DE10331966A1

DE10331966A1 - Optical measuring device

Info

Publication number: DE10331966A1
Application number: DE10331966A
Authority: DE
Inventors: Michael Lindner; Pawel Drabarek; Rolf Ofen; Marc-Henri Duvoisin; Bernd Schmidtke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-03
Also published as: WO2005008173A1

Abstract

Die erfindungsgemäße optische Meßeinrichtung (1) ist mit mindestens einer optischen Ausgabeeinheit (11) zur Ausgabe mindestens eines optischen Ausgangssignals und mindestens einer optischen Empfangseinheit (71) zum Empfang eines optischen Meßsignals, die zu einer Zuordnung des mindestens einen optischen Meßsignals zu mindestens einem der optischen Ausgangssignale mittels eines optischen Multiplexers (31) ausgebildet ist, versehen. Des weiteren ist die erfindungsgemäße optische Meßeinrichtung (1) zur Aufteilung eines optischen Eingangssignals auf eine Anzahl optischer Ausgangssignale und zur Zuteilung mindestens eines der optischen Ausgangssignale auf mindestens einen Kanal (5) mittels des optischen Multiplexers (31) ausgebildet. Zum Empfang von dem mindestens einen optischen Meßsignal weist die Empfangseinheit (71) mindestens einen Detektor (9) auf. Dabei wird das mindestens eine optische Ausgangssignal durch Materie modifiziert, was insbesondere durch Reflexion an einem Oberflächenbereich eines Gegenstandes geschehen kann, und wird dabei in mindestens ein optisches Meßsignal umgewandelt.The Optical measuring device according to the invention (1) is provided with at least one optical output unit (11) for output at least one optical output signal and at least one optical receiving unit (71) for receiving an optical measuring signal, to an assignment of the at least one optical measuring signal to at least one of the optical output signals by means of a optical multiplexer (31) is provided. Furthermore is the optical according to the invention measuring device (1) for dividing an optical input signal into a number optical output signals and for the allocation of at least one of optical output signals to at least one channel (5) by means of of the optical multiplexer (31). To receive from the has at least one optical measuring signal the receiving unit (71) at least one detector (9). there is the at least one optical output signal modified by matter, in particular by reflection on a surface area of an object can happen, and is doing in at least one optical measuring signal transformed.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Meßeinrichtung sowie ein optisches Meßverfahren.The The invention relates to an optical measuring device and an optical Measurement methods.

Stand der TechnikState of technology

Eine quantitative und/oder qualitative Bestimmung der Beschaffenheit einer Oberflächengeometrie eines Gegenstands, insbesondere eines Werkstücks, kann durch Durchführung optischer Meßverfahren mittels optischer Meßeinrichtungen erfolgen. Dabei wird beispielsweise ein optisches Ausgangssignal auf einen Oberflächenbereich des Gegenstands gerichtet. Dieses optische Ausgangssignal wird von dem Oberflächenbereich als Meßsignal reflektiert. Durch geeignete Auswertung dieser Signale kann eine Aussage über die Geometrie des Oberflächenbereichs getroffen werden.A quantitative and / or qualitative determination of the condition a surface geometry an object, in particular a workpiece, can by performing optical measuring method by means of optical measuring devices respectively. In this case, for example, an optical output signal on a surface area of the object. This optical output signal is from the surface area reflected as a measurement signal. By appropriate evaluation of these signals, a statement about the Geometry of the surface area to be hit.

Besteht beispielsweise Interesse, den Grad einer Glattheit bzw. einer Rauhigkeit des Oberflächenbereichs zu bestimmen, bietet sich die Benutzung eines Interferometers an. Bekanntermaßen sind mittels Interferometer auch geringe räumliche Abstände meßbar.Consists For example, interest, the degree of smoothness or roughness of the surface area To determine, offers the use of an interferometer. As is known by means of interferometer also small spatial distances measurable.

Für Aufgaben einer robusten Durchmesser- und Formbestimmung im industriellen Umfeld sind unter den optischen Systemen bzw. Meßeinrichtungen diejenigen besonders leistungsfähig, die auf eine flexible Trennung, vorzugsweise durch eine optische Faser, zwischen einer Lichtquelle mit Empfangssystem und einer Meßsonde beruhen. Hierbei werden Meßgrößen durch die Länge der flexiblen Trennung bzw. Verbindung nicht beeinflußt. Dies betrifft beispielsweise interferometrische Punktsensoren, die das „common path"-Prinzip verwenden.For tasks a robust diameter and shape determination in the industrial Environment are among the optical systems or measuring devices especially those powerful, which is based on a flexible separation, preferably by an optical fiber, between a light source with receiving system and a measuring probe based. Here are measured variables the length the flexible separation or connection is not affected. This relates, for example, interferometric point sensors, the "common path "principle.

Die Druckschrift DE 198 08 273 A1 beschreibt diesbezüglich eine interferometrische Meßeinrichtung zum Erfassen der Form rauher Oberflächen. Dabei ist eine räumlich kohärente Strahlerzeugungseinheit vorgesehen, die eine zeitlich kurzkohärente und breitbandige Strahlung abgibt. Hierbei erfolgt eine Trennung in einen Abschnitt mit den Komponenten eines Modulationsinterferometers und den Komponenten einer Meßsonde, wobei die Meßsonde über eine Lichtleitfaseranordnung mit dem Modulationsinterferometer gekoppelt und somit von dem Modulationsinterferometer entfernt verwendbar ist.The publication DE 198 08 273 A1 describes in this regard an interferometric measuring device for detecting the shape of rough surfaces. In this case, a spatially coherent beam generation unit is provided which emits a temporally short-coherent and broadband radiation. In this case, a separation into a section with the components of a modulation interferometer and the components of a measuring probe takes place, the measuring probe being coupled to the modulation interferometer via an optical fiber arrangement and thus being usable away from the modulation interferometer.

Ziel der Erfindung ist es, optische Messungen mittels eines verbesserten optischen Systems dahingehend zu verbessern, daß genauere Aussagen über die Beschaffenheit der gemessenen Materie unter erschwerten äußeren Bedingungen getroffen werden können.aim The invention is to provide optical measurements by means of an improved optical system to improve that more accurate statements about the Nature of the measured matter under difficult external conditions can be taken.

Dieses Ziel wird mit einer optischen Meßeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem optischen Meßverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 erreicht.This The aim is with an optical measuring device with the features of claim 1 and an optical measuring method with the features of claim 10 achieved.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die erfindungsgemäße optische Meßeinrichtung umfaßt mindestens eine optische Ausgabeeinheit zur Ausgabe mindestens eines optischen Ausgangssignals und mindestens eine optische Empfangseinheit zum Empfang eines optischen Meßsignals, die zu einer Zuordnung des mindestens einen optischen Meßsignals zu mindestens einem der optischen Ausgangssignale mittels eines optischen Multiplexers ausgebildet ist.The according to the invention optical measuring device comprises at least one optical output unit for outputting at least one optical output signal and at least one optical receiving unit for receiving an optical measuring signal, to an assignment of the at least one optical measuring signal to at least one of the optical output signals by means of a optical multiplexer is formed.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße optische Meßeinrichtung zur Aufteilung eines optischen Eingangssignals auf eine Anzahl optischer Ausgangssignale und zur Zuteilung mindestens eines der optischen Ausgangssignale auf mindestens einen Kanal mittels des optischen Multiplexers ausgebildet. Zum Empfang des mindestens einen optischen Meßsignal weist die Empfangseinheit mindestens einen Detektor auf. Dabei wird das mindestens eine optische Ausgangssignal durch Materie modifiziert, was insbesondere durch Reflexion an einem Oberflächenbereich eines Gegenstandes geschehen kann, und wird dabei in mindestens ein optisches Meßsignal umgewandelt.Preferably is the optical according to the invention measuring device for splitting an optical input signal to a number of optical ones Output signals and for allocation of at least one of the optical Output signals to at least one channel by means of the optical Multiplexers trained. To receive the at least one optical measuring signal the receiving unit has at least one detector. It will the at least one optical output signal modified by matter, in particular by reflection on a surface area of an object can happen, and is doing in at least one optical measuring signal transformed.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die optische Meßeinrichtung zur Ansteuerung mindestens eines der Kanäle und somit zur Kombination von optischen Ausgangssignalen ausgebildet ist. Hierbei ist vorteilhafterweise die Verwendung eines optischen Systems bzw. einer optischen Meßeinrichtung vorgesehen, die mehrere Kanäle, insbesondere Meßkanäle, gleichzeitig (parallel) oder in einer spezifischen zeitlichen Reihenfolge (seriell) mittels des optischen Multiplexers ansteuert.at a preferred embodiment of the invention it is provided that the optical measuring device for controlling at least one of the channels and thus for the combination is formed by optical output signals. This is advantageously the Use of an optical system or an optical measuring device provided that several channels, in particular measuring channels, simultaneously (parallel) or in a specific time sequence (serial) by means of the optical multiplexer.

Mittels der erfindungsgemäßen optischen Meßeinrichtung ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit, mehrere Kanäle in beliebiger Weise zu kombinieren und unabhängig voneinander mit derselben Empfangseinheit zu betreiben.through the optical measuring device according to the invention advantageously results in the possibility of multiple channels in any Way to combine and independent to operate from each other with the same receiving unit.

Die optische Meßeinrichtung kann z. B. als „common path"-Interferometer ausgebildet sein. Da diese mittels des parallel und/oder seriell arbeitenden optischen Multiplexer realisierbar ist, ist die Aufteilung des optischen Eingangssignals als mindestens ein optisches Ausgangssignal auf mindestens einen Kanal in einfacher Weise durchführbar.The optical measuring device can z. B. as "common path "interferometer trained be. Since these by means of parallel and / or serial optical Multiplexer is the division of the optical input signal as at least one optical output signal on at least one channel in a simple manner feasible.

Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß jedem Kanal eine Meßsonde zugeordnet ist. Dabei können mehrere Meßsonden in einem Gehäuse als eine optische Ausgabeeinheit angeordnet sein, wobei deren Ausgestaltung an die konkrete Meßaufgabe anpaßbar ist. Somit kann durch geeignete räumliche Anordnung von Meßsonden unter Berücksichtigung einer geeigneten bzw. korrespondierenden räumlichen Anordnung der Detektoren der Empfangseinheit der optischen Meßeinrichtung ein räumliches Sehen ermöglicht werden. Durch gezielte Zuordnung bzw. Zuschaltung empfangener optischer Meßsignale zu ausgegebenen optischen Ausgangssignalen durch den optischen Multiplexer kann eine optische Untersuchung eines Oberflächenbereichs aus unterschiedlichen geeigneten Perspektiven erfolgen.It is advantageously provided that each channel is assigned a probe. In this case, several probes in a housing as be arranged an optical output unit, the design of which can be adapted to the specific measurement task. Thus, by a suitable spatial arrangement of measuring probes taking into account a suitable or corresponding spatial arrangement of the detectors of the receiving unit of the optical measuring device, a spatial vision can be made possible. Through specific assignment or connection of received optical measurement signals to output optical output signals by the optical multiplexer, an optical examination of a surface region can take place from different suitable perspectives.

Mit der Erfindung ist beispielsweise eine schnelle, präzise und dabei robuste Bestimmung von Durchmesser und/oder Form in einer Führungsbohrung entlang einer Bohrungsachse innerhalb eines Werkstücks möglich. Für den Anwendungsfall der Durchmesserbestimmung entlang der Führungsbohrung kann die Ausgabeeinheit mit drei sternförmig angeordneten Meßsonden verwendet werden. Dadurch lassen sich Durchmesser und Abweichung der Position der Ausgabeeinheit von einer idealen Bohrungsachse gleichzeitig bestimmen, wodurch Robustheit gegenüber mechanischen Einflüssen erreicht wird. Durch veränderte geometrische Anordnung der Meßsonden sind weitere Anwendungen möglich. Mit mehreren in einer Reihe angeordneten Meßsonden erhält man einen Linien-Sensor, der für die Vermessung von Funktionsflächen entlang von Dichtkanten besonders gut geeignet ist. Werden beispielsweise mehrere Meßsonden in einer Ausgabeeinheit so angeordnet, so daß gleichzeitig Vorder- und Rückseite eines flachen Bauteils abgedeckt werden, lassen sich besonders gut dessen Dicke bzw. Parallelität bestimmen.With The invention is, for example, a fast, accurate and while robust determination of diameter and / or shape in one guide bore along a bore axis within a workpiece possible. For the application the diameter determination along the guide bore can be the output unit arranged with three stars probes be used. This allows diameter and deviation the position of the dispensing unit from an ideal bore axis determine at the same time, which achieves robustness against mechanical influences becomes. By changing geometric arrangement of the probes Other applications are possible. With multiple probes arranged in a row one obtains a line sensor, the one for the Measurement of functional surfaces along sealing edges is particularly well suited. For example several probes arranged in an output unit so that simultaneously front and back a flat component can be covered, are particularly good its thickness or parallelism determine.

Weitere Ausgestaltungen und damit verbundene Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further Embodiments and associated advantages of the invention result from the dependent claims.

Zeichnungendrawings

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert.The The present invention will now be further explained with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Meßeinrichtung. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of an optical measuring device according to the invention.

2 bis 4 zeigen jeweils eine schematische Darstellung bevorzugter Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Sonde. 2 to 4 each show a schematic representation of preferred embodiments of a probe according to the invention.

5 bis 6 zeigen je schematische Darstellungen bevorzugter Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Sonde. 5 to 6 each show schematic representations of preferred embodiments of a probe according to the invention.

7 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer kombiniert parallel und seriell arbeitenden erfindungsgemäßen optischen Meßeinrichtung. 7 shows a schematic representation of a preferred embodiment of a combined parallel and serial optical measuring device according to the invention.

Die in 1 gezeigte optische Meßeinrichtung 1 weist einen parallel oder seriell arbeitenden optischen Multiplexer 31 auf, von dem aus in diesem Ausführungsbeispiel drei Kanäle 5 zu Interferometer aufweisenden Meßsonden 11 einer optischen Ausgabeeinheit 4 führen. Dem optischen Multiplexer ist eine Empfangseinheit 71 mit in diesem Fall drei Detektoren 9 zugeordnet. Das Gesamtsystem kann auch als 2-Wellenlängen-Interferometer ausgelegt sein. In diesem Fall sind zwei Detektoren pro Meßkanal erforderlich. Ein Modulationsinterferometer 60 teilt ein von einer Lichtquelle 61 erzeugtes optisches Eingangssignal, beaufschlagt durch die optischen Einrichtungen 63, 65, 69, in zwei Teilsignale X1, X2 auf. Bedingt durch eine Verzögerungseinrichtung 67 innerhalb des Strahlenganges des zweites Teilsignal X2 weist dieses relativ zu dem ersten Teilsignal X1 eine optische Weglängenverschiebung auf. Vor dem Multiplexer 31 werden die beiden Teilsignale X1 und X2 zu einem Eingangssignal vereint.In the 1 shown optical measuring device 1 has a parallel or serial optical multiplexer 31 from, in this embodiment, three channels 5 to interferometer having probes 11 an optical output unit 4 to lead. The optical multiplexer is a receiving unit 71 with in this case three detectors 9 assigned. The overall system can also be designed as a 2-wavelength interferometer. In this case two detectors per channel are required. A modulation interferometer 60 divides in from a light source 61 generated optical input signal supplied by the optical devices 63 . 65 . 69 , in two partial signals X1, X2. Due to a delay device 67 Within the beam path of the second partial signal X2, this has an optical path length shift relative to the first partial signal X1. In front of the multiplexer 31 the two sub-signals X1 and X2 are combined to form an input signal.

Die Aufgabe des optischen Multiplexers 31, besteht einerseits darin, die Wellenfronten des optischen Eingangssignals hinter dem Modulationsinterferometer 60 in Form von Ausgangssignalen in geeigneter Weise auf die in diesem Beispiel drei Kanäle 5 zu verteilen. Andererseits ordnet der optische Multiplexer 31 mindestens eines von einer Oberfläche eines Objekts reflektierten und von mindestens einem Detektor 9 empfangenen Meßsignal in geeigneter Weise mindestens einem Ausgangsignal zu.The task of the optical multiplexer 31 On the one hand, it consists of the wavefronts of the optical input signal behind the modulation interferometer 60 in the form of output signals suitably to the three channels in this example 5 to distribute. On the other hand, the optical multiplexer orders 31 at least one of a surface of an object reflected and at least one detector 9 received measurement signal in a suitable manner at least one output signal.

Die in der 2 gezeigte bevorzugte Ausführungsform eines optischen Multiplexers 32 ist aus hintereinander geschachtelten Faserkopplern 17 ausgebildet. Mittels dieser Anordnung ist die Wellenfront eines optischen Eingangssignals 13 auf beispielsweise vier optische Ausgangssignale 15 aufteilbar. Dabei liefert eine Anzahl von n Teilerstufen 2ⁿ Kanäle 5. Außerdem enthält jeder Kanal 5 einen weiteren Faserkoppler 17 zur Auskopplung und Abbildung rückreflektierter optischer Meßsignale bzw. Wellenfronten auf die insbesondere als Fotodetektoren ausgebildeten Detektoren 9 einer Empfangseinheit. Bei dieser Ausführungsform ist eine komplette faseroptische Ausbildung der Kanäle 5 von Vorteil.The in the 2 shown preferred embodiment of an optical multiplexer 32 is made of nested fiber couplers 17 educated. By means of this arrangement is the wavefront of an optical input signal 13 for example, four optical output signals 15 divisible. In this case, a number of n divisional stages delivers 2 ⁿ channels 5 , In addition, each channel contains 5 another fiber coupler 17 for decoupling and imaging back-reflected optical measuring signals or wavefronts on the detectors designed in particular as photodetectors 9 a receiving unit. In this embodiment, a complete fiber optic design of the channels 5 advantageous.

Bei der in 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Multiplexers 33 kommt zur Bereitstellung einer spektralen Zerlegung eines über eine Eingangsfaser 19 bereitgestellten optischen Eingangssignals 13 ein als Gitter 21 ausgebildetes diffraktives Element zum Einsatz. Über eine Linse 26 gebündelte verschiedene Beugungsordnungen des Gitters 21 werden nach Teilung durch einen Strahlteiler 23 für eine Einkopplung in mehrere Ausgangsfasern 20, die wiederum Kanälen zugeordnet sind, verwendet. Dabei befinden sich die Ausgänge 20 der Ausgangsfasern, aus denen die Kanäle ausgebildet sind, in der Fokalebene der Linse 26. Rücklaufende Wellenfronten werden über den Strahlenteiler 23 umgelenkt und über eine zweite Linse 24 auf die einzelnen Detektoren 9 abgebildet.At the in 3 illustrated preferred embodiment of an optical multiplexer according to the invention 33 comes to provide a spectral decomposition of one over an input fiber 19 provided optical input signal 13 one as a grid 21 trained diffractive element used. About a lens 26 bundled different diffraction orders of the grid 21 be after Division by a beam splitter 23 for a coupling into several output fibers 20 , which in turn are assigned channels, used. Here are the outputs 20 the output fibers from which the channels are formed in the focal plane of the lens 26 , Returning wavefronts are transmitted via the beam splitter 23 redirected and over a second lens 24 on the individual detectors 9 displayed.

In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein optischer Multiplexer 34 refraktive Elemente, zum Beispiel Mikrolinsen- oder Miniaturlinsen-Arrays 24, auf. Dabei wird die Wellenfront bzw. das Eingangssignal über das Mikrolinsenarray 27 in die Ausgangsfasern 20 eingekoppelt. Die rücklaufenden Wellen werden über einen Strahlteiler 23 umgelenkt und mit dem gleichen Prinzip in ein Array von Ausgangsfasern 31 fokussiert. Die Wellen 29 werden auf die insbesondere als Fotodetektoren ausgebildeten Detektoren 9 abgebildet.In the in 4 shown embodiment of the invention comprises an optical multiplexer 34 refractive elements, for example microlens or miniature lens arrays 24 , on. In this case, the wavefront or the input signal via the microlens array 27 into the starting fibers 20 coupled. The returning waves are transmitted via a beam splitter 23 redirected and with the same principle into an array of output fibers 31 focused. The waves 29 be on the particular trained as photodetectors detectors 9 displayed.

5 zeigt eine mögliche bevorzugte Ausgestaltung einer optischen Ausgabeeinheit 40. Diese weist, in einer mechanischen Hülle 50 angeordnet, drei Meßsonden 47, 48, 49 mit jeweils zugeordneten Meßausgängen 57, 58, 59 auf. Diese optische Ausgabeeinheit 40 ist für die Aufgabe einer Durchmesserbestimmung in einer Führungsbohrung an einer zu messenden Bohrungsklasse angepaßt, so daß die optische Ausgabeeinheit 40 in Bohrungen mit einem Durchmesser zwischen einem Minimal- und einem Maximaldurchmesser eingeführt werden kann. 5 shows a possible preferred embodiment of an optical output unit 40 , This points, in a mechanical shell 50 arranged, three probes 47 . 48 . 49 each with assigned measuring outputs 57 . 58 . 59 on. This optical output unit 40 is adapted for the purpose of a diameter determination in a guide bore on a hole class to be measured, so that the optical output unit 40 can be inserted into holes with a diameter between a minimum and a maximum diameter.

Eine Passung kann beispielsweise über ein federndes Element erfolgen, so daß ein geringes Spiel bei leichtgängiger Reibung, wenn die optische Ausgabeeinheit 40 in die Führungsbohrung eingeführt wird, gewährleistet ist. Dabei sind der Minimal- und der Maximaldurchmesser an den durch das Interferometerprinzip vorgegebenen Meßbereich angepaßt. Die Sonde 40 aus 5 enthält drei optische Kanäle, deren Anzahl bedingt durch unterschiedliche Aufgaben variieren kann. Die Meßausgänge 57, 58, 59 dieser Kanäle sind senkrecht zur Achse der Ausgabeeinheit 40, sternförmig nach außen zeigend angeordnet. Dadurch können aus Abstandswerten sowohl Durchmesser als auch die Abweichung der Position der Meßsonden 47, 48, 49 von einer idealen Bohrungsachse gleichzeitig bestimmt werden. Dabei sind in einer bevorzugten Variante die optischen Kanäle als Interferometer mit Verzögerungsstrecken ausgebildet, die an die Verzögerungstrecke eines in 1 beschriebenen Modulationsinterferometers angepaßt sind.A fit can be made for example via a resilient element, so that a slight clearance with smooth friction when the optical output unit 40 is introduced into the guide hole is guaranteed. The minimum and maximum diameters are adapted to the measuring range specified by the interferometer principle. The probe 40 out 5 contains three optical channels whose number may vary due to different tasks. The measuring outputs 57 . 58 . 59 These channels are perpendicular to the axis of the output unit 40 arranged in a star shape facing outwards. As a result, distance values can be used to determine both the diameter and the deviation of the position of the measuring probes 47 . 48 . 49 be determined from an ideal bore axis at the same time. In this case, in a preferred variant, the optical channels are designed as interferometers with delay lines, which are connected to the delay path of an in 1 described modulation interferometer are adapted.

6 zeigt im Längsschnitt ein Fasertasterende 41, wie es bei einer möglichen Realisierung einer Meßsonde zur Anwendung kommen kann. Dabei weist das Fasertasterende 41 eine Klebestelle 43 für einen Referenzreflex auf. Das Ende des Fasertesterendes 41 weist eine polierte Schräge 45 zur Bereitstellung einer 90°-Umlenkung auf. In einer anderen Ausgestaltung können die anderen Kanäle mit Linsen versehen werden, wodurch eine verbesserte Abbildung erreichbar ist. 6 shows in longitudinal section a Fasertasterende 41 , as it can be used in a possible realization of a probe. In this case, the Fasertasterende points 41 a splice 43 for a reference reflex. The end of the fiber tester end 41 has a polished slope 45 to provide a 90 ° deflection. In another embodiment, the other channels can be provided with lenses, whereby an improved imaging can be achieved.

7 zeigt eine Abwandlung einer optischen Meßeinrichtung 2 mit einer weiteren Ausführungsform eines kombiniert parallel und seriell arbeitenden optischen Multiplexers 36 und einer optischen Ausgabeeinheit 44 mit zwei Meßsonden 102, 103 und einer Referenzsonde 101 in schematischer Darstellung. Eine Trennung einzelner Kanäle 5 erfolgt hierbei aufgrund der endlichen Kohärenzlänge des Lichts. Dabei wird jeder Kanal 5 über eine andere Verzögerung in einem Modulationsinterferometer 60 angesprochen. 7 shows a modification of an optical measuring device 2 with another embodiment of a combined parallel and serial optical multiplexer 36 and an optical output unit 44 with two probes 102 . 103 and a reference probe 101 in a schematic representation. A separation of individual channels 5 This is due to the finite coherence length of the light. Thereby every channel becomes 5 about another delay in a modulation interferometer 60 addressed.

Eine Empfangseinheit 77 wird mit nur zwei Detektoren 9 ausgelegt, wobei ein Spektralfilter in einem als Referenzkanal ausgebildeten Kanal 5, der eine als Referenzsonde 101 ausgebildeten Meßsonde zugeordnet ist, schmaler ausgelegt ist, so daß für die Kanäle 5 eine Kohärenzlänge l_c und für den Referenzkanal 5 eine Kohärenzlänge l_c' > l_c vorliegt. Die Referenzsonde 101 bleibt in ihrer Ausgestaltung unverändert. Ein Eingangskanal wird über Faserkoppler 17 auf ein Anzahl von n als Meßkanäle ausgebildeten Kanälen 5, die den Meßsonden 102, 103 zugeordnet sind, aufgeteilt. Der Wegunterschied des Interferometers 102, 103 eines jeden Meßkanals 5 unterscheidet sich um mindestens l_c gegenüber dem aller anderen Meßkanäle 5.A receiving unit 77 comes with only two detectors 9 designed, wherein a spectral filter in a channel formed as a reference channel 5 , one as a reference probe 101 trained probe is narrower, so that for the channels 5 a coherence length l _c and for the reference channel 5 a coherence length l _c '> l _c is present. The reference probe 101 remains unchanged in its design. An input channel is via fiber coupler 17 to a number of n channels formed as measuring channels 5 that the probes 102 . 103 are assigned, split. The path difference of the interferometer 102 . 103 of each measuring channel 5 differs by at least l _c compared to all other measuring channels 5 ,

Beim Meßvorgang muß jeder Meßkanal 5 seriell durch Einstellen der zugeordneten Verzögerung im Modulationsinterferometer ausgewählt werden. Um zusätzliche Interferenzen zwischen unterschiedlichen Meßkanälen 5 zu unterdrücken, müssen sich die Faserlängen der einzelnen Kanäle 5 hinter dem letzten Koppler 17 um mindestens l_c zuzüglich der größten unter allen Meßkanälen 5 verwendeten Verzögerungsstrecke unterscheiden.During the measuring process, each measuring channel 5 be serially selected by adjusting the assigned delay in the modulation interferometer. For additional interference between different measuring channels 5 To suppress, the fiber lengths of each channel must be 5 behind the last coupler 17 by at least 1 _c plus the largest among all measuring channels 5 different delay line used.

Aufgrund der Tatsache, daß im Referenzkanal 101 eine größere Kohärenzlänge l_c gewählt wird, liefert der Referenzkanal 101 für alle Einstellungen der Verzögerung im Modulationsinterferometer 60 ein auswertbares Signal. Damit kann der exakte Wert der eingestellten Verzögerung gleichzeitig mitgemessen und störende durch eine unpräzise Einstellung bedingte Einflüsse vermieden werden. Der Vorteil dieser weiteren Möglichkeit der Realisierung einer interferometrischen, optischen Meßeinrichtung mit mehreren Kanälen 5 besteht darin, daß der optische Multiplexer nicht parallel, sondern seriell ausgelegt ist. Aufgrund dieser vorteilhaften zeitlich geregelten Möglichkeit der Zuordnung bzw. Steuerung der Signale kann ein ansonsten aufwendiger optischer Multiplexer strukturell einfach ausgebildet sein.Due to the fact that in the reference channel 101 a larger coherence length l _{c is} selected, provides the reference channel 101 for all settings of the delay in the modulation interferometer 60 an evaluable signal. Thus, the exact value of the set delay can be mitgemessen simultaneously and disturbing caused by an imprecise setting influences are avoided. The advantage of this further possibility of realizing an interferometric, optical measuring device with multiple channels 5 is that the optical multiplexer is not parallel, but serially designed. Because of this advantageous temporally regulated possibility of assigning or controlling the signals, an otherwise complicated optical Mul tiplexer be structurally simple.

Analog zu einem parallelen Multi-Kanal-System zur Bereitstellung von optischen Ausgangssignalen und zur Zuordnung optischer Meßsignale, wie anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, kann auch der serielle optische Multiplexer mit einem frequenzmodulierenden Verfahren kombiniert werden.Analogous to a parallel multi-channel system for providing optical Output signals and for the assignment of optical measuring signals, as with reference to the accompanying drawings also described may be the serial optical multiplexer with a frequency modulating Procedures are combined.

Neben der Anwendung der erfindungsgemäßen optischen Meßeinrichtung für ein Weißlicht-Heterodyn-Interferometer-Verfahren, daß zu diesem Zweck häufig genutzt wird, sind alternativ weitere interferometrische Verfahren in Kombination mit einem parallelen Mehrkanalaufbau möglich, wie bspw. allgemeine Weißlicht-interferometrische Verfahren, die durch eine Weißlichtquelle mit kurzer Kohärenzlänge gekennzeichnet sind und durch die optische Verzögerung 67 (vgl. 1 und 6) im Modulationsinterferometer 60 durchgestimmt werden. Der Abstand wird dann aus der Position des Korrelogramms ermittelt. Es ist auch die Anwendung interferometrische Verfahren, die auf einer Frequenzmodulation der verwendeten Strahlung beruhen, denkbar. Hierbei wird entweder die Wellenlänge der Strahlungsquelle durchgestimmt (besonders vorteilhaft bei großer Anzahl an Meßkanälen) oder ein schmalbandiger Spektograph wird in Kombination mit einer Weißlichtquelle verwendet. Der Abstand zwischen optischen Signalen bzw. derer Wellenfronten wird aus dem Spektrum im k-Raum (Vektorraum) ermittelt.In addition to the application of the optical measuring device according to the invention for a white-light heterodyne interferometer method that is often used for this purpose, other interferometric methods in combination with a parallel multi-channel structure are alternatively possible, such as. General white light interferometric method by a White light source are characterized by short coherence length and by the optical delay 67 (see. 1 and 6 ) in the modulation interferometer 60 be tuned. The distance is then determined from the position of the correlogram. It is also the application of interferometric methods based on a frequency modulation of the radiation used, conceivable. In this case, either the wavelength of the radiation source is tuned (particularly advantageous in the case of a large number of measuring channels) or a narrowband spectrometer is used in combination with a white light source. The distance between optical signals or their wavefronts is determined from the spectrum in k-space (vector space).

Claims

Optical measuring device with at least one optical output unit ( 4 . 40 . 44 ) for outputting at least one optical output signal and at least one optical receiving unit ( 71 . 72 . 73 . 74 . 77 ) for receiving at least one optical measuring signal which leads to an assignment of the at least one optical measuring signal to at least one optical output signal by means of an optical multiplexer (US Pat. 31 . 32 . 33 . 34 . 37 ) is trained.

Optical measuring device according to claim 1, which is for a division of an optical input signal to a number of optical output signals and for assignment to at least one channel ( 5 ), to which a measuring probe ( 11 . 47 . 48 . 49 . 101 . 102 . 103 ) is assigned by means of the optical multiplexer ( 31 . 32 . 33 . 34 . 37 ) is trained.

Optical measuring device according to one of claims 1 or 2, in which the measuring probe ( 11 . 47 . 48 . 49 . 101 . 102 . 103 ) which emits at least one optical output signal, and in which the receiving unit ( 71 . 72 . 73 . 74 . 77 ) at least one detector ( 9 ), wherein the at least one detector ( 9 ) for receiving at least one optical measuring signal, which results from a modified output signal, is formed.

Optical measuring device according to one of the preceding claims, which is used to drive at least one of the channels ( 5 ) in a specific time sequence by means of the optical multiplexer ( 31 . 32 . 33 . 34 . 37 ) and thus for the combination of optical output signals is formed.

Optical measuring device according to one of the preceding claims, with which an interference between a phase relationship of the at least one optical output signal and a phase relationship of the at least one by means of the optical multiplexer ( 31 . 32 . 33 . 34 . 37 ) associated measuring signal is feasible.

Optical measuring device according to one of the preceding claims, in which the channels ( 5 ) are formed as optical fibers and separated from each other, and the probes ( 11 . 47 . 48 . 49 . 101 . 102 . 103 ) are arranged spatially specific in the optical output unit.

Optical measuring device according to one of the preceding claims, in which at least one measuring probe ( 11 . 47 . 48 . 49 . 101 . 102 . 103 ) is designed as an interferometer.

Optical measuring device according to one of the preceding claims, in which the input optical signal is detected by means of a modulation interferometer ( 60 ).

Optical measuring device according to one of the preceding claims, in which the optical multiplexer ( 31 . 32 . 33 . 34 . 37 ) at least one optical device ( 17 . 21 . 23 ) for splitting and combining optical signals.

Optical measuring method, in particular with an optical measuring device ( 1 . 2 ) according to one of the preceding claims, in which by means of an optical multiplexer ( 31 . 32 . 33 . 34 . 37 ) is divided into an optical input signal to a number of optical output signals and a received optical measurement signal is associated with a transmitted optical output signal.

Optical measuring method according to claim 10, wherein the at least one optical output signal Matter modified and thereby in at least one optical measuring signal is converted.

Optical measuring method according to one of the claims 10 or 11, wherein the at least one output signal from a Object as at least one optical measuring signal is reflected.

Application of an optical measuring device ( 1 . 2 ) according to one of claims 1 to 9 according to a method according to one of claims 10 to 12 for determining the nature of a surface area of an object.