DE102011013195A1

DE102011013195A1 - Sensor, particularly inverted confocal sensor for position and distance measurement, has light source for emitting light, where optical medium is provided for focusing light in focal plane

Info

Publication number: DE102011013195A1
Application number: DE201110013195
Authority: DE
Inventors: Constanze Großmann; Dr. Notni Gunther; Stefan Riehemann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2012-09-06

Abstract

The sensor (1) has a light source (2) for emitting a light (6), where an optical medium (4) is provided for focusing the light in a focal plane (7). Another optical medium is arranged to scatter and reflect the light from the focal plane to surrounding area (13). The light is partly guided to at a detector (3) which is adapted to detect another light (14).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen invers konfokalen Sensor zur Lage- und Abstandsmessung.The present invention relates to an inverse confocal sensor for position and distance measurement.

Das konfokale Messprinzip und dessen Anwendung für Lage- und Abstandsmessungen sind seit langem bekannt und kommen in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz. Bei Distanzmessungen reicht der Entfernungsbereich von wenigen Millimetern bis zu Nanometern in der Sensorik, im Maschinenbau oder der Automatisierungstechnik.The confocal measuring principle and its application for position and distance measurements have been known for a long time and are used in a wide variety of fields. For distance measurements, the distance range from a few millimeters to nanometers in sensor technology, mechanical engineering or automation technology is sufficient.

Das konfokale Messprinzip basiert auf folgendem Grundprinzip: eine punktförmige Lichtquelle, die gewöhnlich durch eine Lochblende definiert wird, wird durch ein Objektiv auf das zu vermessende Objekt abgebildet. Das von dem Objekt reflektierte und/oder gestreute Licht wird von dem Objektiv gesammelt, über einen Strahlteiler von dem Beleuchtungslicht der Lichtquelle separiert und auf einen Detektor fokussiert. In der rückwärtigen Brennebene befindet sich eine Lochblende vor dem Detektor. Liegt das Objekt in der Fokusebene des Objektivs, so wird das Objekt mit maximaler fokussierter Intensität beleuchtet und das reflektierte und/oder gestreute Licht wird mit minimalen Verlusten durch die Lochblende auf den Detektor fokussiert. Das detektierte Signal ist maximal. Befindet sich das Objekt außerhalb der Brennebene, sind die Beleuchtung des Objekts und die Abbildung auf die Lochblende vor dem Detektor unscharf, so dass die Lochblende das reflektierte und/oder rückgestreute Licht zurückhält. Das detektierte Signal ist deutlich geringer als im ersten Fall. Um das Objekt in axialer Richtung, d. h. entlang der senkrecht zur Fokusebene verlaufenden z-Achse abzutasten, werden das Objekt oder der konfokale Sensor in z-Richtung verschoben und das detektierte Signal in jeder z-Position registriert. Hieraus erhält man eine Messkurve I(z), deren Maximum die gesuchte Höhen- oder Abstandsinformation darstellt.The confocal measuring principle is based on the following basic principle: a punctiform light source, which is usually defined by a pinhole, is imaged by a lens onto the object to be measured. The light reflected and / or scattered by the object is collected by the objective, separated by a beam splitter from the illumination light of the light source and focused on a detector. In the rear focal plane is a pinhole in front of the detector. If the object lies in the focal plane of the objective, the object is illuminated with maximum focused intensity and the reflected and / or scattered light is focused on the detector with minimal losses through the aperture. The detected signal is maximum. If the object is located outside the focal plane, the illumination of the object and the image on the pinhole in front of the detector are out of focus, so that the pinhole retains the reflected and / or backscattered light. The detected signal is significantly lower than in the first case. To the object in the axial direction, d. H. along the z-axis extending perpendicular to the focal plane, the object or the confocal sensor are displaced in the z-direction and the detected signal is registered in each z-position. From this one obtains a measurement curve I (z) whose maximum represents the height or distance information sought.

Die Bestimmung des Maximums der Kurve I(z) ist jedoch relativ empfindlich gegenüber Rauschen, das durch Hintergrundlicht, Rauschen der Lichtquelle oder elektronisches Rauschen des Detektors verursacht werden kann. Daraus kann eine erhebliche Unsicherheit bei der Abstandsmessung resultieren.However, the determination of the maximum of the curve I (z) is relatively sensitive to noise caused by background light, noise from the light source, or electronic noise from the detector. This can result in considerable uncertainty in the distance measurement.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum präzisen Messen von Abständen zu entwickeln, welches die oben genannten Unsicherheiten verringert.It is therefore an object of the present invention to develop a method for measuring distances accurately, which reduces the above-mentioned uncertainties.

Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.This object is achieved by a system according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be found in the subclaims.

Ein erfindungsgemäßer Sensor, vorzugsweise zur Lage- und Abstandsmessung, umfasst mindestens eine Lichtquelle zum Emittieren von erstem Licht, erste optische Mittel zum Fokussieren des ersten Lichtes in eine Fokusebene, und zweite optische Mittel, die eingerichtet sind, zweites Licht, das aus der Fokusebene oder aus einem die Fokusebene umgebenden Bereich (rück)gestreut und/oder reflektiert wird, mindestens teilweise auf mindestens einen Detektor zu leiten, der eingerichtet ist, das zweite Licht zu detektieren, wobei die Lichtquelle, die ersten optischen Mittel, die zweiten optischen Mittel und der Detektor derart zueinander angeordnet sind, dass eine Detektionsfunktion des Sensors mindestens entlang einer senkrecht zur Fokusebene verlaufenden Richtung, d. h. vorzugsweise parallel zu einer Symmetrieachse der ersten optischen Mittel, ein lokales Minimum aufweist.A sensor according to the invention, preferably for position and distance measurement, comprises at least one light source for emitting first light, first optical means for focusing the first light in a focal plane, and second optical means arranged second light coming from the focal plane or is scattered and / or reflected at least partially from at least one portion of the focal plane surrounding at least one detector arranged to detect the second light, the light source, the first optical means, the second optical means and the second optical means Detector are arranged such that a detection function of the sensor at least along a direction perpendicular to the focal plane direction, d. H. preferably parallel to an axis of symmetry of the first optical means, has a local minimum.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Position eines zu vermessenden Objekts mit großer Genauigkeit bestimmbar ist, wenn die Position des Objekts nicht durch ein lokales Maximum eines Messsignals definiert ist, sondern durch ein lokales Minimum des Messsignals, und zwar besonders dann, wenn das Messsignal mit Rauschen behaftet ist. Numerische Methoden, mit denen ein lokales Minimum mit großer Genauigkeit bestimmbar ist, umfassen insbesondere Wavelet-Transformationen.The invention is based on the finding that a position of an object to be measured can be determined with great accuracy, if the position of the object is not defined by a local maximum of a measuring signal, but by a local minimum of the measuring signal, in particular if Measuring signal is subject to noise. Numerical methods with which a local minimum can be determined with great accuracy include in particular wavelet transformations.

Erfindungsgemäß sind die ersten optischen Mittel, die beispielsweise ein Objektiv oder eine oder mehrere Linsen umfassen, eingerichtet, das von der mindestens einen Lichtquelle emittierte erste Licht, das zur Beleuchtung des zu vermessenden Objekts dient, in eine Fokusebene zu fokussieren. Die Fokusebene ist eine Ebene, die zu einer die Lichtquelle umfassenden Ebene optisch konjugiert ist. In der Fokusebene entsteht also ein Bild der Lichtquelle. Mit anderen Worten sind die ersten optischen Mittel eingerichtet, einen beliebigen ersten Punkt der die Lichtquelle umfassenden Ebene in der Fokusebene auf einen zweiten Punkt abzubilden. Aufgrund einer Umkehrbarkeit des Lichtweges sind die ersten optischen Mittel damit ebenfalls eingerichtet, einen dritten Punkt in der Fokusebene in der die Lichtquelle umfassenden Ebene auf einen vierten Punkt abzubilden.According to the invention, the first optical means, which comprise, for example, an objective or one or more lenses, are arranged to focus the first light emitted by the at least one light source, which serves to illuminate the object to be measured, into a focal plane. The focal plane is a plane which is optically conjugate to a plane comprising the light source. In the focal plane thus creates an image of the light source. In other words, the first optical means are arranged to image any first point of the plane comprising the light source in the focal plane onto a second point. Due to a reversibility of the light path, the first optical means are thus also arranged to image a third point in the focal plane in the plane comprising the light source to a fourth point.

Entsprechend einer ersten Vergrößerung der ersten optischen Mittel kann das Bild der Lichtquelle in der Fokusebene gegenüber der Lichtquelle vergrößert oder verkleinert sein, beispielsweise um einen Faktor zehn bis einhundert.According to a first enlargement of the first optical means, the image of the light source in the focal plane may be enlarged or reduced relative to the light source, for example by a factor of ten to one hundred.

Bei der mindestens einen Lichtquelle kann es sich um eine punktförmige Lichtquelle, eine ausgedehnte Lichtquelle, oder um eine Mehrzahl von beliebig angeordneten punktförmigen und/oder ausgedehnten Lichtquellen handeln, deren Bild in der Fokusebene entsteht. Insbesondere können die Lichtquellen in Matrixform angeordnet sein. Eine typische Ausdehnung der Lichtquelle liegt im Bereich zwischen 10 μm und einigen Millimetern.The at least one light source may be a punctiform light source, an extended light source, or a plurality of arbitrarily arranged punctiform and / or extended light sources whose image is formed in the focal plane. In particular, the Be arranged light sources in matrix form. A typical extent of the light source is in the range between 10 microns and a few millimeters.

Der die Fokusebene umgebende Bereich ist ein Bereich, der von den ersten optischen Mitteln aus gesehen sowohl vor als auch hinter der Fokusebene liegt und jeweils an diese angrenzt. Insbesondere sind die ersten optischen Mittel eingerichtet, den beliebigen ersten Punkt der die Lichtquelle umfassenden Ebene in dem die Fokusebene umgebenden Bereich nicht wieder auf einen Punkt abzubilden. Analog sind die ersten optischen Mittel eingerichtet, einen beliebigen fünften Punkt im die Fokusebene umgebenden Bereich in der die Lichtquelle umfassenden Ebene nicht wieder auf einen Punkt abzubilden. Bei dem zweiten Licht handelt es sich um Licht, das von dem mit dem ersten Licht beleuchteten zu vermessenden Objekt reflektiert und/oder gestreut wird.The area surrounding the focal plane is an area which, as seen from the first optical means, lies both in front of and behind the focal plane and adjoins it in each case. In particular, the first optical means are arranged not to reproduce the arbitrary first point of the plane comprising the light source in the area surrounding the focal plane to a point again. Analogously, the first optical means are arranged not to reproduce any fifth point in the area surrounding the focal plane in the plane comprising the light source again to a point. The second light is light that is reflected and / or scattered by the object to be measured illuminated with the first light.

Die zweiten optischen Mittel sind dazu eingerichtet, das zweite Licht mindestens teilweise auf den mindestens einen Detektor zu leiten. Typischerweise handelt es sich bei den zweiten optischen Mitteln um ein Objektiv oder um eine oder mehrere Linsen. Der Detektor ist eingerichtet, das zweite Licht zu detektieren. Mit anderen Worten ist der Detektor eingerichtet, eine Energiemenge des innerhalb einer Messzeit auf den Detektor geleiteten zweiten Lichtes zu registrieren und ein Ergebnis einer Messung an eine Auswerteeinheit, beispielsweise einen Computer oder einen Mikroprozessor, weiterzuleiten. Vorzugsweise ist das von dem Detektor detektierte Messsignal proportional zur Energiemenge des innerhalb der Messzeit auf den Detektor geleiteten zweiten Lichtes.The second optical means are adapted to at least partially direct the second light onto the at least one detector. Typically, the second optical means is an objective or one or more lenses. The detector is configured to detect the second light. In other words, the detector is set up to register an amount of energy of the second light directed onto the detector within a measuring time and to forward a result of a measurement to an evaluation unit, for example a computer or a microprocessor. Preferably, the measurement signal detected by the detector is proportional to the amount of energy of the second light guided onto the detector within the measurement time.

Die Lichtquelle, die ersten und die zweiten optischen Mittel sind derart angeordnet, dass die Detektionsfunktion des Sensors, im Folgenden I(z) oder einfach I genannt, mindestens entlang der Richtung senkrecht zur Fokusebene ein lokales Minimum aufweist. Die Richtung senkrecht zur Fokusebene heißt auch axiale Richtung oder z-Richtung. Die z-Richtung ist parallel zu einer Symmetrieachse der ersten optischen Mittel. Eine Position der Fokusebene entlang der z-Richtung ist in der vorliegenden Anmeldung durch z = 0 definiert. Die Detektionsfunktion I(z) ist proportional zur Energiemenge des zweiten Lichtes, das von dem Detektor innerhalb der Messzeit detektiert wird, wenn beispielsweise ein theoretisch ideales Objekt mit ebener Oberfläche, die eine optimale Abstrahlcharakteristik aufweist (wie z. B. ein idealer Spiegel), sich an einer durch eine räumliche Koordinate definierten Position entlang der z-Richtung befindet, wobei die Position relativ zum Sensor bestimmt wird. Das Objekt ist zur Bestimmung von I(z) senkrecht zur z-Richtung zu orientieren. Eine Ausdehnung des Objekts in einer lateralen Ebene, die senkrecht zur z-Richtung orientiert ist, ist so zu wählen, dass das erste Licht vorzugsweise vollständig auf das Standardobjekt trifft.The light source, the first and the second optical means are arranged such that the detection function of the sensor, referred to below as I (z) or simply I, has a local minimum at least along the direction perpendicular to the focal plane. The direction perpendicular to the focal plane is also called axial direction or z-direction. The z-direction is parallel to an axis of symmetry of the first optical means. A position of the focal plane along the z-direction is defined by z = 0 in the present application. The detection function I (z) is proportional to the amount of energy of the second light detected by the detector within the measuring time when, for example, a theoretically ideal flat-surface object having an optimum radiation characteristic (such as an ideal mirror), is located at a location defined by a spatial coordinate along the z-direction, wherein the position is determined relative to the sensor. The object should be oriented perpendicular to the z-direction to determine I (z). An extension of the object in a lateral plane, which is oriented perpendicular to the z-direction, is to be selected such that the first light preferably completely strikes the standard object.

Die Funktion I weist das lokale Minimum insbesondere bei jeder beliebigen Beleuchtung auf. Ein Verlauf der Detektionsfunktion I(z) wird zum einen durch eine Intensitätsverteilung des ersten Lichtes in der Fokusebene und im die Fokusebene umgebenden Bereich bestimmt. Die Intensitätsverteilung des ersten Lichtes ist bei einer gegebenen Anordnung der Lichtquelle und der ersten optischen Mittel eine Funktion von räumlichen Koordinaten, die Punkte in der Fokusebene und im die Fokusebene umgebenden Bereich beschreiben. Zum zweiten wird der Verlauf von I(z) durch eine Detektionseffizienz für aus der Fokusebene oder aus dem die Fokusebene umgebenden Bereich ausgehendes zweites Licht bestimmt. Bei einer gegebenen Anordnung des Detektors und der zweiten optischen Mittel ist die Detektionseffizienz ebenfalls eine Funktion der räumlichen Koordinaten, die Punkte in der Fokusebene und im die Fokusebene umgebenden Bereich beschreiben. Bei einem gegebenen Wert von z, d. h. bei einer gegebenen Position des Standardobjekts entlang der z-Richtung relativ zum Sensor ist I(z) ein Produkt der Intensitätsverteilung des ersten Lichts und der Detektionseffizienz des Detektors.The function I has the local minimum, in particular for any lighting. A course of the detection function I (z) is determined on the one hand by an intensity distribution of the first light in the focal plane and in the area surrounding the focal plane. The intensity distribution of the first light in a given arrangement of the light source and the first optical means is a function of spatial coordinates describing points in the focal plane and in the area surrounding the focal plane. Secondly, the profile of I (z) is determined by a detection efficiency for second light emanating from the focal plane or from the region surrounding the focal plane. With a given arrangement of the detector and the second optical means, the detection efficiency is also a function of the spatial coordinates describing points in the focal plane and in the area surrounding the focal plane. For a given value of z, i. H. For a given position of the standard object along the z-direction relative to the sensor, I (z) is a product of the intensity distribution of the first light and the detection efficiency of the detector.

Der Verlauf der Detektionsfunktion wird durch optische Eigenschaften des Sensors definiert. Bei einer Messung der Funktion I ist eine Intensität des von der Lichtquelle emittierten ersten Lichtes jeweils konstant. Zur Messung von I kann entweder das Standardobjekt relativ zum Sensor bewegt werden, oder der Sensor kann relativ zum Standardobjekt bewegt werden.The course of the detection function is defined by optical properties of the sensor. In a measurement of the function I, an intensity of the first light emitted by the light source is constant in each case. To measure I, either the standard object can be moved relative to the sensor, or the sensor can be moved relative to the standard object.

Beansprucht wird ein Sensor, bei dem I mindestens in der Richtung senkrecht zur Fokusebene an einer z-Position z_min ein lokales Minimum in einer Umgebung der Fokusebene aufweist.Claimed is a sensor in which I at least in the direction perpendicular to the focal plane at a z-position z _{min has} a local minimum in an environment of the focal plane.

Das lokale Minimum der gemessenen Kurve I(z) kann mittels verschiedener qualitativer und quantitativer Methoden ermittelt oder bestimmt werden, beispielsweise mittels Wavelet-Transformationen.The local minimum of the measured curve I (z) can be determined or determined by means of various qualitative and quantitative methods, for example by means of wavelet transformations.

Ein Verlauf von I(z) in einer Umgebung des lokalen Minimums ist qualitativ ähnlich einem Verlauf einer an der Abszisse gespiegelten (d. h. negativen) top-hat-Funktion. I(z) verläuft in der Umgebung von z_min zunächst flach und zeigt dann beidseitig von z_min jeweils steil ansteigende Flanken. Das lokale Minimum von I(z) ist zwischen einem größten Wert einer linken Teilfunktion von I(z) und einem größten Wert einer rechten Teilfunktion von I(z) eingefasst, wobei die linke Teilfunktion von I(z) sich von z_min in eine negative z-Richtung erstreckt und wobei die rechte Teilfunktion von I(z) sich von z_min in eine positive z-Richtung erstreckt. Dies unterscheidet Detektionsfunktion I(z) von einer nach dem konventionellen konfokalen Messprinzip entsprechend aufgenommenen konfokalen Messkurve, welche bei z = 0 einen größten Wert der konfokalen Messkurve aufweist.A plot of I (z) in an environment of the local minimum is qualitatively similar to a plot of an abscissa-mirrored (ie, negative) top-hat function. I (z) initially runs flat in the vicinity of z _min and then shows steeply rising flanks on both sides of z _min . The local minimum of I (z) is enclosed between a largest value of a left subfunction of I (z) and a largest value of a right subfunction of I (z), where the left subfunction of I (z) moves from z _min to a negative z-direction and wherein the right subfunction of I (z) extends from z _min in a positive z-direction. This makes a difference Detection function I (z) of a according to the conventional confocal measuring principle correspondingly recorded confocal measurement curve, which has a maximum value of the confocal measurement curve at z = 0.

Obgleich die Intensität der Detektionsfunktion I(z) im Bereich des lokalen Minimums lediglich um wenige Prozent vom den benachbarten größten Werten der linken Teilfunktion von I(z) und der rechten Teilfunktion von I(z) abweichen kann, ist das lokale Minimum messtechnisch erfassbar, wenn das Signal-to-Noise Verhältnis (SNR) von I(z) entsprechend groß ist.Although the intensity of the detection function I (z) in the region of the local minimum may deviate by only a few percent from the neighboring largest values of the left subfunction of I (z) and the right subfunction of I (z), the local minimum can be measured, if the signal-to-noise ratio (SNR) of I (z) is correspondingly large.

Eine quantitative Methode, das lokale Minimum zu bestimmen, ist die Näherung der gemessenen Kurve I(z) mit Hilfe einer analytischen Fitfunktion F(z), so dass ein Rauschen der gemessenen Kurve I(z) bei einer Bestimmung des lokalen Minimums eine untergeordnete Rolle spielt. Das lokale Minimum der Fitfunktion F(z) liegt zwischen zwei Wendepunkten von F(z). Zum Fitten werden vorzugsweise Wavelet-Transformationen verwendet.A quantitative method to determine the local minimum is the approximation of the measured curve I (z) by means of an analytical fit function F (z), so that a noise of the measured curve I (z) plays a minor role in determining the local minimum plays. The local minimum of the fit function F (z) lies between two inflection points of F (z). For fitting, wavelet transforms are preferably used.

Eine linke Teilfunktion F_L(z) von F(z) erstreckt sich von z_min in eine negative z-Richtung. An einer Stelle z_max,L nimmt F_L(z) einen größten Wert von F_L(z) an. D. h. F_L(z_max,L) ist der größte Wert von F_L(z). Es gilt: F_L(z_min) ist ein kleinster Wert von F_L(z) zwischen z_min und z_max,L, wobei z_min von z_max,L verschieden ist.A left subfunction F _L (z) of F (z) extends from z _min in a negative z direction. At a position z _{max, L} , F _L (z) assumes a largest value of F _L (z). Ie. F _L (z _{max, L} ) is the largest value of F _L (z). The following applies: F _L (z _min ) is a smallest value of F _L (z) between z _min and z _{max, L} , where z _min is different from z _{max, L.}

Eine rechte Teilfunktion F_R(z) von F(z) erstreckt sich von z_min in eine positive z-Richtung. An einer Stelle z_max,R nimmt F_R(z) einen größten Wert von F_R(z) an. D. h. F_R(z_max,R) ist der größte Wert von F_R(z). Es gilt: F_R(z_min) ist ein kleinster Wert von F_R(z) zwischen z_min und z_max,R, wobei z_min von z_max,R verschieden ist.A right subfunction F _R (z) of F (z) extends from z _min in a positive z direction. At a position z _{max, R} , F _R (z) assumes a largest value of F _R (z). Ie. F _R (z _{max, R} ) is the largest value of F _R (z). The following applies: F _R (z _min ) is a smallest value of F _R (z) between z _min and z _{max, R} , where z _min is different from z _{max, R.}

Mit anderen Worten: F(z) hat nur dann ein lokales Minimum an der Stelle z_min im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn z_min gleichzeitig der kleinste Wert von F_L(z) zwischen z_min und z_max,L und der kleinste Wert von F_R(z) zwischen z_min und z_max,R ist, wobei wobei z_min von z_max,L und von z_max,R verschieden ist.In other words, F (z) has a local minimum at the point z _min in the sense of the present invention only if z _{min is} at the same time the smallest value of F _L (z) between z _min and z _{max, L} and the smallest value of F _R (z) between z _min and z _{max, R} , where z _min of z _{max, L} and z _{max, R is} different.

Vorzugsweise gilt: F(z_min) ≤ 0.9·F_L(z_max,L), besonders vorzugsweise F(z_min) ≤ 0.9·F_L(z_max,L), ganz besonders vorzugsweise F(z_min) < 0.5·F_L(z_max,L). Ebenso gilt vorzugsweise: F(z_min) ≤ 0.9·F_R(z_max,R), besonders vorzugsweise F(z_min) ≤ 0.9·F_R(z_max,R), ganz besonders vorzugsweise F(z_min) < 0.5·F_R(z_max,R). In Worten: Ein Funktionswert von F an der Stelle z_min beträgt vorzugsweise weniger als 99.9 Prozent, besonders vorzugsweise weniger als 90 Prozent, ganz besonders vorzugsweise weniger als 50 Prozent des größten Wertes der linken Teilfunktion und der rechten Teilfunktion von F.Preferably: F (z _min ) ≤ 0. 9 · F _L (z _{max, L} ), particularly preferably F (z _min ) ≦ 0.9 × F _L (z _{max, L} ), very particularly preferably F (z _min ) <0.5 × F _L (z _{max, L} ). Likewise, preferably: F (z _min ) ≤ 0. 9 · F _R (z _{max, R} ), particularly preferably F (z _min ) ≦ 0.9 × F _R (z _{max, R} ), very particularly preferably F (z _min ) <0.5 × F _R (z _{max, R} ). In words: A function value of F at the point z _min is preferably less than 99th 9 Percent, more preferably less than 90 percent, most preferably less than 50 percent of the largest value of the left subfunction and the right subfunction of F.

Ein maximaler Wert eines Absolutbetrages einer Ableitung von F in einem Bereich zwischen z_max,L und z_min ist um wenigstens einen Faktor 2 größer als ein maximaler Wert eines Absolutbetrages einer Ableitung von F in einem Bereich zwischen z_max,L und einem kleinsten Wert von z entlang der negativen z-Richtung.A maximum value of an absolute value of a derivative of F in a range between z _{max, L} and z _min is larger by at least a factor of 2 than a maximum value of an absolute value of a derivative of F in a range between z _{max, L} and a smallest value of z along the negative z-direction.

Ein maximaler Wert eines Absolutbetrages einer Ableitung von F in einem Bereich zwischen z_max,R und z_min ist um wenigstens einen Faktor 2 größer als ein maximaler Wert eines Absolutbetrages einer Ableitung von F in einem Bereich zwischen z_max,R und einem größten Wert von z entlang der positiven z-Richtung.A maximum value of an absolute value of a derivative of F in a range between z _{max, R} and z _min is larger by at least a factor of 2 than a maximum value of an absolute value of a derivative of F in a range between z _{max, R} and a largest value of z along the positive z-direction.

In einem Totzone genannten zusammenhängenden Bereich, der die Stelle z_min umfasst, an der die Detektionsfunktion das lokale Minimum annimmt, nimmt die Detektionsfunktion Werte an, die vorzugsweise jeweils höchstens 99.9 Prozent, besonders vorzugsweise jeweils höchstens 90 Prozent, ganz besonders vorzugsweise höchstens 50 Prozent des größten Wertes der linken Teilfunktion der Detektionsfunktion betragen und die vorzugsweise jeweils höchstens 99.9 Prozent, besonders vorzugsweise jeweils höchstens 90 Prozent, ganz besonders vorzugsweise höchstens 50 Prozent des größten Wertes der rechten Teilfunktion der Detektionsfunktion betragen.In a contiguous area called dead zone, which comprises the point z _min at which the detection function assumes the local minimum, the detection function assumes values which are preferably at most 99th 9 Percent, particularly preferably in each case at most 90 percent, very particularly preferably at most 50 percent of the greatest value of the left subfunction of the detection function, and preferably each at most 99th 9 Percent, particularly preferably in each case at most 90 percent, very particularly preferably at most 50 percent of the greatest value of the right-hand subfunction of the detection function.

Die physische Anordnung der Lichtquelle, der ersten und zweiten optischen Mittel sowie des Detektors zueinander kann in zahlreichen Variationen gewählt werden, wobei die in dieser Anmeldung offenbarten Anordnungen keine abschließende Liste, sondern lediglich eine Auswahl möglicher Anordnungen darstellen.The physical arrangement of the light source, the first and second optical means and the detector with respect to one another can be chosen in numerous variations, the arrangements disclosed in this application not being an exhaustive list, but merely a selection of possible arrangements.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung detektiert der Detektor von einer Energiemenge des zweiten Lichts einen ersten Anteil, wenn die Energiemenge aus der Fokusebene reflektiert und/oder gestreut wird, und der Detektor detektiert von der Energiemenge einen zweiten Anteil, wenn die Energiemenge aus dem die Fokusebene umgebenden Bereich reflektiert und/oder gestreut wird, wobei der zweite Anteil größer ist als der erste Anteil. Der erste oder der zweite Anteil, der jeweils von dem Detektor detektiert wird, hängt ab von einer Anordnung der zweiten optischen Mittel und des Detektors. Die genannte vorteilhafte Ausführungsform bezieht sich demnach auf solche Sensoren, bei denen das erfindungsgemäße Prinzip (lokales Minimum von I(z) nahe z = 0) durch die Anordnung der zweiten optischen Mittel und des Detektors zueinander realisiert wird. Dies hat den Vorteil, dass eine Anordnung der Lichtquelle und der ersten optischen Mittel frei gewählt werden kann, solange die Lichtquelle und die ersten optischen Mittel nur derart angeordnet sind, dass die Fokusebene und der die Fokusebene umgebende Bereich beleuchtet werden.In an advantageous embodiment of the invention, the detector detects a first fraction of an amount of energy of the second light when the amount of energy from the focal plane is reflected and / or scattered, and the detector detects a second fraction of the amount of energy as the amount of energy from the focal plane surrounding area is reflected and / or scattered, wherein the second portion is greater than the first portion. The first or the second component, which is respectively detected by the detector, depends on an arrangement of the second optical means and the detector. The aforementioned advantageous embodiment therefore relates to those sensors in which the principle according to the invention (local minimum of I (z) near z = 0) is realized by the arrangement of the second optical means and the detector relative to each other. This has the advantage that an arrangement of the light source and the first optical means can be chosen freely as long as the light source and the first optical means are arranged only such that the focal plane and the area surrounding the focal plane are illuminated.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle als LED oder OLED ausgebildet und/oder der mindestens eine Detektor ist als Photodiode und/oder CCD-Sensor ausgebildet. LEDs und OLEDs haben einen hohen Wirkungsgrad, sind für verschiedenste Emissionslichtwellenlängen verfügbar und lassen sich in kompakte und komplexe elektronische Strukturen integrieren. Photodioden und CCD-Sensoren garantieren eine hohe Detektionseffizienz und eine hohe Detektionsrate. Zusätzlich sind sie jeweils in komplexe und kompakte elektronische Strukturen integrierbar.In a further advantageous embodiment of the invention, the light source is designed as an LED or OLED and / or the at least one detector is designed as a photodiode and / or CCD sensor. LEDs and OLEDs are highly efficient, available for a wide range of emission light wavelengths, and can be integrated into compact and complex electronic structures. Photodiodes and CCD sensors guarantee a high detection efficiency and a high detection rate. In addition, they can each be integrated into complex and compact electronic structures.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Detektor als integrierte Photodiodenmatrix ausgebildet. Eine Vielzahl von kompakten Detektoranordnungen ist so auf einfache Weise realisierbar.In a further advantageous embodiment of the invention, the detector is designed as an integrated photodiode matrix. A large number of compact detector arrangements can thus be realized in a simple manner.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten optischen Mittel identisch mit den zweiten optischen Mitteln. In Bezug auf diese Ausführungsform soll daher nur von optischen Mitteln die Rede sein, was die ersten und die mit diesen identischen zweiten optischen Mittel umfassen soll. Dies bedeutet, dass neben den ersten optischen Mitteln zum Fokussieren des ersten Lichtes kein Strahlteiler zum Separieren des zweiten Lichtes von dem ersten Licht oder weitere optische Mittel zum Leiten des zweiten Lichtes auf den Detektor benötigt werden, wie es beispielsweise bei einem konfokalen Sensor nach dem Stand der Technik der Fall ist. Die Identität der ersten und zweiten optischen Mittel impliziert, dass der Detektor zwischen den optischen Mitteln und der die Lichtquelle umfassenden Ebene, in der die Lichtquelle umfassenden Ebene oder von den optischen Mitteln aus betrachtet hinter der die Lichtquelle umfassenden Ebene angeordnet ist. Den Detektor zwischen den optischen Mitteln und der die Lichtquelle umfassenden Ebene anzuordnen ist dabei nur insoweit sinnvoll, als eine derartige Anordnung der Emission und Fokussierung des ersten Lichtes nicht entgegensteht.In a further advantageous embodiment of the invention, the first optical means are identical to the second optical means. With regard to this embodiment, therefore, only optical means should be mentioned, which should comprise the first and the second optical means identical thereto. This means that in addition to the first optical means for focusing the first light no beam splitter for separating the second light from the first light or other optical means for directing the second light to the detector are needed, such as in a state-of-the-art confocal sensor the technique is the case. The identity of the first and second optical means implies that the detector is located between the optical means and the plane comprising the light source, in the plane encompassing the light source, or behind the light source comprising the plane of view. To arrange the detector between the optical means and the plane comprising the light source is meaningful only insofar as such an arrangement does not preclude the emission and focusing of the first light.

Zugleich impliziert diese Ausführungsform wegen der Umkehrbarkeit des Lichtweges, dass Bereiche in der Fokusebene, die mit dem ersten Licht beleuchtet werden, jeweils in die Lichtquelle zurück projiziert werden, wenn das Objekt, von welchem das zweite Licht reflektiert und/oder gestreut wird, in der Fokusebene liegt. Zweites Licht, das aus diesen beleuchteten Bereichen in der Fokusebene gestreut und/oder reflektiert wird, wird daher nicht auf den Detektor geleitet und detektiert. Zweites Licht, das – nach Verschiebung des Objekts aus der Fokusebene in den die Fokusebene umgebenden Bereich – aus dem die Fokusebene umgebenden Bereich gestreut und/oder reflektiert wird, wird, je nach Anordnung des Detektors, zumindest teilweise auf den Detektor geleitet, da sich in dem die Fokusebene umgebenden Bereich ein Beleuchtungsstrahlengang und ein Abbildungsstrahlengang überlagern. Auf diese Weise wird das erfindungsgemäße Prinzip (lokales Minimum von I(z) nahe z = 0) auf einfache Art realisiert. Diese Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich durch eine vorteilhafte Kompaktheit aus, so dass der Sensor z. B. auch in Bereichen einer Maschine eingesetzt werden kann, die einem weniger kompakten Sensor nicht zugänglich sind. Außerdem ist eine Justage des Sensors besonders einfach, da der Strahlteiler und die zusätzlichen zweiten optischen Mittel entfallen. Eine Justage eines Detektors auf einem separaten Bauteil oder Substrat ist nicht nötig.At the same time, because of the reversibility of the light path, this embodiment implies that areas in the focal plane that are illuminated with the first light are each projected back into the light source when the object from which the second light is reflected and / or scattered in the Focus plane is located. Second light that is scattered and / or reflected from these illuminated areas in the focal plane is therefore not directed to the detector and detected. Second light, which - after displacement of the object from the focal plane in the area surrounding the focal plane - scattered and / or reflected from the area surrounding the focal plane is, depending on the arrangement of the detector, at least partially directed to the detector, since in the area surrounding the focal plane superimpose an illumination beam path and an imaging beam path. In this way, the inventive principle (local minimum of I (z) near z = 0) is realized in a simple way. This embodiment of the invention is characterized by an advantageous compactness, so that the sensor z. B. can also be used in areas of a machine that are not accessible to a less compact sensor. In addition, an adjustment of the sensor is particularly simple, since the beam splitter and the additional second optical means omitted. An adjustment of a detector on a separate component or substrate is not necessary.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Lichtquelle und der Detektor in einer Ebene angeordnet sind. Eine derartige Anordnung ist besonders kompakt.A further advantageous embodiment of the invention provides that the light source and the detector are arranged in a plane. Such an arrangement is particularly compact.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Lichtquelle und der Detektor auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet. Dies gewährleistet eine kompakte Anordnung, eine verringerte Anzahl benötigter Komponenten sowie eine besonders einfache Positionierung von Bauelementen des Sensors, da eine relative Ausrichtung der Lichtquelle und des Sensors durch eine Anordnung auf dem Substrat, d. h. auf einem Untergrund vordefiniert ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the light source and the detector are arranged on a common substrate. This ensures a compact arrangement, a reduced number of required components and a particularly simple positioning of components of the sensor, since a relative alignment of the light source and the sensor by an arrangement on the substrate, d. H. is predefined on a surface.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat als CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)-Substrat ausgebildet. Dies ermöglicht die Anordnung komplexer integrierter elektronischer Schaltungen auf kleinem Raum und trägt so zusätzlich zur Kompaktheit des Sensors bei.In a further advantageous embodiment of the invention, the substrate is designed as a CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) substrate. This allows the arrangement of complex integrated electronic circuits in a small space, thus adding to the compactness of the sensor.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Lichtquelle und der Detektor als ein Array von LEDs oder OLEDs und Photodioden und/oder CCD-Elementen angeordnet. Dabei sind die Photodioden und/oder die CCD-Elemente als Detektorelemente um die LEDs oder OLEDs angeordnet. Vorteilhaft ist ebenso, als kombinierte Sende- und Empfangseinheit ein bidirektionales Mikrodisplay zu verwenden, welches ein Aktiv-Matrix OLED-Display und eine integrierte Photodiodenmatrix in einer Ebene vereint. Entscheidend ist auch hier, dass Detektorelemente der Photodiodenmatrix um die OLEDs herum angeordnet sind. Dies erlaubt auf einfache Weise vielfältige und kompakte Anordnungen von Lichtquelle und Detektor.In a further advantageous embodiment of the invention, the light source and the detector are arranged as an array of LEDs or OLEDs and photodiodes and / or CCD elements. The photodiodes and / or the CCD elements are arranged as detector elements around the LEDs or OLEDs. It is also advantageous to use a bidirectional microdisplay as a combined transmitting and receiving unit, which unites an active-matrix OLED display and an integrated photodiode matrix in one plane. It is also crucial here that detector elements of the photodiode matrix are arranged around the OLEDs. This allows in a simple way diverse and compact arrangements of light source and detector.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen die optischen Mittel mikrooptische und/oder makrooptische Linsen. Vorzugsweise sind diese jeweils vor der Lichtquelle und dem Detektor angeordnet. Vorzugsweise ist eine optische Linse oder ein optisches Linsensystem jeweils einer Lichtquelle oder einer Lichtquelleneinheit zugeordnet und diese besteht aus Glas oder einem optisch transparenten Polymer. Im Falle eines Mikrolinsenarrays kann dieses für alle Linsen aus einem Materialblock bestehen.In a further advantageous embodiment of the invention, the optical means comprise micro-optical and / or macro-optical lenses. Preferably, these are each arranged in front of the light source and the detector. Preferably, an optical lens or an optical lens system is associated with each of a light source or a light source unit, and this is made of glass or an optically transparent polymer. In the case of a microlens array this can consist of a block of material for all lenses.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Sensor Bewegungsmittel auf, die dazu eingerichtet sind, die Fokusebene relativ zu einem Messobjekt zu bewegen oder das Messobjekt relativ zur Fokusebene zu bewegen, und zwar mindestens entlang der z-Richtung. Vorzugsweise sind die Bewegungsmittel als piezoelektrischer, elektromagnetischer oder als kapazitiv mikromechanischer Antrieb ausgebildet. Dadurch werden ein großer Hub und eine hohe Positionierungsgenauigkeit der Bewegungsmittel gewährleistet.In a further advantageous embodiment of the invention, the sensor has movement means which are adapted to move the focal plane relative to a measurement object or to move the measurement object relative to the focal plane, at least along the z-direction. Preferably, the movement means are designed as a piezoelectric, electromagnetic or capacitive micromechanical drive. As a result, a large stroke and a high positioning accuracy of the moving means are ensured.

Gemäß einer weiteren Vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Sensor eine Höhe von höchstens 10 cm, vorzugsweise von höchstens 7 cm, eine Breite von höchstens 6 cm, vorzugsweise von höchstens 4 cm, und eine Tiefe (18) von höchstens 10 cm, vorzugsweise von höchstens 7 cm, auf. Diese Maße sollen die Lichtquelle, die ersten und zweiten optischen Mittel, sowie den Detektor umfassen. Sie schließen die eventuell vorhandenen Bewegungsmittel gegebenenfalls ein. Eine Auswerteeinheit und eine elektrische Verbindung des Sensors mit der Auswerteeinheit müssen nicht innerhalb der Maße angeordnet sein. Ein derart kompakter Sensor ist besonders vielseitig einsetzbar.According to a further advantageous embodiment of the invention, the sensor has a height of at most 10 cm, preferably of at most 7 cm, a width of at most 6 cm, preferably of at most 4 cm, and a depth ( 18 ) of not more than 10 cm, preferably not more than 7 cm. These measures are intended to include the light source, the first and second optical means, as well as the detector. If necessary, they include any movement means that may be present. An evaluation unit and an electrical connection of the sensor to the evaluation unit need not be arranged within the dimensions. Such a compact sensor is particularly versatile.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung nimmt ein Gehäuse des Sensors ein Volumen von höchstens 400 cm³, vorzugsweise von höchstens 250 cm³, ein und/oder ein Gewicht des Sensors beträgt höchstens 500 g, vorzugsweise höchstens 350 g.In a further advantageous embodiment of the invention, a housing of the sensor occupies a volume of at most 400 cm ³ , preferably of at most 250 cm ³ , and / or a weight of the sensor is at most 500 g, preferably at most 350 g.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Lichtquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 1000 nm ausgebildet und/oder der Detektor ist zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 1000 nm ausgebildet.In a further advantageous embodiment of the invention, the light source for emitting electromagnetic radiation in a wavelength range of 350 nm to 1000 nm is formed and / or the detector is designed to detect electromagnetic radiation in a wavelength range of 350 nm to 1000 nm.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 einen Längsschnitt durch ein erstes schematisches Ausführungsbeispiel eines Sensors gemäß der Erfindung, 1 a longitudinal section through a first schematic embodiment of a sensor according to the invention,

2 einen Längsschnitt durch den Sensor aus 1, wobei eine Sender-/Empfängereinheit im Detail gezeigt ist, 2 a longitudinal section through the sensor 1 wherein a transmitter / receiver unit is shown in detail,

3 eine Aufsicht auf die Sender-/Empfängereinheit aus 2, 3 a view of the transmitter / receiver unit 2 .

4 eine Schar von Intensitätskurven, die einer Detektion mit dem in den 1 bis 3 gezeigten Sensor entsprechen, 4 a bevy of intensity curves, which is a detection with in the 1 to 3 correspond to the sensor shown,

5 einen Längsschnitt durch ein zweites schematisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors, und 5 a longitudinal section through a second schematic embodiment of a sensor according to the invention, and

6 einen Längsschnitt durch ein drittes schematisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors, bei dem erste optische Mittel und zweite optische Mittel verschieden sind. 6 a longitudinal section through a third schematic embodiment of a sensor according to the invention, wherein the first optical means and second optical means are different.

1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiels eines Sensors 1. Der Sensor 1 weist eine Lichtquelle 2, die Lichtquelle 2 umgebende Detektoren 3, und optische Mittel 4 auf, die zugleich erste und zweite optische Mittel sind. Die ersten und die zweiten optischen Mittel sind bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung also identisch. Die Lichtquelle 2 und die Detektoren 3 liegen in einer gemeinsamen unmittelbaren Ebene 8, die eine die Lichtquelle 2 umfassende Ebene ist. Eine Symmetrieachse 5 der optischen Mittel 4 ist eine optische Achse des Sensors 1 und definiert eine axiale Richtung, die auch z-Richtung heißt. Mit dem Ausdruck „gemeinsame” Ebene ist hier gemeint, dass die Lichtquelle 2 und die Detektoren 3 entlang der z-Achse minimal versetzt angeordnet sind, z. B. um höchstens 100 μm. Zu der axialen Richtung senkrechte Richtungen sind laterale Richtungen. Der Sensor 1 ist in einem Gehäuse 17 untergebracht. Eine Tiefe 18 des Sensors 1 erstreckt sich von einem hinteren Rand 19 des Gehäuses bzw. von Sensor-Baugrenzen bis zu einem vorderen Ende 20 der optischen Mittel 4 und beträgt 7 cm. Eine Höhe 21 des Gehäuses des Sensors 1 beträgt 7 cm. Eine Breite des Gehäuses 17, die senkrecht zur Zeichenebene ist, beträgt in etwa 4 cm (nicht gezeigt). Damit nimmt das Gehäuse 17 des Sensors 1 ein Volumen von etwas weniger als 200 cm³ ein. Ein Gewicht des Sensors 1 beträgt ca. 320 Gramm. Darin enthalten sind die Lichtquelle 2, die Detektoren 3, ein in der Figur nicht dargestelltes Substrat 24, auf dem die Lichtquelle 2 und die Detektoren 3 angeordnet sind, die optischen Mittel 4 und das Gehäuse 17, das aus Plastik oder aus Aluminium gefertigt ist. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a sensor 1 , The sensor 1 has a light source 2 , the light source 2 surrounding detectors 3 , and optical means 4 which are at the same time first and second optical means. The first and the second optical means are at the in 1 shown embodiment of the invention thus identical. The light source 2 and the detectors 3 lie in a common immediate plane 8th that a the light source 2 comprehensive level is. An axis of symmetry 5 the optical means 4 is an optical axis of the sensor 1 and defines an axial direction, which is also called z-direction. By the term "common" level here is meant that the light source 2 and the detectors 3 are minimally offset along the z-axis, z. B. by more than 100 microns. The directions perpendicular to the axial direction are lateral directions. The sensor 1 is in a housing 17 accommodated. A depth 18 of the sensor 1 extends from a rear edge 19 of the housing or sensor limits to a front end 20 the optical means 4 and is 7 cm. A height 21 the housing of the sensor 1 is 7 cm. A width of the housing 17 , which is perpendicular to the plane of the drawing, is approximately 4 cm (not shown). This takes the case 17 of the sensor 1 a volume of slightly less than 200 cm ³ . A weight of the sensor 1 is about 320 grams. This includes the light source 2 , the detectors 3 , a substrate not shown in the figure 24 on which the light source 2 and the detectors 3 are arranged, the optical means 4 and the case 17 made of plastic or aluminum.

Die Lichtquelle 2 ist als OLED 2a ausgebildet, die erstes Licht 6 mit einer Wellenlänge von ca. 500 nm emittiert. Das erste Licht 6 wird von den optischen Mitteln 4, die als Linsensystem ausgebildet sind, in eine Fokusebene 7 (durchgezogene Linie) fokussiert, wo es z. B. ein auszumessendes Objekt (hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt) beleuchtet. Die Fokusebene 7 steht senkrecht auf der optischen Achse 5 und ist zu der die Lichtquelle 2 umfassenden Ebene 8 optisch konjugiert. Das bedeutet, dass die optischen Mittel 4 eingerichtet sind, die Lichtquelle 2 in die Fokusebene 7 abzubilden, so dass in der Fokusebene 7 ein Bild der Lichtquelle 2 entsteht.The light source 2 is as OLED 2a trained, the first light 6 emitted at a wavelength of about 500 nm. The first light 6 is from the optical means 4 , which are formed as a lens system, in a focal plane 7 focused (solid line), where it is z. B. an object to be measured (not shown here for clarity) illuminated. The focal plane 7 is perpendicular to the optical axis 5 and is the source of light 2 comprehensive level 8th optically conjugated. This means that the optical means 4 are set up, the light source 2 in the focal plane 7 depict, so that in the focal plane 7 an image of the light source 2 arises.

1 zeigt ebenso eine von den optischen Mitteln 4 aus gesehen vor der Fokusebene 7 gelegene erste Ebene 11 (gestrichelt) und eine von den optischen Mitteln 4 aus gesehen hinter der Fokusebene 7 gelegene zweite Ebene 12 (gestrichelt). Die Ebenen 11 und 12 liegen in einem die Fokusebene 7 umgebenden Bereich 13, der vor und hinter der Fokusebene 7 an die Fokusebene 7 angrenzt. Der die Fokusebene 7 umgebende Bereich 13 ist kleiner als eine Schärfentiefe der optischen Mittel 4. Aus der Fokusebene 7 oder aus dem die Fokusebene 7 umgebenden Bereich 13 reflektiertes und/oder (rück)gestreutes Licht ist zweites Licht 14. Bei dem zweiten Licht 14 handelt es sich um Licht, das von einem zu vermessenden Objekt infolge einer Beleuchtung mit dem ersten Licht 6 von dem Objekt reflektiert und/oder (rück)gestreut wird. Das zweite Licht 14 hat eine Wellenlänge im Bereich von ca. 500 nm bis ca. 540 nm. Da die Fokusebene 7 zur die Lichtquelle 2 umfassenden Ebene 8 optisch konjugiert ist, sind die optischen Mittel 4 eingerichtet, einen dritten Punkt 10 in der Fokusebene 7 auf einen vierten Punkt 9, der in der Lichtquelle 2 und damit in der Ebene 8 liegt, abzubilden. Aus der Fokusebene 7 reflektiertes und/oder gestreutes zweites Licht 14 wird also zurück in die Lichtquelle 2 projiziert und nicht auf die die Lichtquelle 2 umgebenden Detektoren 3 geleitet. 1 also shows one of the optical means 4 seen in front of the focal plane 7 located first level 11 (dashed) and one of the optical means 4 seen from behind the focal plane 7 located second level 12 (Dashed). The levels 11 and 12 lie in one the focal plane 7 surrounding area 13 , in front of and behind the focal plane 7 to the focal plane 7 borders. The focus plane 7 surrounding area 13 is smaller than a depth of field of the optical means 4 , From the focal plane 7 or from the focal plane 7 surrounding area 13 reflected and / or (back) scattered light is second light 14 , At the second light 14 it is light that comes from an object to be measured as a result of illumination with the first light 6 is reflected from the object and / or (re) scattered. The second light 14 has a wavelength in the range of about 500 nm to about 540 nm. Since the focal plane 7 to the light source 2 comprehensive level 8th is optically conjugated, are the optical means 4 set up a third point 10 in the focal plane 7 to a fourth point 9 in the light source 2 and thus in the plane 8th lies, depict. From the focal plane 7 reflected and / or scattered second light 14 So it goes back to the light source 2 projected and not on the the light source 2 surrounding detectors 3 directed.

Im Gegensatz dazu sind die optischen Mittel 4 eingerichtet, zweites Licht 14, das aus dem die Fokusebene 7 umgebenden Bereich 13 reflektiert und/oder gestreut wird, mindestens teilweise auf den Detektor 3 zu leiten. Beispielsweise sind die optischen Mittel 4 eingerichtet, zweites Licht 14, das von einem fünften Punkt 15 in der Ebene 12 in dem die Fokusebene 7 umgebenden Bereich 13 ausgeht, auf einen Punkt 16 der Detektoren 3 und auf den Punkt 9 der Lichtquelle 2 zu leiten. Die Detektoren 3 sind eingerichtet, das mittels der optischen Mittel 4 auf sie geleitete zweite Licht 14 zu detektieren, z. B. im Punkt 16. In 1 sind die Detektoren 3, die die Lichtquelle 2 umgeben, jeweils als Photodioden 3a ausgebildet und sind eingerichtet, Licht mit Wellenlängen im Bereich von 400 nm bis 1000 nm zu detektieren. Aus der Fokusebene 7 reflektiertes und/oder rückgestreutes zweites Licht 14 wird nicht detektiert. Aus dem die Fokusebene 7 umgebenden Bereich 13 reflektiertes und/oder rückgestreutes Licht 14 wird jedoch zumindest teilweise von den Detektoren 3 detektiert. Demnach sind die Detektoren 3 in 1 in ihrer Gesamtheit eingerichtet, von einer Energiemenge des zweiten Lichts 14 einen ersten Anteil zu detektieren, wenn die Energiemenge aus der Fokusebene 7 reflektiert und/oder rückgestreut wird, und von der Energiemenge einen zweiten Anteil zu detektieren, wenn die Energiemenge aus dem die Fokusebene umgebenden Bereich 13, z. B. von dem Punkt 15, reflektiert und/oder rückgestreut wird, wobei der zweite Anteil größer ist als der erste Anteil.In contrast, the optical means 4 furnished, second light 14 that is from the the focal plane 7 surrounding area 13 is reflected and / or scattered, at least partially on the detector 3 to lead. For example, the optical means 4 furnished, second light 14 that from a fifth point 15 in the plane 12 in which the focal plane 7 surrounding area 13 goes out, to a point 16 of the detectors 3 and to the point 9 the light source 2 to lead. The detectors 3 are set up by means of optical means 4 second light directed at them 14 to detect, for. In the point 16 , In 1 are the detectors 3 that the light source 2 surrounded, each as photodiodes 3a are designed and are adapted to detect light with wavelengths in the range of 400 nm to 1000 nm. From the focal plane 7 reflected and / or backscattered second light 14 is not detected. From the the focal plane 7 surrounding area 13 reflected and / or backscattered light 14 However, at least part of the detectors 3 detected. Accordingly, the detectors are 3 in 1 set up in their entirety, of an amount of energy of the second light 14 to detect a first fraction when the amount of energy from the focal plane 7 reflected and / or backscattered, and to detect a second portion of the amount of energy when the amount of energy from the area surrounding the focal plane 13 , z. From the point 15 , reflected and / or backscattered, wherein the second portion is greater than the first portion.

2 zeigt wiederum einen Längsschnitt des bereits in 1 gezeigten Sensors 1, wobei die Lichtquelle 2 und die Detektoren 3 detaillierter dargestellt sind. Hier und im Folgenden sind wiederkehrende Merkmale mit identischen Bezugszeichen versehen wie in der 1. Zusätzlich zu den bereits in 1 gezeigten Merkmalen weist der in 2 gezeigte Sensor 1 Bewegungsmittel 22 auf, die eingerichtet sind, ein Messobjekt 23 relativ zur Fokusebene 7, die in 2 mit einem den optischen Mitteln 4 zugewandten Ende des Messobjekts 23 zusammenfällt, zu bewegen. Die Bewegungsmittel 22 umfassen einen piezoelektrischen Antrieb, der ausgebildet ist, das Messobjekt 23 in einer z-Richtung 5, die senkrecht auf der Fokusebene 7 steht, und in zwei lateralen Richtungen in Schritten von ca. 10 nm oder mehr zu bewegen. 2 again shows a longitudinal section of the already in 1 shown sensor 1 , where the light source 2 and the detectors 3 are shown in more detail. Here and below, recurring features are given the same reference numerals as in FIG 1 , In addition to those already in 1 features shown in FIG 2 shown sensor 1 means 22 on which are set up, a measurement object 23 relative to the focal plane 7 , in the 2 with an optical means 4 facing the end of the measurement object 23 coincides, to move. The moving means 22 comprise a piezoelectric actuator, which is formed, the measurement object 23 in a z-direction 5 perpendicular to the focal plane 7 stands, and in two lateral directions in increments of about 10 nm or more to move.

Zu erkennen ist, dass die Lichtquelle 2 und die Detektoren 3 auf einem gemeinsamen Substrat 24 angeordnet sind, das als spezielles CMOS-Substrat 24 ausgebildet ist. Dabei sind die Lichtquelle 2 und die Detektoren 3 als ein Array von OLEDs 2a und Photodioden 3a ausgebildet, wobei die Photodioden 3a um die OLEDs 2a herum angeordnet sind. Eine aus dem CMOS-Substrat 24, den OLEDs 2a und den Photodioden 3a gebildete Anordnung stellt ein bidirektionales Mikrodisplay dar. Das Mikrodisplay vereint ein die OLEDs 2a umfassendes Aktiv-Matrix-OLED Display als Sendeeinheit und eine die Photodioden 3a umfassende integrierte Photodiodenmatrix 3b als Empfängereinheit. Dabei ist eine Anordnung der OLEDs 2a und der Photodioden 3a jeweils symmetrisch bezüglich der optischen Achse 5, die in 2 mit einem das erste Licht 6 repräsentierenden Lichtstrahl zusammenfällt. Eine zylindrische Anordnung der OLEDs 2a und der Photodioden 3a, die nahezu symmetrisch bezüglich der optischen Achse 5 ist, ist in einer in 3 gezeigten Aufsicht auf das bidirektionale Mikrodisplay aus 2 gezeigt.It can be seen that the light source 2 and the detectors 3 on a common substrate 24 arranged as a special CMOS substrate 24 is trained. Here are the light source 2 and the detectors 3 as an array of OLEDs 2a and photodiodes 3a formed, wherein the photodiodes 3a around the OLEDs 2a are arranged around. One from the CMOS substrate 24 , the OLEDs 2a and the photodiodes 3a The arrangement formed represents a bidirectional microdisplay. The microdisplay unites the OLEDs 2a comprehensive active matrix OLED display as a transmitting unit and one the photodiodes 3a comprehensive integrated photodiode matrix 3b as a receiver unit. Here is an arrangement of the OLEDs 2a and the photodiodes 3a each symmetrical with respect to the optical axis 5 , in the 2 with one the first light 6 representing light beam coincides. A cylindrical arrangement of the OLEDs 2a and the photodiodes 3a , which are nearly symmetrical with respect to the optical axis 5 is in is in one 3 shown supervision on the bidirectional microdisplay 2 shown.

4 zeigt eine mit dem in den 1 bis 3 gezeigten Sensor 1 durch simulierte Messung an dem Messobjekts 23 aus 3 aufgenommene Schar 25 von simulierten Messkurven, die jeweils der Detektionsfunktion I(z) des Sensors 1 ähnlich sind. Auf einer horizontalen Achse 26 aufgetragen ist eine z-Position z des Messobjekts 23, gemessen in μm. Eine Position z = 0 des Messobjekts 23 fällt mit der Fokusebene 7 zusammen. Auf einer vertikalen Achse 27 aufgetragen ist eine innerhalb einer Messzeit von den Detektoren 3a detektierte Energiemenge J(z) des von dem Messobjekt 23 rückgestreuten und/oder reflektierten zweiten Lichtes 14, das durch die optischen Mittel 4 auf die Detektoren 3 geleitet wurde. Eine Skalierung der jeweils mittels der Detektoren 3 detektierten Energiemenge J(z) wurde willkürlich gewählt. 4 shows one with the in the 1 to 3 shown sensor 1 by simulated measurement on the measurement object 23 out 3 recorded crowd 25 of simulated measuring curves, each of the detection function I (z) of the sensor 1 are similar. On a horizontal axis 26 plotted is a z position z of the measurement object 23 , measured in μm. A position z = 0 of the DUT 23 coincides with the focal plane 7 together. On a vertical axis 27 one is plotted by the detectors within a measuring time 3a detected amount of energy J (z) of the object to be measured 23 backscattered and / or reflected second light 14 that by the optical means 4 on the detectors 3 was conducted. A scaling of each by means of the detectors 3 detected amount of energy J (z) was chosen arbitrarily.

Zur Aufnahme einer jeden der in der Schar 25 zusammengefassten simulierten Kurven wurde das Messobjekt 23 mittels der Bewegungsmittel 22 aus einer ersten z-Position 28 in Schritten von unter 100 nm bis zu einer zweiten z-Position 29 bewegt. Eine Schrittweite wurde in Abhängigkeit von einer benötigten Positioniergenauigkeit gewählt. Das Messobjekt wurde also jeweils entlang der z-Richtung bewegt, die senkrecht auf der Fokusebene 7 steht. Ein Messbereich 32, der sich von der ersten z-Position 28 bis zur zweiten z-Position 29 erstreckt, umfasst eine Strecke von 10 μm. Während einer simulierten Messung wurde mit einer konstanten Intensität erstes Licht 6 von der Lichtquelle 2 emittiert und mittels der optischen Mittel 4 in die Fokusebene 7 fokussiert. In jeder z-Position des Messobjekts 23 wurde das von dem Messobjekt 23 rückgestreute und/oder reflektierte zweite Licht 14 mittels der optischen Mittel 4 zumindest teilweise auf die Detektoren 3 geleitet und von diesen detektiert. Die in einer Messzeit detektierte Energiemenge J(z) wurde jeweils an eine nicht gezeigte Auswerteeinheit weitergeleitet und von dieser gespeichert. Ein solches Verfahren des Messobjekts 23 durch den Messbereich 32 wurde mehrmals wiederholt, wobei jede der in der Schar 25 zusammengefassten Kurven J(z) die während des Verfahrens an den verschiedenen z-Positionen jeweils von unterschiedlichen Detektorelementen 3 detektierte Energiemenge J(z) wiedergibt.To accommodate each one of the crowd 25 combined simulated curves became the measurement object 23 by means of the movement means 22 from a first z-position 28 in steps of less than 100 nm up to a second z position 29 emotional. A step size was selected depending on a required positioning accuracy. The measurement object was thus moved along the z-direction, which is perpendicular to the focal plane 7 stands. A measuring range 32 that is from the first z position 28 to the second z position 29 extends, covers a distance of 10 microns. During a simulated measurement, the first light became constant at a constant intensity 6 from the light source 2 emitted and by means of the optical means 4 in the focal plane 7 focused. In every z position of the DUT 23 that became the object of measurement 23 backscattered and / or reflected second light 14 by means of the optical means 4 at least partially on the detectors 3 passed and detected by these. The amount of energy J (z) detected in a measuring time was in each case forwarded to an evaluation unit (not shown) and stored by it. Such a method of the measurement object 23 through the measuring range 32 was repeated several times, each in the flock 25 combined curves J (z) during the process at the different z-positions of each of different detector elements 3 detected amount of energy J (z) reflects.

In 4 deutlich zu erkennen ist, dass eine jede der in der Schar 25 zusammengefassten Kurven J(z) ein lokales Minimum 30 in einer Umgebung der Fokusebene 7 (z = 0) aufweist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Detektionsfunktion I(z) des Sensors 1 entlang einer Richtung senkrecht zur Fokusebene 7 ein lokales Minimum aufweist. Eine in einer Umgebung des lokalen Minimums 30 innerhalb der Messzeit detektierte Energiemenge J(z) beträgt für jede der in der Schar 25 zusammengefassten Kurven höchstens 1 Prozent eines Maximums der jeweiligen Kurve. In dieser Position wird das rückgestreute und/oder reflektierte zweite Licht 14 in die Lichtquelle 2 zurück projiziert und nicht von den Detektoren 3 detektiert. Wird das Messobjekt 23 in der positiven oder der negativen z-Richtung aus der Fokusebene 7 bewegt, so wird das von dem Messobjekt 23 rückgestreute und/oder reflektierte zweite Licht 14 mit einer zunehmenden Entfernung von der Fokusebene 7 in immer stärkerem Maße auf die Detektoren 3 geleitet, so dass die detektierte Energiemenge J(z) zunimmt. Zu erkennen ist in 4 zudem, dass eine jede der in der Schar 25 zusammengefassten Kurven J(z) bezüglich der Fokusebene 7 (z = 0) einen nahezu symmetrischen Verlauf aufweist. Dies ist auf eine Symmetrie der in 3 dargestellten Anordnung von OLEDs 2a und Photodioden 3a bezüglich der optischen Achse 5 zurückzuführen. Ein die Fokusebene 7 (z = 0) umfassender Bereich 31 entlang der z-Richtung, in dem die detektierte Energiemenge J(z) jeweils Null oder nahezu Null ist, ist eine Totzone. Eine Ausdehnung 31 der Totzone wird von der Anordnung von Lichtquelle 2 und Detektoren 3, von einer Numerischen Apertur der optischen Mittel 4 und von der von den optischen Mitteln 4 zwischen der Ebene 8 und der Fokusebene 7 bewirkten Vergrößerung bestimmt. In 4 beträgt die Ausdehnung 31 der Totzone in etwa 2 μm.In 4 It can be seen clearly that each one in the crowd 25 combined curves J (z) a local minimum 30 in an environment of the focal plane 7 (z = 0). This is due to the fact that the detection function I (z) of the sensor 1 along a direction perpendicular to the focal plane 7 has a local minimum. One in a local minimum environment 30 Energy quantity J (z) detected within the measuring time is for each of the in the crowd 25 combined curves at most 1 percent of a maximum of the respective curve. In this position, the backscattered and / or reflected second light 14 into the light source 2 projected back and not from the detectors 3 detected. Becomes the measurement object 23 in the positive or the negative z-direction from the focal plane 7 moved, this is the measurement object 23 backscattered and / or reflected second light 14 at an increasing distance from the focal plane 7 increasingly on the detectors 3 passed, so that the detected amount of energy J (z) increases. It can be seen in 4 moreover, that each one in the crowd 25 combined curves J (z) with respect to the focal plane 7 (z = 0) has a nearly symmetrical course. This is due to a symmetry of in 3 illustrated arrangement of OLEDs 2a and photodiodes 3a with respect to the optical axis 5 due. A the focal plane 7 (z = 0) comprehensive range 31 along the z-direction in which the detected amount of energy J (z) is zero or nearly zero, is a dead zone. An expansion 31 the dead zone is determined by the arrangement of light source 2 and detectors 3 , from a numerical aperture of optical means 4 and from the optical means 4 between the level 8th and the focal plane 7 caused magnification. In 4 is the extent 31 the dead zone in about 2 microns.

5 schließlich zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors 33. Wie zuvor sind wiederkehrende Merkmale mit identischen Bezugszeichen versehen. Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Anordnung von OLEDs 2a und Photodioden 3a sind in 5 die Lichtquelle 2, die hier OLEDs 2a und LEDs 2b umfasst, und die Detektoren 3, die hier Photodioden 3a und CCD-Sensoren 3b umfassen, nicht symmetrisch bezüglich der optischen Achse 5 angeordnet. Die Lichtquelle 2 ist also als Festkörper-Lichquelle mit thermischem Ungleichgewicht ausgebildet. Vielmehr zeigt 5 eine schachbrettartige Anordnung der OLEDs 2a und LEDs 2b sowie der Photodioden 3a und der CCD-Sensoren 3b. Dabei sind die OLEDs 3a und die LEDs 2b auch hier wieder jeweils von den Photodioden 3a und/oder von den CCD-Sensoren 3b umgeben. In 5 fällt ein vorderes Ende des Messobjekts 23 nicht mit der Fokusebene 7 (gestrichelt) zusammen. Das vordere Ende ist den optischen Mitteln 4 zugewandt. Das von dem Messobjekt 23 reflektierte und/oder rückgestreute zweite Licht 14 wird daher nicht oder höchstens teilweise zurück in die OLEDs 3a und/oder in die LEDs 2b gestreut und/oder reflektiert, sondern mittels der optischen Mittel 4 auf die Photodioden 3a und/oder die CCD-Sensoren 3b geleitet. Wird das Messobjekt 23 jedoch so in z-Richtung bewegt, dass das vordere Ende des Messobjekts 23 mit der Fokusebene 7 zusammenfällt, so wird das von dem Messobjekt 23 rückgestreute und/oder reflektierte zweite Licht 14 jeweils zurück in die OLEDs 2a und/oder in die LEDs 2b geleitet. Eine Detektionsfunktion I(z) des Sensors 33 weist daher mindestens entlang einer z-Richtung 5 senkrecht zur Fokusebene 7 ein lokales Minimum auf. Wird das Messobjekt 23 in 5 entlang der z-Richtung 5 verschoben und für jede z-Position eine Energiemenge J(z) des von den Photodioden 3a und/oder den CCD-Sensoren 3b detektierten zweiten Lichtes 14 registriert, so weist eine Messkurve J(z) in einer Umgebung der Fokusebene 7 (z = 0) ein lokales Minimum auf. Eine mit dem Sensor 33 aufgenommene Messkurve J(z) hat daher einen ähnlichen Verlauf wie eine jede der in 4 gezeigten Schar 25 von simulierten Kurven. 5 finally shows a longitudinal section through a second embodiment of a sensor according to the invention 33 , As before, recurring features are provided with identical reference numerals. Unlike the in 3 shown arrangement of OLEDs 2a and photodiodes 3a are in 5 the light source 2 here OLEDs 2a and LEDs 2 B includes, and the detectors 3 here photodiodes 3a and CCD sensors 3b include, not symmetrical with respect to the optical axis 5 arranged. The light source 2 is thus designed as a solid-state Lichquelle with thermal imbalance. Rather shows 5 a checkerboard arrangement of the OLEDs 2a and LEDs 2 B as well as the photodiodes 3a and the CCD sensors 3b , Here are the OLEDs 3a and the LEDs 2 B Again, each of the photodiodes 3a and / or from the CCD sensors 3b surround. In 5 falls a front end of the measurement object 23 not with the focal plane 7 (dashed) together. The front end is the optical means 4 facing. That of the measurement object 23 reflected and / or backscattered second light 14 is therefore not or at most partially back in the OLEDs 3a and / or in the LEDs 2 B scattered and / or reflected, but by means of optical means 4 on the photodiodes 3a and / or the CCD sensors 3b directed. Becomes the measurement object 23 however, moving in the z-direction so that the front end of the measurement object 23 with the focal plane 7 coincides, then that of the measurement object 23 backscattered and / or reflected second light 14 each back to the OLEDs 2a and / or in the LEDs 2 B directed. A detection function I (z) of the sensor 33 therefore points at least along a z-direction 5 perpendicular to the focal plane 7 a local minimum. Becomes the measurement object 23 in 5 along the z-direction 5 shifted and for each z-position, an amount of energy J (z) that of the photodiodes 3a and / or the CCD sensors 3b detected second light 14 registered, so has a trace J (z) in an environment of the focal plane 7 (z = 0) a local minimum. One with the sensor 33 recorded trace J (z) therefore has a similar course as each of the in 4 shown crowd 25 of simulated curves.

6 zeigt einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors 34. Der Sensor 34 weist eine LED 2b zum Emittieren von erstem Licht 6, erste optische Mittel 35 zum Fokussieren von erstem Licht 6 in eine Fokusebene 7, ein Messobjekt 23, dessen den ersten optischen Mitteln 35 zugewandte Vorderseite mit der Fokusebene 7 zusammenfällt, und zweite optische Mittel 36 auf. In 6 leiten die zweiten optischen Mittel 36 von dem Messobjekt 23 rückgestreutes und/oder reflektiertes zweites Licht 14 in einen Bereich 37, der zwischen zwei jeweils als CCD-Sensoren 3b ausgebildeten Detektoren liegt. Da die Vorderseite des Messobjekts 23 in 6 in der Fokusebene 7 liegt, wird das von der Vorderseite rückgestreute und/oder reflektierte zweite Licht 14 also nicht mittels der Detektoren 3b detektiert. Die zweiten optischen Mittel 36 sind als Strahlteiler ausgebildet, der für das erste Licht 6 mindestens teilweise transparent ist und der das zweite Licht 14 mindestens teilweise reflektiert. 6 shows a longitudinal section through a third embodiment of a sensor according to the invention 34 , The sensor 34 has an LED 2 B for emitting first light 6 , first optical means 35 for focusing first light 6 in a focal plane 7 , a measurement object 23 whose first optical means 35 facing front with the focal plane 7 coincides, and second optical means 36 on. In 6 conduct the second optical means 36 from the measurement object 23 backscattered and / or reflected second light 14 in an area 37 which is between two each as CCD sensors 3b trained detectors is located. Because the front of the measurement object 23 in 6 in the focal plane 7 is located, the backscattered and / or reflected from the front second light 14 So not by means of the detectors 3b detected. The second optical means 36 are designed as a beam splitter, which is for the first light 6 is at least partially transparent and the second light 14 at least partially reflected.

Eine optisch-geometrische Weglänge A-B-C-D eines Strahls des ersten Lichts 6 ist gleich einer optisch-geometrischen Weglänge D-C-B-E eines Strahls des zweiten Lichts 14. Ebenso ist eine optisch-geometrische Weglänge A-B'-C'-D eines weiteren Strahls des ersten Lichts 6 gleich einer optisch-geometrischen Weglänge D-C'-B'-E eines weiteren Strahls des zweiten Lichts 14. Mit anderen Worten ist eine geometrische Anordnung eines Beleuchtungsstrahlenganges des ersten Lichts 6 einer geometrischen Anordnung eines Detektionsstrahlenganges des zweiten Lichts 14 äquivalent.An optical-geometric path length ABCD of a beam of the first light 6 is equal to an optical-geometric path length DCBE of a beam of the second light 14 , Similarly, an optical-geometric path length A-B'-C'-D of another beam of the first light 6 equal to an optical-geometric path length D-C'-B'-E of another beam of the second light 14 , In other words, a geometric arrangement of an illumination beam path of the first light 6 a geometric arrangement of a detection beam path of the second light 14 equivalent to.

Wird das Messobjekt 23 in 6 aus einer dargestellten z-Position mittels hier nicht gezeigter Bewegungsmittel entlang einer zur Fokusebene 7 senkrechten z-Richtung 5 verschoben, so wird das von dem Messobjekt 23 rückgestreute und/oder reflektierte zweite Licht 14 über den Strahlteiler 36 mindestens teilweise auf die Detektoren 3b geleitet und von diesen detektiert. Eine Detektionsfunktion I(z) des Sensors 33 weist daher mindestens entlang der z-Richtung 5 senkrecht zur Fokusebene 7 ein lokales Minimum in einer Umgebung der Fokusebene 7 auf. Wird das Messobjekt 23 in 6 entlang der z-Richtung 5 verschoben und für jede z-Position eine Energiemenge J(z) des von den CCD-Sensoren 3b detektierten zweiten Lichtes 14 registriert, so weist eine Messkurve J(z) in einer Umgebung der Fokusebene 7 (z = 0) ein lokales Minimum auf. Eine mit dem Sensor 34 aufgenommene Messkurve J(z) hat daher einen ähnlichen Verlauf wie eine jede der in 4 gezeigten Schar 25 von Kurven. Eine Breite des Bereichs 37 bestimmt eine Breite der Totzone (siehe Bezugszeichen 32 in 4) der mit dem Sensor 34 aufgenommenen Messkurve J(z) des Messobjekts 23.Becomes the measurement object 23 in 6 from an illustrated z-position by means not shown here moving means along a to the focal plane 7 vertical z-direction 5 shifted, this is the measurement object 23 backscattered and / or reflected second light 14 over the beam splitter 36 at least partially on the detectors 3b passed and detected by these. A detection function I (z) of the sensor 33 therefore points at least along the z-direction 5 perpendicular to the focal plane 7 a local minimum in a focal plane environment 7 on. Becomes the measurement object 23 in 6 along the z-direction 5 shifted and for each z-position an amount of energy J (z) of the CCD sensors 3b detected second light 14 registered, so has a trace J (z) in an environment of the focal plane 7 (z = 0) a local minimum. One with the sensor 34 recorded trace J (z) therefore has a similar course as each of the in 4 shown crowd 25 of curves. A width of the area 37 determines a width of the deadband (see reference numeral 32 in 4 ) with the sensor 34 Recorded trace J (z) of the DUT 23 ,

Claims

Sensor ( 1 ) comprising at least one light source ( 2 ) for emitting first light ( 6 ), first optical means ( 4 ) for focusing the first light ( 6 ) in a focal plane ( 7 ), and second optical means ( 4 ), which are furnished second light ( 14 ) coming from the focal plane ( 7 ) or from a focal plane ( 7 ) surrounding area ( 13 ) is scattered and / or reflected at least in part on at least one detector ( 3 ), which is adapted to direct light ( 14 ), the light source ( 2 ), the first optical means ( 4 ), the second optical means ( 4 ) and the detector ( 3 ) are arranged to each other such that a detection function of the sensor ( 1 ) at least along one direction ( 5 ) perpendicular to the focal plane ( 7 ) has a local minimum ( 30 ).

Sensor according to claim 1, characterized in that the detector ( 3 ) of an amount of energy of the second light ( 14 ) a first, from the focal plane ( 7 ) and that the detector ( 3 ) of the amount of energy a second, from which the focal plane ( 7 ) surrounding area ( 13 ) is detected, wherein the arrangement is such that the second portion is greater than the first portion.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 2 ) as LED ( 2 B ) or OLED ( 2a ) is formed and / or the detector ( 3 ) as a photodiode ( 3a ) or CCD sensor ( 3b ) is trained.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the first optical means ( 4 ) with the second optical means ( 4 ) are identical.

Sensor according to claim 4, characterized in that the light source ( 2 ) and the detector ( 3 ) in one level ( 8th ) are arranged.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 2 ) and the detector ( 3 ) on a common substrate ( 24 ) are arranged.

Sensor according to claim 6, characterized in that the substrate ( 24 ) is formed as a CMOS substrate.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 2 ) and the detector ( 3 ) as an array, preferably of OLEDs ( 2a ) and photodiodes ( 3a ) are arranged.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the detector ( 3 ) is formed as an integrated photodiode array.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the first optical means ( 4 ) or the second optical means ( 4 ) comprise micro-optical and / or macro-optical lenses.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized by movement means ( 22 ), which are adapted to the focal plane ( 7 ) relative to a measured object ( 23 ) or the measuring object ( 23 ) relative to the focal plane ( 7 ), at least in the direction ( 5 ).

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a housing ( 17 ) of the sensor a height ( 21 ) of not more than 10 cm, preferably not more than 7 cm, a width of not more than 6 cm, preferably not more than 4 cm, and a depth ( 18 ) of not more than 10 cm, preferably not more than 7 cm.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a housing ( 17 ) of the sensor occupies a volume of at most 600 cm ³ , preferably of at most 250 cm ³ , and / or a weight of the sensor is at most 500 grams, preferably at most 350 grams.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 2 ) is designed to emit electromagnetic radiation in a wavelength range from 350 nm to 1000 nm and / or the detector ( 3 ) is designed to detect electromagnetic radiation in a wavelength range from 350 nm to 1000 nm.