TW202438847A

TW202438847A - 光學量測系統

Info

Publication number: TW202438847A
Application number: TW112150980A
Authority: TW
Inventors: 海默凱拉寧
Original assignee: 加拿大商Ｌｍｉ科技股份有限公司
Priority date: 2023-03-15
Filing date: 2023-12-27
Publication date: 2024-10-01
Also published as: WO2024189258A1

Abstract

本發明係關於一種位移感測器，其例如用在用於量測一物件之三維形狀的3D感測器中。一繞射光柵用以減小量測光在諸如一影像感測器之一光感測器上的入射角，藉此改良該光感測器之效能。本發明之該等位移感測器包括基於三角量測之感測器及同軸感測器。

Description

光學量測系統

本發明係關於一種位移感測器，其例如用在用於量測一物件之三維形狀的3D感測器中。

在此項技術中已知之許多位移及3D輪廓感測器中，將光投射至量測物件上且量測自量測物件之表面反射的光以便判定物件之形狀。光在許多此類裝置中之影像感測器上的入射角自零偏移。諸如CCD及APS之影像感測器未經設計成以此類角度操作，且因此其效能劣化。在基於三角量測之裝置中，入射角可藉由增大三角量測角度而減小；然而，此策略受系統之實體約束限制，例如，由於感測器將佔據與量測物件相同的空間而不可能將三角量測角度增大至90度。此外，增大三角量測角度亦具有由於量測物件之高度改變而增加反射光之陰影的非所要副作用。三角量測角度愈大，則引起陰影之高度改變愈低。此外，導致影像擴大之放大引起中間影像平面之進一步旋轉，若置放於中間影像平面上，則進一步增大光在影像感測器上之入射角，從而基本上防止使用此放大，否則此放大可適用於改良感測器之準確度。

本發明之第一範疇係關於一種感測器，其用於量測量測物件之表面相對於感測器的位移。該感測器包含： ● 光源，其經組態以將量測光投射於量測平面中使得當感測器在使用中時，量測光在量測物件之表面與量測平面的相交處自量測物件之表面反射； ● 第一中間光學件，其沿著第一量測軸線定位且經組態以將在量測平面之第一側上反射的量測光聚焦於中間影像平面中； ● 第二中間光學件，其沿著第二量測軸線定位且經組態以將在量測平面之第二側上反射的量測光聚焦於中間影像平面中； ● 至少一個繞射光柵，其與中間影像平面對準，使得反射量測光聚焦且入射於繞射光柵之表面上且使得量測光沿著第三量測軸線繞射； ● 第三中間光學件，其沿著第三量測軸線定位且經組態以將繞射量測光聚焦於感測器影像平面中；及 ● 光感測器，其與感測器影像平面對準，使得繞射量測光聚焦於光感測器上，其中該光感測器經組態以量測入射於光感測器上之繞射量測光。

來自第一量測軸線之量測光在繞射光柵上的入射角可大於來自第一量測軸線之量測光自繞射光柵的繞射角，且來自第二量測軸線之量測光在繞射光柵上的入射角可大於來自第二量測軸線之量測光自繞射光柵的繞射角。

量測平面可由經由第一中間光學件之中間影像平面的聚焦平面與量測光沿著量測軸線投射的體積之相交處界定。

經由第二中間光學件之中間影像平面的聚焦平面可與經由第一中間光學件之中間影像平面的聚焦平面共面且重疊。

量測平面之第一側上的量測光反射可入射於繞射光柵之第一部分上，且在量測平面之第二側上反射的量測光可入射於繞射光柵之第二部分上。

至少一個繞射光柵可包含兩個繞射光柵，至少一個繞射光柵之第一部分可由第一繞射光柵提供且至少一個繞射光柵之第二部分可由第二繞射光柵提供。

自繞射光柵之第一部分繞射的光可聚焦於光感測器之第一部分上，且自繞射光柵之第二部分繞射的光可聚焦於光感測器之第二部分上。

繞射光柵之第一部分與繞射光柵之第二部分可不重疊。

光感測器之第一部分與光感測器之第二部分可不重疊。

第一量測軸線可自投影軸線偏移第一三角量測角度，且第二量測軸線可自投影軸線偏移第二三角量測角度。

第一三角量測角度可與第二三角量測角度相同。

第一三角量測角度與第二三角量測角度可不同。

光源之波長或波長範圍、繞射光柵之刻線或狹縫的間距以及第一三角量測角度及第二三角量測角度可經組態以使得第三量測軸線垂直於繞射平面。

第一中間光學件可包含第一子集、第一鏡面反射器及第二子集，其經配置以使得在量測平面之第一側上反射的量測光進入第一中間光學件之第一子集，射出第一子集第一中間光學件，由第一鏡面反射器以第一反射角反射，進入第二子集第一中間光學件且射出第二子集第一中間光學件，使得量測光聚焦於中間影像平面中。

第二中間光學件可包含第一子集、第二鏡面反射器及第二子集，其經配置以使得在量測平面之第二側上反射的量測光進入第二中間光學件之第一子集，射出第二中間光學件之第一子集，由第二鏡面反射器以第二反射角反射，進入第二中間光學件之第二子集且射出第二中間光學件之第二子集，使得量測光聚焦於中間影像平面中。

第一中間光學件之第一子集、第一中間光學件之第二子集、第二中間光學件之第一子集及第二中間光學件之第二子集的放大倍率、第一反射角及第二反射角可經組態以使得經由第二中間光學件之中間影像平面的聚焦平面與經由第一中間光學件之中間影像平面的聚焦平面共面且重疊。

第一中間光學件及第二中間光學件可關於量測平面鏡面對稱地配置。

光源可進一步包含用於在量測平面中形成投射光的光學元件。

光源可經組態以將在量測平面上延伸之光線投射至量測物件上。

光源可經組態以將一或多個光點投射至量測物件上。

光源可為雷射或LED。

光感測器可為影像感測器，諸如電荷耦合裝置或主動像素感測器。

光感測器可經定位以使得在光感測器上繞射之量測光的入射角基本上為零。

量測光自繞射光柵之繞射角可基本上為零。

第一中間光學件及第二中間光學件中之一者或兩者可具有量值不為1的放大倍率。

在此上下文中，「基本上為零」可意謂角度之量值小於5度。

繞射光柵可為透射式繞射光柵，或繞射光柵可為反射式繞射光柵。

繞射光柵可為彎曲繞射光柵，其中繞射光柵之曲率與中間影像平面之曲率相同。

感測器可經組態以識別光感測器上之局部光強度最大值，且基於局部光強度最大值之位置計算至量測物件之表面的距離。

感測器可經組態以基於對應局部強度峰之量值量測量測物件之表面的反射率。

感測器可經組態以識別光感測器上之多個局部光強度最大值，各局部光強度最大值對應於量測光自量測物件之透明層的反射，且基於局部光強度最大值之位置計算至量測物件之各透明層的距離。

本發明之第二範疇係關於一種感測器，其用於量測量測物件之表面相對於感測器的位移。該感測器包含： ● 光源，其經組態以沿著投影軸線且在量測平面中投射量測光，使得當感測器在使用中時，量測光在量測物件之表面與量測平面的相交處自量測物件之表面反射； ● 第一中間光學件，其沿著第一量測軸線定位且經組態以將自量測平面反射之量測光聚焦於中間影像平面中，其中該第一量測軸線與投影軸線同軸； ● 繞射光柵，其與中間影像平面對準，使得反射量測光聚焦且入射於繞射光柵之表面上且使得量測光沿著第二量測軸線繞射； ● 第二中間光學件，其沿著第二量測軸線定位且經組態以將繞射量測光聚焦於感測器影像平面中；及 ● 光感測器，其與感測器影像平面對準，使得繞射量測光聚焦於光感測器上，其中該光感測器經組態以量測入射於光感測器上之繞射量測光。

量測光自繞射光柵之繞射角可小於量測光在繞射光柵上之入射角。

繞射光柵可與量測平面共面。

繞射光柵可為隆奇（Ronchi）刻線。

繞射光柵可在反射模式及透射模式兩者中操作。

繞射光柵之厚度可小於500 µm。

繞射光柵可經進一步組態以沿著第三量測軸線繞射量測光，第三量測軸線與第二量測軸線同軸且自繞射光柵之相對側延伸，且該感測器可進一步包含： ● 第三中間光學件，其沿著第三量測軸線定位且經組態以將繞射量測光聚焦於第二感測器影像平面中；及 ● 第二光感測器，其與第二感測器影像平面對準，使得繞射量測光聚焦於第二光感測器上，其中該第二光感測器經組態以量測入射於感測器光感測器上之繞射量測光。

該感測器可進一步包含： ● 第二繞射光柵，其經定位以使得第一繞射光柵及第二繞射光柵關於量測平面鏡面對稱； ● 至少一個反射器，其經組態以將量測自量測平面之第一側反射至第一繞射光柵上且將量測光自量測平面之第二側反射至第二繞射光柵上。

第二中間光學件可經組態以將自第一繞射光柵繞射之光及自第二繞射光柵繞射之光聚焦於感測器影像平面中。

來自量測平面之第一側之量測光在量測平面與光感測器之間的光學路徑長度可與針對來自量測平面之第二側之量測光在量測平面與光感測器之間的光學路徑長度相同。

第二中間光學件可進一步包含光束組合器，該光束組合器用於將來自量測平面之第一側的量測光與來自量測平面之第二側的量測光組合，使得來自量測平面之兩側的量測光入射於光感測器上。

來自量測平面之第一側的量測光可入射於光感測器之第一部分上，且來自量測平面之第二側的量測光可入射於光感測器之第二部分上。

光感測器之第一部分與光感測器之第二部分可不同且為光感測器之不重疊部分。

光源可經組態以將一或多個光點投射至量測物件上。

光源可為雷射或LED。

量測光自繞射光柵之繞射角可基本上為零。

在此上下文中，「基本上為零」可意謂角度之量值小於5度。

本發明之另一範疇係關於一種用於量測量測物件之表面相對於如前述技術方案中任一者之感測器之位移的方法。該方法包含識別光感測器上之局部光強度最大值；及基於局部光強度最大值之位置計算至量測物件之表面的距離。

本發明之另一範疇係關於一種用於量測透明膜之厚度的方法。該方法包含使用上文所描述之感測器中之任一者將量測光投射至透明膜上；及判定光感測器上由量測光自透明膜之表面之反射引起的至少兩個強度最大值之間的距離。

本發明之另一範疇係關於一種包含上文所描述之感測器中之任一者的3D感測器。

本發明之另一範疇係關於一種用於量測量測物件之三維形狀的方法。該方法包含在量測物件上之不同位置處用上文所描述之3D感測器重複量測量測物件之二維輪廓；及產生包含複數個所量測二維輪廓及所量測二維輪廓之間的位移的輸出資料。

本發明之另一範疇係關於一種用於產生量測物件之三維模型的方法。該方法包含根據上文所描述之用於量測量測物件之三維形狀的方法量測量測物件之三維形狀；及處理量測物件之複數個所量測二維輪廓及所量測二維輪廓之間的位移以產生量測物件之三維模型。

此處所使用的術語「感測器」意謂輸出對應於物件或環境之所量測狀態的屬性之信號的個別元件或較大系統。舉例而言，諸如電荷耦合裝置（CCD）或主動像素感測器（APS）之光學感測器可用以量測入射於感測器上之光，尤其為影像，而諸如三維輪廓量測感測器之複合感測器可包括諸如CCD或APS之感測器，同時亦包括結合CCD或APS使用之其他元件，諸如光學件及光源。

貫穿下文的描述，術語「垂直」、「基本上垂直」、「零角度」及「基本上零角度」已用以指不同光學元件相對於光軸、向量及其他光學元件之對準。應瞭解，「垂直」及「零角度」在實踐中不可能達成，且表示系統之理想化版本並在下文所描述之示意圖中描繪。術語「基本上垂直」及「基本上零角度」已用以反射此現實。在使用此等術語及片語時，此等術語之預期範圍寬於嚴格的理想化含義。「垂直」及「基本上垂直」兩者較佳意謂90 1度之角度，但亦可包括90 2、3、4、5或10度之角度。「零角度」及「基本上零角度」兩者或其他類似術語較佳意謂0 1度之角度，但亦可包括0 2、3、4、5或10度之角度。

本文中所使用之術語「成像」意謂量測在感測器處接收到之光，尤其量測在感測器之各像素或其他單元處接收到的光之強度。

本文中所使用之術語「光感測器」意謂如下感測器：其能夠量測在其表面上之不同位置處接收到的光之強度。

為避免疑問，圖式中所描繪之光學系統在本質上為示意性的，且諸如透鏡之光學元件的相對大小及形狀不應被視為對用以實施本發明之光學元件的限制。

圖1展示根據本發明之第一實施例的感測器100之示意性表示。

感測器100藉由量測在量測物件111之表面與量測平面112的相交處自量測物件111反射之光來量測量測物件111之表面在量測平面112內的位移。為避免疑問，量測物件111並非本發明之感測器的部分。關於圖1A更詳細地描繪及描述量測平面。

感測器100包括光源101，諸如雷射或發光二極體，但可使用任何合適的光源。較佳地，限制光源之光譜頻寬使得光自下文更詳細解釋之繞射光柵106的繞射角度之範圍等於或小於第三中間光學件108可接受光之角度範圍。此限制為可選的，但對於光源101之給定功率輸出，增加了在感測器110處接收到之量測光的強度，從而產生更節能的感測器。

該光源沿著投影軸線102發射量測光。舉例而言，自光源101發射之光可投射至平面上且藉此將光線投射至量測物件111上。然而，自光源101發射至量測物件111上之光可採用可重建構輪廓之任何合適形式，諸如一系列點（亦即，點線）、一系列較小線（亦即，虛線）或兩者之任何組合，只要可自所投射光重建構量測物件111與量測平面112之相交處的二維形狀即可。本發明之原理亦適用於僅使用單個光點之感測器。

光源101及量測平面112之配置更詳細地展示於圖1A中。圖1A為展示與圖1相同之元件中之一些的透視圖。光源101發射量測光，該量測光藉由光學元件101a形成為適當形狀且投射至量測物件111上。雖然圖1A展示量測光投射至整個量測物件上，但此並非必需的，量測物件亦不必佔據量測光之整個寬度。在量測光入射於量測物件111上之情況下，其自量測物件111反射且在量測物件上呈現為線。理論上，量測平面112由經由第一中間光學件103a之中間影像平面105（展示於圖1中）的聚焦平面、經由第二中間光學件103b之中間影像平面105的聚焦平面及投射量測光的平面之間的重疊區界定。實務上，光以具有小深度之三維體積中而非理想化的二維平面進行投射。量測平面112因此界定為投射量測光之此三維體積與經由第一中間光學件103a之中間影像平面105的聚焦平面及經由第二中間光學件103b之中間影像平面105的聚焦平面之間的重疊區。在光自量測平面112內之量測物件111之表面反射的情況下，量測該光以便最終判定量測物件111之表面相對於光源的位移或判定量測物件111之厚度，其中量測物件為透明膜。

返回至圖1，投影軸線102由光自光源101發射所沿的理想化方向界定。藉由光源101投射至量測物件111之表面上的光在多個方向上（亦即，藉由漫反射）自量測物件111之表面鏡面或非鏡面地反射，其亦被稱作非鏡面反射或散射。一些反射光進入位於第一量測軸線104a上之第一中間光學件103a。第一量測軸線104a自投影軸線102偏移三角量測角度113a。第一中間光學件103a經組態以將自量測物件111之表面反射的所投射量測光聚焦於中間影像平面105中。根據沙姆普弗魯克（Scheimpflug）原理，由於量測平面112自第一中間光學件103a之透鏡角度偏移對應於第一三角量測角度113a之角度，因此由第一中間光學件103形成之量測平面的影像平面（亦即，中間影像平面105）亦自第一中間光學件之透鏡平面偏移。中間影像105與第一量測軸線104a之角度偏移的大小因此取決於第一三角量測角度113a以及第一中間光學件103a之放大倍率。

第一中間光學件103a由第一中間光學件之第一子集121a、第一鏡面反射器122a及第一中間光學件之第二子集123a構成。自量測物件111之表面反射的量測光之部分進入第一中間光學件之第一子集121a，由鏡面反射器122a反射且進入第一中間光學件之第二子集123a。射出第一中間光學件之第二主體123a的光入射於繞射光柵106上。

若影像感測器簡單地置放於中間影像平面105上以量測自量測物件111反射之光，則入射於影像感測器上之光以中間影像平面角度114被接收。然而，諸如CCD及APS之影像感測器通常未經設計成以傾斜角度操作，且因此其效能劣化。甚至對於諸如位置敏感裝置之較簡單光感測器，效能隨著入射角增大而降低。光在中間影像平面105處之入射角114a可藉由增大三角量測角度來減小；然而，此策略受到系統之實體約束限制，例如，不可能將三角量測角度增大至90度，此係因為第一中間光學件103a及中間影像平面105將佔據與量測物件111相同的空間。此外，增大三角量測角度亦具有由於量測物件之表面輪廓上的高度在垂直於量測平面之方向上的改變而增加反射光沿著第一量測軸線10a4之陰影的非所要副作用。三角量測角度愈大，則引起陰影之高度改變愈低。此外，影像之放大引起中間影像平面之進一步旋轉，若置放於中間影像平面上，則進一步增大光在影像或其他光感測器上之入射角，從而基本上防止使用否則可適用於改良感測器之準確度的放大。

本發明之感測器藉由以下操作來解決此等問題：使用一或多個繞射光柵改變光相對於影像平面105之傳播角度，使得光感測器可以較小角度使用，藉此提高其效能。

在圖1中所描繪之實施例中，繞射光柵106與中間影像平面105對準，使得自量測物件111之表面反射的量測光入射且聚焦於繞射光柵106之表面上，亦即，繞射光柵106之表面與中間影像平面105對準。在一些實施例中，繞射光柵106為平面繞射光柵。在其他實施例中，繞射光柵106可具有微小的曲率，以考慮影像平面105由於第一中間光學件103之非理想屬性而引起的變形。在圖1之實施例中，繞射光柵106為反射式繞射光柵，但應瞭解，可替代地使用透射式繞射光柵。

具有刻線或狹縫間距（亦被稱作刻線或狹縫間隔）之繞射光柵根據光柵方程以繞射角繞射以角度入射的具有波長之光，其中為模數。入射角及繞射角係相對於平行於繞射光柵之刻線或狹縫且垂直於繞射光柵之平面表面延伸的平面（亦被稱作光柵法線）在相反方向上定義。

在表i中提供了針對1800線mm ^-1之光柵及具有在可見光波長之藍色區中的不同波長之光在模式下的入射角及繞射角之例示性值。可看出，當入射角為54度時，亦即，當三角量測角度113及中間影像平面角度114為36度時（假定第一中間光學件103具有放大倍率一），具有大約450 nm之波長的光具有接近零之繞射角。若置放於中間影像平面105處，則此大角度對光感測器之效能具有顯著效應。

(nm)	(°)	(°)
446	34	-14,1
54	0,4
84	11,1
448	34	-14,3
54	0,2
84	10,8
450	34	-14,5
54	-0,1
84	10,6
452	34	-14,7
54	-0,3
84	10,4
453	34	-14,8
54	-0,4
84	10,3

表 i

自量測物件111之表面反射的光之繞射更詳細地展示於圖1B中。角度141為射出第一中間光學件103a且聚焦於繞射光柵106之表面上的來自量測平面之光的最大半角。角度143為第一量測軸線104與第三量測軸線107之間的差。箭頭143a及143b展示第一波長之量測光的最小及最大繞射角。角度144a及144b展示第二波長之量測光的最小及最大繞射角。作為實例，在半角141為20度且第一量測軸線與第二量測軸線之間的角度142為60度的情況下，則來自具有1800線mm ^-1之繞射光柵的波長400 nm之光在第一繞射模式（亦即，）中的繞射角沿著箭頭143a（亦即，具有40度之入射角）為-15.4度，且沿著箭頭143b（亦即，具有80度之入射角）為4.4度。對於波長500 nm之光，在相同的輸入角度範圍內自同一光柵在第一繞射模式（中之繞射角沿著箭頭144a（40度之入射角）為-4.9度且沿著箭頭144b（80度之入射角）為14.9度。因此，在此實例中，若第三中間光學件108具有15.4度之輸入錐半角145，則400 nm與500 nm之間的聚焦於繞射光柵上之所有光將進入第三中間光學件108且最終入射於光感測器110上。因此可看出，將光源101之光譜頻寬限制至將以在第三中間光學件108之輸入錐內之角度自繞射光柵繞射的波長會導致裝置之改良效率，此係因為自光源發射之最大量的量測光入射於光感測器101上。然而，應理解，此並非本發明之必需特徵，且較寬或較窄光譜波長可與本發明之感測器一起使用。

此外，可使用非鏡面反射器而非中間影像平面105中之繞射光柵106。然而，相較於非鏡面反射器，諸如平面漫反射器，使用適當地對準及組態之繞射光柵會增加沿著第二量測軸線傳播之光的強度。

返回至圖1，第二量測軸線104b自量測平面112之相對側延伸，且第二中間光學件103b沿著第二量測軸線104b配置，如上文關於第一中間光學件103a及第一量測軸線104a所描述。如同第一中間光學件103a，第二中間光學件104b經組態以將自量測平面112反射之光聚焦於中間影像平面105中，亦即，聚焦於繞射光柵106之表面上。上文對第一中間光學件103a及沿著第一量測軸線104a之元件之組態的描述同樣適用於第二中間光學件103b及沿著第二量測軸線104b之元件之組態。

雖然圖1所展示之組態呈現為具有鏡面對稱性，但第一中間光學件103a及第二中間光學件103b具有此類對稱性並非必需的。藉由將第一中間光學件103a及第二中間光學件103b配置成具有鏡面對稱性，簡化了感測器之結構及製造；然而，唯一的必要約束為經由第一中間光學件103a及第二中間光學件103b中之各者的量測平面之影像平面彼此共面且與繞射光柵106之表面共面，自量測平面112接收到之量測光聚焦於影像平面中。實際上，使用不對稱之組態可為有利的，亦即，其中第一三角量測角度113a不同於第二三角量測角度113b。此可藉由相較於第一中間光學件103a中之對應子集的放大倍率修改第二中間光學件103b之第一子集121b及第二中間光學件103b之第二子集123b的放大倍率來達成。

藉由第一中間光學件103a聚焦至繞射光柵106上之光可入射於繞射光柵之第一部分上，且藉由第二中間光學件103b聚焦至繞射光柵106上之光可入射於繞射光柵之第二部分上。繞射光柵106之第一及第二部分可不重疊，此允許容易地區分自量測平面之各側形成於繞射光柵上的量測平面之影像。

應瞭解，雖然此處參考且在圖1中描繪單個繞射光柵106，其中藉由第一中間光學件103a及第二中間光學件103b聚焦之光入射於繞射光柵之不同部分上，但繞射光柵106之功能可藉由與中間影像平面105對準之兩個單獨繞射光柵執行。

在代替單個繞射光柵106使用多個繞射光柵之情況下，各繞射光柵可具有不同間距，藉此改變以給定角度入射之光的繞射角。因此，可使用不同三角量測角度113b或第二中間光學件103b中之不同放大倍率，同時仍允許自兩個光柵繞射之光基本上平行於彼此傳播且因此在使用單個光感測器110時聚焦於光感測器110上。

如上文關於圖1B所提及，藉由繞射光柵106繞射之量測光進入位於第三量測軸線107上之第三中間光學件108。第三量測軸線107較佳基本上垂直於繞射光柵106之表面，亦即，基本上平行於光柵法線。在此上下文中，「基本上平行」意謂與垂直在五度內。類似地，「基本上同軸」意謂與平行在五度內。當第三量測軸線107基本上垂直於繞射光柵之表面時，改良了光感測器110之效能，如上文所描述，且來自量測平面之第一側（亦即，沿著第一量測軸線104a）及量測平面之第二側（亦即，沿著第二量測軸線104b）兩者的自繞射光柵繞射之光可聚焦於光感測器110上。

第三中間光學件108經組態以將來自繞射光柵106之繞射光聚焦至感測器影像平面109上。由於投射至量測物件111上之光的影像聚焦於中間影像平面105中，亦即，聚焦於繞射光柵106上，因此根據Scheimpflug原理，當第三中間光學件之放大倍率為一時，感測器影像平面109相對於第三量測軸線107之角度與中間影像平面105相對於第三量測軸線107之角度相同。

光感測器110經定位以使得其主動表面與感測器影像平面109對準且繞射量測光聚焦於光感測器110上。

當在量測平面112之第一側上反射且經由第一中間光學件103a到達繞射光柵106的光入射於繞射光柵之第一部分上且在量測平面112之第二側上反射且經由第二中間光學件103b到達繞射光柵106的光入射於繞射光柵之第二部分上的情況下，在量測平面112之各側上反射的光最終亦在第一部分及第二部分中入射於光感測器110上。因此，光感測器110亦可由對應於第一部分及第二部分之兩個單獨光感測器替換。然而，如同使用單個繞射光柵，使用單個光感測器顯著簡化感測器100之建構及校準。

光感測器可為影像感測器，諸如電荷耦合裝置（CCD）或主動像素感測器（APS）、位置敏感裝置或能夠量測在表面上之不同位置處接收到的光之強度的任何合適感測器。

若第三量測軸線107基本上平行於光柵法線，則可在第二中間光學件108使用任意放大率而不改變感測器影像平面109之角度。放大可允許投射至量測物件111上之光的形狀之更準確量測。此外，由於光感測器110之效能不再受三角量測角度113a/113b約束，因此可使用較小三角量測角度113a/113b，從而允許感測器100量測具有較高縱橫比表面特徵而無陰影的量測物件111之形狀。

此外，可使用除模式以外的其他繞射模式。模式提供與模式相同強度的繞射光，且可因此以與模式相同之偏好來使用。在高於之模式中繞射的光具有較低強度，但可仍以上文所描述之方式使用且仍較佳使用簡單的漫反射器而非繞射光柵。為了最大化繞射光之強度，可使用閃耀的繞射光柵，在此狀況下，光源101可為具有等於繞射光柵之閃耀波長之中心波長的單色或窄頻光源。

此外，繞射光柵106可為彎曲的。實務上，由於第一中間光學件103之非理想屬性，尤其在使用較低品質透鏡之情況下，影像平面105可稍微彎曲。繞射光柵106之曲率較佳與影像平面105之曲率相同，使得自量測平面112接收到之光聚焦於其入射之繞射光柵106上的各點處。

在單個光點投射至量測物件111之表面上的最簡單實例中，自量測平面112之各側接收到的量測光入射於光感測器110上。來自量測平面之各側的光中在光感測器110上的最大光強度之位置對應於量測物件111之表面上的照明點相對於感測器100的位移。在使用諸如一系列點之其他光源的情況下，光強度之局部最大值的位置對應於量測物件111之表面上的各照明點相對於感測器的位移。在使用光線之情況下，像素之各行或列中的最大強度對應於量測物件111之表面上的照明區相對於感測器100的位移。

圖2展示根據本發明之第二實施例的感測器200。如同感測器100，感測器200使用繞射光柵206來實現光在光感測器210上之基本上為零的入射角。然而，不同於上文所描述之三角量測感測器100，感測器200為同軸感測器，亦即，第一量測軸線204與投影軸線202同軸，換言之，第一量測軸線204處於量測平面212內。

感測器200包括上文關於感測器100所描述之光源201。光源201可包括一或多個光學元件，其整體地作為光源201之部分或在自光源201發射之光的路徑中沿著投影軸線202沿軸線配置。量測光可投射至量測物件上使得光線投射至量測物件211上。然而，在量測平面212中自光源201發射至量測物件211上的光可採用上文關於感測器100所描述之任何合適形式的光。圖5之光源202及下文所描述之其他同軸實施例的光譜頻寬可基於進入第二中間光學件之光錐的半角而受限制，如上文關於圖1B所描述。

可提供反射器201a以便遠離第一量測軸線204定位光源201。反射器201a可定位於第一中間光學件203內，如圖2中所展示，在此狀況下，定位於反射器201a與量測物件211之間的第一中間光學件203之透鏡可具有開口以允許來自光源201之光穿過而不被透鏡折射。替代地，透鏡可不具有開口，而是經塑形以形成投射於量測平面中之光，如圖2中所展示。作為另一替代例，反射器201b可定位於第一中間光學件203外部，例如定位於第一中間光學件203與量測物件211之間，如圖3及圖4中所展示。可任意地選擇光源201及反射器201b之位置及定向，只要量測光仍投射於量測平面212內即可。由於反射器201b之大小可比光源201小得多，因此其可大部分或完全置放於感測器200之盲點內，該盲點與量測平面212及投影軸線202對準。

投射至量測平面212中之量測物件211上的量測光自量測物件之表面散射（亦即，漫反射）。反射光之至少部分返回朝向感測器200反射，且特定而言，朝向第一中間光學件203反射。第一中間光學件203處於與量測平面對準之第一量測軸線204上。

進入第一量測光學件203之量測光聚焦至與量測平面212對準之中間影像平面205上。當量測光在量測平面內之不同高度處，亦即，在更接近或更遠離第一中間光學件203之點處自量測物件211反射時，中間影像平面205內之聚焦光的對應位置相應地改變。光自中間影像平面205之兩側聚焦至平面上。

繞射光柵206與中間影像平面205對準，使得所投射光之聚焦影像入射於繞射光柵206之平面表面上，亦即，繞射光柵206之平面表面與中間影像平面205對準。自量測物件211反射且藉由繞射光柵206繞射之量測光沿著第二量測軸線207繞射，該第二量測軸線基本上垂直於中間影像平面205。

繞射光柵206可為反射式繞射光柵、透射式繞射光柵或可能夠在反射模式及透射模式兩者中操作。舉例而言，能夠在反射模式及透射模式兩者中操作之繞射光柵為隆奇刻線。能夠在反射模式及透射模式兩者中操作之繞射光柵必須足夠薄，使得入射於光柵之兩側上的光不會顯著離焦且使得在透射模式中繞射之光與在反射模式中透射之光對準。繞射光柵可因此具有500 µm或更小之厚度。

第二中間光學件208沿著第二量測軸線207定位且經組態以將來自繞射光柵206之繞射光聚焦至感測器影像平面209上。由於投射至量測物件211上之光的影像聚焦於中間影像平面205中，亦即，聚焦於繞射光柵206上，因此感測器影像平面209相對於第二量測軸線207之角度與中間影像平面205相對於第二量測軸線207之角度相同。光感測器210經定位以使得其表面與感測器影像平面209對準，且投射至量測物件211上之光的影像聚焦於光感測器210之主動表面上。光在光感測器210上之入射角因此等於光自繞射光柵206之繞射角，亦即，光感測器210基本上垂直於入射光之方向而定位。再次，量測光在光感測器210上之基本上為零的入射角為最佳的，但如上文所解釋，相較於光在繞射光柵206上之入射角，光在光感測器210上之入射角的任何減小會導致感測器200之改良效能。

當繞射光柵可在反射模式及透射模式中兩者操作時，感測器亦可包括第三中間光學件，該第三中間光學件沿著第三量測軸線207b定位且經組態以將來自繞射光柵206之第二側的繞射光聚焦至第二感測器影像平面209b上。第二光感測器210b經定位以使得其表面與第二感測器影像平面209b對準，且投射至量測物件211上之光的影像亦以與上文針對光感測器210所描述相同之方式聚焦於第二光感測器210b之主動表面上。第三中間光學件208b及第二光感測器以與第二中間光學件208及光感測器210相同之方式操作，但關於中間影像平面205具有鏡面對稱性。

替代地，繞射光柵206可為繞射自第一側入射於中間影像平面205上之光的反射式繞射光柵，且第二反射式繞射光柵可平行於繞射光柵206對準以便繞射自第二側入射於中間影像平面205上之光。在此狀況下，感測器亦可包括第三中間光學件，該第三中間光學件沿著第三量測軸線定位且經組態以將來自繞射光柵206之第二側的繞射光聚焦至第二感測器影像平面及第二光感測器上，如上文關於可在透射模式及反射模式兩者中操作的繞射光柵所描述。第三量測軸線與第二量測軸線207同軸地，亦即，垂直於中間影像平面205自中間影像平面205延伸，且第三中間光學件及第二光感測器以與第二中間光學件208及光感測器210相同之方式操作，但關於中間影像平面205具有鏡面對稱性。

應瞭解，第三中間光學件208b及沿著第三量測軸線207b配置之其他元件為可選特徵，其對於感測器200之基本功能並非必要的。

圖3為根據本發明之第三實施例的感測器300之示意圖。如同感測器100及200，感測器300使用繞射光柵306a及306b以實現量測光在光感測器310上之基本上為零的入射角。如同感測器200，感測器300為同軸感測器，亦即，第一量測軸線304與投影軸線302同軸，換言之，第一量測軸線304處於量測平面312內。

感測器300包括光源301，該光源可與上文關於圖1、圖1A及圖2所描述的相同。光源301可包括一或多個光學元件，其整體地作為光源301之部分或在自光源301發射之光的路徑中沿著投影軸線302沿軸線配置以用於對投射至量測物件311上之光進行塑形。自光源301發射之光發射在量測平面312中且可發射在整個量測平面312上，從而導致光線投射至量測物件311上。然而，在量測平面312中自光源301發射至量測物件311上的光可採用上文關於感測器100及200所描述之任何合適形式的光。此外，可提供反射器301a以便遠離第一量測軸線304定位光源301，如上文關於感測器200所描述。反射器301a相對於第一中間光學件303之可能位置及其可能定向與上文關於感測器200之反射器201b及第一中間光學件203所描述的相同。

投射至量測平面312中之量測物件311上的量測光自量測物件之表面散射（亦即，漫反射）。反射光之部分返回朝向感測器300反射，且特定而言，朝向第一中間光學件303反射。第一中間光學件303處於與量測平面對準之第一量測軸線304上。

第一中間光學件303亦包括鏡面反射器303b，該鏡面反射器與量測平面312對準，使得在自量測平面312之第一側反射之後進入第一中間光學件的量測光藉由鏡面反射器303b之第一側反射，且使得在自量測平面312之第二側反射之後進入第一中間光學件的量測光藉由鏡面反射器303b之第二側反射。如圖3中所展示，鏡面反射器303b可具有三角稜鏡形狀，其中三角形橫截面之一個頂點與量測平面312及第一量測軸線304對準。然而，應瞭解，可替代地使用多個鏡面反射器303b，例如，可針對來自量測平面312之各側的量測光提供單獨反射器。因此，一或多個反射器303b經組態以在第一方向上反射自量測平面312之第一側反射的量測光，且在第二方向上反射自量測平面312之第二側反射的量測光。

由感測器接收到之量測光因此基於其自量測物件311之表面反射的量測平面312之側而分成「第一側」及「第二側」。在第一側上，在量測平面之第一側上自量測物件311反射之後進入第一量測光學件303、303a的量測光聚焦至第一中間影像平面305a上。在第二側上，在量測平面之第二側上自量測物件311反射之後進入第一量測光學件303、303a的量測光聚焦至第二中間影像平面305b上。

在第一側上，第一繞射光柵306a與第一中間影像平面305a對準，使得所投射光之聚焦影像入射於第一繞射光柵306a之平面表面上，亦即，第一繞射光柵306a之平面表面與第一中間影像平面305a對準。自量測物件311反射且藉由第一繞射光柵306a繞射之量測光沿著第二量測軸線307a繞射，該第二量測軸線基本上垂直於第一中間影像平面305a。在第二側上，第二繞射光柵306b與第二中間影像平面305b對準，使得所投射光之聚焦影像入射於第二繞射光柵306b之平面表面上，亦即，第二繞射光柵306b之平面表面與第二中間影像平面305b對準。自量測物件311反射且藉由第二繞射光柵306b繞射之量測光沿著第三量測軸線307b繞射，該第三量測軸線基本上垂直於第二中間影像平面305b。第一繞射光柵306a及第二繞射光柵306b較佳為反射式繞射光柵。

第二中間光學件308沿著第二量測軸線307a、307b定位且在組合量測軸線307中組合自第一繞射光柵306a繞射之量測光及自第二繞射光柵306b繞射之量測光，同時將繞射光聚焦至感測器影像平面309上。第二中間光學件308可因此包括一或多個反射器及一光束組合器，如圖3中所展示。較佳地，第一側上量測物件311與感測器影像平面309之間的光學路徑長度等於第二側上量測物件311與感測器影像平面309之間的光學路徑長度，使得在任何給定時間點自各側在與感測器影像平面309對準之感測器310處接收到的光對應於量測物件311之表面上的相同位置。可使用不同路徑長度，但此可使計算複雜化，此係因為同時自各側接收到之光將不對應於量測物件311上之完全相同的量測點。在此等界限內，第二中間光學件308、308b之任何合適組態可供本發明使用。實際上，亦出於此原因，第一中間光學件303、303a以及第一繞射光柵306a及第二繞射光柵306b之配置較佳以鏡面對稱之方式關於量測平面312對稱。此外，第一繞射光柵及第二繞射光柵可具有相同刻線間距使得各光柵之繞射角相同，在此狀況下，光柵306a、306b兩者使用相同階繞射模式，例如兩者使用繞射模式，兩者使用繞射模式，或一者使用繞射模式且另一者使用繞射模式。

在圖3中所描繪之感測器300中，第一繞射光柵306a及第二繞射光柵306b對準，使得其平面繞射表面垂直於量測平面312且平行於彼此定向以使得能夠使用第二中間光學件308a中之90度反射；然而，應瞭解，可使用其他角度及組態，只要光學路徑長度保持相同，例如圖4中所展示。

光感測器310經定位以使得其表面與感測器影像平面309對準且繞射量測光聚焦於光感測器310上。如對於感測器100及200，相較於量測光在繞射光柵106上之平均入射角，光在光感測器310上之平均入射角減小。較佳地，光感測器之法向向量與入射於光感測器310上之光的入射角對準，該法向向量定義為自光感測器之平面表面垂直地延伸的向量。

較佳地，自第一繞射光柵306a繞射之光入射於光感測器310之第一部分上，且自第二繞射光柵306b繞射之光入射於光感測器310之第二部分上。光感測器之第一部分及光感測器之第二部分較佳不重疊，且可各自為例如光感測器310之表面的一半。此配置自然地在圖3中所展示之組態中達成。結果，可在光感測器310之輸出信號中容易地區分自量測平面312之各側接收到的量測光。替代地，光感測器310可由兩個單獨的光感測器替換，該等光感測器中之各者經大小設定及定位以使得自對應繞射光柵繞射之光入射於其上。

圖4為根據本發明之第七實施例的感測器400之示意圖。圖4之實施例對應於圖3之實施例，其中第二中間光學件408、408a具有不同組態。代替圖3中所展示之反射器及光束組合器的配置，使用單個光束組合器408a。為實現此組態，相較於感測器300之對應組件，調整了第一中間光學件之反射器403a的角度以及第一繞射光柵406a及第二繞射光柵406b之角度。如同感測器300，第二中間光學件組合自各繞射光柵繞射之量測光且將量測光聚焦於感測器影像平面409中且聚焦至光感測器410上，其中可量測形狀以便判定量測物件之輪廓。

上文所描述之感測器中之任一者可用於三維感測器中以量測量測物件之三維形狀。藉由在量測物件上之多個位置處對投射至量測物件上的量測光成像，可建構量測物件之三維模型。實務上，在量測物件移動通過量測平面時重複或連續地進行位移量測，此可藉由相對於靜止量測物件移動感測器或藉由相對於感測器移動量測物件（例如，在傳送帶上）來達成。各量測可被視為量測量測物件之橫截面圖塊的輪廓，且量測物件之三維形狀可藉由組合其與各量測之間的已知位移而自此等輪廓量測來重建構。

感測器亦可用於多層量測，例如用於量測透明膜之厚度。量測光自透明膜之各層之表面的反射產生可區分強度峰，且當該等層之折射率已知時，厚度可基於兩個連續峰之間的距離而計算。

此外，在光感測器為諸如CCD或APS之影像感測器的情況下，光感測器亦可捕捉量測物件之表面的習知2D影像，同時量測位移，如上文所描述。

100:三角量測感測器 101:光源 101a:光學元件 102:投射軸線 103a:第一中間光學件 103b:第二中間光學件 104:第一量測軸線 104a:第一量測軸線 104b:第二量測軸線 105:中間影像平面 106:繞射光柵 107:第三量測軸線 108:第三中間光學件 109:感測器影像平面 110:光感測器 111:量測物件 112:量測平面 113a:第一三角量測角度 113b:第二三角量測角度 114:中間影像平面角度 114a:入射角 114b:入射角 115a:第一反射角 115b:第二反射角 121a:第一中間光學件之第一子集 121b:第二中間光學件之第一子集 122a:第一鏡面反射器 122b:第一鏡面反射器 123a:第一中間光學件之第二子集 123b:第二中間光學件之第二子集 141:半角 142:角度 143:角度 143a:箭頭 143b:箭頭 144a:箭頭/角度 144b:箭頭/角度 145:輸入錐半角 200:感測器 201:光源 201a:反射器 202:投射軸線 203:第一中間光學件/第一量測光學件 204:第一量測軸線 205:中間影像平面 206:繞射光柵 207:第二量測軸線 207a:第二量測軸線 207b:第三量測軸線 208:第二中間光學件 208a:第二中間光學件 208b:第三中間光學件 209:感測器影像平面 209a:感測器影像平面 209b:第二感測器影像平面 210:光感測器 210a:光感測器 210b:第二光感測器 211:量測物件 212:量測平面 300:感測器 301:光源 301a:反射器 302:投射軸線 303:第一中間光學件/第一量測光學件 303a:第一中間光學件/第一量測光學件/反射器 304:第一量測軸線 305a:第一中間影像平面 305b:第二中間影像平面 306a:第一繞射光柵 306b:第二繞射光柵 307:組合量測軸線 307a:第二量測軸線 307b:第二量測軸線/第三量測軸線 308:第二中間光學件 308b:第二中間光學件 309:感測器影像平面 310:光感測器 311:量測物件 312:量測平面 400:感測器 401:光源 403a:反射器 406a:第一繞射光柵 408:第二中間光學件 408a:光束組合器/第二中間光學件 409:感測器影像平面 410:光感測器 412:量測平面

圖1 根據本發明之第一實施例的感測器之示意圖。

圖1A 繪示圖1之感測器之部分的透視圖。

圖1B 本發明之感測器中的入射角及自繞射光柵之繞射角的示意圖。

圖2 根據本發明之第二實施例的感測器之示意圖。

圖3 根據本發明之第三實施例的感測器之示意圖。

圖4 根據本發明之第四實施例的感測器之示意圖。

100:三角量測感測器

101:光源

102:投射軸線

103a:第一中間光學件

103b:第二中間光學件

104a:第一量測軸線

104b:第二量測軸線

105:中間影像平面

106:繞射光柵

107:第三量測軸線

108:第三中間光學件

109:感測器影像平面

110:光感測器

111:量測物件

112:量測平面

113a:第一三角量測角度

113b:第二三角量測角度

114a:入射角

114b:入射角

115a:第一反射角

115b:第二反射角

121a:第一中間光學件之第一子集

121b:第二中間光學件之第一子集

122a:第一鏡面反射器

122b:第一鏡面反射器

123a:第一中間光學件之第二子集

123b:第二中間光學件之第二子集

Claims

一種感測器，其用於量測一量測物件之表面相對於該感測器的位移，該感測器包含： - 一光源（101），其經組態以將量測光投射於一量測平面（112）中使得當該感測器在使用中時，量測光在該量測物件之該表面與該量測平面的相交處自該量測物件之該表面反射； - 第一中間光學件（103a），其沿著一第一量測軸線（104a）定位且經組態以將在該量測平面之一第一側上反射的量測光聚焦於一中間影像平面（105）中； - 第二中間光學件（103b），其沿著一第二量測軸線（104b）定位且經組態以將在該量測平面之一第二側上反射的量測光聚焦於該中間影像平面中； - 至少一個繞射光柵（106），其與該中間影像平面對準，使得反射量測光聚焦且入射於該繞射光柵之表面上且使得量測光沿著一第三量測軸線（107）繞射； - 第三中間光學件（108），其沿著該第三量測軸線定位且經組態以將繞射量測光聚焦於一感測器影像平面（109）中；及 - 一光感測器（110），其與該感測器影像平面對準，使得繞射量測光聚焦於該光感測器上，其中該光感測器經組態以量測入射於該光感測器上之該繞射量測光。
如請求項1之感測器，其中來自該第一量測軸線之量測光在該繞射光柵上的入射角（114a）大於來自該第一量測軸線之量測光自該繞射光柵的繞射角，且其中來自該第二量測軸線之量測光在該繞射光柵上的入射角（114b）大於來自該第二量測軸線之量測光自該繞射光柵的繞射角。
如請求項1或2之感測器，其中該量測平面（112）由經由該第一中間光學件（103a）之該中間影像平面（105）的聚焦平面與沿著量測軸線（102）投射量測光之體積的相交處界定。
如請求項3之感測器，其中經由該第二中間光學件（103b）之該中間影像平面（105）的聚焦平面與經由該第一中間光學件（103a）之該中間影像平面的該聚焦平面共面且重疊。
如請求項1之感測器，其中該量測平面（112）之該第一側上的量測光反射入射於該繞射光柵（106）之一第一部分上，且其中在該量測平面之該第二側上反射的該量測光入射於該繞射光柵之一第二部分上。
如請求項5之感測器，其中該至少一個繞射光柵包含兩個繞射光柵，且其中該至少一個繞射光柵之該第一部分由一第一繞射光柵提供且該至少一個繞射光柵之該第二部分由一第二繞射光柵提供。
如請求項5或6之感測器，其中自該繞射光柵（106）之該第一部分繞射的光聚焦於該光感測器（110）之一第一部分上，且其中自該繞射光柵之該第二部分繞射的光聚焦於該光感測器之一第二部分上。
如請求項5或6之感測器，其中該繞射光柵（106）之該第一部分及該繞射光柵之第二部分不重疊。
如請求項8之感測器，其中該光感測器（110）之該第一部分及該光感測器之第二部分不重疊。
如請求項1之感測器，其中該第一量測軸線自投影軸線偏移一第一三角量測角度（113a），且該第二量測軸線自該投影軸線偏移一第二三角量測角度（113b）。
如請求項10之感測器，其中該第一三角量測角度（113a）與該第二三角量測角度（113b）相同。
如請求項10之感測器，其中該第一三角量測角度（113a）與該第二三角量測角度（113b）不同。
如請求項10至12中任一項之感測器，其中該光源（101）之波長或波長範圍、該繞射光柵（106）之刻線或狹縫的間距以及該第一三角量測角度（113a）及該第二三角量測角度（113b）經組態以使得該第三量測軸線（107）垂直於繞射平面。
如請求項1之感測器，其中：該第一中間光學件（103a）包含一第一子集（121a）、一第一鏡面反射器（122a）及一第二子集（123a），其經配置以使得在該量測平面（112）之該第一側上反射的量測光進入該第一中間光學件之該第一子集，射出該第一子集第一中間光學件，由該第一鏡面反射器以一第一反射角（115a）反射，進入該第二子集第一中間光學件且射出該第二子集第一中間光學件，使得該量測光聚焦於該中間影像平面（105）中；且該第二中間光學件（103b）包含一第一子集（121b）、一第二鏡面反射器（122b）及一第二子集（123b），其經配置以使得在該量測平面之該第二側上反射的量測光進入該第二中間光學件之該第一子集，射出該第二中間光學件之該第一子集，由該第二鏡面反射器以一第二反射角（115b）反射，進入該第二中間光學件之該第二子集且射出該第二中間光學件之該第二子集，使得該量測光聚焦於該中間影像平面中。
如請求項14之感測器，其中該第一中間光學件（103a）之該第一子集（121a）、該第一中間光學件之該第二子集（123a）、該第二中間光學件（103b）之該第一子集（121b）及該第二中間光學件之該第二子集（123b）的放大倍率、該第一反射角（122a）及該第二反射角（122b）經組態以使得經由該第二中間光學件之該中間影像平面（105）的該聚焦平面與經由該第一中間光學件之該中間影像平面的該聚焦平面共面且重疊。
如請求項1之感測器，其中該第一中間光學件（103a）及第二中間光學件（103b）關於該量測平面（112）鏡面對稱地配置。
一種感測器（200），其用於量測一量測物件之表面相對於該感測器的位移，該感測器包含： - 一光源（201），其經組態以沿著一投影軸線（202）且在一量測平面中投射量測光，使得當該感測器在使用中時，量測光在該量測物件之該表面與該量測平面的相交處自該量測物件之該表面反射； - 第一中間光學件（203），其沿著一第一量測軸線（204）定位且經組態以將自該量測平面反射之量測光聚焦於一中間影像平面（205）中，其中該第一量測軸線與該投影軸線同軸； - 一繞射光柵（206），其與該中間影像平面對準，使得反射量測光聚焦且入射於該繞射光柵之表面上且使得量測光沿著一第二量測軸線（207a）繞射； - 第二中間光學件（208a），其沿著該第二量測軸線定位且經組態以將繞射量測光聚焦於一感測器影像平面（209a）中；及 - 一光感測器（210a），其與該感測器影像平面對準，使得繞射量測光聚焦於該光感測器上，其中該光感測器經組態以量測入射於該光感測器上之該繞射量測光。
如請求項17之感測器，其中量測光自該繞射光柵之繞射角小於量測光在該繞射光柵上之入射角。
如請求項17或18之感測器，其中該繞射光柵（206）與該量測平面（212）共面。
如請求項19之感測器，其中該繞射光柵（206）為一隆奇刻線。
如請求項19之感測器，其中該繞射光柵（206）在反射模式及透射模式兩者中操作。
如請求項21之感測器，其中該繞射光柵（206）之厚度小於500 µm。
如請求項17或18之感測器，其中該繞射光柵（206）經進一步組態以沿著一第三量測軸線（207b）繞射量測光，該第三量測軸線與該第二量測軸線（207a）同軸且自該繞射光柵之相對側延伸，且其中感測器進一步包含： - 第三中間光學件（208b），其沿著該第三量測軸線定位且經組態以將該繞射量測光聚焦於一第二感測器影像平面（209b）中；及 - 一第二光感測器（210b），其與該第二感測器影像平面對準，使得繞射量測光聚焦於該第二光感測器上，其中該第二光感測器經組態以量測入射於該感測器光感測器上之該繞射量測光。
如請求項17或18之感測器，其中該感測器進一步包含： - 一第二繞射光柵（306b，406b），其經定位以使得第一繞射光柵（306a，406a）及第二繞射光柵關於該量測平面鏡面對稱； - 至少一個反射器（303a，403a），其經組態以將來自該量測平面（312，412）之一第一側的量測反射至該第一繞射光柵上且將來自該量測平面之一第二側的量測光反射至該第二繞射光柵上；其中該第二中間光學件經組態以將自該第一繞射光柵繞射之該光及自該第二繞射光柵繞射之光聚焦於該感測器影像平面中。
如請求項24之感測器，其中針對來自該量測平面（312，412）之該第一側之量測光在該量測平面與該光感測器（310，410）之間的光學路徑長度與針對來自該量測平面之該第二側之量測光在該量測平面與該光感測器之間的光學路徑長度相同。
如請求項24之感測器，其中該第二中間光學件（308，408）進一步包含一光束組合器，該光束組合器用於將來自該量測平面之該第一側的量測光與來自該量測平面之該第二側的量測光組合，使得來自該量測平面之兩側的量測光入射於該光感測器上。
如請求項24之感測器，其中來自該量測平面（312，412）之該第一側的量測光入射於該光感測器（310，410）之一第一部分上，且其中來自該量測平面之該第二側的量測光入射於該光感測器之一第二部分上。
如請求項27之感測器，其中該光感測器（310，410）之該第一部分及該光感測器之第二部分為該光感測器之不同且不重疊的部分。
如請求項17之感測器，其中該光源（101，201，301，401）進一步包含用於在該量測平面中形成投射光之光學元件。
如請求項17之感測器，其中該光源經組態以將在該量測平面上延伸之一光線投射至該量測物件上。
如請求項1之感測器，其中該光源經組態以將一或多個光點投射至該量測物件上。
如請求項17之感測器，其中該光源為一雷射或LED。
如請求項17之感測器，其中該光感測器為一影像感測器，諸如一電荷耦合裝置或主動像素感測器。
如請求項17之感測器，其中該光感測器經定位以使得在該光感測器上繞射之量測光的該入射角基本上為零。
如請求項17之感測器，其中量測光自該繞射光柵之該繞射角基本上為零。
如請求項17之感測器，其中該第一中間光學件及第二中間光學件中之一者或兩者具有量值不為1的一放大倍率。
如請求項17之感測器，其中「基本上為零」意謂該角度之量值小於5度。
如請求項17之感測器，其中該繞射光柵為一透射式繞射光柵，或其中該繞射光柵為一反射式繞射光柵。
如請求項17之感測器，其中該繞射光柵為一彎曲繞射光柵，且其中該繞射光柵之曲率與該中間影像平面之一曲率相同。
如請求項17之感測器，其中該感測器經組態以識別該光感測器上之一局部光強度最大值，且基於局部光強度最大值之位置計算至該量測物件之該表面的距離。
如請求項40之感測器，其中該感測器經組態以基於對應局部強度峰之量值量測該量測物件之該表面的反射率。
如請求項40之感測器，其中該感測器經組態以識別該光感測器上之多個局部光強度最大值，各局部光強度最大值對應於量測光自該量測物件之一透明層的反射，且基於局部光強度最大值之該等位置計算至該量測物件之各透明層的距離。
一種用於量測一量測物件之表面相對於如前述請求項中任一項之感測器之位移的方法，該方法包含識別該光感測器上之一局部光強度最大值；及基於局部光強度最大值之該位置計算至該量測物件之該表面的該距離。
一種用於量測一透明膜之厚度的方法，該方法包含使用如請求項1至42中任一項之感測器將量測光投射至該透明膜上；及判定由該量測光自該透明膜之表面之反射引起的該光感測器上至少兩個強度最大值之間的距離。
一種3D感測器，其包含如請求項1至42中任一項之感測器。
一種用於量測一量測物件之三維形狀的方法，該方法包含在該量測物件之不同位置處用如請求項45之感測器重複量測該量測物件之二維輪廓；及產生輸出資料，該輸出資料包含複數個所量測二維輪廓及該等所量測二維輪廓之間的位移。
一種用於產生一量測物件之一三維模型的方法，該方法包含根據如請求項46之方法量測該量測物件之該三維形狀；及處理該量測物件之該複數個所量測二維輪廓及該等所量測二維輪廓之間的位移以產生該量測物件之該三維模型。