射器，其產生具有第二波長的激光輻射，其中，第一波長不同于第二波長；光學器件，其中的至少一個是分束器，所述分束器在每種情況下將所述激光發射器的激光輻射分裂成參考輻射和照明輻射，其中，所述照明輻射撞擊在要測量的對象上，被所述對象作為對象輻射反射并與參考輻射相干涉；以及檢測器，其接收從其那里形成的干涉圖。激光發射器被定位為使得第一激光發射器的照明輻射和第二激光發射器的照明輻射以不同的入射角撞擊在對象上。設備還包括測量裝置，其測量激光發射器的激光輻射的兩個波長，并影響對干涉圖的記錄。
【專利說明】用于檢測對象的3D結構的設備
[0001] 本發明涉及一種用于檢測對象的三維結構的設備，該設備包括：第一激光發射器， 其產生具有第一波長的激光輻射；第二激光發射器，其產生具有第二波長的激光輻射，其 中，第一波長不同于第二波長；光學器件，所述光學器件中的至少一個是分束器，其在每種 情況下將激光發射器的激光輻射分裂成參考輻射和照明輻射。該照明輻射撞擊在要測量的 對象上，被對象作為對象輻射而反射，并且與參考輻射相干涉。設備的檢測器接收由其產生 的干涉圖。
[0002] 用于檢測3D結構的設備被用在例如用于質量保證的行業中。因此可以針對所處 理表面的特性來檢查所處理表面，例如針對對尺寸準確度的遵守性和/或對預定義粗糙度 的遵守性。此外，用此類設備，還可以以數字方式檢測并三維地映射整個對象。
[0003] 從US 6, 809, 845 B1可了解此類設備。其根據全息術原理進行工作。借助于兩個 激光器來產生具有不同波長的兩個激光束。每個激光束被分成對象射束和參考射束，所述 對象射束撞擊在要測量的對象上。從對象反射的對象射束和具有一個波長的附屬參考射束 被組合并相互干涉，兩個射束之間的相位關系被記錄。可以借助于由具有第一波長的激光 束產生的相位關系和由具有第二波長的激光束產生的相位關系之間的差來創建對象的反 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，該設備還包括多個反射鏡、分束器、濾波器以及光闌。設備的所 需空間要求是大的。
[0004] US 8, 068, 235 B1還公開了一種用于表面結構的三維檢測的設備。兩個激光源產 生激光束。這些激光束的各部分被組合成復合射束，其撞擊在要測量的對象上。然后其被 對象反射并被照相機檢測到。發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 擊在照相機上。由于激光束被經由分束器而被部分地組合，所以該設備具有增加的空間要 求。
[0005] 在這兩個專利說明書中，兩個或更多波長的光以相同的角度撞擊在對象上。這引 起所謂的斑點噪聲，因為作為略微粗糙表面對象的后向散射光中的光的波的特性的結果， 出現所謂的相長(亮）和相消（暗）干涉的區域。對象從而對于觀察者而言看起來是"顆粒狀 的"，其被命名為斑點或斑點噪聲。
[0006] 由于上述原因，獲得提供一種用于檢測對象的3D結構以及用于使斑點噪聲最小 化的緊湊式設備的目的。
[0007] 以根據權利要求1的前序的設備作為用于解決此目的的起始點。通過在權利要求 1的特征部分中給出的建設性特征來解決該目的。
[0008] 該設備包括測量裝置，其測量激光發射器的激光輻射的兩個波長。該測量裝置影 響由檢測器進行的干涉圖的記錄。諸如例如溫度變化之類的讓人煩惱的影響可能具有激光 發射器產生具有波動波長的輻射的結果。借助于測量裝置，確保了在評估干涉圖時精確地 知道由激光發射器產生的激光輻射的波長和波長的時間特性。
[0009] 可選地，測量裝置測量激光發射器的激光輻射的波長的時間特性，其中，控制裝置 在基本上恒定的波長的情況下對檢測器進行致動，并且觸發對干涉圖的記錄。
[0010] 這因此意味著設備可選地包括允許測量激光發射器的激光輻射的波長的時間特 性的測量裝置并且該測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 的波長的情況下對檢測器進行致動并用于觸發對干涉圖的記錄。
[0011] 在由檢測器進行的干涉圖的記錄期間，如果波長的時間特性是基本上恒定的，則 是有利的。在本發明的背景下，將術語基本上恒定的波長理解成是在發射波長的ΚΓ 6與ΚΓ7 倍范圍內、即在約0. 1-lpm范圍內的波長波動。干涉圖是用優選地10-100 μ S的曝光時間 來記錄的。短曝光時間確保即使在適度移動的對象的情況下相敏記錄也不模糊。
[0012] 還可行的是設備具有調節裝置，其根據測量裝置的測量結果而以使得發射的激光 輻射的波長基本上恒定的方式來調節激光發射器。
[0013] 激光發射器以如下這樣的方式被定位，即使得第一激光發射器的照明輻射和第二 激光發射器的照明輻射以不同的入射角撞擊在對象上。優選地，各激光發射器的照明輻 射以相對小的入射角撞擊在對象上。例如，在兩個激光發射器的情況下，典型入射角約為 0.1Γ。在本發明的背景下，可認識到，有利地當使用超過兩個激光發射器--即，例如8 個時，照明輻射以至多Γ、優選地約0.8°的入射角撞擊在對象上。照明輻射的更大入射 角也是可行的。
[0014] 優選地，激光發射器發射具有至少100 mW的總功率的激光輻射，其中，總功率強烈 地取決于曝光時間。
[0015] 在本發明的背景下將術語照明輻射理解為撞擊在要測量的對象上的那部分發射 的激光輻射。術語對象輻射命名在對象處被反射的照明輻射。參考輻射是作為參考未改變 的與對象福射相干涉并撞擊在檢測器上的那部分發射的激光福射。
[0016] 在本發明的背景下，可認識到，根據本發明的設備還可以用在人口腔的區域中。特 別地，將該設備例如作為牙齒掃描儀用于檢測內部口腔區域中的表面和對象是可行的。為 了滿足這些要求，設備優選地具有相應的尺寸，其使得能夠將該設備至少部分地插入內部 口腔區域中。
[0017] 將測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有 技術是已知的。在本實例中，法布里珀羅干涉儀的諧振器包括兩個玻璃板，在每種情況下在 所述玻璃板上氣相沉積了反射鏡。根據諧振器的諧振條件，具有特定波長的激光輻射透射 通過氣相沉積的反射鏡，并且在本實例中被檢測器陣列檢測到。借助于法布里珀羅干涉儀， 可以準確地測量在特定波長范圍內的、各激光發射器在其處發射激光輻射的波長。法布里 珀羅干涉儀要求由激光發射器發射的激光輻射的波長的一定基本穩定性。然而，當今的激 光發射器能夠提供此類基本穩定性。
[0018] 優選地，第一激光發射器和第二激光發射器相互間隔開地位于共射極芯片上。例 如，激光發射器被配置為多激光二極管。優選地，各個激光發射器位于彼此相距至多0. 5mm 的距離處，特別優選地在至多0. 2mm的距離處，尤其優選地在至多0. 1mm的距離處。
[0019] 由于這樣的小距離，多個發射器在非常窄的安裝空間中是可能的。多個發射器形 成波長組，借助于該波長組可以檢測對象的3D表面信息和關于對象上的各個對象點（對象 上的表面點）的深度的信息。兩個或更多波長組還可以位于同一芯片上以便實現斑點的減 少。
[0020] 該設備有利地包括至多三十二個激光發射器，其中，在每種情況下優選地至多 十六個激光發射器位于一個發射器芯片上。例如，位于一個發射器芯片上的全部十六個激 光發射器每個發射具有不同波長的激光輻射。全部的十六個激光發射器形成可以被分配中 心波長的波長組。在本發明的背景下，將中心波長理解為由一個波長組的激光發射器發射 的所有波長的平均值。
[0021] 然而，將十六個激光發射器定位成四個四激光發射器行、每個在發射器芯片上相 互鄰近也是可行的。具有四個激光發射器的每行每個形成波長組，其可以被分配中心波長。 一個波長組的每個激光發射器發射具有不同波長的激光輻射。各個行、即不同的波長組優 選地在其中心波長方面一致。
[0022] 中心波長可以優選地在750和850nm之間，特別地約為800nm。約950 nm或者甚 至1300 nm的中心波長也是可能的。可見譜范圍內的中心波長也是可行的，雖然這要實現 起來在技術上是苛求的。
[0023] 其它配置是可行的，其中，優選地一個、兩個或四個波長組被定位在一個發射器芯 片上。一個波長組中的激光發射器的數目可以改變且并不固定在四個、十六個或三十二個 激光發射器處。并且，發射器相對于各波長的布置不一定是單調上升或下降的，而是還可以 是"隨機的"。同樣地，發射器芯片上的組的數目可以不同于所述數目。
[0024] 將多個波長組相互鄰近地定位于一個發射器芯片上是有利的，因為然后可以實現 斑點的減少。斑點圖案由激光輻射在對象的不平坦表面處的反射形成，其配置強烈地取決 于照明輻射在對象上的入射角且使得對象識別是困難的。如果多個波長組相互鄰近地被定 位在發射器芯片上，則產生關于照明輻射的入射角的較大角頻譜。然后針對每個波長組，以 不同的平均入射角檢測相同被照明對象點的深度信息。平均入射角被理解為在一個波長組 的入射角上被求平均值的入射角。波長組上的深度信息的平均導致斑點圖的影響的減小。
[0025] 如果要實現斑點的減少，在不同波長組在其中心波長方面一致的情況下是有利 的。從而干涉圖的后續評估中的開支被保持為低。然而，如果各個波長組發射具有不同中 心波長的激光輻射，實現斑點的減少也是可行的。如果波長組的中心波長相互不同，則它們 相互接近，即中心波長相差約50-100nm。
[0026] 應理解的是，可以使用分別地具有一個或多個波長組的兩個或發射器芯片，其中， 中心波長可以一致或不同。
[0027] 明確指出，本發明不限于三十二個激光發射器的數目。具有被劃分到兩個發射器 芯片中的總共三十二個激光發射器的配置僅僅是優選實施例。使用優選地被劃分到多個發 射器芯片/波長組中的遠遠超過總共三十二個的激光發射器是可行的。波長組的數目越 高，結果得到的信號噪聲在干涉圖的評估期間被抑制得越好。所使用的激光發射器和波長 組的數目僅僅受到對象上的所選照明域和檢測器的尺寸/像素密度及用于評估干涉圖的 可用計算能力的限制。
[0028] 光學器件中的一個被配置成以如下這樣的方式來反射參考輻射，即使得各個激光 發射器的參考輻射以不同的入射角撞擊在檢測器上。優選地，一個波長的參考輻射和對象 輻射以不同的入射角撞擊在檢測器上。例如，在要研究的對象的對象點處被反射的對象輻 射以相同的入射角撞擊在檢測器上，無論其波長如何。在該背景下，假設對象的表面結構的 最小粗糙度。在理想平滑對象的情況下，針對對象輻射而獲得不同的關系。
[0029] 參考和照明輻射的射束路徑部分地重疊，使得一個波長的、即來自同一激光發射 器的參考輻射和對象輻射彼此相干涉。每個所發射的波長的干涉圖被形成為使得根據所有 波長相關干涉圖，例如在處理裝置中，借助于傅立葉變換或菲涅耳變換來確定對象表面上 的對象點的位置和在深度方面的對象點的位置。
[0030] 在可選實施例中，光學器件中的至少一個是全息圖。該全息圖以使得照明輻射作 為照明條撞擊在對象上的方式使其偏轉。例如，將全息圖實現為微全息圖。如果要檢測對 象，則在設備與對象之間的相對移動期間沿著掃描方向對其進行掃描。優選地，照明條被配 置成是矩形的，其中，矩形的短邊平行于掃描方向行進且長邊被橫向地對準到掃描方向。微 全息圖以如下這樣的方式來改變照明輻射的數值孔徑，即使得沿著矩形照明條的長邊的數 值孔徑大于沿著矩形照明條的短邊的數值孔徑。
[0031] 如果例如要檢測焊縫，則焊縫的輪廓預定義掃描方向。由于矩形照明條的長邊橫 斷掃描方向而行進，所以可以借助于照明條來檢測焊縫的總寬度。
[0032] 由于將短曝光時間用于干涉圖的記錄，所以由檢測器記錄的焊縫區域部分地重 疊。這使得能夠補償例如由于對象相對于檢測器的移動或由于檢測期間的設備的機械誤差 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照明條撞擊在對象上的方式使其偏轉 也是可行的。有利地，兩個照明條沿著掃描方向（短邊）定位。這使得能夠實現根據本發明 的設備作為人工掃描儀的操作。由于使用兩個照明條，所以能夠檢測可能的相對移動、特別 是設備相對于對象的旋轉相對移動，并在評估中將其考慮在內。應理解的是，全息圖可以以 使得超過兩個的照明條撞擊在對象上的方式將照明輻射分裂和偏轉。
[0034] 有利地，光學器件中的至少一個是微光學陣列。微光學陣列是不同光學部件的組 合，所述光學部件諸如例如透鏡、分束器、環形器和/或全息圖，它們被非常緊湊地定位。微 光學陣列優選地位于直接在激光發射器后面的射束路徑中。
[0035] 微光學陣列包括將激光發射器的激光輻射分裂成參考輻射和照明輻射的分束器 是有利的。優選地，參考和照明輻射至少部分重疊地行進。因此，設備的光學裝置的特別緊 湊的結構是可能的。
[0036] 優選地，微光學陣列包括偏振器和/或環形器，以便使照明輻射和/或參考輻射偏 振。優選地，使參考輻射相對于照明輻射偏振，使得借助于偏振器和/或環形器使偏振面 轉動90度。另一方面的照明輻射的偏振不受影響。如果偏振分束器被定位在射束路徑中 在微光學陣列之后，這是特別有利的，其例如發射具有第一偏振的激光輻射、特別是參考輻 射，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/或環形器將照明 輻射旋轉90度并使參考輻射不受影響也是可行的。
[0037] 微光學陣列還可以包括全息圖。從而減少了對位于射束路徑中的透鏡的準確度的 要求。這減少了在設備的制造期間發生的成本。
[0038] 微光學陣列中的全息圖優選地還具有這樣的效果，即在每種情況下的參考和照明 輻射以不同的數值孔徑離開微光學陣列。例如，參考輻射具有高數值孔徑，而照明輻射以小 得多的數值孔徑至少沿著矩形照明條的短邊離開微光學陣列。此外，借助于全息圖，很容易 可以產生多個照明條，例如兩個照明條。
[0039] 可選地，光學器件中的一個被配置作為色散透鏡。優選地，色散透鏡位于對象輻射 的射束路徑中，即在照明輻射在對象處的反射之后的射束方向上。從而能夠減少用于評估 干涉圖的傅立葉或菲涅耳變換的消耗。
[0040] 本發明的另一實施例的特征在于所述設備包括兩個發射器芯片和兩個檢測器，其 中，位于一個發射器芯片上的激光器發射的具有第一中心波長的激光輻射撞擊在一個檢測 器上且位于另一發射器芯片上的激光發射器的第二中心波長的激光輻射撞擊在另一檢測 器上。如果例如使用具有不同中心波長的兩個發射器芯片，則可以例如借助于分束器將各 激光輻射分裂，所述分束器根據其中心波長而透射或反射激光輻射，使得具有第一中心波 長的激光輻射入射在第一檢測器上且具有第二中心波長的激光輻射入射在第二檢測器上。
[0041] 有利地，所述設備包括用于測量位于對象上的層的厚度的測量單元。因此，除對象 的表面之外，還能夠檢測可能存在于對象上的層的厚度。如果使用設備作為牙齒掃描儀，則 能夠測量牙齒上的齒齦的厚度。例如，能夠在沒有附加部件的情況下用根據本發明的設備 來實現這樣的層厚度測量。優選地，將測量單元配置作為處理裝置的一部分。借助于來自多 個波長的干涉圖的相位信息，能夠檢測不僅一個、而且多個表面、例如兩個或三個表面。基 本上情況是波長組中的波長越多，一個或多個附加表面被越可靠地檢測。優選地，借助于所 述設備來檢測兩個表面并將兩個表面設置在相互的一定關系中。位于對象上的層的外表面 被檢測作為第一表面并且要測量的層位于其上的對象的表面被檢測作為第二表面。在已知 折射率的情況下，這兩個表面的距離差產生層厚度，例如齒齦的厚度。
[0042] 同樣優選的實施例的特征在于測量單元包括白光點傳感器，其根據頻率掃描干涉 測量法的原理進行工作。頻率掃描干涉測量法的原理從現有技術是已知的。替換地，用于 此測量單元的其它方法也是可行的。優選地，白光點傳感器包括光源，其產生具有寬光譜的 光，所述寬光譜優選地在1300 nm的中心波長周圍且光譜寬度在10與100nm之間。特別地， 借助于具有1300nm的中心波長的白光點傳感器能夠直接地測量散射層，例如齒齦。在測量 齒齦厚度之后，然后將其與在沒有測量單元的情況下僅用根據本發明的設備檢測的齒齦的 表面相關。從而可以確定齒齦下面的3D牙齒表面。
[0043] 還可以基于橢圓對稱法的原理將測量單元配置成確定位于對象上的層的厚度。橢 圓對稱法的原理從現有技術也是已知的。可以借助于橢圓對稱方法來測量非常薄的層，即 在約0.01 μπι與1 μπι之間的層。為此，根據本發明，利用這樣的事實，即不同的發射器位 于多發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射到對象上。連 同在照明輻射中的各發射器處的固定調整的偏振器和/或在對象輻射中的不同位置處的 固定調整的分析器(偏振器)一起，根據所有信息的和來確定薄涂層厚度是可能的。同時，根 據上述程序可獲得對象的完整3D表面信息。
[0044] 根據本發明，可以將附加的光學裝置配置成使得光以非常平的角度入射在對象 上，已知其將顯著地增大橢圓對稱方法中對于薄涂層的靈敏度。
[0045] 下面參考圖中所示的優選實施例來解釋本發明。其中所示的特定特征可以單獨地 或組合地被使用以創建本發明的優選配置。所述實施例并不構成對在權利要求中定義的主 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-曾德配置中的根據第一實施例的根據本發明的設備， 圖lb以示意圖示出了具有根據橢圓對稱法原理工作的測量單元的根據第二實施例的 根據本發明的設備， 圖2示意性地示出了在邁克爾遜配置中的根據第三實施例的根據本發明的設備， 圖3在側視圖中示出了具有分束器的根據第一實施例的微光學陣列， 圖4在側視圖中示出了具有全息圖的根據第二實施例的微光學陣列， 圖5在示意圖中示出了具有用于產生多個照明條的全息圖的根據第四實施例的根據 本發明的設備， 圖6在示意圖中示出了具有兩個檢測器的根據第五實施例的根據本發明的設備， 圖7在示意圖中示出了被配置作為內孔掃描儀的根據第六實施例的根據本發明的設 備， 圖8在示意圖中示出了在微光學陣列中的具有全息圖的根據第七實施例的根據本發 明的設備，以及 圖9在示意圖中示出了具有根據白光干涉測量法的原理工作的測量單元的根據第八 實施例的根據本發明的設備。
[0046] 圖la示出了根據馬赫-曾德配置的設備1的第一實施例，其包括多個激光發射器 2,特別地包括第一激光發射器2a和第二激光發射器2b。激光發射器2位于發射器芯片3 上。它們優選地相對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，可以將位于發射器芯片3上的五個激光發射器2視為示例。然而，將 多達三十二個或更多的激光發射器2定位在發射器芯片3上也是可行的。
[0048] 每個激光發射器2發射具有單個波長的激光輻射。各激光發射器2的波長不同， 使得每個激光發射器2發射具有不同波長的激光輻射。優選地，兩個相鄰激光發射器2的 激光輻射的波長僅僅略微地相差例如1 nm。在發射器芯片3上8個或16個激光發射器2 的布置中，這意味著8或16 nm的光譜寬度。
[0049] 設備1包括被配置作為第一分束器4的光學器件，其在每種情況下將激光發射器 2的激光輻射分裂成參考輻射5和照明輻射6。第一分束器4可以是部分透射的反射鏡，其 反射參考輻射5并透射照明輻射6。
[0050] 在圖la中，將參考福射5不出為以位于發射器芯片3上的第一激光發射器2a的 參考射束7的形式的示例。還針對發射器芯片3的第一激光發射器2a以照明射束8a的形 式以及針對第二激光發射器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，在其進一步的路徑上，其撞擊在被 配置作為反射鏡9的光學器件上和被設計作為拋物面反射鏡10的另一光學器件上。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 測器12上。檢測器12優選地被配置作為高分辨率2D表面傳感器。
[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射器2 的參考輻射5,即使得具有不同波長的、即來自不同激光發射器2的參考輻射5以不同的參 考入射角α撞擊在檢測器12上。在圖1中，在兩個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的光學器件位于拋物面反射鏡10與檢測器12之間，其 允許參考射束7略微衰減地通過。
[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的光學器件上。透鏡14將作為示例被示出的照明射束8a、8b引導 到具有對象點16的對象15上。對象點16理想地位于透鏡14的焦點&處或在焦點&周 圍的聚焦區中。如果對象點16位于聚焦區外面，則然后依然還可以三維地檢測對象15。
[0055] 透鏡14的聚焦區在透鏡14的焦點(在圖la中為對象點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和透鏡14的數值孔徑。在當前情況下假定透鏡14 的數值孔徑為約〇. 2,在對象的方向上沿著光軸在透鏡14的焦點處開始的聚焦區的延伸約 為 +/-15 μ m〇
[0056] 被激光發射器2發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處被識別，照明射束8a在透鏡14之 后彼此平行地行進。照明射束8a作為幾乎平面的波且近似以直角撞擊在對象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，與照明射束8a相反，不僅發生到平面波的變換。照 明射束8b附加地被透鏡14偏轉，使得其以入射角β (其不同于照明射束8a的入射角）撞 擊在對象15上。由于激光發射器2相對于透鏡14的不同布置，各激光發射器2的照明輻 射5以不同的入射角β入射在對象15上。優選地，各激光發射器2的所有照明射束8a、8b 以矩形照明條19的形式撞擊在對象15上。
[0058] 應理解的是，對象15具有全部反射激光輻射的有限數目的對象點16。在下文中， 將作為示例針對所選的對象點(特別是在對象點16處)和檢測器12的方向上的另一射束路 徑來解釋照明射束8a、8b的反射。在下文中將在對象15處被反射的照明射束8a、8b或在 對象15處被反射的照明輻射6命名為對象射束20或對象輻射21。
[0059] 無論照明射束8a、8b的入射角β如何，其被從對象點16反射為球面波形式的具 有邊緣射束22的對象射束20。對象射束20撞擊在透鏡14上并被其變換成幾乎平面的波 23。這適用于對象點16位于上述聚焦區內部或者如圖1中所示在透鏡14的焦點&處的情 況。如果對象點24位于聚焦區外面，則從對象點24發射的對象射束20借助于透鏡14被 變換成略微彎曲的波。
[0060] 對象射束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 射對象射束20,即使得其以約零度的入射角γ、即以與檢測器12的檢測器表面25成90度 的角度撞擊在此檢測器表面上。作為平面波23的對象射束20在圖la中被示為水平線，其 平行于檢測器表面25行進。
[0061] 對象射束20的入射角γ取決于對象點16、24的位置。如果其類似于圖1中的對 象點16落在透鏡14的光軸上，則對象射束20然后如已經所述是那樣以0°的入射角γ撞 擊在檢測器表面25上。在另一對象點處、例如在對象點26處的反射導致入射到檢測器表 面25上的不同于零的入射角γ。
[0062] 雖然對象射束20以入射角γ撞擊在檢測器表面25上，但參考射束7以參考入射 角α入射在檢測器表面25上。參考入射角α和入射角γ相差差角δ，其不同于零。
[0063] 由于相同波長的參考射束7和對象射束20在分束器13之后在檢測器表面25的 方向上在它們的路徑上彼此相遇，所以它們相互干涉。作為此干涉的結果，特定空間頻率的 干涉圖作為差角S的函數被形成，其借助于檢測器12被記錄。通過由一個波長的參考輻 射5與對象輻射21的相長(信號增強）和相消(信號衰減)干涉而形成的信號振幅的(準）正 弦振蕩而獲得空間頻率。
[0064] 針對每個對象點16、24、26，在每種情況下在不同的波長下形成不同的差角6，這 是因為參考入射角α作為激光發射器2的位置的函數而變化。因此可以使對象15上的照 明區域、激光發射器2的數目、它們的間距(和因此的參考入射角α )和2D表面檢測器12 的像素狀況相互匹配，使得在空間頻率方面不發生模糊。
[0065] 由檢測器12記錄干涉圖的要求是，由各激光發射器2以基本上恒定的波長來發射 其干涉圖將被記錄的激光輻射。出于此目的，設備1優選地具有被配置作為法布里珀羅干 涉儀27的測量裝置。法布里珀羅干涉儀27從現有技術是已知的且其使得能夠連續地測量 由激光發射器2發射的激光輻射的波長。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的情況下驅動檢測器12并觸發由檢測器12進行的對激光輻 射的記錄。
[0066] 因此這意味著設備1包括測量裝置27,其允許測量激光發射器2、2a、2b的激光輻 射的波長的時間特性，并且測量設備被連接到控制裝置28,控制裝置28適合于在基本上恒 定的波長的情況下驅動檢測器12并觸發對干涉圖的記錄。
[0067] 可選地，設備1可以包括調節裝置29,調節裝置29根據法布里珀羅干涉儀27的測 量結果以如下這樣的方式來調節激光發射器2,即使得發射的激光輻射的波長是基本上恒 定的。
[0068] 干涉圖由檢測器12針對每個激光發射器2且因此針對每個波長被記錄并借助于 處理裝置30被分析和評估。處理裝置30將由各種空間頻率組成的干涉圖變換到包含3D 圖像信息的頻域中。
[0069] 在下文中將詳細地解釋通過激光發射器2的照明輻射6在對象點16、24、26處的 反射以及通過與附屬參考輻射5的干涉而形成的干涉圖的評估。
[0070] 如果對象點16、26位于透鏡14的焦點&處或在聚焦區中，即通過透鏡14之后的 對象射束21被配置為準平面波23,則優選地使用傅立葉變換用于變換到頻域(頻率范圍） 中。如果對象點24位于聚焦區外面，即對象射束20在通過透鏡14之后被配置為略微彎曲 的波，則優選地借助于菲涅耳變換來執行到頻域中的變換。
[0071] 在頻域中，關于兩個方面來進行對干涉圖的評估。在一方面，在參考輻射5的輔助 下且因此根據激光發射器2的位置來確定對象15上的對象點16、24、26的位置，激光發射 器2的激光輻射已導致本干涉圖。另一方面，針對每個對象點16、24、26來確定深度信息。 術語深度信息在本發明的背景下被理解為對象點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。其被用來識別對象15上的凸起或凹坑。
[0072] 借助于差角δ來確定對象點16、24、26的位置和各激光發射器2的位置。由于對 象射束的入射角Υ且因此還有差角S取決于對象點16、24、26的位置，所以作為對象點 16、24、26的位置的函數獲得作為對象點16、24、26的位置的特征的特定空間頻率的不同干 涉圖。同時，針對每個激光發射器2狹窄地限制其中空間頻率的波動根據對象點16、24、26 的位置而改變的頻帶的寬度。
[0073] 差角δ此外取決于發射器芯片3上的各激光發射器2的位置。如上文已進一步 描述的，各激光發射器2的參考福射5取決于各激光發射器2的位置以不同的參考入射角 α撞擊在檢測器12上。因此，每個激光發射器2產生明顯不同于例如相鄰激光發射器2的 空間頻率。由于基于不同激光發射器2的位置的空間頻率的這些顯著差別，該差別并不與 基于不同對象點16、24、26的變化相混淆。每個激光發射器位置允許一定的空間頻率波段， 其繼而可以特定地覆蓋每發射器2的對象點的數目。對于相鄰的發射器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）--之后可以經由局部干涉 圖的相位值向特定橫向對象點16、24、26分配深度信息。
[0074] 如果現在將關于對象點16、24、26的位置的信息與關于各激光發射器2的信息和 各對象點16、24、26的深度信息相組合，則可以確定對象15的3D結構。
[0075] 在實際測量中，所有激光發射器2同時地發射激光輻射，由此在檢測器表面25上 形成多個干涉圖。所有干涉圖同時地被檢測器12記錄并被處理裝置30評估。然后基于對 所有干涉圖的這些評估來產生對象15的3D結構。
[0076] 設備1可以優選地另外測量位于對象15上的層（未示出）的層厚度。如果層位于 對象15上，則由于由激光發射器2發射的激光輻射的不同波長，則照明射束8a、8b在該層 的表面處被部分地反射，而照明射束8a、8b的另其它部分穿過該層并在對象15的表面處被 反射。用于每個對象點16、24、26的兩組略有不同的深度信息可用于對頻域中的干涉圖的 評估。可以借助于不同的深度信息來確定該層厚度。設備1因此包括用于確定層厚度的固 有測量單元，其中，該測量單元可以被配置作為處理裝置30的一部分。可以用設備1來測 量的最小層厚度由波長組中的所發射波長的光譜寬度來給定。
[0077] 圖lb示出了設備1的第二實施例。設備1包括測量單元31，借助于該測量單元 31能夠測量在要測量的層75處被反射的激光發射器2的對象輻射21。與來自圖la的設 備1相反，測量單元31基于橢圓對稱法的原理進行工作，并且因此可以確定位于對象上的 層75的厚度。用于確定層厚度的橢圓對稱的方法從現有技術是已知的。
[0078] 測量單元31包括激光發射器2。與圖la相反，圖lb中的激光發射器被不同地偏 振。例如，發射器芯片3上的在圖lb中示出的三個上激光發射器2、2a被以第一類型偏振， 例如P偏振。圖lb中的下部三個激光發射器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，在發射器芯片3上示出了圖lb中的最上的激光發射器2a的第一照明射束 32和圖lb中的最下的激光發射器2b的第二照明射束33。在下文中將詳細地解釋這兩個 照明射束32、33的射束路徑。
[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位于其上面的對象15的表面34反射，同樣地作為對象 輻射21。被作為對象輻射21反射的照明射束在圖lb中被示為第一對象射束35。
[0081] 第一對象射束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 被反射并作為點射束撞擊在檢測器12的檢測器表面25上。檢測器12檢測作為點射束撞 擊在其上的對象射束35。
[0082] 針對所述射束路徑假定第一照明射束32在該處被反射的對象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，被指引到檢測器12 上的點射束將相應地被加寬。
[0083] 第二照明射束33作為第一照明射束32的鏡像而行進。第二照明射束33和第一 對象射束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，從而使得其作為點射束撞擊在檢測器12 的檢測器表面25上。檢測器12檢測作為點射束撞擊在其上面的對象射束36。
[0084] 基于對象射束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象15 上的層75的厚度。
[0085] 層75和對象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中所示的那樣將對象輻射21作為球面波反射。這樣的方法從現有技術也是已知的。 在這種情況下，將層75的表面76上的每個表面點（未不出）和對象15的每個對象點16被 解釋為散射點(參看圖la)。與光滑的表面相反，每個表面點和對象點16的所有信息從而被 映射到整個檢測器表面25上。
[0086] 可選地，設備1可以包括一個或多個分析器，它們位于第二分束器13與檢測器表 面25之間。分析器37被配置作為偏振器，借助于該偏振器可以確定激光輻射的偏振狀態。 如果使用分析器37,則激光發射器2發射具有優選45°的偏振角的激光輻射，使得照明射 束32、33被線性偏振地發射到層75或對象15上。在其在層75或對象15處被反射之后， 對象射束35、36撞擊在以與發射器2a和2b的位置共軛的方式被定位的分析器37上，分析 器37確定對象射束35、36的偏振。例如，激光發射器2a的激光輻射和激光發射器2b的激 光輻射通過層75的層厚度被不同地偏振。對象射束35、36然后入射在對這些進行檢測的 檢測器12上。在該背景下，以與發射器2a和2b的位置共軛的方式被定位意指分析器37 根據由激光發射器2a、2b發射的激光輻射的射束路徑而被定位。
[0087] 將透鏡14實現為兩個部分透鏡也是可行的，其中，兩個照明射束32、33中的每一 個分別地透射通過兩個部分透鏡中的一個。借助于附加反射鏡(未示出），照明射束32、33 在兩個部分透鏡之后被指引到層75或對象15上。因此可以實現大于或等于30度、優選地 接近于57度的入射角f。從而還可以測量小于100 nm的層厚度。
[0088] 圖2示出了在邁克爾遜配置中的根據第三實施例的設備1。此設備1與圖la中所 示的設備的差別在于被配置為微光學陣列38的光學裝置。微光學陣列38包括圖la中所 示的第一分束器4的功能。此外，借助于微光學陣列38,可以不同地使參考輻射5和照明輻 射6偏振。微光學陣列38將激光發射器2的激光輻射分裂成參考輻射5和照明輻射6,其 中，參考輻射5與照明輻射6相比具有明顯更大的數值孔徑。
[0089] 此外，在根據圖2的設備中，與來自圖la的設備1相比，省去了反射鏡9。激光發 射器2的參考射束7在分束器13 (其被配置作為分束器反射鏡)處被反射，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撞擊在檢測器12的檢測器表面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，其根據激光輻射的偏振狀 態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 被透射。
[0091] 如圖2中所示，可以通過使拋物面反射鏡10相對于檢測器表面25略微傾斜來實 現拋物面反射鏡10關于入射角α的反射特性。然而，不使拋物面反射鏡10相對于檢測器 表面25傾斜并使發射器芯片3與激光發射器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撞擊在檢測器12上也是可行的。激光發射器2中的橫向布置在該背景 下意指激光發射器2在圖2中的垂直方向上的移位和/或橫斷圖2中的圖像平面的移位。
[0092] 拋物面反射鏡10可以可選地具有循環偏振層(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旋轉90°。這具有如下優點，即盡可能多的光到達檢測器 12〇
[0093] 除所述差別之外，激光發射器2的激光輻射如通過參考圖la中的設備1已經所述 的那樣行進。對檢測器2上的干涉圖的評估也與來自圖la的設備1類似地進行。
[0094] 分束器13在圖2中定義四個光學臂，在下文中將對其進行解釋以便更好地理解邁 克爾遜配置。第一光學臂被定義為照明臂39,具有激光發射器2的發射器芯片3和微光學 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。
[0095] 作為第二光學臂，分束器13定義參考臂40,在參考臂40中，被分束器13反射的參 考輻射5在拋物面反射鏡10的方向上被偏轉并在分束器13的方向上從拋物面反射鏡10 再次返回。拋物面反射鏡10優選地位于參考臂40中。
[0096] 第三光學臂被稱為對象臂41。透鏡14和對象15位于其中。可選地，其它透鏡或 光學元件可位于對象臂41中。在對象臂41中，照明輻射6被偏轉到對象15上，并且被對 象15反射的對象輻射在分束器13的方向上被引導。
[0097] 第四光學臂是檢測臂42。其被定義為從分束器13到檢測器12的部分。檢測臂 42包括檢測器12以及例如在使用多個檢測器12的情況下包括可選的其它分束器。
[0098] 優選地，在對象臂41和參考臂40中可以使用光學偏振旋轉元件。在每種情況下， 在偏振的照明射束和參考射束的情況下，必須確保在檢測器12之前分析器(偏振器，未示 出)使光輻射返回到能夠實現干涉的公共平面上。如果未使用偏振元件(包括在微光學陣列 38中），則在對象輻射21與參考輻射5之間必須預期到增大的"串擾"（擾動影響)，其必須 以一定的代價來修正。
[0099] 圖3示出了從側面看的第一實施例中的來自圖2的微光學陣列38的詳細視圖。微 光學陣列38原則上不僅能夠位于根據圖2的邁克爾遜配置中，而且可選地能夠位于根據圖 la的馬赫-曾德配置中，在激光發射器2與設備1的其它光學器件之間（圖la)。
[0100] 每個單獨激光發射器2的激光輻射行進穿過微光學陣列38。作為示例，在下文中 針對激光發射器2來解釋微光學陣列38的結構。用于其它激光發射器2的微光學陣列38 的結構是相同的。
[0101] 微光學陣列38具有輸入端43、第一輸出端44以及第二輸出端45,經由其，激光福 射再次離開微光學陣列38。
[0102] 在已經經由輸入端43將來自激光發射器2的激光輻射發射到微光學陣列38中之 后，其行進穿過桿狀柱面透鏡46,桿狀柱面透鏡46以如下這樣的方式使激光輻射聚焦，即 使得形成具有優選地約〇. 1的數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然后穿過環形器49,其使偏振面旋轉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。當然，還可以使偏振狀態反向，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6兩者然后每個穿過全息圖50,全息圖50為參考輻射 5提供高數值孔徑并為照明輻射6提供與之相比低的數值孔徑。從而可以預定義一個或多 個照明條的形狀。
[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從微光學陣 列38出現。然而，交換各光學元件的順序原則上也是可能的。還可以提供多個全息圖平面。
[0106] 圖4不出了根據第二實施例的微光學陣列38。該微光學陣列38與來自圖3的微 光學陣列38相比構成簡化版本。其不同之處在于，分束器38 (圖3)被形成為全息圖50且 微光學陣列38此外僅包括環形器49和雙偏振器51。
[0107] 激光發射器2的激光輻射經由輸入端43進入到微光學陣列38中。在全息圖50 中，激光輻射最初被分裂成參考輻射5和照明輻射6。參考輻射5在全息圖50中被提供高 數值孔徑，并且照明輻射6被提供與之相比低的數值孔徑。類似地，可以預定義一個或多個 照明條的形狀。
[0108] 在以下環形器49中，發生參考輻射5的偏振，參考輻射5在其偏振方面被旋轉90 度。另一方面的照明輻射6在其偏振方面不受影響。當然，其還可以相反地發生。在隨后 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然后在相應的輸出端44、45處從微光學陣列38出現。在 這里，原則上也可以交換光學元件的順序，或者可以將全息圖50分成具有較少單獨任務的 兩個單獨全息圖。
[0110] 圖5示出了根據第四實施例的根據本發明的設備1。其結構對應于來自圖2的邁 克爾遜配置，其中，激光發射器2和檢測器12相對于分束器13的位置已被交換。此外，分 束器13被設計為偏振分束器，即其根據偏振而透射或反射輻射。
[0111] 除先前所述的設備1之外，根據圖5的設備1具有光學裝置52,其包括多個光學器 件。光學裝置52從透鏡14 一直延伸到設備1的對象側末端。光學器件中的一個被配置為 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和對象輻射21在其偏振方面被旋轉90°。從而實現在被透鏡 14透射之后，整個后輻射的激光輻射被透射到偏振分束器13。
[0113] 光學裝置52的另一光學器件被配置為全息圖50,其使激光發射器2的照明輻射6 以使得其作為照明條19撞擊在對象15上的方式偏轉。特別地，借助于全息圖50來改變每 個激光發射器2的照明輻射6的數值孔徑，使得在一方面，形成兩個相互偏移的照明條19， 并且在另一方面，這些照明條19中的每一個具有近似矩形的形狀。借助于也是光學裝置52 的光學器件的第三透鏡56,被全息圖50偏轉的照明輻射6被指引向反射鏡57,反射鏡57 使照明輻射6偏轉到對象15上。
[0114] 由于與圖2相比的激光發射器2和檢測器12的不同位置，照明臂39和檢測臂42 的位置與圖2相比被交換。與來自圖2的設備1相反，在根據圖5的設備中，參考臂40和 對象臂41至少部分地重疊。
[0115] 在下文中將作為示例詳細地解釋照明輻射6 (被示為實線)和參考輻射5 (被示為 短劃線）的路徑。
[0116] 由激光發射器2發射的激光輻射77通過微光學陣列38并在偏振狀態下再次從那 里出現，即被偏振。在微光學陣列38中不發生激光輻射77到參考輻射5和照明輻射6的 分裂(參看圖3)。
[0117] 從微光學陣列38出現的激光輻射77以如下這樣的方式被線性偏振，即使得偏振 分束器13將激光輻射77在對象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上的環形器而再次被圓偏振，使得其偏振狀態被有效地旋轉90°。這意味著 激光輻射77的偏振狀態由于兩次穿過圓偏振器而被旋轉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 分裂成兩個射束捆64,它們被第三透鏡56和反射鏡57作為兩個照明條19偏轉到對象15 上。
[0121] 在下文中將參考對象點24來解釋作為對象輻射21被反射的照明輻射6的路徑。 從對象點24被反射--并通過前面的環形器而被圓偏振--的對象輻射21 (被示為點劃 線)撞擊在反射鏡57上。這使對象輻射21偏轉到第三透鏡56上，第三透鏡56將對象輻射 21變換成平面波。對象輻射21然后撞擊在第二透鏡53上并從而撞擊到位于正面的環形器 上，該環形器現在類似于參考輻射地根據偏振分束器13的通過方向而使對象輻射21偏振。 第二透鏡53將對象輻射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由于相應的偏振而透射對象輻射21，使得對象輻射21撞擊在檢測器12上。檢測器 12記錄對象輻射21。
[0122] 在檢測器12處，參考輻射5和對象輻射21如針對圖la所述的那樣相干涉。與來 自圖la的設備1類似地執行對由此產生的干涉圖的評估。可以在對檢測器12的檢測器表 面25上的對象輻射21的評估中借助于入射角γ和差角δ (圖la)來確定被對象15反射 的對象輻射6源自于的照明條19。
[0123] 圖6中所示的根據第五實施例的設備1由于第二檢測器58和附加分束器59而不 同于圖5中所示的設備1，附加分束器59使激光輻射偏轉到第二檢測器58上。根據圖6的 設備1具有兩個發射器芯片3,其中圖6中的前發射器芯片3覆蓋后發射器芯片。位于圖6 中的前發射器芯片3上的發射器芯片2的激光輻射撞擊在檢測器12上。位于圖6中的后 發射器芯片上的激光發射器的激光輻射撞擊在第二檢測器58上。
[0124] 每個發射器芯片3的激光發射器2形成波長組，其中可以為每個波長組分配中心 波長。通過在由發射器芯片3的激光發射器2發射的激光輻射的不同波長上形成平均值來 確定中心波長。
[0125] 附加分束器59根據中心波長而將入射在其上面的激光發射器2的激光輻射分裂。 附加分束器59的該波長相關性是被選擇為使得其透射具有第一中心波長的、由圖6中的前 發射器芯片3的激光發射器2發射的激光輻射。另一方面，未示出的后發射器芯片的激光發 射器的激光輻射在具有第二中心波長的情況下在附加分束器59處被反射到檢測器58上。
[0126] 通過使用兩個發射器芯片3,激光輻射77相對于圖6中的紙張平面略微傾斜地撞 擊在分束器13和設備1的其它光學器件上。
[0127] 然而，當被投射到圖6中的紙張表面上時，激光輻射77在照明臂39、參考臂40以 及對象臂41的區域中的路徑與圖5中所示的路徑一致。如上所述，由于附加分束器59,僅 在檢測臂42中獲得射束路徑中的差異。
[0128] 圖7示出了根據第六實施例的根據本發明的設備1，其被配置為內孔掃描儀。其可 以用來研究內部，特別是鉆孔62的內部或鉆孔62的內壁61。為此，設備1具有兩個分束器 63〇
[0129] 類似于來自圖5的設備1，全息圖50產生兩個射束捆64,不同于來自圖5的設備 1，它們借助于分束器63在兩個相反方向上被偏轉到鉆孔62的內壁61上。
[0130] 為了在鉆孔62的整個圓周上研究鉆孔62,設備1的光學裝置52被至少部分地引 入到鉆孔62中。光學裝置52不需要位于鉆孔62的中心處。可以通過撞擊在鉆孔62的內 壁61的相互相對的區域上的兩個照明條19來補償可能的定心誤差。光學裝置52或設備 1在鉆孔62的內部旋轉，使得能夠在鉆孔62的整個圓周上研究鉆孔62。
[0131] 根據圖7，除根據圖5的部件之外，設備1的光學裝置52還包括兩個分束器63。根 圖7的光學裝置52被配置為使得其能夠被插入具有例如11mm至300mm的直徑的鉆孔62 中。
[0132] 圖8示出了根據第七實施例的根據本發明的設備1，其基于邁克爾遜配置的原理 (圖2)。與根據圖5的設備1相比，在微光學陣列38中集成了全息圖，借助于該全息圖形成 兩個射束捆64,它們作為照明條19入射在對象上。射束捆64經由透鏡14、53、56和反射鏡 57被偏轉到對象15上。
[0133] 此外，與圖5中所示的設備相反，設備1的微光學陣列38將激光發射器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從激光發射器2偏轉到檢測器12。從微光學陣列38出現的參考輻射5 在拋物面反射鏡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器12上。拋物面反射鏡10被配置為使得 參考輻射5根據激光發射器2在發射器芯片3上的位置以某個參考入射角α撞擊在檢測 器12上(參考圖la)。
[0135] 參考輻射5和照明輻射6以不同的偏振狀態離開微光學陣列38。第二分束器13 被配置為偏振敏感分束器，使得其透射具有第一偏振的參考輻射5并反射具有第二偏振的 照明輻射6。當然，這相反地也是可行的。
[0136] 第二透鏡53在其正面55上具有環形器(未示出），其使照明輻射6和之后的被對 象15反射的對象輻射21 (參考圖5)旋轉總共90°，使得其在檢測器12的方向上被第二 分束器13透射并入射在檢測器12上。
[0137] 分析器(偏振器)65確保能夠從對象射束21和參考射束5通過相同的偏振面形成 干涉圖。
[0138] 圖9示出了根據第八實施例的根據本發明的設備1，其由于用以測量位于對象15 上的層75的厚度的測量單元31而不同于根據圖8的實施例。測量單元31包括白光點傳 感器66,其根據干涉測量法的已知原理進行工作。
[0139] 白光點傳感器66包括寬光譜點光源作為光源67,其優選地具有10 nm至100 nm 的光譜寬度。光源67圍繞著優選1300 nm的中心波長進行發射，該中心波長非常好地穿透 散射介質(例如組織)。例如用光束68不出了光源67的光福射。
[0140] 白光點傳感器66的一部分進一步地是第二檢測器58,其檢測光源67的光福射。 為了使光輻射偏轉到此第二檢測器58,設備1具有附加分束器59,其根據波長而反射或透 射輻射。
[0141] 針對基于干涉測量的方法的層厚度測量，設備1還具有第二參考臂69和第二對象 臂70。第二參考臂69被定義為位于設備1的光學裝置52中的參考反射鏡71與第三透鏡 56中的半透射反射鏡72之間的距離的兩倍。第二對象臂70被定義為半透射反射鏡72與 對象15的對象點24之間的距離。除0· 1mm至例如3mm的最大值的路徑差之外，假如設備 1位于與對象15的相應距離處，參考臂69和對象臂70當然不是完全相同的。
[0142] 在下文中解釋白光點傳感器66的光路。針對其功能，根據現有技術已知：借助于 可調諧波長，可以借助于檢測器58處的頻率測量來獲得層厚度信息。出于此目的，對象臂 70與參考臂69之間的路程差必須不同于零。
[0143] 白光點傳感器66的光源67發射光束68,光束68借助于分束器13被偏轉、通過透 鏡14和第二透鏡53、經過參考反射鏡71到半透射反射鏡72上。半透射反射鏡72將光束 68分裂成被反射的參考射束73和被透射的照明射束74。
[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反射到對白光點傳感器66的波長敏感的半透射 反射鏡72上。
[0145] 被半透射反射鏡72透射的照明射束74經由反射鏡57被偏轉到對象15上。照明 射束74穿過位于對象15上的層75并特別地撞擊在對象15的對象點24上。與圖8中在 對象15處被反射的對象輻射21類似地實現在對象點24處被作為對象射束(未示出）反射 的照明射束74的路徑。然而，根據設備1的第八實施例的對象射束由于其波長而被附加分 束器59反射并被偏轉到檢測器58上。
[0146] 借助于由激光發射器2發射的參考輻射5和照明輻射6 (參考圖8)，類似于來自 圖8的設備1，設備1能夠檢測層75的表面76。測量單元31另外使得能夠掃描層75下面 的對象15。由于能夠確定表面76以及層75下面的對象15這兩者，所以可以借助于處理裝 置30來計算層75的層厚度。
[0147] 圖5至9中所示的設備1的實施例可以被用作例如用于牙齒或整個下頜的三維檢 測的牙齒掃描儀。出于此目的，光學裝置52優選地具有至多20 _、優選地至多10 _的直 徑。光學裝置52具有至多150 _、優選地至多100 mm的長度。光學裝置52的長度被定義 為透鏡14與設備1的對象側末端之間的距離。
【權利要求】
1. 一種用于檢測對象（15)的3D結構的設備，包括： -第一激光發射器（2a)，其產生具有第一波長的激光輻射， -第二激光發射器（2b)，其產生具有第二波長的激光福射， 其中，第一波長不同于第二波長， -光學器件（4、9、10、13、14、38、50、53、56)，其中的至少一個是分束器（4、48、50、54)， 所述分束器在每種情況下將激光發射器（2、2a、2b)的激光輻射分裂成參考輻射（5)和照明 輻射（6)，其中，照明輻射（6)撞擊在要測量的對象（15)上，被對象（15)作為對象輻射（21) 反射并與參考輻射（5)相干涉，以及 -檢測器（12)，其記錄從其那里形成的干涉圖， 其特征在于， 激光發射器（2、2a、2b)被定位為使得第一激光發射器（2a)的照明福射（6)和第二激光 發射器（2b)的照明輻射（6)以不同的入射角（β )撞擊在對象（15)上，以及 所述設備（1)包括測量裝置（27)，該測量裝置測量激光發射器（2、2a、2b)的激光輻射 的兩個波長，并影響對干涉圖的記錄。
2. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述測量裝置（27)測量激光發射器（2、 2a、2b)的激光輻射的波長的時間特性，其中，控制裝置（28)在基本上恒定的波長的情況下 對檢測器（12 )進行致動，并觸發對干涉圖的記錄。
3. 根據權利要求2所述的設備，其特征在于，所述設備（1)包括調節裝置（29)，所述調 節裝置根據所述測量裝置（27)的測量結果以使得發射的激光輻射的波長基本上恒定的方 式來調節所述激光發射器（2、2a、2b )。
4. 根據權利要求2或3所述的設備，其特征在于，所述測量裝置被配置為法布里珀羅干 涉儀（27)。
5. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，第一激光發射器（2a)和第二激光發射器 (2b)相互間隔開地位于公共發射器芯片（3)上。
6. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述光學器件（4、9、10、13、54)中的至少 一個被配置成以如下這樣的方式反射參考輻射（5)，即使得各激光發射器（2)的參考輻射 (5)以不同的參考入射角（α )入射在檢測器（12)上。
7. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述光學器件中的至少一個是全息圖 (50)，所述全息圖將照明輻射（5)偏振為使得其作為一個或多個照明條（19)撞擊在對象 (15)上。
8. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，微光學陣列（38)構成所述分束器（48、 50)，其將所述激光發射器（2、2a、2b)的激光輻射分裂成參考輻射（5)和照明輻射（6)，并為 這兩組輻射（5、6 )供應不同的輻射剖面。
9. 根據權利要去8所述的設備，其特征在于，所述微光學陣列（38)包括至少一個偏振 器（47、51)以便使照明輻射（6)偏振。
10. 根據權利要求8所述的設備，其特征在于，所述微光學陣列（38)包括至少一個偏振 器（47、51)，以便使所述激光發射器（2、2a、2b)的參考輻射（5)偏振。
11. 根據權利要求8所述的設備，其特征在于，所述微光學陣列（38)包括至少一個全息 圖（50)。
12. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述光學器件中的至少一個被配置為色 散透鏡（14、53、56)或被配置為色散反射鏡（10)。
13. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備（1)包括兩個發射器芯片（3)和 兩個檢測器（12、58)，其中，位于一個發射器芯片（3)上的所述激光發射器（2、2a、2b)的激 光福射撞擊在一個檢測器（12)上且位于另一發射器芯片（3)上的所述激光發射器（2、2a、 2b)的激光福射撞擊在另一檢測器（58)上。
14. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備（1)包括用于測量位于所述對 象（15)上的層（75)的厚度的測量單元（31)。
15. 根據權利要求14所述的設備，其特征在于，所述測量單元（31)包括白光點傳感器 (66)，所述白光點傳感器根據頻率掃描干涉測量法的原理進行工作。
16. 根據權利要求14所述的設備，其特征在于，所述測量單元（31)被配置成基于橢圓 對稱法原理來確定位于所述對象（15)上的所述層（75)的厚度。
17. 根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述設備（1)包括具有多個光學器件 (50、53、56、57、63)的光學裝置（52)，其中，所述光學裝置（52)被配置為使得能夠將其插入 患者的口腔內區域中或鉆孔（62)中。
【文檔編號】G01B11/00GK104121851SQ201410170082
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2013年4月25日
【發明者】發明人姓名不公開 申請人:沃柯有限公司
專業數控銑床產品供應商
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