專利名稱：根據(jù)共焦顯微術(shù)的基本原理的測(cè)量設(shè)備以及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的按照共焦顯微 術(shù)的基本原理的測(cè)量設(shè)備以及一種根據(jù)權(quán)利要求14的前序部分所述的 相應(yīng)方法。這種測(cè)量設(shè)備被用于測(cè)量對(duì)象并且在此不僅允許測(cè)量沿著軸的點(diǎn) (二維測(cè)量)而且允許測(cè)量環(huán)繞軸布置的面(三維測(cè)量)。因此，這 種設(shè)備適于點(diǎn)傳感器也適于面?zhèn)鞲衅鳌１景l(fā)明尤其是涉及以高精度在口腔內(nèi)徒手對(duì)未涂層的牙齒進(jìn)行測(cè)量。
背景技術(shù)：
共焦3D測(cè)量的基本原理是公知的。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，目標(biāo)點(diǎn)的高度 的確定通過以下方式實(shí)現(xiàn)，即為光闌裝置的試驗(yàn)板的每個(gè)點(diǎn)確定，在 對(duì)象相對(duì)于成像光學(xué)系統(tǒng)或相對(duì)于整個(gè)測(cè)量裝置的哪個(gè)位置出現(xiàn)從后 面穿過試驗(yàn)板的最大光量。為此，在對(duì)象相對(duì)于成像光學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)(或 者光學(xué)元件在測(cè)量設(shè)備中運(yùn)動(dòng))期間，為每個(gè)高度分辨級(jí)記錄單個(gè)圖 像并且為每個(gè)像點(diǎn)從圖序中確定其中強(qiáng)度最大的圖像。由單個(gè)圖像在圖序內(nèi)的位置的知識(shí)能確定對(duì)象的高度簡(jiǎn)檔 (Profil)。但是，在此必須記錄由數(shù)十幅至數(shù)百幅圖像構(gòu)成的典型 的圖序，以致測(cè)量過程在使用常用的曝光(Aufnahme)技術(shù)的情況下 必須持續(xù)數(shù)秒或者還持續(xù)更長(zhǎng)。將整個(gè)曝光縮短到為完成口腔內(nèi)的牙 科顯<象(Dentalaufnahme)而被視為可接受的約0. 2s的周期要求使 用極為復(fù)雜的視頻技術(shù)和數(shù)據(jù)分析或者要求放棄三維中的至少一維的 精度。此外，也對(duì)用于產(chǎn)生對(duì)象與成像光學(xué)系統(tǒng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力 學(xué)提出高要求。W0 00/08415 Al公開了一種方法和一種設(shè)備，其中通過成像光學(xué) 系統(tǒng)將點(diǎn)圖案投影到 一個(gè)或者多個(gè)能移動(dòng)的焦平面上。通過使用不同 的光分量能實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程的加速。
在現(xiàn)有技術(shù)中公知，通過嵌入由具有另一光學(xué)密度的介質(zhì)構(gòu)成的 元件產(chǎn)生對(duì)象與膝光光學(xué)系統(tǒng)之間的距離的快速變化，該曝光光學(xué)系 統(tǒng)具有變化的厚度并且運(yùn)動(dòng)，以致有效的厚度在時(shí)間過程中變化。此 處，玻璃例如可以考慮作為介質(zhì)。此外，公知了將3D測(cè)量技術(shù)用在測(cè)量牙齒的口腔內(nèi)窺鏡 (Intraoralkamera )中，該口腔內(nèi)窺鏡才艮據(jù)相移三角測(cè)量法(Phase -Shift-Triangulation)的原理工作。此處不利的是，為了改進(jìn)被 散射回的輻射必需對(duì)牙齒進(jìn)行涂層。此外，對(duì)于常用的3D測(cè)量方法，采用點(diǎn)傳感器或者線傳感器是公 知的，其中為了測(cè)量3D對(duì)象而使對(duì)象相對(duì)于傳感器移動(dòng)，這經(jīng)常被稱 為掃描。此外還公知三角測(cè)量方法，該三角測(cè)量方法利用閃光燈執(zhí)行唯一 的啄光?？墒?，根據(jù)這種方法進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量精度低，因?yàn)楸仨氁淮?曝光整個(gè)深度范圍。因此，本發(fā)明的任務(wù)是說明一種方法和一種測(cè)量設(shè)備，該方法能 夠?qū)崿F(xiàn)快速且還精確地在口腔內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。發(fā)明內(nèi)容通過調(diào)制光的特性，例如通過調(diào)制照明的強(qiáng)度或者顏色來代替每 個(gè)高度分辨級(jí) 一 個(gè)圖像的圖像檢測(cè)，該調(diào)制導(dǎo)致圖像檢測(cè)器 (Bildempfaenger )上的相應(yīng)被調(diào)制的信號(hào)并且因此導(dǎo)致測(cè)量值。用于共焦測(cè)量對(duì)象的測(cè)量設(shè)備包括光源、用于將由光源發(fā)射的光 聚焦到要測(cè)量的對(duì)象上的成像光學(xué)系統(tǒng)，此外還包括對(duì)于將在對(duì)象上 被散射回且穿過同樣的成像光學(xué)系統(tǒng)的、目標(biāo)點(diǎn)的光的圖像檢測(cè)器。 此外還設(shè)置有用于改變光闌裝置與對(duì)象之間的光路中的光學(xué)路程長(zhǎng)度 的裝置，其中像平面的光學(xué)距離能以預(yù)定的方式變化；并且此外設(shè)置 裝置，以便在曝光的曝光周期期間使由光源發(fā)射到對(duì)象上的光和/或由 對(duì)象反射的并且射到傳感器上的光在至少一個(gè)特性方面受到影響，其 中在啄光周期期間給出被預(yù)定為簡(jiǎn)檔的、光特性與像平面距成像光學(xué) 系統(tǒng)的光學(xué)距離之間的相互關(guān)系；并且此外還設(shè)置裝置，該裝置針對(duì) 曝光周期提供與觀察光路的光特性相關(guān)的測(cè)量值，其中根據(jù)曝光周期 的測(cè)量值和預(yù)定的比較值能重建對(duì)象的高度坐標(biāo)。
不必要對(duì)牙齒進(jìn)行涂層，因?yàn)榛诮裹c(diǎn)的分析即使在復(fù)雜的幾何 形狀的情況下也能充分分析強(qiáng)度值。有利地，從光強(qiáng)和波長(zhǎng)或光譜中選出受影響的光特性。利用CCD 傳感器或者利用CMOS傳感器能亳不困難地檢測(cè)到這些特性。有利地，為了影響發(fā)射到對(duì)象上的光的光強(qiáng)而設(shè)置有光源調(diào)節(jié) 器。此處能考慮調(diào)節(jié)能量供應(yīng)，例如通過改變電壓和/或電流強(qiáng)度來調(diào) 節(jié)能量供應(yīng)。能亳不困難地且高精度地利用數(shù)字圖像傳感器來測(cè)量和 分析光強(qiáng)。有利地，存在用于檢測(cè)發(fā)射到對(duì)象上的光的特性的傳感器。因此， 能確定所發(fā)射的光的質(zhì)量并且補(bǔ)償如由磨損、溫度波動(dòng)、電流波動(dòng)或 者電壓波動(dòng)引起的偏差。傳感器尤其是光源的組成部分，并且借助傳感器的輸出信號(hào)能根 據(jù)預(yù)定的光特性的簡(jiǎn)檔實(shí)現(xiàn)對(duì)光源的電流和/或電源電壓的控制和/或 調(diào)節(jié)。雖然在用于保持功率恒定的作為監(jiān)控二極管的激光二極管中原 則上公知這種傳感器，可是這種傳感器此處被用于新的目的。有利地，對(duì)象所反射的光通過用于影響光特性的裝置在射到傳感 器上之前被改變。這能夠?qū)崿F(xiàn)以均勻的高光強(qiáng)來照明對(duì)象，這提供了 良好的信噪比。有利地，用于影響光特性的裝置具有可變的透明度。由此能以簡(jiǎn) 單的方式改變射到傳感器上的光強(qiáng)。特別有利地，改進(jìn)方案是作為L(zhǎng)CD屏的、具有可變的透明度的裝 置。在LCD屏中，通過施加各種電壓能簡(jiǎn)單地控制透明度。這種LCD 屏在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，例如在US 4, 837, 732中公知。可替換地，具有可變的透明度的裝置可被構(gòu)造成兩個(gè)彼此能移動(dòng) 的偏振濾光鏡的形式。這種偏振濾光鏡能廉價(jià)地制造，并且透明度的 控制是容易的，因?yàn)槠駷V光鏡彼此的位置與由此得到的透明度之間 的相互關(guān)系是固定的。另一有利的替換方案涉及以下裝置，該裝置改變由光源發(fā)射到對(duì) 象上的光的色譜或者由對(duì)象反射且射到傳感器上的光的色譜。因此能 保持照明強(qiáng)度恒定，由此實(shí)現(xiàn)更大的信號(hào)高度并且由此實(shí)現(xiàn)更好的信 噪比。在測(cè)量設(shè)備的有利的改進(jìn)方案中，設(shè)置有用于分析所曝光的圖像 數(shù)據(jù)并用于產(chǎn)生測(cè)量數(shù)據(jù)的分析裝置，而且此外設(shè)置有存儲(chǔ)裝置，該 存儲(chǔ)裝置存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)和/或測(cè)量數(shù)據(jù)。因此能立刻分析和存檔測(cè)量結(jié)果。如果檢驗(yàn)數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中并且如果分析裝置具有比較裝 置，則這是特別有利的，以便借助檢驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生和存儲(chǔ)校正數(shù)據(jù)并且 將存放在存儲(chǔ)裝置中的校正數(shù)據(jù)應(yīng)用于測(cè)量數(shù)據(jù)。這用于校準(zhǔn)光特性 和校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)。為了進(jìn)行校準(zhǔn)，能測(cè)量具有精確限定的特性的試樣 并且從這樣獲得的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出并且存儲(chǔ)校正數(shù)據(jù)。這提高了測(cè)量精 確度，并且由老化引起的變化能補(bǔ)償光特性的變化和/或圖像傳感器的 靈敏度。有利地，對(duì)象對(duì)圖像的影響通過比較值來消除，該比較值通過曝 光參考圖像來獲得并且將該比較值與測(cè)量值進(jìn)行比較。為此，存在用 于按照具有第二曝光時(shí)間和針對(duì)光特性與距離之間的關(guān)系的第二簡(jiǎn)檔 的第二曝光確定比較值的裝置。參考圖像對(duì)對(duì)象的單獨(dú)特性進(jìn)行成像，這些特性例如表面的不同 反射性或者通過由對(duì)象上的突出部而部分遮蓋照明構(gòu)成陰影或者半陰 影，這些特性與測(cè)量數(shù)據(jù)疊加。有利的是，產(chǎn)生具有保持恒定的光特 性的參考圖像，其中為了進(jìn)行如在測(cè)量曝光中那樣的曝光而改變像平 面的光學(xué)距離。這樣擴(kuò)展的像平面那樣的共焦測(cè)量具有以下優(yōu)點(diǎn)，即對(duì)于整個(gè)深 度范圍不再必須為每個(gè)高度分辨級(jí)完成曝光，而是只須產(chǎn)生兩個(gè)曝 光，由這兩個(gè)曝光能完成高度坐標(biāo)并且因此能完成高度圖像。如果用于改變光學(xué)路程長(zhǎng)度的裝置對(duì)于第一和第二曝光能穿過不 同的方向，則這是特別有利的。第一曝光與第二爆光之間的延遲以這 種方式被最小化。本發(fā)明的另 一主題涉及一種用于共焦測(cè)量對(duì)象的方法，其中由光 源發(fā)射光，并且該光經(jīng)過成像光學(xué)系統(tǒng)被聚焦到要測(cè)量的對(duì)象上，以 及其中此外利用圖像檢測(cè)器檢測(cè)在對(duì)象上散射回并且穿過同樣的成像 光學(xué)系統(tǒng)的、目標(biāo)點(diǎn)的光。像平面距成像光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)距離在曝光 周期期間以預(yù)定的方式變化，并且在膝光的曝光周期期間使由光源發(fā) 射到對(duì)象上的光和/或由對(duì)象反射并且射到傳感器上的光在至少一個(gè) 特性方面受到影響，其中在膝光周期期間，被預(yù)定為簡(jiǎn)檔的、光特性
與像平面距成像光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)距離之間的相互關(guān)系被建立。此外， 與觀察光路的光的特性相關(guān)的測(cè)量值被確定，并且由爆光周期的測(cè)量 值與預(yù)定的比較值的比較重建對(duì)象的高度坐標(biāo)。有利地，比較值按照具有第二膝光時(shí)間以及針對(duì)光特性和距離的 第二簡(jiǎn)檔的第二曝光來確定。根據(jù)有利的擴(kuò)展方案，光特性在確定比較值時(shí)比在完成測(cè)量曝光 時(shí)經(jīng)受更小的變化。如果光特性在確定比較值時(shí)保持恒定，則這是特別有利的。于是， 為了檢測(cè)對(duì)象，在不改變射到對(duì)象上的光強(qiáng)的情況下實(shí)現(xiàn)曝光，并且 接著隨著改變射到對(duì)象上的光強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)爆光。如果在兩個(gè)曝光中光學(xué)路徑以相同方式在該時(shí)間上變化，則這具 有以下優(yōu)點(diǎn)，即能處理比較值和測(cè)量值而不用其它校正措施。因此， 根據(jù)這兩次曝光，由強(qiáng)度關(guān)系像素精確地計(jì)算高度圖像。有利地，在測(cè)量對(duì)象之前或者之后在通道中產(chǎn)生第二曝光。這能 夠?qū)崿F(xiàn)在通道期間產(chǎn)生能被分析的圖像數(shù)據(jù)組。有利地，光特性利用傳感器來檢測(cè)，并且光的輸出信號(hào)被用于調(diào) 節(jié)光特性的變化。因此，特別高的重復(fù)精度是可能的。有利地，簡(jiǎn)檔在校準(zhǔn)范圍中與變化的環(huán)境條件相匹配。因此，能 消除磨損出現(xiàn)，例如消除照明強(qiáng)度的減低或者消除所采用的光源的特 性曲線的變化，并且即使在更長(zhǎng)地采用光源的情況下也保證準(zhǔn)確的分 析。此外，借助校準(zhǔn)能確定光學(xué)系統(tǒng)的不準(zhǔn)確性并且產(chǎn)生校正數(shù)據(jù)， 這些校正數(shù)據(jù)被應(yīng)用于測(cè)量數(shù)據(jù)。由此，提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。


參照附圖闡述根據(jù)本發(fā)明的方法。其中 圖1示出根據(jù)共焦顯微術(shù)的基本原理的測(cè)量設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)； 圖2示出了照明根據(jù)曝光時(shí)間或焦點(diǎn)距成像光學(xué)系統(tǒng)的距離的時(shí) 間變化過程，圖3示出了針對(duì)三個(gè)不同的目標(biāo)點(diǎn)的用恒定照明的焦點(diǎn)在整個(gè)測(cè) 量范圍上變化時(shí)的強(qiáng)度的時(shí)間變化過程，圖4示出了在利用可變的照明進(jìn)行聚焦時(shí)的強(qiáng)度的時(shí)間變化過程，圖5示出了用于圖3、 4的測(cè)量的理想對(duì)象，圖6示出了用于圖3、 4的測(cè)量的常用對(duì)象，圖7示出了監(jiān)控和/或調(diào)節(jié)光特性的原理圖，以及圖8示出了校準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備時(shí)的 一體化的測(cè)量設(shè)備的原理草圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)圖1的共焦測(cè)量裝置例如包括尼普科夫(Nipkow)圓盤或者 微型透鏡陣列、分束器、成像光學(xué)系統(tǒng)和用于改變光學(xué)路程長(zhǎng)度的裝置。在圖1中示出根據(jù)共焦顯微術(shù)的基本原理的測(cè)量設(shè)備的基本結(jié) 構(gòu)。測(cè)量設(shè)備包括光源l，該光源l通常發(fā)射單色光或者白色光。通過光學(xué)系統(tǒng)2，光源1以適當(dāng)?shù)姆绞奖怀上竦焦怅@裝置3上。光 闌裝置3可被構(gòu)造為試驗(yàn)板，微型透鏡的裝置也可被用于更先進(jìn)的用 途中。該裝置必要時(shí)為了整個(gè)面積地掃描對(duì)象6也能快速運(yùn)動(dòng)，其中 對(duì)于每個(gè)位置都必需爆光。借助大多以遠(yuǎn)程計(jì)算中心的方式(telezentrisch )來構(gòu)造的成傳_ 光學(xué)系統(tǒng)4，從光闌裝置3射出的光5被成像到要測(cè)量的對(duì)象6上。成 像光學(xué)系統(tǒng)4的光學(xué)距離相對(duì)于對(duì)象6變化，以致要測(cè)量的對(duì)象6的 不同等高線位于成像光學(xué)系統(tǒng)4的像平面中。要測(cè)量的對(duì)象6上的在 該路徑上產(chǎn)生的光點(diǎn)被該對(duì)象散射回(或反射)并且沿與光5相反的 方向穿過光闌裝置3作為觀察光路7。散射回的光量對(duì)于對(duì)象6的目標(biāo)點(diǎn)6'始終達(dá)到最大，該目標(biāo)點(diǎn)正 好位于成像光學(xué)系統(tǒng)4的像平面中。在這種情況下，光強(qiáng)明顯強(qiáng)于光 在像平面外散射回時(shí)的光強(qiáng)。觀察光路7的從光闌裝置3后面穿透的光借助分束器8和接收器 光學(xué)系統(tǒng)9被成像到圖像檢測(cè)器10上，借助該圖像檢測(cè)器10獲得電 子信號(hào)，該電子信號(hào)被輸送給計(jì)算器，用于進(jìn)行分析。成像光學(xué)系統(tǒng)4與對(duì)象6之間的光學(xué)距離的變化通過用于改變光 學(xué)路程長(zhǎng)度11的裝置來實(shí)現(xiàn)。必需的是，在該元件的運(yùn)動(dòng)與對(duì)象空間中的清晰的范圍之間存在 線性關(guān)系，還必需的是，對(duì)象中的某條等高線同時(shí)清晰地被成像，因 為通過相應(yīng)的校準(zhǔn)方法能校正這種特性。 作為用于改變一方面為光闌裝置3與另一方面為對(duì)象6之間的光 路中的光學(xué)路程長(zhǎng)度的裝置ll的這種元件的優(yōu)選裝置能由兩個(gè)玻璃楔 構(gòu)成，這兩個(gè)玻璃楔相對(duì)移動(dòng)，以致結(jié)果形成厚度可變的玻璃板。也能通過折疊的光路和能移動(dòng)的反射器改變有效的路程長(zhǎng)度。有 利地，反射器的驅(qū)動(dòng)能通過類似于揚(yáng)聲器中的活動(dòng)線圏來實(shí)現(xiàn)。此外，用于影響照明的裝置位于測(cè)量設(shè)備中。對(duì)此設(shè)置有控制裝 置12，該控制器裝置12與光源1共同作用?？刂蒲b置12例如能由傳 感器和控制電子裝置組成，該控制裝置12調(diào)節(jié)照明源的電流。裝在控 制裝置12中的傳感器為此測(cè)量當(dāng)前的照明強(qiáng)度和/或當(dāng)前光的顏色并 且將所測(cè)量的值轉(zhuǎn)交給控制電子裝置。該控制電子裝置將實(shí)際值與期 望值進(jìn)行比較，該期望值例如被存放在簡(jiǎn)檔中并且以用于進(jìn)行照明的 饋給電壓和/或供電的差為基礎(chǔ)來重新調(diào)節(jié)?？商鎿Q地或者補(bǔ)充地，也能在對(duì)象6與圖像檢測(cè)器10之間的光路 中設(shè)置LCD屏13，該LCD屏13能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)間上可變地衰減射到圖像 檢測(cè)器IO上的光強(qiáng)。在圖2中示出了照明根據(jù)曝光時(shí)間t或焦點(diǎn)距成像光學(xué)系統(tǒng)的距 離z的時(shí)間變化過程。所穿過的曲線L對(duì)應(yīng)于在整個(gè)曝光周期tw期間 的恒定的照明，曲線L對(duì)應(yīng)于光強(qiáng)在啄光周期tm期間的線性變化。在圖3中示出了針對(duì)三個(gè)不同的目標(biāo)點(diǎn)的用恒定的照明焦點(diǎn)在整 個(gè)測(cè)量范圍上變化時(shí)的圖像檢測(cè)器上的強(qiáng)度的時(shí)間變化過程L。對(duì)于 第一目標(biāo)點(diǎn)，在時(shí)刻ltm，在理想對(duì)象的情況下得到強(qiáng)度值I， 在時(shí)刻t2 = 0. 5tm和t3 = 0. 9tm示出的位于不同距離的其它目標(biāo)點(diǎn)上也 達(dá)到了該強(qiáng)度值。圖3中被測(cè)量的對(duì)象幾乎不具有不均勻性，以致僅僅移動(dòng)曲線變 化，可是具有同樣的積分值?？墒?，在實(shí)踐中，強(qiáng)度值取決于對(duì)象幾何形狀或某種反射特性或 者測(cè)量系統(tǒng)中的不準(zhǔn)確性，以致在實(shí)際測(cè)量時(shí)，三條曲線變化實(shí)際上 不同地被顯示?？墒?，通過對(duì)于兩次曝光以相同的特別特性為出發(fā)點(diǎn)， 特性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響能被校正。在圖4中，又從根據(jù)圖3的測(cè)量的理想對(duì)象出發(fā)，示出在用可變 照明L聚焦時(shí)強(qiáng)度的時(shí)間變化過程。由于在曝光周期"期間不同的照明強(qiáng)度，所以三條曲線L、 L、 L具有不同的變化，以致在時(shí)刻t" t2和t3的積分值S" S" S3彼此不同。在本情況下，對(duì)于t!〈t《t3，積分值也是S《S《S3。利用數(shù)值，對(duì)于曲線L得到為1. 595的積分值Si，對(duì)于曲線L得到為2. 658的積 分值S2并且對(duì)于曲線L得到為3.721的積分值S3。該總和是在傳感器 上積分的測(cè)量信號(hào)I，根據(jù)該測(cè)量信號(hào)確定對(duì)象距離z。為了檢測(cè)對(duì)象，通過調(diào)節(jié)電流，在不用調(diào)制例如光源的強(qiáng)度的情 況下執(zhí)行第一曝光，并且接著執(zhí)行帶有調(diào)制的曝光。在這兩次膝光中， 光學(xué)路徑在時(shí)間t上以相同的方式變化。高度圖像根據(jù)曝光的強(qiáng)度關(guān) 系像素精確地被計(jì)算。但是，信號(hào)的強(qiáng)度I除了取決于聚焦外也取決于對(duì)象本身，因此 取決于表面特性、材料、光軸的法線等(對(duì)此參看圖5和6)。為了消除來自僅應(yīng)通過對(duì)象高度來確定的測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度調(diào)制， 在曝光周期tB2期間執(zhí)行參考測(cè)量。在該參考測(cè)量中，以與在前面或者 后面的高度測(cè)量中相同的方式和方法改變焦點(diǎn)，但是其中保持照明恒 定。以這種方式保證僅僅測(cè)量由對(duì)象6引起的強(qiáng)度調(diào)制。通過用參考膝光逐個(gè)像素地分開測(cè)量啄光產(chǎn)生只包含共焦測(cè)量的 高度信息的曝光。為了準(zhǔn)確地分析，必須已知照明與在曝光周期t^上進(jìn)行測(cè)量期間 的時(shí)間的關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，有多種可能性可供使用。在校準(zhǔn)時(shí)，對(duì)照明(例如發(fā)射到對(duì)象上的光)與時(shí)間t的關(guān)系進(jìn) 行測(cè)量。于是，該關(guān)系必須在測(cè)量時(shí)始終與在校準(zhǔn)時(shí)相等。于是，精 度對(duì)應(yīng)于重復(fù)精度。在例如用發(fā)光二極管在高度測(cè)量期間測(cè)量照明時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的光特性 的變化不僅僅是基本的，而且對(duì)于實(shí)際的啄光情況是已知的。兩次直 接相繼完成的曝光之間的重復(fù)精度在此確定精度。此外，在例如利用發(fā)光二極管作為監(jiān)控二極管(類似于在激光二 極管組件中的那樣)在高度測(cè)量期間調(diào)節(jié)照明時(shí)，還可以調(diào)整、監(jiān)控 和重新調(diào)節(jié)所希望的簡(jiǎn)檔。用于完成參考曝光的曝光周期tB2與用于完成測(cè)量曝光的啄光周期tM—樣大，因?yàn)橐耘c在測(cè)量曝光中相同的方式改變聚焦。這種調(diào)節(jié)在圖7中被示出。此外，在其中有為進(jìn)行照明而設(shè)置的 激光二極管16的二極管模塊15中，還布置監(jiān)控二極管17，以致由激
光二極管16發(fā)射的光的一部分落在監(jiān)控二極管17上。監(jiān)控二極管17 的輸出功率取決于由激光二極管16發(fā)射且入射到監(jiān)控二極管中的光的 強(qiáng)度。借助功率表18產(chǎn)生與輸出功率相關(guān)的電壓。該電壓由模數(shù)轉(zhuǎn)換器 19轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)能在微處理器20中被處理。該微處理 器20能將實(shí)際值與期望值進(jìn)行比較，該期望值或者被存儲(chǔ)在微處理器 20本身中或者通過接口 21由另一設(shè)備(例如計(jì)算機(jī)22)來饋入。因此，微處理器20產(chǎn)生控制信號(hào)，利用該控制信號(hào)，通過數(shù)模轉(zhuǎn) 換器23經(jīng)比較器24和放大器25調(diào)節(jié)激光二極管16的供給功率或者 供電。此外，微處理器20將與功率相對(duì)應(yīng)的電壓施加到比較器24，以 致只使用期望值與實(shí)際值之間的差來調(diào)節(jié)激光二極管16。為此，設(shè)置 有要通過微處理器20操作的開關(guān)單元26。圖8示出與并列設(shè)備成為一體的測(cè)量設(shè)備27。分析單元28和存儲(chǔ) 單元29主要屬于并列設(shè)備。另外示出了試樣30，該試樣30的功能稍 后闡述。分析單元28具有比較裝置31，該比較裝置31用于比較不同 的曝光。因此，利用比較裝置31能消除對(duì)象6的對(duì)象特性對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù) 的影響，以致剩下對(duì)象6的純高度數(shù)據(jù)。分析單元28和存儲(chǔ)裝置29 也能與測(cè)量設(shè)備27構(gòu)成一單元或者被實(shí)施為獨(dú)立的單元。此外，比較裝置31用于校準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備27。為此，在與測(cè)量設(shè)備 27至少一次對(duì)準(zhǔn)地測(cè)量試樣30。比較裝置31將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與其已 知的試樣30的幾何形狀進(jìn)行比較，并且由此一方面能確定成像單元的 不準(zhǔn)確性而另一方面能確定光特性的變化與高度的相互關(guān)系。 參考符號(hào)列表1光源2光學(xué)系統(tǒng)3光闌裝置4成像光學(xué)系統(tǒng)5所發(fā)射的光6被測(cè)量的對(duì)象目標(biāo)點(diǎn)7觀察光路8分束器9接收器光學(xué)系統(tǒng)10圖像檢測(cè)器11用于改變光學(xué)路程長(zhǎng)度的裝置12控制裝置13LCD屏14二極管模塊15激光二極管16監(jiān)控二極管17功率表18模數(shù)轉(zhuǎn)換器19微處理器20接口21計(jì)算機(jī)22模數(shù)轉(zhuǎn)換器23比較器24放大器25開關(guān)單元26測(cè)量設(shè)備27分析裝置28存儲(chǔ)裝置29試樣30比較裝置 I測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度值I,; L; L可變照明的強(qiáng)度值Ik恒定照明的強(qiáng)度Sij S2j S3積分值t爆光時(shí)間t1; t2; t3時(shí)刻tBl用于完成測(cè)量曝光的曝光周期用于完成參考曝光的曝光周期z物距Zs高度坐標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種用于共焦測(cè)量對(duì)象(6)的測(cè)量設(shè)備(27)，其包括光源(1)、用于將由所述光源(1)發(fā)射的光(5)聚焦到要測(cè)量的對(duì)象(6)上的成像光學(xué)系統(tǒng)(4)，此外還包括針對(duì)在所述對(duì)象(6)上散射回且穿過同樣的成像光學(xué)系統(tǒng)(4)的、目標(biāo)點(diǎn)(6′)的光(7)的圖像檢測(cè)器(10)，其特征在于，-布置用于改變光闌裝置(3)與所述對(duì)象(6)之間的光路中的光學(xué)路徑長(zhǎng)度的裝置(11)，其中，能以預(yù)定的方式改變像平面的光學(xué)距離，以及-設(shè)置有裝置(12，13)，以便在曝光的曝光周期(tb1)期間使由所述光源發(fā)射到所述對(duì)象(6)上的光(5)和/或由所述對(duì)象(6)反射且射到傳感器上的光(7)在至少一個(gè)特性方面受到影響，其中，在所述曝光周期(tb1)期間給出被預(yù)定為簡(jiǎn)檔的、光(5，7)的特性與像平面距所述成像光學(xué)系統(tǒng)(4)的光學(xué)距離之間的相互關(guān)系，以及-設(shè)置有裝置(10)，所述裝置(10)針對(duì)曝光周期(tB1)提供與觀察光路(7)的光特性相關(guān)的測(cè)量值，其中，根據(jù)曝光周期(tB1)的測(cè)量值和比較值能重建對(duì)象(6)的高度坐標(biāo)(zs)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)量設(shè)備(27)，其特征在于，所述光 (5， 7)的受影響的特性選自光強(qiáng)和波長(zhǎng)以及光譜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量設(shè)備(27)，其特征在于，為了影 響被發(fā)射到所述對(duì)象(6)上的光(5)的光強(qiáng)而設(shè)置有針對(duì)光源(1) 的調(diào)節(jié)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的測(cè)量設(shè)備(27)，其特征在于， 存在傳感器(12)，用于檢測(cè)被發(fā)射到所述對(duì)象(6)上的光(5)的特性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量設(shè)備(27)，其特征在于，所述傳 感器(12 )是所述光源(1 )的組成部分，并且借助所述傳感器(12 ) 的輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述光源(1)的電流和/或電源電壓的控制和/或調(diào) 節(jié)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的簡(jiǎn)檔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的測(cè)量設(shè)備(27 )，其特征在于， 所述用于影響光特性的裝置(13)具有可變的透明度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量設(shè)備(27),其特征在于，所述裝 置(13)被構(gòu)造為L(zhǎng)CD屏。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)量設(shè)備(27)，其特征在于，所述裝 置(13)被構(gòu)造成兩個(gè)彼此能移動(dòng)的偏振濾光鏡的形式。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量設(shè)備(27)，其特征在于，設(shè)置有 用于改變色譜的裝置(13)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的測(cè)量設(shè)備(27 )，其特征在 于，設(shè)置有分析裝置(28)，用于分析所曝光的圖像數(shù)據(jù)和用于產(chǎn)生 測(cè)量數(shù)據(jù)，并且此外還設(shè)置有針對(duì)圖像數(shù)據(jù)和/或測(cè)量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置(29)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的測(cè)量設(shè)備(27)，其特征在于，檢驗(yàn) 數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置(29)中，并且所述分析裝置(30)具有比較 裝置(31)，以便產(chǎn)生并且存儲(chǔ)校正數(shù)據(jù)以及將存放在存儲(chǔ)裝置(29 ) 中的校正數(shù)據(jù)應(yīng)用于測(cè)量數(shù)據(jù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的測(cè)量設(shè)備(27)，其特征在 于，存在裝置(31)，用于根據(jù)具有第二曝光時(shí)間(tB2)和針對(duì)所述 光(5， 7)的特性與距離之間的相互關(guān)系的第二簡(jiǎn)檔的第二曝光來確 定比較值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的測(cè)量設(shè)備(27 )，其特征在 于，第一和第二膝光的聚焦能沿不同的方向穿過。
14. 一種用于共焦測(cè)量對(duì)象(6)的方法，其中，由光源(1)發(fā) 射光(5 )，并且通過成像光學(xué)系統(tǒng)(4 )將該光(5 )聚焦到要測(cè)量的 對(duì)象(6)上，其中，此外利用圖像檢測(cè)器(10)檢測(cè)在所述對(duì)象(6) 上散射回且穿過同樣的成像光學(xué)系統(tǒng)(4)的、目標(biāo)點(diǎn)(6')的光(7)， 其特征在于，-以預(yù)定的方式在曝光周期期間改變像平面距成像光學(xué)系統(tǒng)(4) 的光學(xué)距離，-在曝光的曝光周期(tB1)期間使由所述光源(1)發(fā)射到所述對(duì) 象(6 )上的光(5 )和/或由所述對(duì)象(6 )反射且射到所述傳感器(10 ) 上的光(7)在至少一個(gè)特性方面受到影響，其中，在曝光周期(tB1) 期間建立被預(yù)定為簡(jiǎn)檔的、光(5, 7)的特性與像平面距所述成像光 學(xué)系統(tǒng)(4)的光學(xué)距離之間的相互關(guān)系，-確定與觀察光路(7)的光特性相關(guān)的測(cè)量值， -并且由啄光周期(tm)的測(cè)量值與比較值的比較重建對(duì)象(6) 的高度坐標(biāo)(ZS)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，根據(jù)具有第二曝 光時(shí)間(tB2)和針對(duì)所述光(5， 7)的特性與距離的第二簡(jiǎn)檔的第二 曝光來確定比較值。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述光(5， 7) 的特性在確定比較值時(shí)比在完成測(cè)量曝光時(shí)經(jīng)受更小的變化，尤其 是，保持所述光(5， 7)的特性恒定。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15至16之一所述的方法，其特征在于，在兩 次膝光中，光學(xué)路徑在所述時(shí)間上以相同的方式變化。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15至17之一所述的方法，其特征在于，在用 于測(cè)量所述對(duì)象(6 )的曝光周期(tB1)之前或者之后，在通道中產(chǎn)生 第二曝光。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14至18之一所述的方法，其特征在于，傳感 器(12)檢測(cè)所述光(5， 7)的特性并且借助所述傳感器的輸出信號(hào) 進(jìn)行對(duì)所述光(5)的特性的變化的調(diào)節(jié)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14至19之一所述的方法，其特征在于，所述簡(jiǎn) 檔在校準(zhǔn)范圍內(nèi)與被改變的環(huán)境條件相匹配。
全文摘要
一種用于共焦測(cè)量對(duì)象的測(cè)量設(shè)備包括光源(1)、成像光學(xué)系統(tǒng)(4)和圖像檢測(cè)器(10)。布置裝置(11)，用于改變光闌裝置(3)與對(duì)象(6)之間的光路中的光學(xué)路徑長(zhǎng)度，其中能以預(yù)定的方式改變像平面的光學(xué)距離；以及設(shè)置有裝置，以便使由所述光源(1)發(fā)射到所述對(duì)象(6)上的光(5)和/或由所述對(duì)象(6)反射的且射到所述傳感器(10)上的光(7)在曝光的曝光周期(t_B1)期間在至少一個(gè)特性(強(qiáng)度、頻率、光譜)方面受到影響，其中，在所述曝光周期(T_B1)期間給出被預(yù)定為簡(jiǎn)檔的、光(5，7)的特性與像平面距所述成像光學(xué)系統(tǒng)(4)的光學(xué)距離之間的關(guān)系；并且設(shè)置有裝置，該裝置為曝光周期(t_B1)提供與觀察光路(7)的光特性相關(guān)的測(cè)量值，其中根據(jù)曝光周期(t_B1)的測(cè)量值和比較值能重建對(duì)象(6)的高度坐標(biāo)(z_s)。
文檔編號(hào)G02B21/00GK101115970SQ200580047986
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
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