(57)【要約】表面の距離値および／または高さ値を求める、共焦点結像原理に従って迅速な光学的距離測定を行うセンサ装置であって、光軸上に配置された点状の光放射要素と、光軸に沿って可動する、光軸に対して垂直に配置された反射器と、光軸に対して中心に配置された結像光学系と、光放射要素と同じ位置にある点状の受光要素を有している。センサ装置のコンポーネントは次のように配置されている。すなわち光放射要素から送出された光が反射器によって反射され、反射器の運動過程において反射器によって反射されたこの光が結像光学系によって少なくとも１回、測定されるべき表面に焦点合わせされ、焦点合わせされたこの光は測定されるべき表面によって少なくとも部分的に後方散乱され、反射器の運動過程において、後方散乱されたこの光が結像光学系によって反射器を介して少なくとも１回、受光要素に焦点合わせされるように配置されている。
2004526979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の距離値および／または高さ値を求める、殊に３次元表面測定をするための、共焦点結像原理に従って迅速な光学的距離測定を行うセンサ装置であって、
・光軸上に配置された点状の光放射要素と、
・前記光軸に沿って可動である、光軸に対して垂直に配置された反射器と、
・前記光軸に対して中心に配置された結像光学系と、
・前記光放射要素と同じ位置にある点状の受光要素を有しており、
ここで
・前記光放射要素から送出された光は前記反射器によって反射され、
・前記反射器の運動過程において当該反射器によって反射された光が結像光学系によって少なくとも１回、測定されるべき表面に焦点合わせされ、
・当該焦点合わせされた光は測定されるべき表面によって少なくとも部分的に後方散乱され、
・前記反射器の運動過程において、当該後方散乱された光は結像光学系によって反射器を介して少なくとも１回、前記受光要素に焦点合わせされる、
ことを特徴とする、共焦点結像原理に従って迅速な光学的距離測定を行うセンサ装置。
【請求項２】
前記反射器は平面鏡である、請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記反射器は周期的に動かされる、請求項１または２記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記反射器は電磁式、圧電式および／またはマイクロマシニング型の容量性駆動機構によって動かされる、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記結像光学系は収束レンズを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項６】
光の波長は赤外スペクトル領域または可視スペクトル領域または紫外スペクトル領域内にある、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記光放射要素および前記受光要素は、光導波路の第１の終端部によって実現されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記光放射要素から送出された光および前記受光要素によって受光された光は付加的に、光軸上に配置された偏向反射器を介して偏向される、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記偏向反射器は平面鏡である、請求項８記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記偏向反射器は、光軸に対して固定された４５°の角度で配向されている、請求項８または９記載のセンサ装置。
【請求項１１】
前記光導波路の第２の終端部は、光源とも光検出器とも光学的に結合されている、請求項７から１０までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項１２】
前記光導波路の第２の終端部は２つの部分終端部に分けられており、
第１の部分終端部は光源と光学的に結合され、第２の部分終端部は光検出器と光学的に結合されている、請求項１１記載のセンサ装置。
【請求項１３】
前記光源および光検出器は、ビームスプリッタを有しているファイバー入力結合装置によって光導波路の第２の終端部と光学的に結合されている、請求項１１記載のセンサ装置。
【請求項１４】
前記光源はレーザまたは発光ダイオードである、請求項１１から１３までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【請求項１５】
前記光検出器は二次電子増倍器またはフォトダイオードまたはアバランシェフォトダイオードまたはマルチチャンネルプレート検出器である、請求項１１から１４までのいずれか１項記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は迅速な光学的距離測定および表面の距離値および／または高さ値を求めるためのセンサ装置、殊に３次元表面測定のためのセンサ装置に関する。
【０００２】
構成素子の細密化が進行していることによって、電子加工領域における取付システム（例えば導体プレートに対する組立自動装置）に対して構成素子の位置公差への要求がますます増大している。組立速度への要求も近年同じように急激に上昇しており、この先もさらに上昇するであろう。このような高い要求には次のような結果が伴う。すなわち取付システムが将来的に、構成素子に対する高精度かつ迅速な位置センサの他に、高精度かつ迅速な距離センサまたは高さセンサを必要とするという結果である。この種のセンサは例えば、構成素子の接続端子の共平面性の検査に必要である。距離センサまたは高さセンサは、組立過程中に構成部分と回路担う体の間の距離をコントロールするのにも用いられる。
【０００３】
対象物表面の３次元的に存在する多数の点から成る高さラスタ画像を検出するこれまでに公知の装置は、実質的にいわゆる三角測量方法に基づく。ここではレーザービームが、被検体の表面を走査する。所定の表面点の２つの平面の位置座標がレーザービームの目下の位置決めによって既知になり、目下測定されるべき表面点の高さ座標が、位置感応検出器と接続された側方に配置された少なくとも１つの対物レンズによって検出される。検査されるべき３次元表面にレーザービームが連続的に照射されることによって、この検査表面が測定される。
【０００４】
三角測量方法を用いる光学距離センサの解像能は、いわゆる三角測量角度に強く依存する。構成素子が将来的に小型化されることに伴い距離センサの解像能も改善されなければならないので、この種の光学距離センサでは三角測量角度が大きくされなければならない。しかしこのことによって、既に生じているシャドーイング問題が非常に大きくなってしまう。三角測量方法に基づく光学距離センサの別の欠点は、検査されるべき表面が一般的に異なる光学的散乱能を有していることである。正確な距離測定は一般的に次のような対象物でのみ可能である。すなわちその表面が等方性、すなわち表面上に入射しているレーザービームに対して全ての方向において同じ強さの散乱能を有している対象物である。この種の等方性散乱能は、殊に金属反射性表面または透明な表面では通常は保証されない。
【０００５】
表面構造の３次元測定に対する公知の方法は、いわゆる共焦点原理に基づく。ここでは通常はピンホールによって定められる点状光源が、検出されるべき対象物の表面上に結像される。表面から後方散乱された光は再び、同じように通常はピンホールによって定められる実質的に点状の検出器上に結像される。対象面も検出面も実際に各光学系の焦点内に位置するときにちょうど、検出器に入射する光強度が最大になる。検査されるべき対象物表面が焦点面外に位置する場合、点状検出器前で測定ビームが拡幅され、測定される強度が顕著に増大する。
【０００６】
以下では図１に基づき、共焦点原理に従って光学的に距離測定を行う公知のセンサ装置を説明する。センサ装置１００は光源１０１、第１のピンホール１０２、ビームスプリッタ１０３、第２のピンホール１０４、光検出器１０５および対物レンズ１０６を有している。第１のピンホール１０２は光源１０１の直前に配置されているので、光源１０１と第１のピンホール１０２から成るこのシステムは点状光源のように作用する。この点状光源は、第１のピンホール１０２の開口部の断面に相当する効果的な光放出面を有している。これに相応して第２のピンホール１０４は、光検出器１０５の直前に配置されている。光検出器１０５、第２のピンホール１０４、ビームスプリッタ１０３、対物レンズ１０６および検出されるべき表面（図示されていない）の目下測定されるべき点は、対物レンズ１０６の光軸と一致する軸上にある。
【０００７】
以下ではセンサ装置１００内のビーム路を説明する。点状光源から放射された光はまずビームスプリッタ１０３に入射する。ビームスプリッタは光軸に関して傾斜して配置されている。このため、点状光源から放射された光は、ビームスプリッタ１０３での反射後に対物レンズ１０６に向けて配向され、これによって焦点１０７に焦点合わせされる。ここでこの焦点は、測定されるべき表面の少なくとも近傍に位置する。この表面から少なくとも部分的に後方反射された光は再び、対物レンズ１０６によって第２のピンホール１０４で結像される。このような結像には、ビームスプリッタ１０３によって偏向されずに透過する光しか使用されない。２つの絞り１０２および１０４は、対物レンズ１０６の焦点面に対してコンフォーカルに配置されている。すなわち第２のピンホール１０４と対物レンズ１０６との距離は、第１のピンホール１０２とビームスプリッタ１０３との間の距離とビームスプリッタ１０３と対物レンズ１０６との間の距離の合計に等しい。センサ装置１００内の光学結像とは次のことを意味する。すなわちピンホール１０２がビームスプリッタ１０３での反射を介して対物レンズ１０６によって焦点１０７で結像され、焦点１０７が対物レンズ１０６によって第２のピンホール１０４に結像されることを意味する。
【０００８】
本来の距離測定は、センサ装置１００全体が、図示されていない測定されるべき表面に対してｚ方向１０８に動かされることによって行われる。このような運動過程において光検出器１０５によって測定される光強度が検出される。センサ装置１００と測定されるべき表面との距離の関数である測定された光強度の特性１０９は追加挿入部分１１０にあらわされている。ここでは、焦点１０７が測定されるべき表面のすぐ上に位置する場合に極大値１１１が示される。換言すれば、第１のピンホール１０２の開口部が、測定されるべき表面上のできるだけ小さいエリアに結像される場合に極大値１１が生じる。２つのピンホール１０２および１０４のコンフォーカルな配置構成では、これは次のことを意味する。すなわち測定されるべき表面（図示されていない）上の照射されたエリアが、対物レンズ１０６によって、第２のピンホール１０４の開口部と一致するできるだけ小さいエリアに結像されるということである。光強度の特性１０９、殊に極大値１１１の正確な位置から、測定されるべき表面の相応する点からセンサ装置１００までの距離が求められる。未知の構造体の３次元表面プロファイル全体はその後、センサ装置１００と測定されるべき表面上の個々の点との間の連続的距離測定によって求められる。
【０００９】
共焦点原理では照明経路と検出経路は同一である。すなわち検出されるべき表面に入射する光と、検出されるべき表面から反射された光は同軸で伝播し、シャドーイング現象は一般的に放置される。さらにこのセンサ装置１００による距離測定は、後方反射された光強度の絶対値の検出を必要とするのではなく、点状光検出器によってセンサ装置１００のｚ方向１０８へのシフトに依存して測定された相対的な光強度で充分である。従ってセンサ装置１００を用いた距離測定は実質的に、検出されるべき対象物表面の散乱特性および反射特性に依存しない。さらに点状光検出器を使用することによって、３次元対象物表面上での複数の反射が誤った測定につながることがなくなる。共焦点方法の別の重要な利点は、サブミクロンメータ領域までの高い測定精度にある。これによって構成素子の進行する細密化と結び付いた精度要求に、容易に達することができる。
【００１０】
図１に示されたセンサ装置１００の欠点は、距離を測定するためにセンサ装置１００全体を測定されるべき表面に対して動かさなければならないことである。別の欠点は、複数の光学的コンポーネントが使用されなくてはならないことにある。これによってこれまで、小さい寸法を有するコンパクトな共焦点センサを廉価に製造することは不可能であった。
【００１１】
ＷＯ９３／１１４０３号明細書から、共焦点原理に基づいた以下の特徴を有する光学的距離センサが公知である。すなわち：１）測定ビームは直径に関して、照射ビームより格段に大きく形成されている、２）測定ビームおよび照射ビームの直径は測定場所においてほぼ同じであり、照射ビームは測定ビームより大きな焦点深度を有している、３）複数のビームスプリッタを有するビーム分配ユニットは、測定ビームを複数の部分ビームに分け、各部分ビーム内にほぼ点状の光検出器が配置されている、という特徴である。
【００１２】
ＤＥ１９６０８４６８号明細書から、共焦点原理に基づく他の光学的距離センサが公知である。ここでこの距離センサは、１）測定対象物の表面上に結像される複数の点状光源を有する送出ユニット、２）画像側の測定領域内にコンフォーカルに配置された、対応する同じ数の複数の点状光検出器を有する受光ユニット。ここで点状光源および対応する点状光検出器はそれぞれ列をなして光軸に直交する面に配置されており、表面上では走査ポイントの直線的な列を生じさせる。３）照射ビームおよび測定ビームの同軸ガイド、４）受光ユニットと結像光学系との間の周期的に変化する光路長、を有する。
【００１３】
本発明の課題は、高いデータレートと、測定される表面の散乱能および二次光反射に関する低い感度によって特徴付けられる、コンパクトかつ高い解像能を有する距離センサを提供することである。
【００１４】
上述の課題は次のようなセンサ装置によって解決される。すなわち表面の距離（間隔）値および／または高さ（深さ）値を求める、殊に３次元表面測定するための、共焦点結像原理に従って迅速な光学的距離測定を行うセンサ装置であって、光軸上に配置された点状の光放射要素と、光軸に沿って可動する、光軸に対して垂直に配置された反射器と、光軸に対して中心に配置された結像光学系と、光放射要素と同じ位置にある点状の受光要素を有しており、光放射要素から送出された光は反射器によって反射され、反射器の運動過程において反射器によって反射された光が結像光学系によって少なくとも１回、測定されるべき表面に焦点合わせされ、焦点合わせされたこの光は測定されるべき表面によって少なくとも部分的に後方散乱され、反射器の運動過程において、後方散乱されたこの光は結像光学系によって反射器を介して少なくとも１回、受光要素に焦点合わせされる、ことを特徴とするセンサ装置によって解決される。本発明のセンサ装置は、共焦点結像原理に従って光学的距離測定を行う従来のセンサ装置に対して殊に以下の特徴を有している。すなわちセンサ装置全体が検出されるべき表面に対してもはや動かされることはなく、光軸上に配置された反射器のみが動かされればよいという特徴である。従ってセンサ装置全体と比較して相対的に小さい質量が動かされるだけでよい。これによって高い周波数を伴う運動を行うことができ、高いデータレートが保証される。
【００１５】
本発明のある実施形態ではこの反射器は平面鏡である。平面鏡によって反射器を実現することによって反射器を廉価に製造することができるという利点が生じる。さらに平面鏡として形成された反射器は、非常に小さい空間的寸法および小さい質量を有する。これによってこの反射器を非常に高い周波数で動かすことができる。
【００１６】
本発明の他の実施形態では反射器は周期的に動かされる。これによって測定されるべき表面の点の距離はセンサ装置によって多数回続けて測定され、複数の個々の測定にわたった平均化によってこのような距離をとりわけ正確に求めることができる。
【００１７】
本発明の他の実施形態では、反射器の運動は電磁式、圧電式および／またはマイクロマシニング型の容量性駆動機構によって行われる。これらの駆動形態によって、反射器の高周波数運動が可能になる。これによって本発明による距離センサの特に高いデータレートが得られる。
【００１８】
本発明の有利な実施形態では結像光学系は、収束レンズを有する。最も簡単な場合に結像光学系は、単一の収束レンズから成る。これによって結像光学系を容易かつ殊に廉価に実現することができる。
【００１９】
本発明の特に有利な別の実施形態では光放射要素および受光要素は、光導波路の第１の終端部によって実現される。これによって有利にはセンサ装置のコンポーネントを、２つの異なる、空間的に別個にされたモジュール内に組み込むことができる。光源、光検出器およびセンサ装置の電子コンポーネントが第１のモジュールに含まれ、共焦点結像原理に相応して、検査されるべき対象物近傍に位置していなくてはならないセンサ装置のコンポーネントのみが第２のモジュールに含まれるのは特に有利である。これによってセンサ装置を対象物側で特に小さく構成することができる。
【００２０】
本発明の特に有利な別の実施形態では、光導波路の第２の終端部が２つの部分終端部に分けられる。ここで第１の部分終端部は光源と光学的に結合され、第２の部分終端部は光検出器と光学的に結合される。光導波路は、本発明では有利には光導波路結合素子によって２つの部分終端部に分けられる。このような特に有利な別の実施形態は、光源および光検出器を光導波路の第２の終端部に対して調整しなくてよいという利点を有している。
【００２１】
本発明の別の利点および特徴は以下の、目下の有利な実施例の例示的な説明に記載されている。
【００２２】
図１には、従来技術による共焦点結像原理に従った光学センサ装置が示されている。図２には、本発明の第１の実施例による共焦点結像原理に従った、第１のモジュールおよび第２のモジュールを有している光学センサ装置が示されている。第２のモジュールでは光導波路の終端部が２つの部分終端部に分割されている。ここで第１の部分終端部は光源と光学的に結合され、第２の部分終端部は光検出器と光学的に結合されている。図３には、本発明の第２の実施例による光学センサ装置の第２のモジュールが示されている。光源および光検出器はビームスプリッタによって、本発明の光導波体と結合されている。図４には、本発明の第３の実施例による共焦点結像原理に従った光学センサ装置の第１のモジュールが示されている。光軸上には付加的に偏向ミラーが配置されている。
【００２３】
図２には、本発明の第１の実施例による共焦点結像原理に従った光学センサ装置２００が示されている。このセンサ装置２００は、第１のモジュール２０１および第２のモジュール２０２を有している。第１のモジュール２０１は、電子モジュール２０３、光源として用いられるレーザ２０４および光検出器として用いられるフォトダイオード２０５を含む。レーザ２０４は、電気的接続線路２０６によって電子モジュール２０３と結合されている。フォトダイオード２０５は、電気的接続線路２０７によって電子モジュールと結合されている。第１のモジュール２０１は、光導波路２１０によって第２のモジュール２０１と光学的に結合されている。第１のモジュール２０１に向いている側で光導波路２１０は、第１の部分終端部２１１と第２の部分終端部２１２に分けられている。第１の部分終端部２１１はレーザ２０４と光学的に結合されている。第２の部分終端部２１２は、フォトダイオード２０５と光学的に結合されている。第２のモジュール２０２内に配置された光導波路２１０の光導波路終端部２１３は、点状光源としても点状受光面としても用いられる。
【００２４】
以下で第２のモジュール２０２のコンポーネントを説明する。第２のモジュール２０２は、収束レンズ２２０および可動反射器２２１を有している。この可動反射器２２１は、収束レンズ２２０の光軸に対して垂直に配置されている。反射器２２１は、ここで説明される本発明の第１の実施例では平面鏡である。この平面鏡は、駆動機構２２２によって軸方向に収束レンズ２２０の光軸に沿って動かされる。駆動機構２２２は、電磁式駆動機構または圧電式駆動機構またはマイクロマシニング型の容量性駆動機構である。さらに駆動機構２２２は制御線路２２３を介して電子モジュール２０３と結合されている。反射器２２１と収束レンズ２２０との間には、収束レンズ２２０の光軸上に光導波路終端部２１３が次のように配置されている。すなわち光導波体２１０の第１の部分終端部２１１においてレーザ２０４から光導波路２１０内に入力結合された光が光導波路終端部２１３で光導波路２１０から出射し、反射器２２１に入射するように配置されている。光導波路終端部２１３はここでは実質的に点状光源である。光導波路終端部２１３から送出された光は反射器２２１によって反射され、その後、収束レンズ２２０によって焦点合わせされる。焦点合わせされた光は測定されるべき表面（図示されていない）に入射し、この表面によって少なくとも部分的に反射される。この反射された光は再び収束レンズ２２０によって結像され、反射器２２１に入射する。ここでこの反射器は後方散乱された光を光導波路終端部２１３に向ける。ここで後方反射された光は光導波路２１０内に少なくとも部分的に入力結合され、入力結合されたこの光は再び少なくとも部分的に、光導波路２１０第２の部分終端部２１２を介してフォトダイオード２０５によって検出される。光導波路終端部２１３は、本発明では点状検出器として用いられる。
【００２５】
ここで反射器２２１が駆動機構２２によって軸方向に動かされると、対象物領域（すなわち収束レンズ２２０の、反射器に向いていない側）で焦点がシフトする。最小の断面積を有する焦点が検査されるべき表面に入射する丁度その時、フォトダイオード２０５は最大の光強度を検出し、最大の出力信号を供給する。反射器２２１の位置の関数として、フォトダイオード２０５によって検出された光強度を測定することによって、共焦点検出原理と相応に収束レンズ２２０ないしは第２のモジュール２０２全体からの対象物の距離が測定される。
【００２６】
ここに記載された本発明の第１の実施例は第２のモジュール２０２内に僅かな光学的コンポーネントしか必要としないので、この第２のモジュール２０２は第１のモジュール２１０と空間的に別個にされた非常にコンパクトな構造フォーム内に実現される。ここに説明された本発明の第１の実施例では、モジュール２０２は高さ約６ｃｍ、幅約５ｃｍ、深さ約５ｃｍである。本発明の第１の実施形態に相応するここで説明されたセンサ装置２００は、約２ｍｍの高さ測定範囲を有している。すなわち２ｍｍまでの高低差を有する３次元対象物を測定することができる。ここに記載したセンサ装置２００の高さ解像能は約２μｍである。反射器２２１は小型で軽量な平面鏡の形で実現されるので、本発明では非常に小さい質量体のみが収束レンズ２２０の光軸に沿って動かされればよい。反射器２２１は有利には、音叉の機能を有する電磁駆動式発振器によって動かされることは既にＤＥ１９６０８４６８Ｃ２号明細書から公知である。択一的に、反射器２２１を市販されているスピーカーを用いるプランジャーコイル駆動機構によって動かすことも可能である。しかし駆動機構２２２は特に有利には、マイクロマシニング技術による解決方法によって実現される。この場合には発振器はシリコンエッジ技術によって製造される。反射器２２１はこの場合、発振器システムの固定された構成部分として形成される。ここで説明した本発明の第１の実施形態で使用されるこのような解決方法によって、１０ｋＨｚまでの発振器周波数が可能になる。反射器２２１の運動の半周期毎に距離測定が行われるので、本発明の第１の実施例によるここで説明されたセンサ装置２００によって１秒に２００００回までの距離測定が可能である。
【００２７】
以下では図３に基づいて、本発明の第２の実施例による第１のモジュール３０１を説明する。第１のモジュール３０１は電子モジュール３０３、光源として用いられる発光ダイオード（Leuchtdiode）３０４、および光検出器として用いられるフォトダイオード３０５を有している。発光ダイオード３０４は、電気的接続線路３０６を介して電子モジュール３０３と結合されている。フォトダイオード３０５は、電気的接続線路３０７を介して電子モジュール３０３と結合されている。発光ダイオード３０４およびフォトダイオード３０５両者は、ファイバー入力結合装置を介して光導波路３１０と光学的に結合されている。光導波路３１０は図示されていない第２のモジュール内に合流する。ここでこの第２のモジュールは、本発明の第１の実施例による第２のモジュール（図２を参照）と相応に構成されている。第１の実施例と同じように電子モジュール３０３は制御線路３２３を介して、図示されていない第２のモジュールの駆動機構と結合されている。ファイバー入力結合装置は第１の収束レンズ３３１、ビームスプリッタ３３２および第２の収束レンズ３３３を有している。ここで第１の収束レンズ３３１、ビームスプリッタ３３２および第２の収束レンズ３３３は次のように配置されている。すなわち発光ダイオード３０４から送出された光が光導波路終端部３０９に焦点合わせされ、従って光導波路３１０内に供給されるように配置されている。他方では第２の収束レンズ３３３およびビームスプリッタ３３２は次のように配置されている。すなわち光導波路終端部３０９から送出された光がフォトダイオード３０５によって検出されるように配置されている。
【００２８】
第２の実施例の第１のモジュールの別の形態では、光源としてレーザダイオードが用いられる。レーザダイオードの光はコリメートされ、ビームスプリッタを通過し、焦点合わせ光学系によってファイバー内に入力結合される。検出側でファイバーに入射する光はビームスプリッタによって偏向されて、別の光学系によって光検出器上に焦点合わせされる。
【００２９】
以下では図４に基づいて、本発明の第３の実施例に応じた第２のモジュール４０２を説明する。第２のモジュール４０２は偏向反射器４５０、反射器４２１、駆動機構４２２および収束レンズ４２０を有する。駆動機構４２２によって収束レンズ４２０の光軸に沿って動かされる反射器４２１は、収束レンズ４２０の光軸に対して垂直に配置されている。同じように収束レンズ４２０の光軸上に位置する偏向反射器４５０はこの軸に対して傾斜して、反射器４２１と収束レンズ４２０との間に配置されている。駆動機構４２２は制御線路４２３によって電子モジュール（図示されていない）と電気的に結合されている。第２のモジュール４０２は光導波路によって、図示されていない第１のモジュールと光学的に結合されている。図示されていない、これに属する第１のモジュールは本発明の第３の実施形態では、図２に示された第１のモジュール２０１または図３に示された第１のモジュール３０１のように構成されている。光導波路４１０および偏向反射器４５０は収束レンズ４２０の光軸に対して次のように配置されている。すなわち光導波路終端部４１３から送出された光が偏向反射器４５０上に入射し、これによって、偏向反射器４５０によって反射された光が収束レンズ４２０の光軸に対して同軸円錐の形で可動反射器４２１に入射するように反射されるように配置されている。可動反射器４２１によって反射された光はその後、収束レンズ４２０によって、検査されるべき対象物の表面上に結像される。検査されるべき対象物の表面によって、表面に入射する光の少なくとも一部が同軸に後方散乱される。この光はその後、収束レンズ４２０によって可動反射器４２１での第１反射および偏向反射器４５０での第２反射によって光導波路終端部４１３に結像され、これによって光導波路４１０内に供給される。図２の記載に基づいて説明したように、駆動機構４２２によって動かされる反射器４２１が軸方向に、収束レンズ４２０の光軸と平行に動かされると、対象物領域において収束レンズ４２０の光軸に沿って焦点がシフトする。検査されるべき表面によって後方散乱された光強度、ひいては光導波路４１０内に入力結合された光強度は、次のときに丁度極大になる。すなわち収束レンズ４２０の光軸に沿ってシフトされた焦点が検査されるべき表面に入射したときである。
【００３０】
第２のモジュール４０２からの、検査されるべき表面の距離は次のようにして求められる。すなわち表面から少なくとも部分的に後方散乱され、光導波路４１０内に供給され、光導波路４１０と光学的に結合された光検出器（図示されていない）によって測定された光強度を、動かされた反射器４２１の偏位量の関数として測定することによって求められる。
【００３１】
偏向反射器４５０は、収束レンズ４２０の光軸近傍での光強度のシャドーイングにつながるということに注意されたい。第２のモジュール４０２内の偏向反射器４５０と測定されるべき表面との間の円筒対称性のビーム路によって、傾斜している偏向反射器４５０によって付影された領域は全光強度に僅かにしか影響を与えない。さらに縁部ビームは距離情報の大部分を含む。従って偏向反射器４５０によるシャドーイングに起因する光強度の低減はほぼ無視することができる。
【００３２】
第２のモジュール４０２が非常にコンパクトな構造サイズ内で実現され、従って光導波路４１０の小さい曲げ半径が回避されるべき場合に偏向反射器４５０は特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来技術による共焦点結像原理に従った光学センサ装置をあらわす概略図である。
【００３４】
【図２】本発明の第１の実施例による共焦点結像原理に従った、第１のモジュールおよび第２のモジュールを有している光学センサ装置をあらわす概略図である。第２のモジュールでは光導波路の終端部が２つの部分終端部に分割されている。ここで第１の部分終端部は光源と光学的に結合され、第２の部分終端部は光検出器と光学的に結合されている。
【００３５】
【図３】本発明の第２の実施例による光学センサ装置の第２のモジュールをあらわす概略図である。光源および光検出器はビームスプリッタによって、本発明の光導波路と結合されている。
【００３６】
【図４】本発明の第３の実施例による共焦点結像原理に従った光学センサ装置の第１のモジュールをあらわす概略図である。光軸上には付加的に偏向ミラーが配置されている。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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