用于非接觸式光學(xué)測距的裝置的制造方法
【專利摘要】描述了一種用于非接觸式光學(xué)測距的裝置，其包括：多色光源(3)、光分析單元(4)和測量頭(5)，其中，測量頭(5)包括光圈孔(6)和具有軸向色像差的光學(xué)透鏡系統(tǒng)(12)。所述光學(xué)透鏡系統(tǒng)(12)包括第一折射透鏡(1)和第二折射透鏡(2)，其中，折射透鏡(1、2)中的至少一個具有至少一個非球面透鏡表面(11)，并且第一折射透鏡(1)和/或第二折射透鏡(2)具有阿貝數(shù)為20≤νd≤41的光學(xué)材料。所述光學(xué)透鏡系統(tǒng)(12)具有這樣的軸向色像差，使得等于波長在450nm至700nm之間的光學(xué)透鏡系統(tǒng)(12)的軸向焦點位移的測量范圍(MR)在(包含)0.2mm至(包含)10mm之間。
【專利說明】用于非接觸式光學(xué)測距的裝置
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種用于非接觸式光學(xué)測距的裝置。
[0002] 本專利申請要求德國專利申請10 2013 113 265.0的優(yōu)先權(quán)，故通過引用的方式 將其公開內(nèi)容并入本文。
[0003] 例如在文獻DE 10 2006 017 400 A1中描述了一種用于非接觸式光學(xué)測距的裝 置。該裝置包括具有利用色像差成像的光學(xué)系統(tǒng)的測量頭。光源的光出射面通過該光學(xué)系 統(tǒng)而成像在取決于波長的焦平面中，并且在該焦平面中生成例如直徑為幾微米的測量斑， 待測對象能夠位于該測量斑的區(qū)域中。由對象反射回的光W相反方向穿過光學(xué)系統(tǒng)并且禪 合到例如光纖端中，光通過該光纖端射入測量頭。由于光學(xué)系統(tǒng)的色像差每次僅針對特定 波長λ而出現(xiàn)，所W光源的光出射面、例如光纖端面能夠清晰成像在待測對象上，反之亦然。 因此，在反射光的波譜分析中，在所述波長λ處顯示尖峰，通過進行測定能夠由尖峰處的波 長確定測量頭和待測對象之間的距離。
[0004] 例如由文獻US 2008/0239278 Α1已知一種光學(xué)距離傳感器，其W通過具有色像差 的透鏡系統(tǒng)進行共焦成像的原理為基礎(chǔ)。
[0005] 從現(xiàn)有技術(shù)已知的用于非接觸式光學(xué)測距的裝置通常具有至少Ξ個或四個透鏡， W便通過透鏡系統(tǒng)的色像差產(chǎn)生預(yù)定的測量范圍。
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于非接觸式光學(xué)測距的改進的裝置，其特征尤其在 于，該裝置在具有相對簡單且節(jié)約成本的設(shè)計的同時還具有優(yōu)勢性的小尺寸，此外，其還具 有高分辨率和高測量精度。
[0007] 根據(jù)所提出的權(quán)利要求1的用于非接觸式光學(xué)測距的裝置可實現(xiàn)所述目的。本發(fā) 明的優(yōu)選實施方案和改進方案是從屬權(quán)利要求的對象。
[000引根據(jù)至少一個實施方案，用于非接觸式光學(xué)測距的裝置具有光源、光分析單元和 測量頭。所述光源和光分析單元能夠例如通過光纖連接到測量頭。光源和光分析單元能夠 一起構(gòu)成裝置的控制單元并且集成到例如通過光纖連接到測量頭的共同的殼體中。
[0009] 裝置的光源是適用于將連續(xù)光譜的光發(fā)射到測量頭的多色光源。所述光源優(yōu)選為 白色光源，例如白光LED、面素?zé)艋驓鉄?。為了獲得特別緊湊的尺寸，尤其優(yōu)選的是使用白光 LED。多色光源能夠例如在可見光譜范圍內(nèi)發(fā)光，所述光譜范圍尤其包括450nm至700nm的波 長范圍。
[0010] 裝置的光分析元件適用于接收并且對來自測量頭的接收光進行光譜分析。通過運 種方式能夠?qū)Υ郎y對象反射到或散射到測量頭中的光進行波譜分析，由此就能夠從所分析 的波譜中確定出對象的待測距離。
[0011] 測量頭具有用于使光源的光射入測量頭并且使接收光、尤其是待測物體反射或散 射的光從測量頭朝向光分析單元射出的光圈孔。因此，光圈孔既充當(dāng)測量頭的光入射孔又 充當(dāng)其光出射孔。光圈孔優(yōu)選為圓形并具有半徑rPH。
[0012] 此外，測量頭還包括具有軸向色像差的光學(xué)透鏡系統(tǒng)。換言之，透鏡系統(tǒng)的光軸上 的焦點的位置取決于波長。光源的在光圈孔射入測量頭的光構(gòu)成光斑，該光斑通過光學(xué)透 鏡系統(tǒng)成像為其軸向位置取決于波長的測量斑。因為使用多色光源，所W光圈孔的光斑由 于光學(xué)透鏡系統(tǒng)的軸向色像差而成像為測量斑區(qū)域，所述測量斑在光軸上具有不同的定 位。色像差尤其會導(dǎo)致：當(dāng)波長較短時焦點距離光學(xué)透鏡系統(tǒng)的位置比當(dāng)波長較長時焦點 距離光學(xué)透鏡系統(tǒng)的位置更近。
[0013] 如果對于特定波長而言，待測對象位于焦點處，那么由物體反射回或散射回的光 在反向光程中就僅清晰成像在測量頭的光圈孔上。由此，在反射回或散射回到光圈孔中的 光的光譜分析中，最大強度示出于對于該波長而言對象位于焦點處的所述波長。由此，由最 大強度所出現(xiàn)的波長能夠確定對象到測量頭的距離。
[0014] 測量頭的測量范圍位于光源的最短可用波長所產(chǎn)生的焦點和光源的最長可用波 長所產(chǎn)生的焦點之間。因此，為了獲得大的測量范圍，優(yōu)選使用寬帶光源并且進一步使用具 有大色像差的光學(xué)透鏡系統(tǒng)。
[0015] 在本發(fā)明所描述的裝置中，測量頭的光學(xué)透鏡系統(tǒng)優(yōu)選包括第一折射透鏡和第二 折射透鏡，其中至少一個折射透鏡具有至少一個非球面彎曲的透鏡表面。所述非球面彎曲 的透鏡表面能夠是凸面或凹面曲面。兩個折射透鏡的其余透鏡表面設(shè)計為平面、球形凹面 或球形凸面。優(yōu)選地，至少一個折射透鏡具有平面的透鏡表面，運是通過運種方式能夠使生 產(chǎn)費用和公差靈敏度降低。
[0016] 光學(xué)透鏡系統(tǒng)的第一和/或第二折射透鏡優(yōu)選具有阿貝數(shù)為20含Vd含41的光學(xué)材 料。阿貝數(shù)是對于光學(xué)材料的色散而言的測量值。阿貝數(shù)越小，則色散、即折射率對波長的 依賴就越強。由于將具有相對小的阿貝數(shù)20含vd含41的光學(xué)材料用于第一和/或第二透鏡， 所W該光學(xué)系統(tǒng)的特征尤其在于強色散W及由此的高軸向色像差。
[0017]光學(xué)透鏡系統(tǒng)優(yōu)選具有運樣的軸向色像差，等于波長在450nm至700nm之間的測量 頭的軸向焦點位移的測量范圍在(包括)〇.2mm至飽括nOmm之間。換言之，在光學(xué)透鏡系統(tǒng) 中，對于45化m的波長而言的焦點與對于700皿的波長而言的焦點之間的間隔最小為0.2mm 并且最大為10mm。優(yōu)選使用波長在450nm至700nm之間的可見光譜范圍，運是因為除了有成 本更加低廉的光源可供使用W外，還有具有強色散的光學(xué)材料可供使用。然而，將測量范圍 定義為波長在450nm至700nm之間的焦點位移并不排除在其他波長的情況下對裝置加 W利 用的可能性。
[0018] 由于測量頭的光學(xué)透鏡系統(tǒng)僅包括兩個折射透鏡，所W測量頭的構(gòu)成尤其簡單， 并且與具有更多透鏡數(shù)量的光學(xué)系統(tǒng)相比較，其特征在于其重量小并且結(jié)構(gòu)長度短。在本 發(fā)明所描述的裝置中，僅包括兩個透鏡的光學(xué)透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是通過如下方式實現(xiàn)的，即 兩個折射透鏡中的至少一個具有至少一個非球面彎曲的透鏡表面。通過所述至少一個非球 面彎曲的透鏡表面能夠比使用球面透鏡表面更好地糾正會降低分辨率并且進而降低測量 精度的光學(xué)成像誤差。
[0019] 在設(shè)計測量頭的光學(xué)透鏡系統(tǒng)時所面臨的挑戰(zhàn)尤其在于，盡管需要透鏡系統(tǒng)的高 色像差，但是還要使其他相關(guān)的成像誤差、特別是對于不同波長而言的球面像差、即所謂的 色球差最小化。已表明，如果折射透鏡的至少一個透鏡表面是非球面彎曲的透鏡表面，則即 便在僅由兩個折射透鏡構(gòu)成的透鏡系統(tǒng)中仍舊能夠?qū)崿F(xiàn)對色球差的良好糾正W便獲得高 的測量分辨率。非球面彎曲的透鏡表面優(yōu)選具有關(guān)于光軸徑向?qū)ΨQ的曲率。
[0020] 能夠使用模擬程序來設(shè)計光學(xué)透鏡系統(tǒng)，特別是球面透鏡的曲率半徑、非球面透 鏡表面的形狀、透鏡彼此之間的間距、光圈孔和測量范圍。對于設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)而言的合適的 模擬程序?qū)τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。
[0021 ]在光學(xué)透鏡系統(tǒng)的優(yōu)選實施例中，第一和第二折射透鏡都具有阿貝數(shù)為20含vd < 41的光學(xué)材料。在該實施例中，測量頭的光學(xué)透鏡系統(tǒng)的兩個透鏡優(yōu)選都由具有極強色散 的光學(xué)材料形成。通過運種方式能夠獲得尤其大的色像差W及由此的相對更大的測量范 圍。重火石玻璃尤其適合作為具有強色散的光學(xué)材料，重火石玻璃通常具有范圍在20至30 之間的阿貝數(shù)。
[0022] 在本裝置的優(yōu)選實施例中，測量范圍MR和在測量范圍側(cè)的光學(xué)透鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔 徑NAmr的平方的乘積在(包括）100皿至(包括)450皿之間。因此有100皿< MR*NA2mr < 450皿。 如前所述，測量范圍MR尤其等于波長在450nm至700nm之間的透鏡系統(tǒng)的軸向焦點位移。在 測量范圍側(cè)的光學(xué)透鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為NAMR = nsinaMR，其中，η是在測量范圍中的環(huán)境介 質(zhì)的折射率，其在空氣中約等于1。角OMR是光軸和起始于測量范圍、例如在待測對象上折射 后與光學(xué)透鏡系統(tǒng)的第二透鏡交會的光束的邊緣光線之間的夾角。能夠顯示出，分辨力隨 著測量范圍側(cè)的數(shù)值孔徑NAmr的增大而提高。所規(guī)定的優(yōu)選值域100μπι < MR*NAV < 450μπι描 述了運樣的范圍，即在該范圍中，測量范圍的大小和取決于數(shù)值孔徑的系統(tǒng)分辨率之間存 在良好折中。例如通過使用具有極長焦距的透鏡系統(tǒng)能夠獲得大的測量范圍，不過，由此也 使數(shù)值孔徑減小并且進而使分辨力降低。因此，在透鏡系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計中，優(yōu)選選擇在測量 范圍的大小和數(shù)值孔徑之間折中，該折中表現(xiàn)在對于乘積NA2mr*MR而言的規(guī)定值域中。優(yōu)選 地，在規(guī)定值域中既達(dá)到高分辨率，又達(dá)到相對大的測量范圍。
[0023] 在本裝置的進一步優(yōu)選的實施例中，光圈孔的半徑rPH和光圈孔側(cè)的數(shù)值孔徑NAph 的乘積在(包括）1.0皿至(包括)5.5皿之間。因此有1.0皿^ph*NAph^ 5.5皿。光圈孔側(cè)的數(shù) 值孔徑為NApH = nsinapH，其中，η是環(huán)境介質(zhì)的折射率，其在空氣中約等于1。角αρΗ是光軸和 起始于光圈、與光學(xué)透鏡系統(tǒng)的第一透鏡交會的光束的邊緣光線之間的夾角。術(shù)語數(shù)值孔 徑在此處和后文中理解為有效數(shù)值孔徑，其強調(diào)的是，不僅能夠通過從光圈孔射出的光束 的張角對邊緣光線的角αρΗ加 W限制，必要時還能夠通過一個或更多個后續(xù)孔徑或透鏡的直 徑對其加 W限制。
[0024] 在此處和后文中將rPH*NApH的乘積稱為光束參數(shù)乘積。由于在運種情況下有高的 光輸出可供使用，所W如果需要獲得大信噪比，則優(yōu)選大的光束參數(shù)乘積、即優(yōu)選相對大的 光圈孔rpH和大數(shù)值孔徑NAph。另一方面已表明，分辨力隨著光束參數(shù)乘積rpH*NApH的增大而 降低，運是在對待測對象的反射光進行分析時通過增大的光譜峰寬顯示出來的。因此，與為 實現(xiàn)高分辨率而應(yīng)該盡可能大的在測量范圍側(cè)的數(shù)值孔徑NAmr相反，在光圈孔側(cè)，對于分辨 力而言優(yōu)選為小數(shù)值孔徑NAph和小光圈半徑rPH。在對于光束參數(shù)乘積rPH*NApH而言所規(guī)定的 優(yōu)選值域中，一方面獲得了在系統(tǒng)的光強度和由其所導(dǎo)致的測量時間之間的良好折中，另 一方面還獲得了在分辨率和由其所導(dǎo)致的測量精度之間的良好折中。在下限為1.Own的范 圍中的光束參數(shù)乘積值適用于具有較長測量時間的高分辨率測量，而在上限為5.5WI1的范 圍中的值適用于具有略微較低的分辨率的相對快速的測量。
[0025] 在本裝置的優(yōu)選實施例中，光源和光分析元件通過光纖連接到測量頭。由光源發(fā) 射的光尤其能夠經(jīng)由光纖傳導(dǎo)至測量頭，并且由對象反射的、在相反的光束方向上的光能 夠通過相同的光纖引向光分析元件。反射回的光能夠例如在穿過光纖后借助于分束器而傳 導(dǎo)至光分析元件。將光源和光分析元件通過柔性光纖進行連接的優(yōu)勢在于，能夠?qū)⒃诒疚?所描述的裝置中的、w小尺寸和低重量為特征的測量頭節(jié)省空間地設(shè)置在待測對象附近。 在運種情況下，光源和光分析元件位于光纖相反端的區(qū)域中。優(yōu)選使用具有光纖忍徑為9皿 至50μπι并且有效數(shù)值孔徑NAph為0.07至0.22的光纖。能夠通過光纖、透鏡的直徑、或必要時 通過一個或更多個后續(xù)孔徑對有效數(shù)值孔徑加 W限制。
[0026] 當(dāng)光源和光分析元件通過光纖連接到測量頭時，測量頭的光圈孔能夠是光纖的光 纖端面。在運種情況下，光圈孔的半徑rPH等于光纖的半徑。
[0027] 在一個實施例中，光學(xué)元件設(shè)置在朝向光學(xué)透鏡系統(tǒng)的光纖端面上。光學(xué)元件優(yōu) 選牢固連接到光纖端面并且尤其能夠與光纖端面粘合或壓至其上。光學(xué)元件優(yōu)選具有與光 纖折射率相匹配的折射率，由此使回反射到光纖端面上的光減少。
[0028] 連接到光纖端面的光學(xué)元件能夠具有不同的設(shè)計。在一個實施例中，光學(xué)元件是 光學(xué)窗口。在此，光學(xué)窗口尤其理解為是由透明材料制成的元件，其不具有透鏡功能，并且 例如平面地形成在朝向光學(xué)透鏡系統(tǒng)的端面上。
[0029] 在進一步優(yōu)選的實施例中，光學(xué)元件具有透鏡功能。光學(xué)元件例如是折射發(fā)散透 鏡。在運種情況下，將光學(xué)元件朝向光學(xué)透鏡系統(tǒng)的端面例如設(shè)置為凹面。優(yōu)選地，借助折 射發(fā)散透鏡能夠使從光纖射出的光錐的發(fā)散度增大。運尤其使得測量頭的較短的結(jié)構(gòu)形狀 成為可能。
[0030] 在進一步優(yōu)選的實施例中，光學(xué)元件是梯度折射率發(fā)散透鏡。類似于前述折射發(fā) 散透鏡，梯度折射率發(fā)散透鏡優(yōu)選用于使從光纖射出的光束的發(fā)散度增大，從而使得裝置 具有包含結(jié)構(gòu)長度縮短的測量頭的優(yōu)勢。梯度折射率透鏡尤其能夠具有徑向折射率分布， 其中光軸上的折射率最小并且向外增大。徑向折射率分布尤其能夠是近乎拋物線狀的。在 運種情況下，"近乎拋物線狀"意味著，能夠?qū)⒄凵渎实膹较蚵窂矫枋鰹槎囗検胶瘮?shù)，該多項 式函數(shù)具有至少一個取決于距光軸的徑向距離的平方的加數(shù)，其中，多項式函數(shù)還能夠包 括其他用于修正成像誤差的加數(shù)。梯度折射率透鏡優(yōu)選具有平面的光學(xué)端面并且能夠成本 低廉地大批量生產(chǎn)。
[0031] 在進一步優(yōu)選的實施例中，光學(xué)元件是梯度折射率會聚透鏡。梯度折射率會聚透 鏡優(yōu)選具有徑向折射率分布，其中光軸上的折射率最大并且向外減小。徑向折射率分布尤 其能夠是近乎拋物線狀的。與前述梯度折射率發(fā)散透鏡相同，梯度折射率會聚透鏡優(yōu)選具 有平面的光學(xué)端面并且能夠成本低廉地大批量生產(chǎn)。梯度折射率會聚透鏡能夠如此用于使 從光纖射出的光束的發(fā)散度增大，即光束會聚在仍位于梯度折射率會聚透鏡內(nèi)部或附近的 焦點處，使得在焦點之后的光束再次發(fā)散。
[0032] 在進一步優(yōu)選的實施例中，光學(xué)元件是梯度折射率透鏡，其將光源通過光纖端面 所形成的光斑成像為一個或更多個中間圖像。在該實施例中，梯度折射率透鏡優(yōu)選是具有 徑向的、優(yōu)選為近乎拋物線狀的、具有在光軸上的最大折射率的折射率分布的梯度折射率 會聚透鏡。運種徑向折射率分布產(chǎn)生在梯度折射率會聚透鏡內(nèi)部的、連續(xù)的余弦形光束路 徑，在此處及下文中將該余弦形光束路徑的周期稱為節(jié)距長度。
[0033] 其長度等于節(jié)距長度的梯度折射率會聚透鏡將光入射面左右吻合地映射在出射 面上。如果長度等于節(jié)距長度的一半，則產(chǎn)生倒像。因此，其長度大于節(jié)距長度的一半的梯 度折射率會聚透鏡產(chǎn)生入射面的至少一個中間圖像。在此處所描述的實施例中，梯度折射 率透鏡具有大于或等于節(jié)距長度的一半的長度，優(yōu)選為大于或等于節(jié)距長度的長度，由此， 該透鏡將光入射面成像為一個或優(yōu)選為更多個中間圖像?；谔荻日凵渎释哥R的節(jié)距長度 通常取決于波長，由此，節(jié)距長度隨波長的增加而增大，在一個或更多個中間圖像中已經(jīng)出 現(xiàn)焦點色位移，所述焦點色位移使測量頭的整個色像差增強并且優(yōu)選W運種方式產(chǎn)生增大 的測量范圍。
[0034] 在前述的優(yōu)選實施例中，其中在朝向光學(xué)透鏡系統(tǒng)的光纖端面上分別設(shè)置有光學(xué) 元件，所述光學(xué)元件的朝向測量頭的光學(xué)透鏡系統(tǒng)的端面優(yōu)選設(shè)有使反射減少的涂層。通 過運種方式尤其使來自光學(xué)元件的光源的光解禪時W及反射回光學(xué)元件內(nèi)的光禪合時所 產(chǎn)生的反射損耗減少。
[0035] 在進一步優(yōu)選的實施例中，在光纖的光纖端面和光學(xué)元件之間設(shè)置有間隔元件。 因此，在該實施例中，光學(xué)元件并非直接郵鄰于光纖端面，而是通過例如光學(xué)窗口的間隔元 件與光纖端面隔開。
[0036] 在進一步優(yōu)選的實施例中，光纖的光纖端面和光學(xué)元件或間隔元件朝向光纖端面 的表面設(shè)計為相對于光軸傾斜。通過運種方式，尤其進一步地使得回反射到在光纖端面和 光學(xué)元件或間隔元件之間的邊界面上的光反射減少。
[0037] 在進一步優(yōu)選的實施例中，在測量頭中設(shè)置有光束偏轉(zhuǎn)元件。當(dāng)光線應(yīng)當(dāng)側(cè)向地 從測量頭朝著待測對象的方向射出時，該實施例則是優(yōu)選的。于是，如果應(yīng)當(dāng)在平面的間隔 區(qū)域中測量空腔或者對象的話，則其就是有意義的。光束偏轉(zhuǎn)元件能夠是例如棱鏡或鏡子。 尤其能夠?qū)⒐馐D(zhuǎn)設(shè)置為90°。光束偏轉(zhuǎn)元件能夠設(shè)置在沿光束方向的光學(xué)透鏡系統(tǒng)的 下游、或者設(shè)置在兩個折射透鏡之間、或者設(shè)置在光圈孔和光學(xué)透鏡系統(tǒng)之間。
[0038] 在下文中根據(jù)實施例并結(jié)合圖1至圖11對本發(fā)明進行更詳細(xì)地解釋。
[0039] 附圖中示出了 ：
[0040] 圖1示出了穿過根據(jù)實施例的、用于對對象進行非接觸式光學(xué)Ξ維測量的裝置的 橫截面示意圖，
[0041] 圖2A至圖2J示出了穿過不同的實施例中的測量頭的光學(xué)透鏡系統(tǒng)的各個橫截面， W及
[0042] 圖3至圖11示出了在不同的實施例中的測量頭的各個示意圖。
[0043] 在附圖中通常對相同部件或功能相同的部件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。所示部件W及 所示部件相互之間的尺寸比例不應(yīng)視作忠于原比例。
[0044] 如圖1所示意性示出的、根據(jù)實施例的用于對對象進行非接觸式光學(xué)Ξ維測量的 裝置10包括光源3、光分析元件4和測量頭5。
[0045] 光源3發(fā)射多色光13,即穿過光圈孔6進入測量頭5的、具有連續(xù)光譜的光13。光源3 優(yōu)選為白色光源，例如發(fā)出白光的LED、面素?zé)艋驓鉄簟９馊?優(yōu)選為具有半徑rPH的圓形開 口。光圈孔6能夠是例如針孔光圈或光纖的光纖端面。
[0046] 裝置10的測量頭5包括具有第一折射透鏡1和第二折射透鏡2的光學(xué)透鏡系統(tǒng)12。 光學(xué)透鏡系統(tǒng)12具有軸向色像差，使得通過光圈孔6所形成的多色光源3的光斑成像在多個 焦平面21、22、23中。具有更短波長的光成像在焦平面21中，焦平面21在光軸上到光學(xué)透鏡 系統(tǒng)12的距離小于對于更長波長的光而言的焦平面23在光軸上到該光學(xué)透鏡系統(tǒng)的距離。 對于測量而言能夠?qū)⒉ㄩL范圍設(shè)置在例如450nm至700nm之間。在運種情況下，例如，具有最 短波長450nm的光聚焦在焦平面21中，并且具有最常波長700nm的光聚焦在離透鏡系統(tǒng)12更 遠(yuǎn)的焦平面23中。光學(xué)透鏡系統(tǒng)12基于所使用的最短波長和所使用的最長波長之間的色像 差而產(chǎn)生的焦點位移限定了測量范圍MR，在該測量范圍中能夠測量待測對象。
[0047] 當(dāng)待測對象定位在測量范圍MR中時，部分入射光被反射回或散射到光學(xué)透鏡系統(tǒng) 12。此種波長(即待測對象位于運樣的波長的焦平面中）的光通過光學(xué)透鏡系統(tǒng)12W光束反 方向聚焦在光圈孔6上，而其他波長的光無法在光圈孔6上清晰成像并且由此遭受高損耗。 能夠例如通過分束器15將W光束反方向穿過光圈孔6而反射回的光提供給光分析元件4。光 分析元件4是例如在其中光譜分析待研究的測量光14的光譜儀。
[0048] 在測量光14的光譜中，尖峰出現(xiàn)在運樣的波長處，即待測對象位于運樣的波長的 焦平面中，通過相關(guān)標(biāo)定能夠由尖峰的位置確定待測對象的距離。通過測量對象在不同位 置的距離、特別是在二維柵格中能夠確定對象的高度輪廓。此外，測量系統(tǒng)還提供了精確地 確定薄透明層的厚度的可能性，其中反射發(fā)生在前側(cè)和后側(cè)的界面上，由此，在測量光14中 的不同波長處出現(xiàn)兩個強度峰值，從兩個強度峰值的差能夠確定出厚度。
[0049] 裝置的測量原理是利用自身的光學(xué)透鏡系統(tǒng)12的軸向色像差。但是，為了實現(xiàn)高 的測量分辨率，極為重要的是盡可能地減小其他光學(xué)成像誤差，特別是色球差。在本文所描 述的裝置中，運通過僅包括兩個折射透鏡1、2的光學(xué)透鏡系統(tǒng)12實現(xiàn)。盡管僅使用兩個透鏡 1、2,然而由于至少一個透鏡1、2具有至少一個非球面透鏡表面11，所W尤其仍使光學(xué)成像 誤差有所減小。在圖1所示的實施例中，第一折射透鏡1面向光圈孔6的透鏡表面是非球面透 鏡表面11。在光學(xué)透鏡系統(tǒng)12的其他實施例中，至少一個其他透鏡表面能夠替代地或額外 地設(shè)置為非球面透鏡表面。
[0050] 在第一近似中能夠?qū)⒐鈱W(xué)透鏡系統(tǒng)12描述為包括兩個薄透鏡。由此，通過平均邊 緣光束高度yi和y2可得出具有焦距為fi、f2并且阿貝數(shù)為vi、v2的兩個透鏡1、2的軸向色拆分 (測量范圍MR)為：
[0化1 ]
[0052] G化明：將兀子選衛(wèi)巧辨iZ的所還兩個透鏡1、2的具有較短焦距的透鏡表面設(shè)計 為非球面是優(yōu)選的。通過運種方式能夠?qū)崿F(xiàn)低的公差靈敏度。另外，倘若在具有不同焦距 fl、f2和不同阿貝數(shù)Vl、V2,的透鏡1、2中，具有較短焦距的透鏡具有較低的阿貝數(shù)，特別是在 20至30之間的阿貝數(shù)，則運是優(yōu)選的。
[0053] 為了獲得盡可能短的結(jié)構(gòu)長度，能夠?qū)⒅辽僖粋€透鏡1、2設(shè)計為凹凸透鏡。在運種 情況下，優(yōu)選將第一透鏡1設(shè)計為凹面朝向光圈孔6或?qū)⒌诙哥R2設(shè)計為凹面朝向測量空 間。
[0054] 在進一步優(yōu)選的實施例中，第二透鏡2具有非球面透鏡表面11和小于第一透鏡焦 距的焦距。焦距之比尤其能夠約等于光圈孔側(cè)的數(shù)值孔徑NAph與測量空間側(cè)的數(shù)值孔徑 NAmr之比。
[0055] 非球面透鏡表面11優(yōu)選具有徑向?qū)ΨQ的高度輪廓h(r)，其能夠例如通過如下公式 表不：
[0化6]
[0057] 在此，h(r)是作為垂直于光軸的徑向距離r的函數(shù)的高度坐標(biāo)，R為頂點半徑，k為 圓錐常數(shù)并且A21為非球面參數(shù)。
[0058] 非球面透鏡表面11的設(shè)計，即該方程式的參數(shù)的確定優(yōu)選通過包括整個光學(xué)系統(tǒng) 的模擬計算來進行。
[0059] 在測量頭5中僅使用兩個透鏡1、2所具有的優(yōu)勢尤其在于，測量頭5W相對小的尺 寸和低重量為特征。為了通過盡管僅使用了兩個透鏡1、2的光學(xué)透鏡系統(tǒng)12而依舊能實現(xiàn) 盡可能大的色像差，至少一個透鏡1、2包括具有阿貝數(shù)vd在20至41之間的光學(xué)材料。具有運 樣的低阿貝數(shù)Vd的光學(xué)材料的特征在于其強的光學(xué)色散，即折射率具有取決于波長的強依 賴性。特別優(yōu)選地，光學(xué)透鏡系統(tǒng)12的兩個透鏡1、2均由具有阿貝數(shù)Vd在20至41之間的強色 散光學(xué)材料制成。運樣的光學(xué)材料尤其為重火石玻璃。合適的玻璃可從例如Schott公司的 型號 SF66(Vd = 20.88)、LaSF3已（Vd = 29.06)、N-LaSF43(Vd = 40.61)和BaSF13(Vd = 38.57)獲 得。
[0060] 在裝置10中的光學(xué)透鏡系統(tǒng)12具有運樣的軸向色像差，在波長為450nm至700nm之 間出現(xiàn)處于0.2mm至10mm之間的軸向焦點位移，該軸向焦點位移限定了測量范圍MR。
[0061 ]光學(xué)透鏡系統(tǒng)12具有在光圈孔6側(cè)的數(shù)值孔徑NApH = n sinapH。在此，角度αρΗ為光 軸30和從光圈孔6出發(fā)射到光學(xué)透鏡系統(tǒng)12上的光束的邊緣光線31之間的夾角。光學(xué)透鏡 系統(tǒng)12的另一個特征參數(shù)為在測量范圍MR側(cè)的數(shù)值孔徑NAmr = η SinaMR。在此，角度am為光 軸30和從測量范圍出發(fā)射到光學(xué)透鏡系統(tǒng)12上的光束的邊緣光線32之間的夾角。折射率η 通常為空氣折射率并且因此約等于1。
[0062] 在裝置中優(yōu)選同時滿足下列條件：
[0063] (1) 100μπι < MR*NAV < 450μπι
[0064] (2) 1.0皿 < rpH*NApH < 5.5皿
[0065] 大量的案例研究已明確顯示在運樣的值域內(nèi)能夠獲得高分辨率。根據(jù)共焦成像理 論能夠推導(dǎo)出，在已知測量范圍MR的情況下，只有當(dāng)未超過測量空間中的特定數(shù)值孔徑NAmr 時，才能夠獲得測量頭的高分辨率，該高分辨率表現(xiàn)為測量信號的盡可能小的光譜峰寬。條 件（1)為MR*NA2mr的乘積指定了尤其優(yōu)選的范圍。然而，測量信號的峰寬也取決于光束參數(shù) 乘積rPH*NApH。條件(2)為該值指定了尤其優(yōu)選的范圍。
[0066] 在下圖2A至2J中示出了同時滿足所述條件（1)和(2)的光學(xué)透鏡系統(tǒng)的實施例。光 學(xué)透鏡系統(tǒng)尤其具有如此良好的、對光學(xué)像差的校正，使得測量信號的峰寬基本上僅取決 于在光圈孔處不可避免的衍射效應(yīng)。換言之，獲得的是有限衍射的圖像。非球形透鏡表面分 別由參考標(biāo)記11標(biāo)識。
[0067] 光學(xué)透鏡系統(tǒng)的特征尤其在于如下參數(shù)：
[0068] fl:第一透鏡的局部焦距
[0069] f2:第二透鏡的局部焦距
[0070] Vdi:第一透鏡的阿貝數(shù)
[0071] Vd2:第二透鏡的阿貝數(shù)
[0072] L測量頭的結(jié)構(gòu)長度
[0073] d:測量頭的直徑
[0074] 圖2A至2C中的實施例分別具有MR = 0.25mm的測量范圍。
[00巧]在圖 2A 中的實施例中，NAmr = 0.91，MR*NA2mr = 21 ΟμL?，NAph = 0.07，打Η = 14μπι，rPH* ΝΑρη= 1 皿，fi = 12.7mm,f2 = 6.0mm, vdi = 28.4, Vd2 = 29.1 ,L = 89.1mm 和 D = 11.6mm。
[0076] 在圖 2B 中的實施例中，NAmr = 0.91，MR*NA2mr = 21 ΟμL?，NAph = 0.07，打H = 14μπι，rPH* NAph= 1 皿，fi = ll.3mm,f2 = 7.6mm,vdi = 28.4,Vd2 = 29.1 ,L = 85.3mm和D= 11.4mm。
[0077] 在圖 2C 中的實施例中，NAmr = 0.91，MR*NA2mr = 21 ΟμL?，NAph = 0.22，打H = 25μπι，rPH* NAph = 5.5皿，fi = 7.5mm,f2 = 5.8mm, vdi = 28.4, Vd2 = 29.1 ,L = 30.0mm和D = 11.0mm。
[007引圖2D至2G中的實施例分別具有近似為MR=1.5mm的測量范圍。
[0079] 在圖 2D中的實施例中，NAmr = 0.40，MR*NA2mr = 240μπι，NAph = 0.22，打Η = 13μπι，rpH* NApH = 2.9皿，fl = -39mm,f2 = 9.6mm,Vdl = 28.4,Vd2 = 29.1,L = 41.5mm和D=14.0mm。
[0080] 在圖沈中的實施例中，NAmr = ο. 40，MR*NA2mr = 240μπι，NAph = ο . 22，打Η = 13μπι，rpH* NApH = 2.9ym,fi = 44.4mm,f2=17.0mm,Vdi = 28.4,Vd2 = 29.1 ,L = 54mm 和 D=15.5mm。
[0081 ]在圖 2F中的實施例中，NAmr = 0.40，MR*NA2mr = 240μπι，NAph = Ο . 22，打Η = 13μπι，rpH* NApH = 2.9皿，fl = 30.0mm,f2=18.8mm,Vdl = 20.0,Vd2 = 29.1,L = 57.9mm和D=14.4mm。
[0082]在圖 2G 中的實施例中，NAmR = 0.40，MR*NA2mr = 240皿，NAph = 0.22，rpH = 13μπι，rpH* NApH = 2.9皿，fl = 50.9mm,f2 = 化.8mm,Vdl = 40.6,Vd2 = 38.6,L = 79.0mm和D = 21.0mm。
[00削圖2H至21中的實施例分別具有MR=10mm的測量范圍。
[0084] 在圖甜中的實施例中，NAMR=0.205，MR*NA2 服=420μπι，NAph=0.22，打H= 13μπι，打時 ΝΑρη = 2.9皿，fi = 78.5mm,f2= 130mm, vdi = 29.1, Vd2 = 29.1 ,L= 199mm和D = 41.8mm。
[0085] 在圖 21 中的實施例中，NAmr = 0.205，MR*NA2mr = 42ΟμL?，NAph = 0.22，打H = 13皿，打H* NApH = 2.9皿，fl = 87.0mm,f2 = 91.4mm,Vdl = 29.1,Vd2 = 29.1,L=193mm和D = 39.0mm。
[0086] 在圖2J中示出了進一步的實施例，根據(jù)該實施例對光學(xué)系統(tǒng)、特別是折射透鏡1、2 和非球面透鏡表面11的設(shè)計進行詳細(xì)闡釋。對測量范圍為MR=1.5mm的透鏡系統(tǒng)進行了計 算。在該實施例中，酷順=0.51，臟。(1=0.22，]\?*魁2順=390皿，1^ = 60.5111111且0=16.6111111。
[0087] 緊隨光圈孔之后的是間隔元件9,該間隔元件由兩側(cè)均為平面的、厚度為1.5mm的 BK7型玻璃制成。W31.6395mm的空氣間隙跟隨在間隔元件之后的是設(shè)計為由SF66(Vdi = 21) 型玻璃制成的球面平凸透鏡的第一透鏡1。透鏡1面向光圈孔的一側(cè)是平面。使用至少一個 平面透鏡表面有利地降低了生產(chǎn)工作和公差靈敏度。相對的球面凸面具有33.6943mm的曲 率半徑。透鏡1的中屯、厚度等于7.500mm。
[0088] 在第一透鏡1之后是W2.418mm的空氣間隙跟隨其后的、設(shè)計為由SF66(vd2 = 21) 型玻璃制成的非球面凹凸透鏡的第二透鏡2。面向第一透鏡1的透鏡表面是非球面透鏡表面 11，該透鏡表面具有關(guān)于前述公式的、徑向?qū)ΨQ的高度輪廓Mr)，其頂端半徑R = 11.36687mm、圓錐常數(shù) k = -0.224302 和非球面參數(shù) A2 = -2.260*1〇-8，A4 = -1.384*1〇-5，A6 = -7.777*10-8，A8 = -3.609*l〇-w，A10 = -l. 365*10-12和 A12 = -2.501*10-14。透鏡2的中屯、厚 度等于5.0889mm。第二透鏡面向測量范圍的透鏡表面是曲率半徑為38.0431mm的球面凹面。
[0089] 從第二透鏡2開始，當(dāng)波長為λ = 450ηπι時，焦點位于到第二透鏡的空氣間隙為 11.541mm處，當(dāng)波長為λ = 546nm時，焦點位于到其的空氣間隙為12.395mm處，并且當(dāng)波長為 入=675nm時，焦點位于到其的空氣間隙為12.991mm處。
[0090]如圖3所示，通過柔性光纖7使光學(xué)測量頭在空間上與具有多色光源和光分析元件 的評估單元空間分隔對于測量原理的應(yīng)用而言是優(yōu)選地。由此，測量頭占據(jù)少量空間、具有 低重量并且還能夠用于苛刻的條件之下，例如真空中或具有強電磁干擾的環(huán)境中。在該實 施例中，光纖7的正面用作測量頭的光圈孔6并且因而構(gòu)成光出射孔和光入射孔。優(yōu)選使用 具有9WI1至50WI1的內(nèi)徑并且具有0.07至0.22的數(shù)值孔徑的纖維作為光纖7。
[0091 ] 包括光纖半徑rPH和光纖7側(cè)的數(shù)值孔徑NAph的光束參數(shù)乘積rPH*NApH越小，測量頭5 的成像就越共焦并且越發(fā)能夠分辨率高地檢測距離。然而，將光源的盡可能多的光禪合進 光纖7中對于短的采樣率而言是有利的，但運使得優(yōu)選的是更大的光束參數(shù)乘積rPH*NAPH。 在運種情況下，尤其能夠使用多模纖維，例如具有50μπι的直徑、NAph = 0.22的梯度折射率纖 維。如有必要，能夠通過在測量頭中進行照亮、優(yōu)選經(jīng)由透鏡直徑進行照亮而使有效數(shù)值孔 徑NAph減小，從而使光纖7的相對高的光束參數(shù)乘積rPH*NApH顯著降低0.07甚至顯著降低到 該值。在圖3的實施例中，NAph = 0.07且NAmr = 0.90,其中當(dāng)波長為450nm至675nm時出現(xiàn) 0.25mm的焦點位移。
[0092] 通過在光纖7側(cè)的更大的(有效)數(shù)值孔徑NAph能夠?qū)崿F(xiàn)較短的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中能夠 通過光纖7的半徑rPH調(diào)整光束參數(shù)乘積rPH*NApH。圖4示出了光學(xué)測量頭的實施例，其中光纖 7側(cè)的有效數(shù)值孔徑為NAph = 0.22且測量范圍側(cè)的數(shù)值孔徑為NAmr = 0.4。在該實施例中，在 450nm至675nm的波長范圍中獲得1.5mm的多色焦點位移。
[0093] 許多測量對象，例如液體、透明介質(zhì)(玻璃、合成材料)或抗反射光學(xué)表面具有對測 量光的低反射率，由此，盡可能多的抑制測量系統(tǒng)中的固有回反射是必不可少的。為此，在 圖5的實施例中使用了光學(xué)窗口 8,其折射率優(yōu)選匹配于光纖7的折射率。光學(xué)窗口 8例如通 過如在光纖禪合時所進行的粘合或沖壓而安置在光纖7的光纖端面17。由此使到光纖端面 17上的回反射(菲涅爾反射)減少。能夠給光學(xué)窗口 8面向光學(xué)透鏡系統(tǒng)的端面18設(shè)置減反 射涂層(未示出），即使由于距光纖端面17的距離更遠(yuǎn)從而使該光學(xué)窗口的影響作用明顯更 低。如果需要獲得對回反射的尤其強的抑制，或者如果是在可拔下的光纜插接器的情況下 需要避免裝置易受污染，那么如圖5所示，優(yōu)選地，將光纖端面17和光學(xué)元件8面向光纖端面 的表面設(shè)計為相對于光軸30傾斜。運優(yōu)選通過端面的斜拋光來實現(xiàn)。
[0094] 圖6示出了實施例，其中，優(yōu)選通過折射發(fā)散透鏡8使從具有數(shù)值孔徑為0.07的光 纖7射出的光束的發(fā)散度增大到值NAph = 0.22。通過借助發(fā)散透鏡8增大數(shù)值孔徑從而獲得 測量頭的明顯更短的結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過運種方式尤其能夠使光纖7和測量頭中的光學(xué)透鏡系 統(tǒng)之間的距離減少至約1/3。通過發(fā)散透鏡8的光纖側(cè)的斜拋光，在本實施例中發(fā)散透鏡直 接接觸到光纖7,同時光纖端面17的回反射最小化。
[00%]圖7示出了進一步的實施例，其中優(yōu)選通過光學(xué)元件8增大從光纖7射出的光束的 發(fā)散度。代替折射發(fā)散透鏡，在圖7所示的實施例中使用梯度折射率發(fā)散透鏡8作為光學(xué)元 件。梯度折射率透鏡8具有徑向的、優(yōu)選為近乎拋物線的、具有在光軸30上的最小折射率的 折射率分布。與折射透鏡相比，梯度折射率透鏡8的優(yōu)點在于其由于具有平面的光學(xué)表面而 允許節(jié)約成本地大批量生產(chǎn)。
[0096]在圖7所示的實施例中，間隔元件9優(yōu)選位于光纖7和梯度折射率發(fā)散透鏡8之間， W便使在光纖7和梯度折射率發(fā)散透鏡8之間的回反射最小化，該回反射能夠具有大于光纖 7的折射率。
[0097] 圖8示出了進一步的實施例，其中，優(yōu)選通過形式為梯度折射率透鏡的光學(xué)元件使 從光纖7射出的光束的發(fā)散度增大。與上一個實施例的情況不同，梯度折射率透鏡8在此是 會聚透鏡。梯度折射率透鏡8具有徑向的、優(yōu)選為近乎拋物線的、具有在光軸30上的最大折 射率的折射率分布。與前述梯度折射率發(fā)散透鏡相同，梯度折射率會聚透鏡也由于具有平 面的光學(xué)表面而能夠節(jié)約成本地大批量生產(chǎn)。與前述示例性實施例的情況相同，間隔元件9 也位于光纖7和梯度折射率會聚透鏡8之間，W便使在光纖7和具有更高折射率的梯度折射 率會聚透鏡8之間的回反射最小化。
[0098] 圖9示出了進一步的實施例，其中，優(yōu)選通過形式為梯度折射率透鏡的光學(xué)元件使 從光纖7射出的光束的發(fā)散度增大。與上一個實施例的情況相同，梯度折射率透鏡8在運個 實施例中是梯度折射率會聚透鏡，其具有徑向的、優(yōu)選為近乎拋物線的、具有在光軸30上的 最大折射率的折射率分布。運種具有近乎拋物線形式的徑向的折射率分布產(chǎn)生在梯度折射 率會聚透鏡8內(nèi)部的連續(xù)的余弦曲線光束路徑，該路徑的周期稱為節(jié)距長度。在圖9的實施 例中，梯度折射率會聚透鏡8的長度約等于節(jié)距長度，由此梯度折射率會聚透鏡將光入射面 成像為兩個中間圖像。此實施例利用了梯度折射率透鏡的節(jié)距長度依賴于波長的性質(zhì)。由 于節(jié)距長度隨波長的增大而增加，所W中間圖像已經(jīng)具有了色位移，即它們在光軸上稍微 向彼此移動。通過運種方式使測量頭的總色像差增大并且尤其使測量范圍增大。運對于測 量頭應(yīng)當(dāng)具有尤其小的尺寸的應(yīng)用而言是尤其優(yōu)選的。在圖9的實施例中的測量范圍比僅 由光學(xué)透鏡系統(tǒng)的色像差所可能得出的測量范圍大約20%。
[0099] 圖10示出了實施例，其中在測量頭中設(shè)置有作為光束偏轉(zhuǎn)元件16的棱鏡。通過運 種方式使光束側(cè)向地、優(yōu)選W90°的角度朝向測量范圍偏轉(zhuǎn)。運對于空腔和在平面空隙中的 對象的測量而言是尤其優(yōu)選的。代替棱鏡，例如還能夠使用鏡子作為光束分離元件16。當(dāng)使 用偏轉(zhuǎn)棱鏡使光束偏轉(zhuǎn)時，優(yōu)選通過調(diào)節(jié)光學(xué)透鏡系統(tǒng)的半徑和非球面透鏡表面來補償由 棱鏡16的光學(xué)玻璃路徑所產(chǎn)生的球面像差。
[0100] 在圖10的實施例中，光束偏轉(zhuǎn)發(fā)生在測量范圍和光學(xué)透鏡系統(tǒng)朝向測量范圍的第 二折射透鏡2之間。通過運種方式能夠?qū)崿F(xiàn)測量頭的尤其小的橫向膨脹。只有當(dāng)測量范圍側(cè) 的數(shù)值孔徑不大于約0.57時，基于對此所需的光學(xué)路徑而在測量對象和光學(xué)透鏡系統(tǒng)之間 設(shè)置光束分離元件16才是有效的。在圖10的實施例中，測量空間中的數(shù)值孔徑為例如NAmr= 0.40。
[0101] 然而，替代地，光束偏轉(zhuǎn)還能夠發(fā)生在兩個透鏡1、2之間或發(fā)生在光源與光學(xué)透鏡 系統(tǒng)之間。當(dāng)測量范圍相對較小并且使用的是在測量范圍中的更高的數(shù)值孔徑NAmr時，則運 是尤其有利的。圖11示出了實施例，其中，例如為90°偏轉(zhuǎn)棱鏡的光束偏轉(zhuǎn)元件16設(shè)置在光 學(xué)透鏡系統(tǒng)5的第一透鏡1和第二透鏡2之間。在該實施例中，ii量空間中的數(shù)值孔徑NAmr為 NAmr = 0.7〇
[0102] 本發(fā)明并不限于基于實施例的描述。相反，本發(fā)明包括每個新特征W及每個特征 組合，尤其包括在權(quán)利要求中的特征的每個組合，即使在權(quán)利要求或?qū)嵤├胁⑽磳υ撎?征或特征組合加 W明確說明。
【主權(quán)項】
1. 一種用于非接觸式光學(xué)測距的裝置，包括:光源(3)、光分析單元(4)和測量頭(5)，其 中， -所述光源(3)是適用于將連續(xù)光譜的光（13)發(fā)射到所述測量頭(5)中的多色光源， -所述光分析單元(4)適用于從所述測量頭(5)接收光（14)并且對從所述測量頭(5)接 收的光(14)進行光譜分析， -所述測量頭(5)具有光圈孔(6)，所述光圈孔(6)用于使所述光源（3)的所述光（13)射 入所述測量頭(5)并且使所接收的光(14)從所述測量頭(5)朝向所述光分析單元(4)射出， -所述測量頭(5)包括具有軸向色像差的光學(xué)透鏡系統(tǒng)（12)， -所述光學(xué)透鏡系統(tǒng)（12)包括第一折射透鏡（1)和第二折射透鏡(2)， -所述折射透鏡（1、2)中的至少一個具有至少一個非球面彎曲的透鏡表面(11)， -所述第一折射透鏡（1)和/或所述第二折射透鏡(2)具有阿貝數(shù)為20 < vd < 41的光學(xué)材 料，并且 -所述光學(xué)透鏡系統(tǒng)（12)具有軸向色像差，使得等于波長在450nm至700nm之間的所述 光學(xué)透鏡系統(tǒng)（12)的軸向焦點位移的測量范圍（MR)在0.2mm至10mm之間，包含0.2mm和 10mm〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一折射透鏡（1)和所述第二折射透鏡(2)兩 者都具有阿貝數(shù)為20 < vd < 41的光學(xué)材料。3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述測量范圍（MR)和在所述測量范 圍(MR)側(cè)的數(shù)值孔徑的平方(NA2mr)的乘積在100μπι至450μπι之間，包含100μπι和450μπι。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述光圈孔的半徑(rPH)和在所述光 圈孔(6)側(cè)的數(shù)值孔徑(NAph)的乘積在1. Ομπι至5.5μηι之間，包含1. Ομπι和5.5μηι。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，所述光源(3)和所述光分析單元通過 光纖(7)連接到所述測量頭(4)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述測量頭（5)的所述光圈孔(6)由所述光纖(7) 的光纖端面(17)形成。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其中，在朝向所述光學(xué)透鏡系統(tǒng)（12)的光纖端面 (17)上設(shè)置有光學(xué)元件(8)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述光學(xué)元件(8)是光學(xué)窗口。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述光學(xué)元件(8)是折射發(fā)散透鏡。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述光學(xué)元件(8)是梯度折射率發(fā)散透鏡。11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述光學(xué)元件(8)是梯度折射率會聚透鏡。12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述光學(xué)元件(8)是梯度折射率透鏡，其將所述 光源(3)通過所述光纖端面(17)所形成的光斑成像為一個或更多個中間圖像。13. 根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項所述的裝置，其中，在所述光纖端面（17)與所述光學(xué) 元件(8)之間設(shè)置有間隔元件(9)。14. 根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項所述的裝置，其中，將所述光纖端面（17)和所述光學(xué) 元件(8)或者所述間隔元件(9)朝向所述光纖端面(17)的表面配置為傾斜于光軸(30)。15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的裝置，其中，在所述測量頭（5)中設(shè)置有光束偏 轉(zhuǎn)元件(16)。
【文檔編號】G01B11/06GK105992929SQ201480064945
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2014年11月12日
【發(fā)明人】赫伯特·格羅斯, B·梅塞施米特, 鐘敏儀, 馬塞爾·孔澤
【申請人】微-埃普西龍測量技術(shù)有限兩合公司