HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Abständen an mehreren Messpunkten, die auf einem Werkstück auf einer Linie oder einer Fläche verteilt sind, nach dem Prinzip der optischen Kohärenztomografie.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Zur Messung von Oberflächen- und Dickenprofilen von Werkstücken sind Vorrichtungen bekannt, die auf dem Prinzip der optischen Kohärenztomografie beruhen. Diese Vorrichtungen messen an Messpunkten Abstände zu oder zwischen streuenden oder reflektierenden Strukturen, die sich auf oder - bei ausreichender Transparenz - innerhalb der Werkstücke befinden. Liegen diese Strukturen auf der Oberfläche, erhält man ein Oberflächenprofil. Liegen Grenzflächen oder andere Strukturen in unterschiedlichen Tiefen des Werkstücks, wie dies z.B. bei transparenten Beschichtungen oder Glaswänden der Fall ist, lassen sich aus den Reflexen an den Strukturen unmittelbar die Abstände zwischen den Strukturen, also z.B. die Dicke einer Beschichtung oder die Stärke einer Glaswand, bestimmen.

Die ersten Vorrichtungen dieser Art konnten den Abstand nur für einen einzigen Messpunkt bestimmen. Um eine Fläche abzutasten, musste der Messkopf relativ zum Werkstück (oder umgekehrt) bewegt werden. Inzwischen werden Vorrichtungen eingesetzt, bei der eine Scaneinrichtung den Messstrahl über das Werkstück führt. Die Anmelderin vertreibt solche Vorrichtungen unter der Bezeichnung „Flying Spot Scanner".

Aus der US 9,400,169 B2 ist eine Vorrichtung bekannt, die parallel an mehreren Messpunkten die Abstände misst. Eine sog. Swept Source (SS) Lichtquelle erzeugt Messlicht, dessen Frequenz sich während der Messung fortwährend verändert. Eine Kanalerzeugungseinrichtung teilt das von der Lichtquelle erzeugte Messlicht auf mehrere optische Kanäle auf, die faseroptische Verzögerungselemente unterschiedlicher optischer Weglänge enthalten. Eine Photodiode erfasst die Interferenz von Reflexlicht, das am Werkstück reflektiert wurde, mit Referenzlicht, das in einem Referenzarm mit fester Länge reflektiert wurde. Aufgrund der Verzögerungselemente trifft das in den optischen Kanälen geführte Reflexlicht nacheinander ein und kann dadurch den einzelnen Kanälen zugeordnet werden. Mit Hilfe einer Scaneinrichtung kann die lineare Anordnung der Messpunkte über das Werkstück geführt werden.

Das Vorsehen mehrerer optischer Kanäle erlaubt es, die Vermessung von Flächen erheblich zu beschleunigen. Eine wirklich gleichzeitige Messung an mehreren Messpunkten findet bei dieser bekannten Vorrichtung jedoch nicht statt, da das in den optischen Kanälen geführte Reflexlicht nicht gleichzeitig, sondern nacheinander ausgewertet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, eine auf dem Prinzip der optischen Kohärenztomografie beruhende Vorrichtung anzugeben, mit der sich die Abstände an mehreren Messpunkten auf einem Werkstück gleichzeitig messen lassen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine auf dem Prinzip der optischen Kohärenztomografie beruhenden Vorrichtung zur Abstandsmessung an mehreren auf einem Werkstück auf einer Linie oder einer Fläche verteilten Messpunkten. Die Vorrichtung weist eine polychromatische Lichtquelle auf, die dazu eingerichtet ist, Messlicht mit einer zeitlich konstanten spektralen Zusammensetzung zu erzeugen. Eine Kanalerzeugungseinrichtung ist dazu eingerichtet, das von der Lichtquelle erzeugte Messlicht auf mehrere optische Kanäle zu verteilen, wobei jeder optischer Kanal genau einem Messpunkt zugeordnet ist. Eine Sammeloptik ist dazu eingerichtet, das in den optischen Kanälen geführte Messlicht auf den jeweils zugeordneten Messpunkt zu fokussieren. Ein Detektor ist dazu eingerichtet, Reflexlicht, das von dem Werkstück reflektiert wurde, für jeden optischen Kanal getrennt und gleichzeitig spektral zu analysieren. Ein Strahlteiler ist im Lichtweg zwischen der Lichtquelle und der Sammeloptik angeordnet und dazu eingerichtet, das von der Lichtquelle erzeugte Messlicht der Sammeloptik zuzuleiten und das von der Sammeloptik kommende Reflexlicht dem Detektor zuzuleiten. Eine Auswerteeinrichtung ist dazu eingerichtet, aus den von dem Detektor gemessenen Spektren für jeden Kanal einen Abstandswert zu berechnen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich bei Anwendung des SD-OCT-Prinzips (SD steht für Spectral Domain) eine gleichzeitige OCT-Abstandsmessung an mehreren Messpunkten realisieren lässt. Das SD-OCT-Prinzip erfordert eine polychromatische Lichtquelle mit zeitlich konstanter spektraler Zusammensetzung. Um eine mehrkanalige Messung durchführen zu können, enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Detektor in Form eines mehrkanaligen Spektrografen, der die Signale in jedem optischen Kanal getrennt, aber gleichzeitig spektral analysiert.

Wenn die Vorrichtung ausschließlich zur Messung von Dicken eingesetzt wird, kann auf einen Referenzarm verzichtet werden, weil dann die Interferenz von Messlicht spektral ausgewertet werden kann, das von Strukturen in unterschiedliche Tiefe reflektiert wurde.

Wenn auch Oberflächenprofile gemessen werden sollen, muss die Vorrichtung einen Referenzarm enthalten, dessen optische Weglänge von einem reflektierenden optischen Element begrenzt wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist im Strahlengang des Referenzarms ein erster ortsauflösender Raumlichtmodulator mit mehreren individuell schaltbaren Pixeln so angeordnet, dass die optischen Kanäle im Referenzarm selektiv abblendbar sind. Für Messpunkte, die abgeblendeten optische Kanälen zugeordnet sind, steht dann kein Referenzlicht aus dem Referenzarm zur Verfügung, so dass dort eine Dickenmessung durchgeführt wird. Wird beispielsweise jeder zweite optische Kanal im Referenzarm mit Hilfe des Raumlichtmodulators abgeblendet, so lassen sich gleichzeitig eine Oberflächenprofil- und eine Dickenmessung mit jeweils halbierter räumlicher Dichte von Messpunkten durchführen.

Bei dem ersten Raumlichtmodulator kann es sich z.B. um ein im Lichtweg des Referenzarms angeordnetes LCD-Panel handeln, dessen Pixel individuell zwischen einem lichtdurchlässigen und einem lichtundurchlässigen Zustand wechseln können. Da LCD-Panels das Messlicht polarisieren, ist es oft günstiger, als Raumlichtmodulator ein Mikrospiegelarray zu verwenden, das z.B. als MEMS-Spiegel ausgebildet sein kann, wobei MEMS für microelectromechanical system steht. Ein solcher MEMS-Spiegel kann das im Referenzarm geführte Messlicht auf das reflektierende optische Element richten, das die optische Weglänge im Referenzarm begrenzt. Besonders einfach ist es, wenn der erste Raumlichtmodulator nicht zusätzlich zu dem reflektierenden optischen Element vorgesehen ist, sondern dieses bildet und somit selbst die optische Weglänge im Referenzarm begrenzt. Dadurch benötigt man keine zusätzlichen optischen Elemente, die das Messlicht auf das reflektierende optische Element fokussieren.

Bei einer alternativen Ausführungsform bildet der erste Raumlichtmodulator nicht das reflektierende optische Element, sondern lenkt das Licht wahlweise auf eines von mehreren reflektierenden Elementen, die die optische Weglänge im Referenzarm auf jeweils unterschiedliche optische Weglängen begrenzen.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Lichtquelle und der Detektor in einem ersten Gehäuse und die Sammeloptik und der Strahlteiler in einem davon verschiedenen zweiten Gehäuse angeordnet, wobei das erste Gehäuse mit dem zweiten Gehäuse durch Lichtleitfasern verbunden sind. Das zweite Gehäuse bildet dann einen Messkopf, der so kompakt aufgebaut sein kann, dass er auch schwer zugänglichen Orten eine Messung ermöglicht.

Im Lichtweg zwischen dem Strahlteiler und der Sammeloptik kann eine Scaneinrichtung angeordnet sein, die dazu eingerichtet ist, das in den optischen Kanälen geführte Messlicht in unterschiedliche Richtungen zu lenken und dadurch die Messpunkte zu verlagern. Auf diese Weise lassen sich die gewünschten Messungen auch über größere Flächen hinweg in kurzer Zeit durchführen. Die Scaneinrichtung verlagert dazu das Muster aus Messpunkten, die den optischen Kanälen zugeordnet sind, schrittweise oder kontinuierlich über die Fläche hinweg. Typischerweise enthält eine solche Scaneinrichtung einen oder zwei drehbar gelagerte reflektierende Flächen, die Teil eines Galvano- oder eines Polygonscanners sein können.

Vorzugsweise ist die Sammeloptik bildseitig telezentrisch. Dadurch treffen die Messlichtstrahlen stets parallel zur optischen Achse aus der Sammeloptik aus, wodurch das Risiko von Abschattungen der Messlichtstrahlen verringert wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist im Lichtweg zwischen der Kanalerzeugungseinrichtung und der Sammeloptik ein zweiter ortsauflösender Raumlichtmodulator mit mehreren individuell schaltbaren Pixeln so angeordnet, dass die optischen Kanäle selektiv abblendbar sind. Auf diese Weise lässt sich ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten optischen Kanälen verringern. Der zweite ortsauflösende Raumlichtmodulator ermöglicht es dabei, zu einem Zeitpunkt während der Messung einen Teil des Messlichts, der zu einem optischen Übersprechen führen würde, abzublenden oder so abzulenken, dass es nicht in den Detektor gelangen kann. Zu einem anderen Zeitpunkt wird ein anderer Teil des Messlichts unterdrückt. Auf diese Weise kann man durch die Kombination mehrerer sukzessiver Messungen ein optisches Übersprechen zwischen benachbarten Kanälen vermeiden, ohne Einbußen bei der lateralen Auflösung hinnehmen zu müssen.

Im einfachsten Fall erfolgt die Ansteuerung des zweiten ortsauflösenden Raumlichtmodulators so, dass er bei einer Messung zwischen einer ersten Schaltkonfiguration und einer zweiten Schaltkonfiguration wechselt, wobei in der ersten Schaltkonfiguration keine zwei benachbarten Pixel im gleichen Schaltzustand sind, und wobei die zweite Schaltkonfiguration komplementär zu der ersten Schaltkonfiguration ist. Dadurch sind lediglich zwei Einzelmessungen erforderlich.

Um noch höhere laterale Auflösungen zu erzielen, kann es notwendig werden, dass die Abstände zwischen den jeweils aktiven Pixeln größer sind, so dass sich bei jeder Schaltkonfiguration zwischen zwei aktiven Pixeln mindestens n = 2, 3, ... Pixel in einer inaktiven Schaltstellung befinden. Es müssen dann entsprechend n+ 1 unterschiedliche Schaltkonfigurationen aufeinander folgen, bis alle Pixel einmal in einer aktiven Schaltstellung waren.

Die von der Vorrichtung erzeugten Messpunkte liegen vorzugsweise auf einer geraden oder gekrümmten Linie, es sind aber auch zweidimensionale Verteilungen möglich. Die Messpunkte können auch so dicht angeordnet sein, dass eine quasi-kontinuierliche Linie entsteht.

Das Messlicht kann sich in der Vorrichtung als Freistrahlen oder fasergebunden ausbreiten. Im Bereich des Strahlteilers ist eine Lichtausbreitung als Freistrahlen bevorzugt, da eine fasergebundene Ausbreitung sehr viele Koppler erfordern würde. Auch im Referenzarm lassen sich Freistrahlen leichter realisieren als Faserbündel. Eine (teilweise) fasergebundene Lichtausbreitung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die Vorrichtung mehrere getrennte Gehäuseteile umfasst, zwischen denen das Messlicht übertragen werden muss. Die Vorrichtung kann ein Polarisationsfilter aufweisen, welches das Messlicht in einen vorgegebenen (insbesondere linearen) Polarisationszustand überführt. Dann lassen sich z.B. doppelbrechende Materialien untersuchen. Um den Polarisationszustand zu erhalten, sollte sich das Messlicht entweder als Freistrahlen ausbreiten oder in polarisationserhaltenden Fasern geführt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Figur 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figur 2 für das in der Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel Einzelheiten zum Strahlengang für einen einzelnen optischen Kanal;

Figur 3 schematisch ein Muster an Messpunkten, das im Verlauf eines Scanvorgangs auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt wird;

Figur 4 schematisch eine Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem im Strahlengang ein zweiter ortsauflösender Raumlichtmodulator angeordnet ist;

Figur 5 schematisch eine Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorrichtung auf zwei durch optische Faserbündel verbundene Gehäuseteile aufgeteilt ist.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

1. Erstes Ausführungsbeispiel

Die Figur 1 zeigt schematisch eine insgesamt mit 10 bezeichnete Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 10 umfasst eine breitbandige Lichtquelle 12, die Messlicht mit einer breiten und zeitlich konstanten spektralen Zusammensetzung erzeugt. Im einfachsten Fall handelt es sich bei der Lichtquelle 12 um eine Superlumineszenzdiode, wie sie in OCT- Messvorrichtungen häufig eingesetzt wird. Die Lichtquelle 12 kann jedoch auch einen Luminophor enthalten, der von einer schmalbandigen Pumplichtquelle zur Erzeugung von breitbandigem Sekundärlicht angeregt wird. Einzelheiten hierzu finden sich in der noch unveröffentlichten Anmeldung DE 10 2021 106 766.9 der Anmelderin. Die Lichtquelle kann auch komplexer aufgebaut sein und mit Hilfe zusätzlicher optischer Elemente ein schmales rechteckiges Beleuchtungsfeld erzeugen, wie dies beispielsweise aus der US 11,262,182 B1 bekannt ist. Vorzugsweise handelt es sich um Licht im sichtbaren oder nahen infraroten Bereich des Spektrums.

Das von der Lichtquelle 12 erzeugte Messlicht wird von einer Kanalerzeugungseinrichtung 14 auf mehrere optische Kanäle CH1 bis CH5 verteilt. Der Einfachheit halber sind nur fünf Kanäle dargestellt; bevorzugt sind 16 bis 256 Kanäle. Die optischen Kanäle CH1 bis CH5 werden voneinander getrennt durch die Vorrichtung 10 verarbeitet und sind jeweils einem Messpunkt zugeordnet, wie dies weiter unten näher erläutert wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Kanalerzeugungseinrichtung 14 um eine Blende, die fünf punktförmige Öffnungen 01 bis 05 enthält, die entlang einer Linie angeordnet sind. Zur Vermeidung von Lichtverlusten können zwischen der Lichtquelle 12 und der Kanalerzeugungseinrichtung 14 zusätzliche optische Elemente angeordnet sein, die das von der Lichtquelle 14 erzeugte Messlicht auf die Öffnungen 01 bis 05 der Kanalerzeugungseinrichtung 14 fokussieren. Bei anderen Ausführungsbeispielen wird die Kanalerzeugungseinrichtung 14 durch die Enden optischer Fasern gebildet, die nebeneinander in einer Ebene angeordnet sind.

Wenn die Messpunkte nicht linear, sondern verteilt über eine Fläche angeordnet sein sollen, bilden die Öffnungen 01 bis 05 bzw. die Enden der optischen Fasern entsprechend eine zweidimensionale Anordnung.

Ein Strahlteiler 16 verteilt die optischen Kanäle CH1 bis CH5 auf einen Objektarm 18 und einen Referenzarm 20. Im Objektarm 18 ist eine Scaneinrichtung 22 angeordnet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel einen um mindestens eine Achse drehbaren Galvanospiegel 24 umfasst. Die den einzelnen Kanälen CH1 bis CH5 zugeordneten Messlichtstrahlen können auf diese Weise gemeinsam um eine oder zwei Achsen verschwenkt werden.

Eine bildseitig telezentrische Sammeloptik 26 fokussiert die Messlichtstrahlen M 1 bis M5 auf ein Werkstück 28. Die den Kanälen CH1 bis CH5 zugeordneten Brennpunkte bilden dabei Messpunkte P1 bis P5. Durch gestrichelte Linien sind in der Figur 1 Messlichtstrahlen M1 ' bis M5' angedeutet, die nach Verschwenken des Galvanospiegels 24 in der mit einem Pfeil angedeuteten Richtung die Sammeloptik 26 durchtreten. Ein konkretes Beispiel für die Scanbewegung der Messpunkte P1 bis P5 wird weiter unten mit Bezug auf die Figur 3 näher erläutert.

Der Referenzarm 20 umfasst ein reflektierendes optisches Element, das die optische Weglänge im Referenzarm 20 begrenzt und im dargestellten Ausführungsbeispiel als MEMS- Spiegel 30 ausgebildet ist. Wie in dem vergrößerten Ausschnitt C erkennbar ist, umfasst der MEMS-Spiegel 30 mehrere individuell ansteuerbare Kippspiegel 32, die zwei Kippstellungen haben. In einer ersten Kippstellung wird das auftreffende Messlicht in sich zurückreflektiert und in einer zweiten Kippstellung so abgelenkt, dass es nicht mehr zum Strahlteiler 16 gelangen kann. Der MEMS-Spiegel 30 bildet somit einen ersten ortsauflösenden Raumlichtmodulator, mit dem die optischen Kanäle CH1 bis CH5 im Referenzarm 20 individuell abblendbar sind.

Messlicht, das vom Werkstück 28 reflektiert oder zurückgestreut wurde, gelangt über die Sammeloptik 26 und die Scaneinrichtung 22 zurück auf den Strahlteiler 16 und überlagert sich dort mit dem Messlicht, das im Referenzarm 20 in sich reflektiert wurde. Der Strahlteiler 16 richtet die beiden reflektierten Messlichtanteile auf einen Detektor 34, der für jeden optischen Kanal CH1 bis CH5 die jeweils überlagerten Messlichtanteile voneinander getrennt, aber gleichzeitig spektral analysiert. In der Figur 1 ist dies durch mehrere Spektren angedeutet, die vom Detektor 34 erfasst werden. Eingangsseitig weist der Detektor 34 eine Lochblende 44 auf, die geometrisch ähnlich zur Kanalerzeugungseinrichtung 14 aufgebaut ist und sicherstellt, dass die optischen Kanäle CH1 bis CH5 voneinander getrennt und ohne optisches Übersprechen in den Detektor 34 eintreten. Eine Auswerteeinrichtung 36 ist mit dem Detektor 34 verbunden und leitet aus den vom Detektor 34 gemessenen Spektren Abstände ab, welche die Messpunkte P1 bis P5 von der Sammeloptik 26 haben. Die Auswerteeinrichtung 36 nutzt dazu den Zusammenhang zwischen Wellenlängen und optischen Weglängen, der für optische Kohärenztomographen kennzeichnend ist, wie nach dem Spectral-Domain-Prinzip (SD) arbeiten. Einzelheiten zur Auswertung sind beispielsweise der DE 10 2016 005 021 A1 der Anmelderin entnehmbar.

Anstatt an der Oberfläche des Werkstücks 28 reflektiertes Messlicht mit Messlicht zu überlagern, das im Referenzarm 20 eine feste optische Weglänge zurückgelegt hat, können auch zwei unterschiedliche Signale überlagert werden, die von Strukturen in unterschiedlicher Tiefe des Werkstücks 28 reflektiert oder gestreut wurden. Die Auswerteeinrichtung 36 bestimmt dann den Abstand zwischen den Strukturen, die von Messlicht eines optischen Kanals CH1 bis CH5 erfasst wurden. Sollen nur Abstandsmessungen zwischen solchen Strukturen durchgeführt werden, kann auf den Referenzarm 20 verzichtet werden.

Der MEMS-Spiegel 30 ermöglicht es jedoch, während einer Messung an einem Teil der Messpunkte P1 bis P5 normale Abstandsmessungen und bei den übrigen Messpunkten Dickenmessungen am Werkstück 28 vorzunehmen. Optische Kanäle, bei denen sich die Kippspiegel 32 in der zweiten Kippstellung befinden, werden im Referenzarm 20 abgeblendet, sodass für einen solchen optischen Kanal der Detektor 34 nur Überlagerungen von Messlicht erfasst, das von Strukturen in unterschiedlicher Tiefe des Werkstücks 28 reflektiert oder gestreut wurde. Bei optischen Kanälen hingegen, bei denen der Kippspiegel 32 sich in der ersten Kippstellung befindet, wird das im Referenzarm 20 geführte Messlicht in sich reflektiert und überlagert sich mit dem am Werkstück 28 reflektierten oder gestreuten Messlicht, so dass dort Abstände zur Oberfläche detektiert werden.

Durch die Wahl der Stellung der Kippspiegel 32 kann somit individuell festgelegt werden, ob eine Abstands- oder eine Dickenmessung an dem entsprechenden Messpunkt P1 bis P5 stattfindet. Werden beispielsweise, wie in dem Ausschnitt C angedeutet, die Kippspiegel 32 abwechselnd in die erste und die zweite Kippstellung überführt, wird von den Messpunkten P1 bis P5 abwechselnd der Abstand und die Dicke gemessen. Man erhält auf diese Weise eine gleichzeitige Abstands- und Dickenmessung mit halbierter räumlicher Dichte an Messpunkten.

Die Figur 2 zeigt für das in der Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel Einzelheiten zum Strahlengang für einen einzelnen optischen Kanal. Unterstellt ist hier, dass sich das Messlicht durchweg als Freistrahl ausbildet. Im Strahlengang der optischen Kanäle befinden sich daher neben der Sammeloptik 26 eine erste Sammellinse 38, eine zweite Sammellinse 39 und eine dritte Sammellinse 40, wobei die erste Sammellinse 38 das von der Kanalerzeugungseinrichtung 14 ausgehende Messlicht kol limiert, die zweite Sammellinse 39 das kollimierte Messlicht im Referenzarm 20 auf die Kippspiegel 32 des MEMS-Spiegels 30 fokussiert und die dritte Sammellinse 40 das Messlicht auf die Öffnungen der Lochblende 44 richtet. Die Öffnungen P1 bis P5, die Kippspiegel 32, die Messpunkte P1 bis P5 und die Öffnungen der Lochblende 44 sind auf diese Weise optisch konjugiert. Der Strahlteiler 16 wird dabei ausschließlich von kollimiertem Messlicht durchtreten.

Die Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung, wie das Muster an Messpunkten P1 bis P5 mit Hilfe der Scaneinrichtung 22 über die Oberfläche des Werkstücks 28 geführt werden kann, dessen Außenkontur hier als kreisförmig angenommen wird. Die (im dargestellten Ausführungsbeispiel vier) Messstrahlen, die den optischen Kanälen entsprechen, werden von der Scaneinrichtung 22 parallel über das Messfeld geführt. In regelmäßigen Abständen wird dabei eine Messung durchgeführt; die Messpunkte befinden sich dabei an den durch Pfeilspitzen gekennzeichneten Stellen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegen Gruppen von jeweils vier Messpunkten P111 bis P114, P121 bis P 124, ..., P141 bis P 144 auf einer Spur. Nach vier Messungen versetzt die Scaneinrichtung 22 diese Spur seitlich und beginnt wieder von vorne, wie dies in der Figur 3 durch gepunktete Linien angedeutet ist. Dann werden erneut vier Messungen entlang der nächsten Spur durchgeführt (Messpunkte P211 bis P244), usw. Auf diese Weise wird das Messfeld mit einer regelmäßigen Anordnung von Messpunkten überdeckt.

Gemäß der Erfindung kann das Messfeld mit Hilfe eines einzelnen Galvanospiegels und mehrerer optischer Kanäle schnell und hochaufgelöst vermessen werden. Im Stand der Technik (vgl. etwa DE 10 2022 104 416 A1) sind auch Systeme bekannt, bei denen das Messfeld mit einem einzelnen Kanal, aber 2 Galvanospiegeln abgescannt wird, die das Licht aus dem einzelnen Kanal in 2 unterschiedliche Richtungen ablenken.

Bei diesem bekannten System kommt es zwangsweise zu einem Telezentriefehler, weil die beiden Galvanospiegel nicht beide genau im objektseitigen Brennpunkt der Sammeloptik 26 platziert sein können. Dieser Telezentriefehler kann zu Abschattungen und einem schlechteren Messsignals führen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen wird nur ein einzelner Galvanospiegel benötigt, der genau im objektseitigen Brennpunkt der Sammeloptik 26 platziert werden kann. Dadurch kann der Telezentriefehler so weitgehend minimiert werden, dass die Messstrahlen weitestgehend parallel aus der Sammeloptik austreten, wodurch Abschattungen vermieden werden.

Der Versatz der gesamten Messspur kann auf andere Weise, z.B. mit Hilfe eines Polygonspiegels oder eines relativen Versatzes von Messobjekt und Messgerät, bewirkt werden.

2. Weitere Ausführungsbeispiele

Die Figur 4 zeigt in einer an die Figur 1 angelehnten Darstellung eine Variante, bei der im Lichtweg zwischen dem Strahlteiler 16 und der Scaneinrichtung 22 ein zweiter ortsauflösender Raumlichtmodulator 41 angeordnet ist, der allerdings in Transmission betrieben wird und deswegen als LCD-Panel ausgebildet ist. Der zweite Raumlichtmodulator 41 ermöglicht es ebenfalls, die einzelnen optischen Kanäle CH1 bis CH5 individuell abzublenden. Bei einer Freistrahlausbreitung des Messlichts, wie sie in der Figur 2 gezeigt ist, kann sich der zweite Raumlichtmodulator 40 beispielsweise in einer Zwischenbildebene befinden, die von zusätzlichen optischen Elementen erzeugt wird.

Der zweite Raumlichtmodulator 41 ist von einer Steuereinrichtung 42 so ansteuerbar, dass er bei einer Messung zwischen einer ersten Schaltkonfiguration einer zweiten Schaltkonfiguration wechselt. In der ersten Schaltkonfiguration sind keine zwei benachbarten Pixel im gleichen Schaltzustand; die zweite Schaltkonfiguration ist komplementär zu der ersten Schaltkonfiguration. In der Figur 4 ist erkennbar, dass nur die Kanäle CH1, CH3 und CH5 den zweiten Raumlichtmodulator 41 durchtreten können, so dass nur eine Messung an den Messpunkten PI , P3 und P5 stattfindet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass an der Lochblende 44 vor dem Detektor 34 nur an jeder zweiten Blendenöffnung vom Objekt 28 reflektiertes oder gestreutes Messlicht auftrifft. Dies verhindert, dass bei eng benachbarten Messpunkten P1 bis P5 optisches Übersprechen benachbarter optischer Kanäle auftritt und dadurch die Messung verfälscht wird.

Nach Durchführung der Messung mit der in der Figur 4 gezeigten Schaltkonfiguration wird eine zweite Messung durchgeführt, bei der sich der zweite Raumlichtmodulator 41 in der zweiten Schaltkonfiguration befindet, die zur ersten Schaltkonfiguration komplementär ist. Daher sind bei der zweiten Messung nur die Kanäle CH2 und CH4 aktiv, aber wieder so weit räumlich getrennt, dass ein optisches Übersprechen an der Lochblende 44 verhindert wird.

Durch diese Ansteuerung verdoppelt sich zwar die Messzeit, jedoch werden Messfehler infolge optischen Übersprechens zwischen benachbarten Kanälen vermindert, wie sie bei bestimmten Werkstücken 28 auftreten können. Bei Werkstücken 28, bei denen aufgrund der Oberflächeneigenschaften optisches Übersprechen vernachlässigt werden kann, ist der zweite Raumlichtmodulator 40 vollständig durchlässig, sodass die gewünschte laterale Auflösung mit nur einer Messung erreicht wird. Weitere Einzelheiten zu diesem Konzept können der noch unveröffentlichten Anmeldung DE 10 2022 117 536.7 der Anmelderin entnommen werden.

Die Figur 5 zeigt eine weitere Variante in einer an die Figur 1 angelehnten Darstellung. Bei dieser Variante sind die Lichtquelle 12, der Detektor 34 und die Auswerteeinrichtung 36 in einem gemeinsamen ersten Gehäuse 46 und die übrigen Bestandteile der Vorrichtung 10 in einem zweiten Gehäuse 48 angeordnet. Die beiden Gehäuse 46, 48 sind durch optische Faserbündel 50 bzw. 52 miteinander verbunden. Anders als in der Figur 5 dargestellt, kann die Kanalerzeugungseinrichtung 14 unmittelbar durch die optischen Enden des Faserbündels 52 gebildet werden. Entsprechendes gilt für die Lochblende 44 am Eingang des Detektors 34. An den gegenüberliegenden Faserenden ein- oder austretendes Messlicht kann mithilfe nicht dargestellter Mikrolinsenarrays kollimiert bzw. in die optischen Fasern eingekoppelt werden, sodass sich im zweiten Gehäuse 48 das Messlicht durchgehend als Freistrahl ausbreitet.

Eine solche Unterteilung in unterschiedlichen Gehäusen 46, 48 ist vor allem dann vorteil- haft, wenn das zweite Gehäuse 48 einen kompakten Messkopf bildet, der auch an schwer zugänglichen Orten eine Profilmessung an Werkstücken 28 ermöglicht.