用于检测对象的3d结构的设备的制作方法
【专利摘要】用于检测对象的3D结构的设备，包括：第一激光发射器，其产生具有第一波长的激光辐射；第二激光发射器，其产生具有第二波长的激光辐射，其中，第一波长不同于第二波长；光学器件，其中的至少一个是分束器，所述分束器在每种情况下将所述激光发射器的激光辐射分裂成参考辐射和照明辐射，其中，所述照明辐射撞击在要测量的对象上，被所述对象作为对象辐射反射并与参考辐射相干涉；以及检测器，其接收从其那里形成的干涉图。激光发射器被定位为使得第一激光发射器的照明辐射和第二激光发射器的照明辐射以不同的入射角撞击在对象上。设备还包括测量装置，其测量激光发射器的激光辐射的两个波长，并影响对干涉图的记录。
【专利说明】用于检测对象的3D结构的设备
[0001] 本发明涉及一种用于检测对象的三维结构的设备，该设备包括：第一激光发射器， 其产生具有第一波长的激光辐射；第二激光发射器，其产生具有第二波长的激光辐射，其 中，第一波长不同于第二波长；光学器件，所述光学器件中的至少一个是分束器，其在每种 情况下将激光发射器的激光辐射分裂成参考辐射和照明辐射。该照明辐射撞击在要测量的 对象上，被对象作为对象辐射而反射，并且与参考辐射相干涉。设备的检测器接收由其产生 的干涉图。
[0002] 用于检测3D结构的设备被用在例如用于质量保证的行业中。因此可以针对所处 理表面的特性来检查所处理表面，例如针对对尺寸准确度的遵守性和/或对预定义粗糙度 的遵守性。此外，用此类设备，还可以以数字方式检测并三维地映射整个对象。
[0003] 从US 6, 809, 845 B1可了解此类设备。其根据全息术原理进行工作。借助于两个 激光器来产生具有不同波长的两个激光束。每个激光束被分成对象射束和参考射束，所述 对象射束撞击在要测量的对象上。从对象反射的对象射束和具有一个波长的附属参考射束 被组合并相互干涉，两个射束之间的相位关系被记录。可以借助于由具有第一波长的激光 束产生的相位关系和由具有第二波长的激光束产生的相位关系之间的差来创建对象的反 射表面的三维模型。除所述激光器、即Nd:YAG激光器(钕掺杂钇铝石榴石激光器）和HeNe 激光器(氦氖激光器）之外，该设备还包括多个反射镜、分束器、滤波器以及光阑。设备的所 需空间要求是大的。
[0004] US 8, 068, 235 B1还公开了一种用于表面结构的三维检测的设备。两个激光源产 生激光束。这些激光束的各部分被组合成复合射束，其撞击在要测量的对象上。然后其被 对象反射并被照相机检测到。发射激光束的剩余部分作为具有不同入射角的参考射束而撞 击在照相机上。由于激光束被经由分束器而被部分地组合，所以该设备具有增加的空间要 求。
[0005] 在这两个专利说明书中，两个或更多波长的光以相同的角度撞击在对象上。这引 起所谓的斑点噪声，因为作为略微粗糙表面对象的后向散射光中的光的波的特性的结果， 出现所谓的相长(亮）和相消（暗）干涉的区域。对象从而对于观察者而言看起来是"颗粒状 的"，其被命名为斑点或斑点噪声。
[0006] 由于上述原因，获得提供一种用于检测对象的3D结构以及用于使斑点噪声最小 化的紧凑式设备的目的。
[0007] 以根据权利要求1的前序的设备作为用于解决此目的的起始点。通过在权利要求 1的特征部分中给出的建设性特征来解决该目的。
[0008] 该设备包括测量装置，其测量激光发射器的激光辐射的两个波长。该测量装置影 响由检测器进行的干涉图的记录。诸如例如温度变化之类的让人烦恼的影响可能具有激光 发射器产生具有波动波长的辐射的结果。借助于测量装置，确保了在评估干涉图时精确地 知道由激光发射器产生的激光辐射的波长和波长的时间特性。
[0009] 可选地，测量装置测量激光发射器的激光辐射的波长的时间特性，其中，控制装置 在基本上恒定的波长的情况下对检测器进行致动，并且触发对干涉图的记录。
[0010] 这因此意味着设备可选地包括允许测量激光发射器的激光辐射的波长的时间特 性的测量装置并且该测量装置可选地被连接到控制装置，该控制装置适合于在基本上恒定 的波长的情况下对检测器进行致动并用于触发对干涉图的记录。
[0011] 在由检测器进行的干涉图的记录期间，如果波长的时间特性是基本上恒定的，则 是有利的。在本发明的背景下，将术语基本上恒定的波长理解成是在发射波长的ΚΓ 6与ΚΓ7 倍范围内、即在约0. 1-lpm范围内的波长波动。干涉图是用优选地10-100 μ S的曝光时间 来记录的。短曝光时间确保即使在适度移动的对象的情况下相敏记录也不�：�。
[0012] 还可行的是设备具有调节装置，其根据测量装置的测量结果而以使得发射的激光 辐射的波长基本上恒定的方式来调节激光发射器。
[0013] 激光发射器以如下这样的方式被定位，即使得第一激光发射器的照明辐射和第二 激光发射器的照明辐射以不同的入射角撞击在对象上。优选地，各激光发射器的照明辐 射以相对小的入射角撞击在对象上。例如，在两个激光发射器的情况下，典型入射角约为 0.1Γ。在本发明的背景下，可认识到，有利地当使用超过两个激光发射器--即，例如8 个时，照明辐射以至多Γ、优选地约0.8°的入射角撞击在对象上。照明辐射的更大入射 角也是可行的。
[0014] 优选地，激光发射器发射具有至少100 mW的总功率的激光辐射，其中，总功率强烈 地取决于曝光时间。
[0015] 在本发明的背景下将术语照明辐射理解为撞击在要测量的对象上的那部分发射 的激光辐射。术语对象辐射命名在对象处被反射的照明辐射。参考辐射是作为参考未改变 的与对象福射相干涉并撞击在检测器上的那部分发射的激光福射。
[0016] 在本发明的背景下，可认识到，根据本发明的设备还可以用在人口腔的区域中。特 别地，将该设备例如作为牙齿扫描仪用于检测内部口腔区域中的表面和对象是可行的。为 了满足这些要求，设备优选地具有相应的尺寸，其使得能够将该设备至少部分地插入内部 口腔区域中。
[0017] 将测量装置配置为法布里珀罗干涉仪是有利的。一般地法布里珀罗干涉仪从现有 技术是已知的。在本实例中，法布里珀罗干涉仪的谐振器包括两个玻璃板，在每种情况下在 所述玻璃板上气相沉积了反射镜。根据谐振器的谐振条件，具有特定波长的激光辐射透射 通过气相沉积的反射镜，并且在本实例中被检测器阵列检测到。借助于法布里珀罗干涉仪， 可以准确地测量在特定波长范围内的、各激光发射器在其处发射激光辐射的波长。法布里 珀罗干涉仪要求由激光发射器发射的激光辐射的波长的一定基本稳定性。然而，当今的激 光发射器能够提供此类基本稳定性。
[0018] 优选地，第一激光发射器和第二激光发射器相互间隔开地位于共射极芯片上。例 如，激光发射器被配置为多激光二极管。优选地，各个激光发射器位于彼此相距至多0. 5mm 的距离处，特别优选地在至多0. 2mm的距离处，尤其优选地在至多0. 1mm的距离处。
[0019] 由于这样的小距离，多个发射器在非常窄的安装空间中是可能的。多个发射器形 成波长组，借助于该波长组可以检测对象的3D表面信息和关于对象上的各个对象点（对象 上的表面点）的深度的信息。两个或更多波长组还可以位于同一芯片上以便实现斑点的减 少。
[0020] 该设备有利地包括至多三十二个激光发射器，其中，在每种情况下优选地至多 十六个激光发射器位于一个发射器芯片上。例如，位于一个发射器芯片上的全部十六个激 光发射器每个发射具有不同波长的激光辐射。全部的十六个激光发射器形成可以被分配中 心波长的波长组。在本发明的背景下，将中心波长理解为由一个波长组的激光发射器发射 的所有波长的平均值。
[0021] 然而，将十六个激光发射器定位成四个四激光发射器行、每个在发射器芯片上相 互邻近也是可行的。具有四个激光发射器的每行每个形成波长组，其可以被分配中心波长。 一个波长组的每个激光发射器发射具有不同波长的激光辐射。各个行、即不同的波长组优 选地在其中心波长方面一致。
[0022] 中心波长可以优选地在750和850nm之间，特别地约为800nm。约950 nm或者甚 至1300 nm的中心波长也是可能的。可见谱范围内的中心波长也是可行的，虽然这要实现 起来在技术上是苛求的。
[0023] 其它配置是可行的，其中，优选地一个、两个或四个波长组被定位在一个发射器芯 片上。一个波长组中的激光发射器的数目可以改变且并不固定在四个、十六个或三十二个 激光发射器处。并且，发射器相对于各波长的布置不一定是单调上升或下降的，而是还可以 是"随机的"。同样地，发射器芯片上的组的数目可以不同于所述数目。
[0024] 将多个波长组相互邻近地定位于一个发射器芯片上是有利的，因为然后可以实现 斑点的减少。斑点图案由激光辐射在对象的不平坦表面处的反射形成，其配置强烈地取决 于照明辐射在对象上的入射角且使得对象识别是困难的。如果多个波长组相互邻近地被定 位在发射器芯片上，则产生关于照明辐射的入射角的较大角频谱。然后针对每个波长组，以 不同的平均入射角检测相同被照明对象点的深度信息。平均入射角被理解为在一个波长组 的入射角上被求平均值的入射角。波长组上的深度信息的平均导致斑点图的影响的减小。
[0025] 如果要实现斑点的减少，在不同波长组在其中心波长方面一致的情况下是有利 的。从而干涉图的后续评估中的开支被保持为低。然而，如果各个波长组发射具有不同中 心波长的激光辐射，实现斑点的减少也是可行的。如果波长组的中心波长相互不同，则它们 相互接近，即中心波长相差约50-100nm。
[0026] 应理解的是，可以使用分别地具有一个或多个波长组的两个或发射器芯片，其中， 中心波长可以一致或不同。
[0027] 明确指出，本发明不限于三十二个激光发射器的数目。具有被划分到两个发射器 芯片中的总共三十二个激光发射器的配置仅仅是优选实施例。使用优选地被划分到多个发 射器芯片/波长组中的远远超过总共三十二个的激光发射器是可行的。波长组的数目越 高，结果得到的信号噪声在干涉图的评估期间被抑制得越好。所使用的激光发射器和波长 组的数目仅仅受到对象上的所选照明域和检测器的尺寸/像素密度及用于评估干涉图的 可用计算能力的限制。
[0028] 光学器件中的一个被配置成以如下这样的方式来反射参考辐射，即使得各个激光 发射器的参考辐射以不同的入射角撞击在检测器上。优选地，一个波长的参考辐射和对象 辐射以不同的入射角撞击在检测器上。例如，在要研究的对象的对象点处被反射的对象辐 射以相同的入射角撞击在检测器上，无论其波长如何。在该背景下，假设对象的表面结构的 最小粗糙度。在理想平滑对象的情况下，针对对象辐射而获得不同的关系。
[0029] 参考和照明辐射的射束路径部分地重叠，使得一个波长的、即来自同一激光发射 器的参考辐射和对象辐射彼此相干涉。每个所发射的波长的干涉图被形成为使得根据所有 波长相关干涉图，例如在处理装置中，借助于傅立叶变换或菲涅耳变换来确定对象表面上 的对象点的位置和在深度方面的对象点的位置。
[0030] 在可选实施例中，光学器件中的至少一个是全息图。该全息图以使得照明辐射作 为照明条撞击在对象上的方式使其偏转。例如，将全息图实现为微全息图。如果要检测对 象，则在设备与对象之间的相对移动期间沿着扫描方向对其进行扫描。优选地，照明条被配 置成是矩形的，其中，矩形的短边平行于扫描方向行进且长边被横向地对准到扫描方向。微 全息图以如下这样的方式来改变照明辐射的数值孔径，即使得沿着矩形照明条的长边的数 值孔径大于沿着矩形照明条的短边的数值孔径。
[0031] 如果例如要检测焊缝，则焊缝的轮廓预定义扫描方向。由于矩形照明条的长边横 断扫描方向而行进，所以可以借助于照明条来检测焊缝的总宽度。
[0032] 由于将短曝光时间用于干涉图的记录，所以由检测器记录的焊缝区域部分地重 叠。这使得能够补偿例如由于对象相对于检测器的移动或由于检测期间的设备的机械误差 而引起的高度差。
[0033] 然而，全息图将照明辐射分裂并以使得两个照明条撞击在对象上的方式使其偏转 也是可行的。有利地，两个照明条沿着扫描方向（短边）定位。这使得能够实现根据本发明 的设备作为人工扫描仪的操作。由于使用两个照明条，所以能够检测可能的相对移动、特别 是设备相对于对象的旋转相对移动，并在评估中将其考虑在内。应理解的是，全息图可以以 使得超过两个的照明条撞击在对象上的方式将照明辐射分裂和偏转。
[0034] 有利地，光学器件中的至少一个是微光学阵列。微光学阵列是不同光学部件的组 合，所述光学部件诸如例如透镜、分束器、环形器和/或全息图，它们被非常紧凑地定位。微 光学阵列优选地位于直接在激光发射器后面的射束路径中。
[0035] 微光学阵列包括将激光发射器的激光辐射分裂成参考辐射和照明辐射的分束器 是有利的。优选地，参考和照明辐射至少部分重叠地行进。因此，设备的光学装置的特别紧 凑的结构是可能的。
[0036] 优选地，微光学阵列包括偏振器和/或环形器，以便使照明辐射和/或参考辐射偏 振。优选地，使参考辐射相对于照明辐射偏振，使得借助于偏振器和/或环形器使偏振面 转动90度。另一方面的照明辐射的偏振不受影响。如果偏振分束器被定位在射束路径中 在微光学阵列之后，这是特别有利的，其例如发射具有第一偏振的激光辐射、特别是参考辐 射，并反射具有第二偏振的激光辐射、特别是照明辐射。借助于偏振器和/或环形器将照明 辐射旋转90度并使参考辐射不受影响也是可行的。
[0037] 微光学阵列还可以包括全息图。从而减少了对位于射束路径中的透镜的准确度的 要求。这减少了在设备的制造期间发生的成本。
[0038] 微光学阵列中的全息图优选地还具有这样的效果，即在每种情况下的参考和照明 辐射以不同的数值孔径离开微光学阵列。例如，参考辐射具有高数值孔径，而照明辐射以小 得多的数值孔径至少沿着矩形照明条的短边离开微光学阵列。此外，借助于全息图，很容易 可以产生多个照明条，例如两个照明条。
[0039] 可选地，光学器件中的一个被配置作为色散透镜。优选地，色散透镜位于对象辐射 的射束路径中，即在照明辐射在对象处的反射之后的射束方向上。从而能够减少用于评估 干涉图的傅立叶或菲涅耳变换的消耗。
[0040] 本发明的另一实施例的特征在于所述设备包括两个发射器芯片和两个检测器，其 中，位于一个发射器芯片上的激光器发射的具有第一中心波长的激光辐射撞击在一个检测 器上且位于另一发射器芯片上的激光发射器的第二中心波长的激光辐射撞击在另一检测 器上。如果例如使用具有不同中心波长的两个发射器芯片，则可以例如借助于分束器将各 激光辐射分裂，所述分束器根据其中心波长而透射或反射激光辐射，使得具有第一中心波 长的激光辐射入射在第一检测器上且具有第二中心波长的激光辐射入射在第二检测器上。
[0041] 有利地，所述设备包括用于测量位于对象上的层的厚度的测量单元。因此，除对象 的表面之外，还能够检测可能存在于对象上的层的厚度。如果使用设备作为牙齿扫描仪，则 能够测量牙齿上的齿龈的厚度。例如，能够在没有附加部件的情况下用根据本发明的设备 来实现这样的层厚度测量。优选地，将测量单元配置作为处理装置的一部分。借助于来自多 个波长的干涉图的相位信息，能够检测不仅一个、而且多个表面、例如两个或三个表面。基 本上情况是波长组中的波长越多，一个或多个附加表面被越可靠地检测。优选地，借助于所 述设备来检测两个表面并将两个表面设置在相互的一定关系中。位于对象上的层的外表面 被检测作为第一表面并且要测量的层位于其上的对象的表面被检测作为第二表面。在已知 折射率的情况下，这两个表面的距离差产生层厚度，例如齿龈的厚度。
[0042] 同样优选的实施例的特征在于测量单元包括白光点传感器，其根据频率扫描干涉 测量法的原理进行工作。频率扫描干涉测量法的原理从现有技术是已知的。替换地，用于 此测量单元的其它方法也是可行的。优选地，白光点传感器包括光源，其产生具有宽光谱的 光，所述宽光谱优选地在1300 nm的中心波长周围且光谱宽度在10与100nm之间。特别地， 借助于具有1300nm的中心波长的白光点传感器能够直接地测量散射层，例如齿龈。在测量 齿龈厚度之后，然后将其与在没有测量单元的情况下仅用根据本发明的设备检测的齿龈的 表面相关。从而可以确定齿龈下面的3D牙齿表面。
[0043] 还可以基于椭圆对称法的原理将测量单元配置成确定位于对象上的层的厚度。椭 圆对称法的原理从现有技术也是已知的。可以借助于椭圆对称方法来测量非常薄的层，即 在约0.01 μπι与1 μπι之间的层。为此，根据本发明，利用这样的事实，即不同的发射器位 于多发射器芯片上的不同横向位置处，并且因此能够以不同的角度将光发射到对象上。连 同在照明辐射中的各发射器处的固定调整的偏振器和/或在对象辐射中的不同位置处的 固定调整的分析器(偏振器)一起，根据所有信息的和来确定薄涂层厚度是可能的。同时，根 据上述程序可获得对象的完整3D表面信息。
[0044] 根据本发明，可以将附加的光学装置配置成使得光以非常平的角度入射在对象 上，已知其将显著地增大椭圆对称方法中对于薄涂层的灵敏度。
[0045] 下面参考图中所示的优选实施例来解释本发明。其中所示的特定特征可以单独地 或组合地被使用以创建本发明的优选配置。所述实施例并不构成对在权利要求中定义的主 题的一般性的任何限制。在所述附图中： 图la示意性地示出了在马赫-曾德配置中的根据第一实施例的根据本发明的设备， 图lb以示意图示出了具有根据椭圆对称法原理工作的测量单元的根据第二实施例的 根据本发明的设备， 图2示意性地示出了在迈克尔逊配置中的根据第三实施例的根据本发明的设备， 图3在侧视图中示出了具有分束器的根据第一实施例的微光学阵列， 图4在侧视图中示出了具有全息图的根据第二实施例的微光学阵列， 图5在示意图中示出了具有用于产生多个照明条的全息图的根据第四实施例的根据 本发明的设备， 图6在示意图中示出了具有两个检测器的根据第五实施例的根据本发明的设备， 图7在示意图中示出了被配置作为内孔扫描仪的根据第六实施例的根据本发明的设 备， 图8在示意图中示出了在微光学阵列中的具有全息图的根据第七实施例的根据本发 明的设备，以及 图9在示意图中示出了具有根据白光干涉测量法的原理工作的测量单元的根据第八 实施例的根据本发明的设备。
[0046] 图la示出了根据马赫-曾德配置的设备1的第一实施例，其包括多个激光发射器 2,特别地包括第一激光发射器2a和第二激光发射器2b。激光发射器2位于发射器芯片3 上。它们优选地相对于彼此具有小于或等于1 mm至小于0.1 mm的距离。它们被配置作为 多激光二极管。
[0047] 在图la中，可以将位于发射器芯片3上的五个激光发射器2视为示例。然而，将 多达三十二个或更多的激光发射器2定位在发射器芯片3上也是可行的。
[0048] 每个激光发射器2发射具有单个波长的激光辐射。各激光发射器2的波长不同， 使得每个激光发射器2发射具有不同波长的激光辐射。优选地，两个相邻激光发射器2的 激光辐射的波长仅仅略微地相差例如1 nm。在发射器芯片3上8个或16个激光发射器2 的布置中，这意味着8或16 nm的光谱宽度。
[0049] 设备1包括被配置作为第一分束器4的光学器件，其在每种情况下将激光发射器 2的激光辐射分裂成参考辐射5和照明辐射6。第一分束器4可以是部分透射的反射镜，其 反射参考辐射5并透射照明辐射6。
[0050] 在图la中，将参考福射5不出为以位于发射器芯片3上的第一激光发射器2a的 参考射束7的形式的示例。还针对发射器芯片3的第一激光发射器2a以照明射束8a的形 式以及针对第二激光发射器2b以照明射束8b的形式示出了照明辐射6。
[0051] 在参考射束7已在第一分束器4处被反射之后，在其进一步的路径上，其撞击在被 配置作为反射镜9的光学器件上和被设计作为抛物面反射镜10的另一光学器件上。反射 镜9和抛物面反射镜10以如下这样的方式来反射参考辐射5,即使得在一方面，其几乎准直 地离开反射镜10,并且在另一方面，其以不同于零的参考入射角α作为平面波11撞击在检 测器12上。检测器12优选地被配置作为高分辨率2D表面传感器。
[0052] 反射镜9和抛物面反射镜10被配置成以如下这样的方式来反射各激光发射器2 的参考辐射5,即使得具有不同波长的、即来自不同激光发射器2的参考辐射5以不同的参 考入射角α撞击在检测器12上。在图1中，在两个不同位置上示出了抛物面反射镜10,一 次作为短划线且一次作为实线。参考辐射5的参考入射角α可能受到抛物面反射镜10的 定位的影响。
[0053] 被配置作为第二分束器13的光学器件位于抛物面反射镜10与检测器12之间，其 允许参考射束7略微衰减地通过。
[0054] 在第一分束器4之后，照明射束8a、8b略微衰减地透射通过第二主分束器13,并撞 击在被配置作为透镜14的光学器件上。透镜14将作为示例被示出的照明射束8a、8b引导 到具有对象点16的对象15上。对象点16理想地位于透镜14的焦点&处或在焦点&周 围的聚焦区中。如果对象点16位于聚焦区外面，则然后依然还可以三维地检测对象15。
[0055] 透镜14的聚焦区在透镜14的焦点(在图la中为对象点16)周围沿着光轴的延伸 取决于被透镜14透射的激光辐射的波长和透镜14的数值孔径。在当前情况下假定透镜14 的数值孔径为约〇. 2,在对象的方向上沿着光轴在透镜14的焦点处开始的聚焦区的延伸约 为 +/-15 μ m〇
[0056] 被激光发射器2发射作为略微的球面形的照明射束8a借助于透镜14被变换成平 面波。在图1中，这可以在照明射束8a的射束边缘17处被识别，照明射束8a在透镜14之 后彼此平行地行进。照明射束8a作为几乎平面的波且近似以直角撞击在对象15上，即具 有约〇度的入射角。
[0057] 在照明射束8b通过透镜14时，与照明射束8a相反，不仅发生到平面波的变换。照 明射束8b附加地被透镜14偏转，使得其以入射角β (其不同于照明射束8a的入射角）撞 击在对象15上。由于激光发射器2相对于透镜14的不同布置，各激光发射器2的照明辐 射5以不同的入射角β入射在对象15上。优选地，各激光发射器2的所有照明射束8a、8b 以矩形照明条19的形式撞击在对象15上。
[0058] 应理解的是，对象15具有全部反射激光辐射的有限数目的对象点16。在下文中， 将作为示例针对所选的对象点(特别是在对象点16处)和检测器12的方向上的另一射束路 径来解释照明射束8a、8b的反射。在下文中将在对象15处被反射的照明射束8a、8b或在 对象15处被反射的照明辐射6命名为对象射束20或对象辐射21。
[0059] 无论照明射束8a、8b的入射角β如何，其被从对象点16反射为球面波形式的具 有边缘射束22的对象射束20。对象射束20撞击在透镜14上并被其变换成几乎平面的波 23。这适用于对象点16位于上述聚焦区内部或者如图1中所示在透镜14的焦点&处的情 况。如果对象点24位于聚焦区外面，则从对象点24发射的对象射束20借助于透镜14被 变换成略微弯曲的波。
[0060] 对象射束20入射在第二分束器13上，第二分束器13然后以如下这样的方式来反 射对象射束20,即使得其以约零度的入射角γ、即以与检测器12的检测器表面25成90度 的角度撞击在此检测器表面上。作为平面波23的对象射束20在图la中被示为水平线，其 平行于检测器表面25行进。
[0061] 对象射束20的入射角γ取决于对象点16、24的位置。如果其类似于图1中的对 象点16落在透镜14的光轴上，则对象射束20然后如已经所述是那样以0°的入射角γ撞 击在检测器表面25上。在另一对象点处、例如在对象点26处的反射导致入射到检测器表 面25上的不同于零的入射角γ。
[0062] 虽然对象射束20以入射角γ撞击在检测器表面25上，但参考射束7以参考入射 角α入射在检测器表面25上。参考入射角α和入射角γ相差差角δ，其不同于零。
[0063] 由于相同波长的参考射束7和对象射束20在分束器13之后在检测器表面25的 方向上在它们的路径上彼此相遇，所以它们相互干涉。作为此干涉的结果，特定空间频率的 干涉图作为差角S的函数被形成，其借助于检测器12被记录。通过由一个波长的参考辐 射5与对象辐射21的相长(信号增强）和相消(信号衰减)干涉而形成的信号振幅的(准）正 弦振荡而获得空间频率。
[0064] 针对每个对象点16、24、26，在每种情况下在不同的波长下形成不同的差角6，这 是因为参考入射角α作为激光发射器2的位置的函数而变化。因此可以使对象15上的照 明区域、激光发射器2的数目、它们的间距(和因此的参考入射角α )和2D表面检测器12 的像素状况相互匹配，使得在空间频率方面不发生�：�。
[0065] 由检测器12记录干涉图的要求是，由各激光发射器2以基本上恒定的波长来发射 其干涉图将被记录的激光辐射。出于此目的，设备1优选地具有被配置作为法布里珀罗干 涉仪27的测量装置。法布里珀罗干涉仪27从现有技术是已知的且其使得能够连续地测量 由激光发射器2发射的激光辐射的波长。法布里珀罗干涉仪27被连接到控制装置28,控制 装置28在基本上恒定的波长的情况下驱动检测器12并触发由检测器12进行的对激光辐 射的记录。
[0066] 因此这意味着设备1包括测量装置27,其允许测量激光发射器2、2a、2b的激光辐 射的波长的时间特性，并且测量设备被连接到控制装置28,控制装置28适合于在基本上恒 定的波长的情况下驱动检测器12并触发对干涉图的记录。
[0067] 可选地，设备1可以包括调节装置29,调节装置29根据法布里珀罗干涉仪27的测 量结果以如下这样的方式来调节激光发射器2,即使得发射的激光辐射的波长是基本上恒 定的。
[0068] 干涉图由检测器12针对每个激光发射器2且因此针对每个波长被记录并借助于 处理装置30被分析和评估。处理装置30将由各种空间频率组成的干涉图变换到包含3D 图像信息的频域中。
[0069] 在下文中将详细地解释通过激光发射器2的照明辐射6在对象点16、24、26处的 反射以及通过与附属参考辐射5的干涉而形成的干涉图的评估。
[0070] 如果对象点16、26位于透镜14的焦点&处或在聚焦区中，即通过透镜14之后的 对象射束21被配置为准平面波23,则优选地使用傅立叶变换用于变换到频域(频率范围） 中。如果对象点24位于聚焦区外面，即对象射束20在通过透镜14之后被配置为略微弯曲 的波，则优选地借助于菲涅耳变换来执行到频域中的变换。
[0071] 在频域中，关于两个方面来进行对干涉图的评估。在一方面，在参考辐射5的辅助 下且因此根据激光发射器2的位置来确定对象15上的对象点16、24、26的位置，激光发射 器2的激光辐射已导致本干涉图。另一方面，针对每个对象点16、24、26来确定深度信息。 术语深度信息在本发明的背景下被理解为对象点16、24、26在深度方面的、即在图la中沿 着透镜14的光轴的位置。其被用来识别对象15上的凸起或凹坑。
[0072] 借助于差角δ来确定对象点16、24、26的位置和各激光发射器2的位置。由于对 象射束的入射角Υ且因此还有差角S取决于对象点16、24、26的位置，所以作为对象点 16、24、26的位置的函数获得作为对象点16、24、26的位置的特征的特定空间频率的不同干 涉图。同时，针对每个激光发射器2狭窄地限制其中空间频率的波动根据对象点16、24、26 的位置而改变的频带的宽度。
[0073] 差角δ此外取决于发射器芯片3上的各激光发射器2的位置。如上文已进一步 描述的，各激光发射器2的参考福射5取决于各激光发射器2的位置以不同的参考入射角 α撞击在检测器12上。因此，每个激光发射器2产生明显不同于例如相邻激光发射器2的 空间频率。由于基于不同激光发射器2的位置的空间频率的这些显著差别，该差别并不与 基于不同对象点16、24、26的变化相混淆。每个激光发射器位置允许一定的空间频率波段， 其继而可以特定地覆盖每发射器2的对象点的数目。对于相邻的发射器2,则随后存在另一 空间频率波段等。因此--在相位变换(例如傅立叶、菲涅耳）--之后可以经由局部干涉 图的相位值向特定横向对象点16、24、26分配深度信息。
[0074] 如果现在将关于对象点16、24、26的位置的信息与关于各激光发射器2的信息和 各对象点16、24、26的深度信息相组合，则可以确定对象15的3D结构。
[0075] 在实际测量中，所有激光发射器2同时地发射激光辐射，由此在检测器表面25上 形成多个干涉图。所有干涉图同时地被检测器12记录并被处理装置30评估。然后基于对 所有干涉图的这些评估来产生对象15的3D结构。
[0076] 设备1可以优选地另外测量位于对象15上的层（未示出）的层厚度。如果层位于 对象15上，则由于由激光发射器2发射的激光辐射的不同波长，则照明射束8a、8b在该层 的表面处被部分地反射，而照明射束8a、8b的另其它部分穿过该层并在对象15的表面处被 反射。用于每个对象点16、24、26的两组略有不同的深度信息可用于对频域中的干涉图的 评估。可以借助于不同的深度信息来确定该层厚度。设备1因此包括用于确定层厚度的固 有测量单元，其中，该测量单元可以被配置作为处理装置30的一部分。可以用设备1来测 量的最小层厚度由波长组中的所发射波长的光谱宽度来给定。
[0077] 图lb示出了设备1的第二实施例。设备1包括测量单元31，借助于该测量单元 31能够测量在要测量的层75处被反射的激光发射器2的对象辐射21。与来自图la的设 备1相反，测量单元31基于椭圆对称法的原理进行工作，并且因此可以确定位于对象上的 层75的厚度。用于确定层厚度的椭圆对称的方法从现有技术是已知的。
[0078] 测量单元31包括激光发射器2。与图la相反，图lb中的激光发射器被不同地偏 振。例如，发射器芯片3上的在图lb中示出的三个上激光发射器2、2a被以第一类型偏振， 例如P偏振。图lb中的下部三个激光发射器2、2b显示出第二偏振，例如S偏振，其不同于 第一偏振。
[0079] 例如，在发射器芯片3上示出了图lb中的最上的激光发射器2a的第一照明射束 32和图lb中的最下的激光发射器2b的第二照明射束33。在下文中将详细地解释这两个 照明射束32、33的射束路径。
[0080] 照明射束32被透镜14变换成平面波并以入射角攀撞击在对象15的层75的表面 76上。照明射束32的各部分在层75的表面76处被反射作为对象辐射21。照明射束33 的各部分穿过层75,并且还被层75位于其上面的对象15的表面34反射，同样地作为对象 辐射21。被作为对象辐射21反射的照明射束在图lb中被示为第一对象射束35。
[0081] 第一对象射束35在表面34和表面76处被作为平面波反射，并且在反射之后再次 地撞击在透镜14上。这使第一对象射束35聚焦，其在其随后的路径上在第二分束器13处 被反射并作为点射束撞击在检测器12的检测器表面25上。检测器12检测作为点射束撞 击在其上的对象射束35。
[0082] 针对所述射束路径假定第一照明射束32在该处被反射的对象15的非常光滑的表 面34和层75的非常光滑表面76。在略微弯曲的表面76或34情况下，被指引到检测器12 上的点射束将相应地被加宽。
[0083] 第二照明射束33作为第一照明射束32的镜像而行进。第二照明射束33和第一 对象射束35从而至少部分地重叠。第二照明射束33在表面76、34处被反射作为第二对象 射束36,被透镜14聚焦，并被第二分束器13反射，从而使得其作为点射束撞击在检测器12 的检测器表面25上。检测器12检测作为点射束撞击在其上面的对象射束36。
[0084] 基于对象射束35、36,然后可以借助于处理装置30以已知方式来确定位于对象15 上的层75的厚度。
[0085] 层75和对象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 图la中所示的那样将对象辐射21作为球面波反射。这样的方法从现有技术也是已知的。 在这种情况下，将层75的表面76上的每个表面点（未不出）和对象15的每个对象点16被 解释为散射点(参看图la)。与光滑的表面相反，每个表面点和对象点16的所有信息从而被 映射到整个检测器表面25上。
[0086] 可选地，设备1可以包括一个或多个分析器，它们位于第二分束器13与检测器表 面25之间。分析器37被配置作为偏振器，借助于该偏振器可以确定激光辐射的偏振状态。 如果使用分析器37,则激光发射器2发射具有优选45°的偏振角的激光辐射，使得照明射 束32、33被线性偏振地发射到层75或对象15上。在其在层75或对象15处被反射之后， 对象射束35、36撞击在以与发射器2a和2b的位置共轭的方式被定位的分析器37上，分析 器37确定对象射束35、36的偏振。例如，激光发射器2a的激光辐射和激光发射器2b的激 光辐射通过层75的层厚度被不同地偏振。对象射束35、36然后入射在对这些进行检测的 检测器12上。在该背景下，以与发射器2a和2b的位置共轭的方式被定位意指分析器37 根据由激光发射器2a、2b发射的激光辐射的射束路径而被定位。
[0087] 将透镜14实现为两个部分透镜也是可行的，其中，两个照明射束32、33中的每一 个分别地透射通过两个部分透镜中的一个。借助于附加反射镜(未示出），照明射束32、33 在两个部分透镜之后被指引到层75或对象15上。因此可以实现大于或等于30度、优选地 接近于57度的入射角f。从而还可以测量小于100 nm的层厚度。
[0088] 图2示出了在迈克尔逊配置中的根据第三实施例的设备1。此设备1与图la中所 示的设备的差别在于被配置为微光学阵列38的光学装置。微光学阵列38包括图la中所 示的第一分束器4的功能。此外，借助于微光学阵列38,可以不同地使参考辐射5和照明辐 射6偏振。微光学阵列38将激光发射器2的激光辐射分裂成参考辐射5和照明辐射6,其 中，参考辐射5与照明辐射6相比具有明显更大的数值孔径。
[0089] 此外，在根据图2的设备中，与来自图la的设备1相比，省去了反射镜9。激光发 射器2的参考射束7在分束器13 (其被配置作为分束器反射镜)处被反射，并被指引到抛物 面反射镜10上。其以使得参考射束7以参考入射角α撞击在检测器12的检测器表面25 上的方式来反射参考射束7。
[0090] 将分束器反射镜13配置作为偏振分束器也是可行的，其根据激光辐射的偏振状 态而反射或透射激光辐射。例如，参考射束5被反射而照明辐射6由于其不同的偏振状态 被透射。
[0091] 如图2中所示，可以通过使抛物面反射镜10相对于检测器表面25略微倾斜来实 现抛物面反射镜10关于入射角α的反射特性。然而，不使抛物面反射镜10相对于检测器 表面25倾斜并使发射器芯片3与激光发射器2横向地定位以使得参考辐射5始终以不同于 零的参考入射角α撞击在检测器12上也是可行的。激光发射器2中的横向布置在该背景 下意指激光发射器2在图2中的垂直方向上的移位和/或横断图2中的图像平面的移位。
[0092] 抛物面反射镜10可以可选地具有循环偏振层(未示出），其在通过两次之后再次地 在分束器13的方向上使偏振状态旋转90°。这具有如下优点，即尽可能多的光到达检测器 12〇
[0093] 除所述差别之外，激光发射器2的激光辐射如通过参考图la中的设备1已经所述 的那样行进。对检测器2上的干涉图的评估也与来自图la的设备1类似地进行。
[0094] 分束器13在图2中定义四个光学臂，在下文中将对其进行解释以便更好地理解迈 克尔逊配置。第一光学臂被定义为照明臂39,具有激光发射器2的发射器芯片3和微光学 阵列38位于照明臂39中。在照明臂39中，照明辐射6在分束器13的方向上行进。
[0095] 作为第二光学臂，分束器13定义参考臂40,在参考臂40中，被分束器13反射的参 考辐射5在抛物面反射镜10的方向上被偏转并在分束器13的方向上从抛物面反射镜10 再次返回。抛物面反射镜10优选地位于参考臂40中。
[0096] 第三光学臂被称为对象臂41。透镜14和对象15位于其中。可选地，其它透镜或 光学元件可位于对象臂41中。在对象臂41中，照明辐射6被偏转到对象15上，并且被对 象15反射的对象辐射在分束器13的方向上被引导。
[0097] 第四光学臂是检测臂42。其被定义为从分束器13到检测器12的部分。检测臂 42包括检测器12以及例如在使用多个检测器12的情况下包括可选的其它分束器。
[0098] 优选地，在对象臂41和参考臂40中可以使用光学偏振旋转元件。在每种情况下， 在偏振的照明射束和参考射束的情况下，必须确保在检测器12之前分析器(偏振器，未示 出)使光辐射返回到能够实现干涉的公共平面上。如果未使用偏振元件(包括在微光学阵列 38中），则在对象辐射21与参考辐射5之间必须预期到增大的"串扰"（扰动影响)，其必须 以一定的代价来修正。
[0099] 图3示出了从侧面看的第一实施例中的来自图2的微光学阵列38的详细视图。微 光学阵列38原则上不仅能够位于根据图2的迈克尔逊配置中，而且可选地能够位于根据图 la的马赫-曾德配置中，在激光发射器2与设备1的其它光学器件之间（图la)。
[0100] 每个单独激光发射器2的激光辐射行进穿过微光学阵列38。作为示例，在下文中 针对激光发射器2来解释微光学阵列38的结构。用于其它激光发射器2的微光学阵列38 的结构是相同的。
[0101] 微光学阵列38具有输入端43、第一输出端44以及第二输出端45,经由其，激光福 射再次离开微光学阵列38。
[0102] 在已经经由输入端43将来自激光发射器2的激光辐射发射到微光学阵列38中之 后，其行进穿过杆状柱面透镜46,杆状柱面透镜46以如下这样的方式使激光辐射聚焦，即 使得形成具有优选地约〇. 1的数值孔径的几乎圆形的激光辐射。
[0103] 在柱面透镜46后面被定位在射束方向上的是偏振器47,其使图3中的激光辐射垂 直于纸张平面偏振。分束器48然后将激光辐射分裂成参考辐射5和照明辐射6。这样形成 的参考辐射5然后穿过环形器49,其使偏振面旋转90°，即使参考辐射5平行于图3中的 纸张平面偏振。另一方面的照明辐射6在其偏振方面不受影响。因此，参考辐射5和照明 辐射6在不同的方向上被偏振。当然，还可以使偏振状态反向，即借助于偏振器47使图3 中的激光辐射平行于纸张平面偏振，而通过环形器49使参考辐射5垂直于纸张平面偏振。
[0104] 参考辐射5且还有照明辐射6两者然后每个穿过全息图50,全息图50为参考辐射 5提供高数值孔径并为照明辐射6提供与之相比低的数值孔径。从而可以预定义一个或多 个照明条的形状。
[0105] 在通过全息图50之后，参考辐射5和照明辐射6通过输出端44或45从微光学阵 列38出现。然而，交换各光学元件的顺序原则上也是可能的。还可以提供多个全息图平面。
[0106] 图4不出了根据第二实施例的微光学阵列38。该微光学阵列38与来自图3的微 光学阵列38相比构成简化版本。其不同之处在于，分束器38 (图3)被形成为全息图50且 微光学阵列38此外仅包括环形器49和双偏振器51。
[0107] 激光发射器2的激光辐射经由输入端43进入到微光学阵列38中。在全息图50 中，激光辐射最初被分裂成参考辐射5和照明辐射6。参考辐射5在全息图50中被提供高 数值孔径，并且照明辐射6被提供与之相比低的数值孔径。类似地，可以预定义一个或多个 照明条的形状。
[0108] 在以下环形器49中，发生参考辐射5的偏振，参考辐射5在其偏振方面被旋转90 度。另一方面的照明辐射6在其偏振方面不受影响。当然，其还可以相反地发生。在随后 的双偏振器51中，参考辐射5和照明辐射6两者都被偏振。照明辐射6的偏振方向如前所 述与参考辐射5的偏振相差90度。参考辐射5和照明辐射6两者中的不期望旋转偏振部 分在双偏振器51中被共同地抑制。
[0109] 参考辐射5和照明辐射6然后在相应的输出端44、45处从微光学阵列38出现。在 这里，原则上也可以交换光学元件的顺序，或者可以将全息图50分成具有较少单独任务的 两个单独全息图。
[0110] 图5示出了根据第四实施例的根据本发明的设备1。其结构对应于来自图2的迈 克尔逊配置，其中，激光发射器2和检测器12相对于分束器13的位置已被交换。此外，分 束器13被设计为偏振分束器，即其根据偏振而透射或反射辐射。
[0111] 除先前所述的设备1之外，根据图5的设备1具有光学装置52,其包括多个光学器 件。光学装置52从透镜14 一直延伸到设备1的对象侧末端。光学器件中的一个被配置为 具有后反射器54的第二透镜53。撞击在后反射器54上的激光福射优选地90%被透射且 10%被反射。因此后反射器54连同透镜53的正面弯曲部分一起接替来自图2的抛物面反 射镜10的功能。
[0112] 位于第二透镜53的正面55上的是圆偏振器(未不出），借助于该圆偏振器使撞击 在透镜53上的参考辐射5和对象辐射21在其偏振方面被旋转90°。从而实现在被透镜 14透射之后，整个后辐射的激光辐射被透射到偏振分束器13。
[0113] 光学装置52的另一光学器件被配置为全息图50,其使激光发射器2的照明辐射6 以使得其作为照明条19撞击在对象15上的方式偏转。特别地，借助于全息图50来改变每 个激光发射器2的照明辐射6的数值孔径，使得在一方面，形成两个相互偏移的照明条19， 并且在另一方面，这些照明条19中的每一个具有近似矩形的形状。借助于也是光学装置52 的光学器件的第三透镜56,被全息图50偏转的照明辐射6被指引向反射镜57,反射镜57 使照明辐射6偏转到对象15上。
[0114] 由于与图2相比的激光发射器2和检测器12的不同位置，照明臂39和检测臂42 的位置与图2相比被交换。与来自图2的设备1相反，在根据图5的设备中，参考臂40和 对象臂41至少部分地重叠。
[0115] 在下文中将作为示例详细地解释照明辐射6 (被示为实线)和参考辐射5 (被示为 短划线）的路径。
[0116] 由激光发射器2发射的激光辐射77通过微光学阵列38并在偏振状态下再次从那 里出现，即被偏振。在微光学阵列38中不发生激光辐射77到参考辐射5和照明辐射6的 分裂(参看图3)。
[0117] 从微光学阵列38出现的激光辐射77以如下这样的方式被线性偏振，即使得偏振 分束器13将激光辐射77在对象15的方向上反射通过透镜14。透镜14将激光辐射77变 换成平面波。激光辐射77然后入射在第二透镜53上，并通过在透镜53的正面55上的圆 偏振器在其偏振面中被圆偏振。激光辐射77还入射在后反射器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过透镜 53的正面55上的环形器而再次被圆偏振，使得其偏振状态被有效地旋转90°。这意味着 激光辐射77的偏振状态由于两次穿过圆偏振器而被旋转90°。
[0118] 在后反射器53处被反射的部分形成参考辐射5并再次地撞击在第二透镜14上。 参考辐射5然后由于改变的偏振而被第二分束器13透射。在第二分束器13之后，参考辐 射5撞击在检测器12上并被其记录。
[0119] 被后反射器54透射的那部分激光辐射77形成照明辐射6。被透射部分约为激光 辐射7的90%。后反射器54因此被配置为分束器，其将激光辐射77分裂成参考辐射5和照 明辐射6。
[0120] 照明辐射6借助于第二透镜53被聚焦到全息图50上。全息图50将照明辐射6 分裂成两个射束捆64,它们被第三透镜56和反射镜57作为两个照明条19偏转到对象15 上。
[0121] 在下文中将参考对象点24来解释作为对象辐射21被反射的照明辐射6的路径。 从对象点24被反射--并通过前面的环形器而被圆偏振--的对象辐射21 (被示为点划 线)撞击在反射镜57上。这使对象辐射21偏转到第三透镜56上，第三透镜56将对象辐射 21变换成平面波。对象辐射21然后撞击在第二透镜53上并从而撞击到位于正面的环形器 上，该环形器现在类似于参考辐射地根据偏振分束器13的通过方向而使对象辐射21偏振。 第二透镜53将对象辐射21映射到透镜14上，透镜14将其投射到第二分束器13上。分束 器13由于相应的偏振而透射对象辐射21，使得对象辐射21撞击在检测器12上。检测器 12记录对象辐射21。
[0122] 在检测器12处，参考辐射5和对象辐射21如针对图la所述的那样相干涉。与来 自图la的设备1类似地执行对由此产生的干涉图的评估。可以在对检测器12的检测器表 面25上的对象辐射21的评估中借助于入射角γ和差角δ (图la)来确定被对象15反射 的对象辐射6源自于的照明条19。
[0123] 图6中所示的根据第五实施例的设备1由于第二检测器58和附加分束器59而不 同于图5中所示的设备1，附加分束器59使激光辐射偏转到第二检测器58上。根据图6的 设备1具有两个发射器芯片3,其中图6中的前发射器芯片3覆盖后发射器芯片。位于图6 中的前发射器芯片3上的发射器芯片2的激光辐射撞击在检测器12上。位于图6中的后 发射器芯片上的激光发射器的激光辐射撞击在第二检测器58上。
[0124] 每个发射器芯片3的激光发射器2形成波长组，其中可以为每个波长组分配中心 波长。通过在由发射器芯片3的激光发射器2发射的激光辐射的不同波长上形成平均值来 确定中心波长。
[0125] 附加分束器59根据中心波长而将入射在其上面的激光发射器2的激光辐射分裂。 附加分束器59的该波长相关性是被选择为使得其透射具有第一中心波长的、由图6中的前 发射器芯片3的激光发射器2发射的激光辐射。另一方面，未示出的后发射器芯片的激光发 射器的激光辐射在具有第二中心波长的情况下在附加分束器59处被反射到检测器58上。
[0126] 通过使用两个发射器芯片3,激光辐射77相对于图6中的纸张平面略微倾斜地撞 击在分束器13和设备1的其它光学器件上。
[0127] 然而，当被投射到图6中的纸张表面上时，激光辐射77在照明臂39、参考臂40以 及对象臂41的区域中的路径与图5中所示的路径一致。如上所述，由于附加分束器59,仅 在检测臂42中获得射束路径中的差异。
[0128] 图7示出了根据第六实施例的根据本发明的设备1，其被配置为内孔扫描仪。其可 以用来研究内部，特别是钻孔62的内部或钻孔62的内壁61。为此，设备1具有两个分束器 63〇
[0129] 类似于来自图5的设备1，全息图50产生两个射束捆64,不同于来自图5的设备 1，它们借助于分束器63在两个相反方向上被偏转到钻孔62的内壁61上。
[0130] 为了在钻孔62的整个圆周上研究钻孔62,设备1的光学装置52被至少部分地引 入到钻孔62中。光学装置52不需要位于钻孔62的中心处。可以通过撞击在钻孔62的内 壁61的相互相对的区域上的两个照明条19来补偿可能的定心误差。光学装置52或设备 1在钻孔62的内部旋转，使得能够在钻孔62的整个圆周上研究钻孔62。
[0131] 根据图7，除根据图5的部件之外，设备1的光学装置52还包括两个分束器63。根 图7的光学装置52被配置为使得其能够被插入具有例如11mm至300mm的直径的钻孔62 中。
[0132] 图8示出了根据第七实施例的根据本发明的设备1，其基于迈克尔逊配置的原理 (图2)。与根据图5的设备1相比，在微光学阵列38中集成了全息图，借助于该全息图形成 两个射束捆64,它们作为照明条19入射在对象上。射束捆64经由透镜14、53、56和反射镜 57被偏转到对象15上。
[0133] 此外，与图5中所示的设备相反，设备1的微光学阵列38将激光发射器2的激光 辐射分裂成参考辐射5和照明辐射6。
[0134] 此外，没有后反射器65(参考图5)被集成到透镜53中，而是使用抛物面反射镜10 以便使参考辐射5从激光发射器2偏转到检测器12。从微光学阵列38出现的参考辐射5 在抛物面反射镜10处被反射，并且然后在第二分束器13处以如下方式被反射，即使得其撞 击在分析器(偏振器）65上并且然后撞击在检测器12上。抛物面反射镜10被配置为使得 参考辐射5根据激光发射器2在发射器芯片3上的位置以某个参考入射角α撞击在检测 器12上(参考图la)。
[0135] 参考辐射5和照明辐射6以不同的偏振状态离开微光学阵列38。第二分束器13 被配置为偏振敏感分束器，使得其透射具有第一偏振的参考辐射5并反射具有第二偏振的 照明辐射6。当然，这相反地也是可行的。
[0136] 第二透镜53在其正面55上具有环形器(未示出），其使照明辐射6和之后的被对 象15反射的对象辐射21 (参考图5)旋转总共90°，使得其在检测器12的方向上被第二 分束器13透射并入射在检测器12上。
[0137] 分析器(偏振器)65确保能够从对象射束21和参考射束5通过相同的偏振面形成 干涉图。
[0138] 图9示出了根据第八实施例的根据本发明的设备1，其由于用以测量位于对象15 上的层75的厚度的测量单元31而不同于根据图8的实施例。测量单元31包括白光点传 感器66,其根据干涉测量法的已知原理进行工作。
[0139] 白光点传感器66包括宽光谱点光源作为光源67,其优选地具有10 nm至100 nm 的光谱宽度。光源67围绕着优选1300 nm的中心波长进行发射，该中心波长非�：玫卮┩� 散射介质(例如组织)。例如用光束68不出了光源67的光福射。
[0140] 白光点传感器66的一部分进一步地是第二检测器58,其检测光源67的光福射。 为了使光辐射偏转到此第二检测器58,设备1具有附加分束器59,其根据波长而反射或透 射辐射。
[0141] 针对基于干涉测量的方法的层厚度测量，设备1还具有第二参考臂69和第二对象 臂70。第二参考臂69被定义为位于设备1的光学装置52中的参考反射镜71与第三透镜 56中的半透射反射镜72之间的距离的两倍。第二对象臂70被定义为半透射反射镜72与 对象15的对象点24之间的距离。除0· 1mm至例如3mm的最大值的路径差之外，假如设备 1位于与对象15的相应距离处，参考臂69和对象臂70当然不是完全相同的。
[0142] 在下文中解释白光点传感器66的光路。针对其功能，根据现有技术已知：借助于 可调谐波长，可以借助于检测器58处的频率测量来获得层厚度信息。出于此目的，对象臂 70与参考臂69之间的路程差必须不同于零。
[0143] 白光点传感器66的光源67发射光束68,光束68借助于分束器13被偏转、通过透 镜14和第二透镜53、经过参考反射镜71到半透射反射镜72上。半透射反射镜72将光束 68分裂成被反射的参考射束73和被透射的照明射束74。
[0144] 在半透射反射镜72处被反射的参考射束73撞击在参考反射镜71上，被从其反射 到半透射反射镜72上，并且再次地在第二分束器13的方向上被反射。将参考反射镜71配 置为全息图也是可行的，其将参考射束73反射到对白光点传感器66的波长敏感的半透射 反射镜72上。
[0145] 被半透射反射镜72透射的照明射束74经由反射镜57被偏转到对象15上。照明 射束74穿过位于对象15上的层75并特别地撞击在对象15的对象点24上。与图8中在 对象15处被反射的对象辐射21类似地实现在对象点24处被作为对象射束(未示出）反射 的照明射束74的路径。然而，根据设备1的第八实施例的对象射束由于其波长而被附加分 束器59反射并被偏转到检测器58上。
[0146] 借助于由激光发射器2发射的参考辐射5和照明辐射6 (参考图8)，类似于来自 图8的设备1，设备1能够检测层75的表面76。测量单元31另外使得能够扫描层75下面 的对象15。由于能够确定表面76以及层75下面的对象15这两者，所以可以借助于处理装 置30来计算层75的层厚度。
[0147] 图5至9中所示的设备1的实施例可以被用作例如用于牙齿或整个下颌的三维检 测的牙齿扫描仪。出于此目的，光学装置52优选地具有至多20 _、优选地至多10 _的直 径。光学装置52具有至多150 _、优选地至多100 mm的长度。光学装置52的长度被定义 为透镜14与设备1的对象侧末端之间的距离。
【权利要求】
1. 一种用于检测对象（15)的3D结构的设备，包括： -第一激光发射器（2a)，其产生具有第一波长的激光辐射， -第二激光发射器（2b)，其产生具有第二波长的激光福射， 其中，第一波长不同于第二波长， -光学器件（4、9、10、13、14、38、50、53、56)，其中的至少一个是分束器（4、48、50、54)， 所述分束器在每种情况下将激光发射器（2、2a、2b)的激光辐射分裂成参考辐射（5)和照明 辐射（6)，其中，照明辐射（6)撞击在要测量的对象（15)上，被对象（15)作为对象辐射（21) 反射并与参考辐射（5)相干涉，以及 -检测器（12)，其记录从其那里形成的干涉图， 其特征在于， 激光发射器（2、2a、2b)被定位为使得第一激光发射器（2a)的照明福射（6)和第二激光 发射器（2b)的照明辐射（6)以不同的入射角（β )撞击在对象（15)上，以及 所述设备（1)包括测量装置（27)，该测量装置测量激光发射器（2、2a、2b)的激光辐射 的两个波长，并影响对干涉图的记录。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述测量装置（27)测量激光发射器（2、 2a、2b)的激光辐射的波长的时间特性，其中，控制装置（28)在基本上恒定的波长的情况下 对检测器（12 )进行致动，并触发对干涉图的记录。
3. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备（1)包括调节装置（29)，所述调 节装置根据所述测量装置（27)的测量结果以使得发射的激光辐射的波长基本上恒定的方 式来调节所述激光发射器（2、2a、2b )。
4. 根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述测量装置被配置为法布里珀罗干 涉仪（27)。
5. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，第一激光发射器（2a)和第二激光发射器 (2b)相互间隔开地位于公共发射器芯片（3)上。
6. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学器件（4、9、10、13、54)中的至少 一个被配置成以如下这样的方式反射参考辐射（5)，即使得各激光发射器（2)的参考辐射 (5)以不同的参考入射角（α )入射在检测器（12)上。
7. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学器件中的至少一个是全息图 (50)，所述全息图将照明辐射（5)偏振为使得其作为一个或多个照明条（19)撞击在对象 (15)上。
8. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，微光学阵列（38)构成所述分束器（48、 50)，其将所述激光发射器（2、2a、2b)的激光辐射分裂成参考辐射（5)和照明辐射（6)，并为 这两组辐射（5、6 )供应不同的辐射剖面。
9. 根据权利要去8所述的设备，其特征在于，所述微光学阵列（38)包括至少一个偏振 器（47、51)以便使照明辐射（6)偏振。
10. 根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述微光学阵列（38)包括至少一个偏振 器（47、51)，以便使所述激光发射器（2、2a、2b)的参考辐射（5)偏振。
11. 根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述微光学阵列（38)包括至少一个全息 图（50)。
12. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学器件中的至少一个被配置为色 散透镜（14、53、56)或被配置为色散反射镜（10)。
13. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备（1)包括两个发射器芯片（3)和 两个检测器（12、58)，其中，位于一个发射器芯片（3)上的所述激光发射器（2、2a、2b)的激 光福射撞击在一个检测器（12)上且位于另一发射器芯片（3)上的所述激光发射器（2、2a、 2b)的激光福射撞击在另一检测器（58)上。
14. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备（1)包括用于测量位于所述对 象（15)上的层（75)的厚度的测量单元（31)。
15. 根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述测量单元（31)包括白光点传感器 (66)，所述白光点传感器根据频率扫描干涉测量法的原理进行工作。
16. 根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述测量单元（31)被配置成基于椭圆 对称法原理来确定位于所述对象（15)上的所述层（75)的厚度。
17. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备（1)包括具有多个光学器件 (50、53、56、57、63)的光学装置（52)，其中，所述光学装置（52)被配置为使得能够将其插入 患者的口腔内区域中或钻孔（62)中。
【文档编号】G01B11/00GK104121851SQ201410170082
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】发明人姓名不公开 申请人:沃柯有限公司
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