彩色共焦测量装置的制作方法

本发明涉及一种用于对测量对象的在多个位置或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度进行同时测量的彩色共焦测量装置。测量装置包括：光源，其通过光出射面发射多色测量光；以及至少一个第一共焦孔，测量光穿过该至少一个第一共焦孔。第一共焦孔包括多个点状开口或至少一个狭缝形开口。测量装置还包括成像光学器件，其被设置成引起测量光的色聚焦偏移并且将第一共焦孔成像在第一测量空间中，其中，将不同的波长聚焦到不同的高度；以及第一接收和评估单元，其被设计用于根据测量对象的反射点处波长和在测量对象上反射点的横向位置来测量由测量对象反射的测量光的强度，并且由此确定从测量对象的在多个位置或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度。

背景技术：

从wo2016/092348a1中已知一种彩色共焦高度测量装置，其具有布置成一条线的多个测量点，以便增大横向于光轴的测量空间。

此外，在de102018114860a1中还描述了一种彩色共焦测量装置，该彩色共焦测量装置包括用作共焦光阑的狭缝光阑，使得能够沿着光阑的投影对测量对象的连续的扩展区域进行测量。

在已知的测量装置中存在以下缺点：要么必须将点状光源的光分配到整个测量空间中，这会导致较低的光强度并因此限制可能的测量速率，或者必须采用大量的点状光源，这会导致较高的成本。已知的光源的输出功率太小，无法以较高频率运行彩色共焦线检测器。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种低成本的光源，其适合以较高频率运行彩色共焦线检测器。

该目的通过提供一种基于发光体的光源来实现，该光源的光出射面是细长的。

基于发光体的光源应理解为一种光源，在该光源中借助泵浦源(通常是激光或led)来激发发光材料(发光体)，该发光材料通过物理过程发光，特别是通过磷光、荧光或闪烁发光。在这里，发光体通常是转换辐射的物质。

细长的出射面意味着该表面在一个空间方向上比在其他空间方向上明显更长，特别是长至少一个数量级。

基于发光体的光源本身是已知的，但是没有一种光源适合所述应用。

因此，根据本发明，提供一种上述类型的测量装置，该测量装置的光源是基于发光体的激光泵浦光源，并且该光源的出射面是细长的。这样做的优点是，光源能够照亮整个共焦孔，并因此具有高的效率和高的光收益。

第一共焦孔包括多个点状开口或至少一个狭缝形开口。特别地，点状开口优选地以规则的间隔布置成一排。在该情况下，点状开口是所谓的多点传感器，其设置成对测量对象上的一排的点进行测量。在这种情况下，第一共焦孔也能够被设计成一排纤维的末端，其中，每个纤维末端对应一个点状开口。如果第一共焦孔包括狭缝形的开口，则它是所谓的彩色线传感器，该彩色线传感器被设置用于对测量对象上的线形区域进行照明和测量。因此，线性区域中测量点的密度与接收和评估单元以及该接收和评估单元的横向分辨率有关。

第一接收和评估单元优选地包括光谱仪，该光谱仪根据波长获取所接收到的光的强度。

根据本发明的优选实施方式，光源包括至少一个泵浦源，该泵浦源发射泵浦光并将其引导至发光体，该发光体将泵浦光转换为多色光。泵浦光在通常情况下几乎是单色的。由于能够实现较高的强度，优选地将激光二极管用作泵浦源。

泵浦光还能够通过彼此分开布置的多个发光体转换为多色光。

在一些实施例中，多色光紧接着通过均束器，使得从出射面出射的光的强度至少几乎均匀分布。均束器优选地设计为薄板，优选地由玻璃制成，光穿过该薄板基本上在第一空间方向上传播，而该薄板在第二空间方向上充当光导体，并且光在第三空间方向上传播并且因此能够均匀地分布。这样做的目的是在整个测量空间上均匀照明。在这里，发光体能够近似为点状，或具有小的体积。

例如，均束器能够具有部段，其具有优选为正方形的截棱锥形状，该部段布置成使得多色光经由截棱锥的顶面进入该部段内。出人意料地显示出，棱锥形的形状导致在截棱锥的底面上特别均匀的强度分布。在旋转对称的均束器中，通常在对称轴上观察到不期望的多色光的集中。

此外，如果采用将要进行说明的成形装置，所述成形装置使光分布的横截面更加细长并且必须将多色光耦合到其中，则棱锥形的均束器是有利的。例如，如果成形装置包含光纤，则多色光只能够以小角度进入光纤。截锥体的形状使以太陡的角度射入到光纤上的光的比例最小化。

因此，截棱锥的侧面能够倾斜，使得在部段中被引导的多色光通过均束器中的全反射被引导。因此，省去了对侧面进行反射化的花费。

所述类型的均束器也能够与以下所有实施方式组合。

根据本发明的优选实施方式，发光体是杆状的。有利地，将通过杆状发光体的侧面出射的光用作测量光。这里，侧面是在杆的整个长度上扩展的面。这样做的优点是，只需要一个泵浦源和一个发光体就能够在整个细长的区域上发光，其中，该光是从连续的区域发出的而不是从多个点光源发出的。

因此，杆状发光体能够具有任意形状的底面(和横截面)，例如圆形或多边形。底面是位于杆末端的面。即几何形状优选是圆柱体或棱柱体，所述圆柱体或棱柱体的高度明显大于其底面的直径。

此外优选地，光穿过杆状发光体的底面之一射入。另一个有利的可能性是，从杆状发光体的两个底面泵浦，这提高了光收益并且至少部分地使得发光在整个杆长度上更加均匀。

可替换地，泵浦光通过发光体的侧面射入。在这种情况下，要么在杆状发光体的整个长度上使用多个泵浦源，要么将单个泵浦源的泵浦光例如借助带有柱面透镜的聚焦光学器件聚焦在发光体位置处的线段上。

杆状发光体有利地设计成使得其用作泵浦光和/或测量光的光导体。这主要是通过对表面质量(光滑的表面)的挑选和较小的直径(根据所需的光纤类型，通常约为5μm或约50μm)来实现。

通常，led发光体具有0.2mm至0.5mm范围内的用于吸收和频率偏移的光发射的平均光程。在近似点状光源的情况下，泵浦光必须通过在晶界处的多次光散射保持在100μm以下的小照明区域内，以便获得对于点状距离测量足够小的光斑。借助杆状发光体，能够像在单模或多模光纤(光导体)中一样，线性地且无散射地引导泵浦光。

根据本发明的特别优选的实施方式，光源包括狭缝光阑，其中，该狭缝光阑的狭缝是光源的光出射面。同时，该狭缝同时能够用作测量装置的第一共焦孔。未被引导通过出射面的光有利地被光阑遮挡，以便不影响测量。

根据本发明的特别优选的实施方式，狭缝光阑相对于杆状发光体的纵轴倾斜。这样做的优点是，能够至少部分地对发光体的整个长度上的不均匀的光发射进行补偿，因为穿过狭缝光阑的靠近发光体的部分相比于穿过狭缝光阑的远离发光体的部分射入的光百分比更大。因此，狭缝光阑有利地倾斜，使得其更靠近发出较少光的发光体区域，并远离发出更多光的发光体区域。

根据本发明的特别优选的实施方式，杆状发光体的与入射面相对的端面制成反射性的，泵浦光通过该入射面进入发光体。这具有的效果是，完全穿过发光体的泵浦光最终被反射并再次穿过发光体。这导致更高的收益和更均匀的发光。

根据本发明的特别优选的实施方式，发光体被制成圆锥形的，特别是截锥体或圆锥体。这导致更均匀的光收益。这里，入射面优选地是截锥体的较大的底面或是穿过圆锥体的底面。这里，锥形发光体被有利地设计成使得其用作泵浦光的光导体。因此，泵浦光集中在圆锥体/截锥体的较窄部分，这导致单位体积的更高的收益。

根据本发明的特别优选的实施方式，光源包括抛物面镜。所述抛物面镜将没有在光源的出射面的方向上离开发光体的光至少部分地聚焦在出射面的方向上，并因此允许更高的收益。

根据本发明的一个特别优选的实施方式，杆状发光体的一部分外表面(一部分侧面/侧面和/或至少一个底面)是反射性的，其中，期望的出射面是非反射性的。这导致更高的光收益，因为不是沿光出射面的方向发射的光束至少部分地沿光出射面的方向反射。

有利地，发光体由不同的发光体物质的混合物组成，所述发光体物质发射不同波长的光。这导致更宽的多色光谱。当第一发射波长的光激发发射更大发射波长的光的另一种发光体物质时，有时存在二次发光的效果。

优选地使用各种发光材料的均匀混合物。

优选在杆状发光体的长度上和/或半径上改变各种发光体的混合比例。这样，能够充分利用二次发射的效果或对其进行补偿。具有不同物质的纯层的层结构也是可能的。

发光体有利地由单晶或压粉组成。

根据本发明的优选实施方式，测量装置包括第二接收和评估单元，该第二接收和评估单元被设计用于获取测量对象的图像。特别是将该第二接收和评估单元设计为所谓的彩色照相机，该彩色照相机充分利用物体上不同波长的不同焦点位置，以产生具有改善景深的图像。

根据本发明的优选实施方式，测量装置包括第二成像光学器件，该第二成像光学器件在空间上与第一成像光学器件分开，其中，第一成像光学器件和第二成像光学器件均包括附加的光学元件，该光学元件引起横向于相应成像光学器件的光轴(或更准确地说是相应成像光学器件的透镜)的色聚焦偏移。

能够将第一成像光学器件设计成在不同位置处形成不同波长的焦点，其中，这些位置沿着线段布置，所述线段与第一成像光学器件的透镜的光轴形成锐角。

根据本发明的优选实施方式，光源包括至少一个发射泵浦光的泵浦源，其中，该泵浦光被板状发光体转换为多色光。

这里，板状发光体理解为是在两个方向上扩展的发光体，而在第三方向上具有很小的扩展。通过板状发光体的侧面出射的光有利地用作测量光。这里，侧面是与底面垂直的面(其中，底面在二维方向上扩展)。

发光体由具有均匀折射率的透明材料制成，使得泵浦光和荧光以直线传输并且传输时没有几毫米的散射。掺杂有稀土离子的单晶是适合的，例如，ce：yag。但是，也能够采用掺杂有光致发光中心的透明陶瓷或玻璃。

crytur单晶也是适合的。所述单晶具有较高的折射率(532nm对应的折射率为1.82)，但是该单晶很坚固并且很难加工。通常的板厚为200μm。出于更好的可制造性的原因，使用由这种单晶制成的盖板能够是有利的，该盖板键合到基板上并被磨得很薄。

此外，使用板状发光体的优点在于，对于从侧面出射的光，能够以简单的方式实现大致均匀的光分布。

优选地，来自泵浦源的光通过板状发光体的侧面入射。光特别优选地穿过侧面射入，所述侧面与测量光穿过的侧面相对。

通常，蓝色的(例如450nm)或紫色的(例如405nm)泵浦光在光致发光中心被吸收并且各向同性地(即在所有方向上均匀)以偏移的波长重新发射。因为产生的多色光几乎不被散射或吸收(除非它本身适合激发荧光)，所以该多色光的强度可以累积。

对于在发光体侧面上的每个点，能够在板状发光体中限定捕获区域，荧光通过该侧面从发光体发出，即，具有特定开放角的圆锥形空间，该圆锥形空间具有位于点状开口中的尖端。

在点状开口的捕获区域中产生的并传播到侧面上的点的任何光都能够被用作测量光。在传播途中，能够耦合的光的强度比重不断增加(累积)。

如果将测量光耦合到位于侧面后面的光纤中，则圆锥的开放角由纤维的最大接收角给定。如果在离开发光体之后测量光不是经过光纤而是经过自由射束光学器件传输的，则开放角由光学器件的孔给定。

穿过发光体的底面和发光体的未用作光出射面的侧面的多色光不能够被用作测量光。因此，在优选的实施方式中，将底面和不用作光出射面的侧面制成反射性的。

此外，由于产生位置位于点状孔的捕获范围之外，因此不能将以大角度入射到侧面的多色光作为测量光使用，测量光通过所述侧面出射。

因此，在优选的实施方式中，板状发光体在两个底面之间具有楔角，其中，两个底面之间的楔被设计成，使得在测量光出射的侧面位置处的底面之间的距离大于在泵浦光入射的侧面位置处的底面之间的距离。沿着泵浦光穿透的侧面的楔角优选在1°和10°之间。

必要时，板状发光体的楔形形状也具有反射性的底面，使得在多次反射之后，荧光以越来越平坦的角度被引导向光出射面的方向。以此方式，能够利用更大比例的荧光。

根据另一优选实施方式，使用从多个侧面发出的测量光。例如，将两个纤维阵列安装到板状发光体的两个侧面。两个纤维阵列的背离发光体的单个纤维的纤维末端能够被布置成，使得它们形成由点状开口形成的直线，并因此形成细长的光出射面。光纤因此形成成形装置，该成形装置被设置成使由发光体产生的光分布成形，使得光分布的横截面更加细长。

当使用板状发光体时，成形装置能够具有大量纤维，其中，这些纤维分别具有第一纤维末端，并且其中，第一纤维末端接收从板状发光体的一个或多个侧面出射的多色光，并且这些纤维分别具有第二纤维末端，其中，第二纤维末端被布置成直线，并形成光出射面。这里，第二纤维末端能够同时用作共焦孔。

在替代实施方式中，泵浦源的光线穿过板状发光体的底面射入。这样做的优点是，与通过侧面进行耦合相比，可提供更大的表面用于将泵浦光耦合到发光体中。

因此，如果底面的大部分被照射时，具有相对较低亮度的泵浦源也可以达到足够大的累积泵浦光输出。特别地，led阵列能够被用作泵浦源，所述led阵列例如是激光二极管的廉价替代品。

led在表面发光。相比于激光二极管，led更容易制造并且具有更高的电-光效率。由于表面发光，它们也比激光二极管更容易冷却。另一方面，它们的亮度远低于激光二极管。只有发光体的透明性和累积效果才能够积累所有空间部段的亮度，并使它们达到足以用于测量技术的值。

这里，在优选的实施方式中，与泵浦光的光入射面相对的底面被制成反射性的。这样做的优点是，入射到该底面上的泵浦光不会离开发光体，而是能够在反射后在回程中有助于生成测量光。

将板状发光体变薄(例如具有50-200μm的厚度)是有利的，使得该厚度能够等同于多模光纤的通常直径。因此，能够将入射到作为光出射面的侧面的光的大部分用作测量光。

但是，因为发光体中的泵浦光的通常路径长度为几百微米，因此尽管被反射化，但是泵浦光的大部分不能有助于荧光的产生。

因此，在有利的实施方式中，与泵浦光的光入射面相对的底面具有棱锥体形的表面覆盖纹理。通过这种纹理可防止泵浦光以最短的路径垂直穿过板。棱锥体纹理不必加工到荧光粉材料中；带有纹理的覆盖层就足够。

根据优选的实施方式，光源包括狭缝光阑，其中，该狭缝光阑的狭缝是光源的光出射面。狭缝同时还能够用作测量装置的第一共焦孔。

成形装置的使用一般具有能够优化光收益的优点，该成形装置被设置成对由发光体产生的光分布进行成形，使得光分布的横截面变成更加细长的。例如，在杆状和板状发光体的情况下，仅将在特定临界角以下入射到光出射面上的那一部分荧光用作测量光(使用光纤阵列时，临界角例如由纤维的最大接收角给定)。

此外，杆状或板状发光体的几何形状必须适应于测量装置的共焦孔的几何形状，以便能够使共焦孔被尽可能均匀地照亮。

可以通过使用成形装置来规避这两个限制，该成形装置接收由发光体产生的荧光的平面的光分布并将其转换为细长的光出射面。

在优选的实施方式中，光学子元件的平面结构被用作成形装置。，这里子元件尤其能够是光纤或微透镜。

光纤的布置能够使得每根光纤的相应的第一纤维末端被布置在一个表面上并接收由发光体发出的多色光，并且每根光纤的相应的第二纤维末端布置在一条线上并发出多色光。在这种情况下，第二纤维末端的布置形成了光源的细长的光出射面。

微透镜能够被布置成使得微透镜在一个表面上并且将多色光分解成子束，其中，每个子束通过其他光学元件(例如偏转镜)被继续传导，并且其中，将各个光束聚集在一起形成细长的光表面。

光学子元件的平面结构尤其能够被这样优化，使得由发光体产生的多色光的最大可能的比例能够被接收并且被用作测量光。

在优选的实施方式中，由发光体产生的光被准直，并且子元件的平面结构被安装在准直光束内的圆形表面上。在替代实施方式中，发光体在所有空间方向上发射光，并且子元件的平面结构被布置在发光体周围的球形表面或球形表面的一部分上。

在使用成形装置的情况下，该成形装置接收多色光的平面分布并将其转换为细长的光分布，光源的优点在于，发光体的几何形状不必适应于(细长的)共焦孔的几何形状，而是能够设计使得产生尽可能高的光收益。

在优选的实施方式中，发光体具有截锥体形的部段，在发光体中产生多色光的泵浦光耦合到该截锥体形部段的顶面中。这里，发光体的侧表面被制成反射性的，使得多色光不能够经由侧表面离开发光体，而是在侧表面上被反射。

在发光体中产生的一部分多色光接触截锥体的外表面。当光线的投影在底面方向上指向截锥体的对称轴时，反射后光线与对称轴之间的角度会减小。

最终，多色光以相对于截锥体的对称轴成小角度地穿过截锥体的底面，并形成圆形的平面光分布。

光被成形装置(例如，纤维末端的平面结构)接收，并被转换成细长的光分布。

在另一优选的实施方式中，发光体具有圆柱形的部段，在该部段的外表面中具有用于泵浦光的入射窗。泵浦光通过该入射窗射入到圆柱形发光体中，使得泵浦光以平坦的角度入射到圆柱形侧表面的内侧并经历全反射。

圆柱形发光体被设计成，使得泵浦光强制入射到发光体内部的螺旋路径上。发光体因此用作用于泵浦光的“陷阱”，使得泵浦光完全有助于产生多色光。

多色光穿过侧表面和底面离开发光体，并相应地射向所有空间方向。

为了接收和传递多色光，能够使用纤维的平面结构，其布置在围绕发光体的表面上。特别地，能够使用布置在围绕发光体的球形表面上的或球形表面的一部分上的纤维结构。

在替代实施例中，发光体具有截锥体形的部段，其中，入射窗位于底面附近，并且发光体中的泵浦光在螺旋路径上向着顶面移动。由于侧表面的倾斜，螺旋路径的螺距逐渐减小，直到最终泵浦光在螺旋路径上向着底面方向返回。

这种设计的优点是，通过泵浦光的更大的行程，在相同收益的情况下发光体能够被设计得更加紧凑。

当发光体被设计成使得其由连接到底面的两个截锥体组成时，其中，入射窗位于底面之一附近，则可以进一步提高紧凑性。在螺旋路径上首先向着截锥体的顶面传播然后返回到底面的光在穿过第二截锥体的底面之后在螺旋路径上被引导至第二顶面并被引导返回到底面。

在另一个实施例中，发光体具有部段，该部段具有优选为正方形的截棱锥的形状。该部段相对于泵浦源布置成使得泵浦光经由截棱椎的顶面进入发光体。在发光体中产生的多色光的一部分入射到截棱椎的侧表面上。当光束的投影在底面的方向上指向截锥体的对称轴时，反射后光束与对称轴之间的角度会减小。最终，多色光以相对于截锥体的对称轴小角度地通过截锥体的底面，并且因此能够更轻易地被后续的成形设备接收，该成形设备将由截锥体产生的多边形光分布转换为线性光分布。

与截锥体形状的发光体相比，以这种方式成形的发光体能够被更容易地且更便宜地制造，并且产生更均匀的强度分布。

为了使泵浦光和发光体中产生的多色光都不会通过其侧面离开截锥体，所述侧面应该是反射性的。

均束器能够与截棱椎的底面相邻布置，该均束器使多色光进一步均化，但不必再对角度分布进行更改。均束器能够例如是长方形的，并且适合于发光体的横截面。

成形装置能够例如包括大量的光纤，其中，光纤的第一末端分布在表面上，并且光纤的第二末端布置成沿直线分布。如果提供有发光体或均束器，则第一末端指向发光体或均束器。

下面参考附图更详细地对本发明的实施例进行解释。这里，相同的附图标记表示相同或相应的元件。

示出：

附图说明

图1彩色共焦测量装置的示意图；

图2光源的第一有利设计方案，其中，多个发光体将光耦合到均束器中；

图3光源的第二有利设计方案，其中，发光体为杆状；

图4光源的第三有利设计方案，其中，杆状发光体照亮狭缝光阑；

图5光源的第四有利设计方案，其中，狭缝光阑相对于发光体的纵向轴线倾斜地布置；

图6光源的第五有利设计方案，其中，杆状发光体具有反射端面；

图7光源的第六有利设计方案，其中，发光体是截锥体形的；

图8光源的第七有利设计方案，其中，杆状的发光体被抛物线状的凹槽包围，以用于光收集；

图9额外具有照相机的替代的彩色共焦测量装置的示意图；

图10a和10b以极大简化的和更详细的方式示出了另一替代的彩色共焦测量装置的示意图，其中棱镜产生横向色聚焦偏移；

图11光源的第八有利设计方案，其中，由发光体产生的测量光通过柱面透镜聚焦在细长的出射面上；

图12光源的第九有利设计方案，其中，泵浦光通过柱面透镜聚焦到杆状发光体上；

图13光源的第十有利设计方案，其中，采用了在一个方向上为楔形的均束器；

图14光源的第十一有利设计方案，其中，发光体是板状的，并且泵浦光通过侧面射入；

图15光源的第十二有利设计方案，其中，光纤接收由板状发光体产生的测量光并将其转变为线性光分布；

图16光源的第十三有利设计方案，其中，发光体是板状的，并且泵浦光通过两个底面之一射入；

图17光源的第十四有利设计方案，其中，发光体是截锥体形的，并且光通过发光体内部的全反射被引导；

图18光源的第十五有利设计方案，其中，发光体是杆状的，并且泵浦光经由弯曲的圆柱面耦合到发光体中；

图19光源的第十六有利设计方案，其中，发光体具有双截锥体形状；

图20光源的第十七有利设计方案，其中，发光体具有方形截棱锥的形状；

图21光源的第十八有利设计方案，其中，发光体是杆状的，并且从该杆状发光体发出的多色光被引导穿过均束器，该均束器具有方形截棱锥的形状。

具体实施方式

图1示出了彩色共焦测量装置的示意图。该彩色共焦测量装置包括光源1，该光源通过光出射面发射多色测量光2。该测量光2穿过第一共焦光阑3，该第一共焦光阑包括多个点状开口或至少一个狭缝形开口，并且用作共焦孔。第一共焦光阑3通过在这里包括透镜4和5的成像光学器件在测量对象6上成像。这里，成像光学器件的至少一个组件，(例如在这里是透镜5)引起色聚焦偏移，这导致沿成像光学器件的光轴在不同高度成像不同波长的光。

测量光2被测量对象反射，并通过透镜5返回成像光学器件中。根据该示例，该成像光学器件包括分束器7，该分束器将反射的测量光2的一部分沿第一接收和评估单元8的方向引导。这里，测量光2通过另一个透镜9成像在第二共焦光阑10上。根据彩色共聚焦原理，仅聚焦在测量对象6的表面上的那些波长的光被清晰地成像到第二共焦孔10上。这些波长的光以最大强度穿过第二共焦孔10。

第一接收和评估单元8根据波长和反射点在测量对象上的横向位置来测量被测量对象反射并通过第二共焦光阑10分开的测量光的强度，并且从中确定测量对象6的在多个位置或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度。

图2至图8、图11和图12示出了光源1的有利的设计方案。

图2示出了光源1的第一有利设计方案。根据示例，光源1包括多个泵浦源20(例如激光二极管)，这些泵浦源发射第一波长的泵浦光21。泵浦光21被引导到多个发光体22上，这些发光体通过物理过程(例如磷光、荧光或闪烁)将泵浦光21转换成多色光23。根据示例，多色光23包括波长光谱，发射光谱的波长通常大于泵浦光21的波长。除了发射光谱之外，多色光23还能够优选地包括泵浦光21的一部分。

采用均束器25，以获得沿着光源1的出射面24的发射强度的大致均匀的分布。所述均束器优选地由薄玻璃板组成，该薄玻璃板在一个空间方向上用作光导体。因此，有利地，多色光23被引导沿出射面24的方向，并且沿着均束器25的延伸范围几乎均匀地分布。然后，作为均匀测量光26的光从光出射面24出射。

图3示出了光源1的第二有利设计方案。示例性的光源1包括泵浦源30(例如激光二极管)，该泵浦源发射第一波长的泵浦光31。泵浦光31被引导到杆状发光体32上，该杆状发光体通过物理过程(例如磷光、荧光或闪烁)将泵浦光31转换成多色光33。

优选地，泵浦光31通过杆状发光体32的底面34射入。这具有的优点是，泵浦光沿长度穿过整个杆，从而使尽可能多的泵浦光31被转换。

光33被用作测量光，其从杆状发光体32的侧面出射。

由物理过程的性质(例如磷光、荧光或闪烁)所决定，光通常不会沿杆状发光体的长度均匀地发射。这如图4所示。通常，最多的发射光35在入射面附近发射，其中，该发射在整个长度上呈指数下降，如图表线36所示。此外，发射在所有空间方向上都是近似均匀的，并且不仅仅引导到被使用的出射面的方向上。从端面37视角中示出了径向发射分布。为了确保仅沿着期望的光出射面发光，例如采用狭缝光阑38。此外，开口的较长延伸的方向对应于杆状发光体32的纵向方向。

下面示出了几种有利的可能性，用于将光聚集在光源的出射面的方向上，并且将其在细长的延伸方向上均匀化。各个措施能够有利地彼此组合。

图5示出了这种有利的可能性。这里采用狭缝光阑58，该狭缝光阑相对于杆状发光体32的纵轴倾斜。此外，在发光体32的入射面34附近的狭缝光阑58比相反的端面附近的狭缝光阑更加远离。因此，在入射面34附近发射的光的较少部分穿过光阑，使得更高的发射至少部分地被补偿。

图6示出了用于均匀化的另一有利的实施方式。在这种情况下，杆状发光体32的与入射面34相对的端面37是反射性的，使得完全穿过发光体32的泵浦光31在这里被反射并再次沿相反的方向穿过。沿出程和返程的发射部分互补，使得部分地补偿了强度差异。

图7示出了用于均匀化的另一有利实施方式。在此，将发光体72设计为截锥体。此外，与入射面74相对的端面77小于入射面74。因为发光体由于高折射率而用作泵浦光31的波导，所以当穿过发光体72时，由于横截面减小，泵浦光31会被集中。因此，每单位体积的发射沿着路径增加，因此，至少部分地补偿了减少的发射。泵浦光沿路径输出的减少通过横截面的减小来解决，使得泵浦光的强度保持在均匀的水平。

图8示出了光源1的用于对光的均匀化和集中化的另一有利实施方式。在这种情况下，光源1包括抛物面镜89。抛物面镜被设置成使得光的至少一部分在狭缝光阑的方向上被反射，所述光没有在狭缝光阑38的方向上离开杆状发光体32。优选地，抛物线镜89是抛物形槽，即，抛物线形状的凹槽。在垂直于槽轴线导向的截面中，凹形边界线是抛物线。通道轴线有利地平行于发光体32的轴线。

在一个有利的变型中，抛物形槽的横截面在其长度上变化，特别是该槽在不同位置处具有不同的深度，例如，在一端比在另一端更深，或者在中间比在端附近更深。

图9示出了一种替代的彩色共焦测量装置的示意图。除了将第二分束器97布置在第一分束器7与第一接收和评估单元8之间之外，该测量装置基本上对应于图1所示的测量装置。该第二分束器97将由测量对象6反射的测量光2的一部分引导至第二接收和评估单元98。

例如，第二接收和评估单元98是成像单元，优选地是照相机。

如图1的彩色共焦测量装置，图10a和10b的彩色共焦测量装置包括光源1、第一共焦光阑3和成像光学器件，该成像光学器件由透镜4和透镜5以及额外的、这里高质量实施的光学元件101组成，通过该光学元件将测量光2引导到测量对象6上。在这里，共焦光阑3被设计为狭缝光阑，其中，狭缝的方向垂直于附图所在平面。

这里，透镜5的对称轴设置为相对于测量对象的平均表面法线倾斜。成像光学器件被设计为使得除了产生沿着成像光学器件轴的彩色像差之外，还会产生明显的横向彩色聚焦偏移。优选地，这由附加的光学元件101提供。相应地，由测量对象6反射的测量光2被第二成像光学器件以一定角度捕获，该第二成像光学器件由透镜105和9以及光学元件102组成。优选地，第二成像光学器件与第一成像光学器件镜像对称。

根据图1中的实施例，测量装置包括第二共焦孔10和第一接收和评估单元8。

图11示出了光源1的另一有利设计方案。示例性的光源1包括泵浦源120(例如激光二极管)，其发射第一波长的泵浦光121。泵浦光121被引导到发光体122上，该发光体通过物理过程(例如磷光、荧光或闪烁)将泵浦光121转换成多色光123。根据示例，多色光123包括波长光谱，该光谱的波长通常大于泵浦光121的波长。优选地，多色光123还能够包括泵浦光121的一部分。

为了将光123引导到细长的出射表面上，首先借助于优选为非球面的透镜124将光准直，然后该光穿过柱面透镜125，该柱面透镜将光再次聚焦在线段上。优选地，将狭缝光阑126布置在聚焦线的位置处，该狭缝光阑的狭缝开口表示光源1的细长的出射面。

图12示出了光源1的另一有利设计方案。示例性的光源1包括泵浦源130(例如激光器)，所述泵浦源发射第一波长的泵浦光131。首先借助非球面透镜134将泵浦光131准直，然后该泵浦光通过柱面透镜135聚焦在线段上。将发光体136布置在聚焦线的位置处，所述发光体通过物理过程(例如磷光、荧光或闪烁)将泵浦光131转换为多色光137。

图13示出了光源1的另一有利设计方案。示例性的光源包括泵浦源210，该泵浦源将泵浦光211引导到波导212上，该波导将泵浦光的一部分引导到楔形发光体215上，使得泵浦光照射到发光体的整个入射面上。

发光体215将泵浦光转换为多色光213，并且发光体被设计成用作多色光的波导。发光体在两个空间方向上被设计成是楔形的，其中，这两个空间方向正交于光的传播方向。在图13中示例性地示出了光线，所述光线示出了多色光的几何路径。

相对于发光体215中的传播方向以大角度传播的光照射到侧面之一上。由于波导的楔形形状，光在反射后相对于传播方向以较小角度继续传播。发光体被设计成使得在一个空间方向上的出射面的侧面长度对应于在这样的空间方向上的光出射面214的期望的侧面长度，在该空间方向上光出射面仅稍微延伸。

多色光继续在第二楔形波导216中传播，其中，第二波导仅在一个空间方向上被设计成是楔形的。通过侧面上的反射，光相对于传播方向的角度在空间方向上进一步变平。第二波导被设计成使得光出射面上的侧面长度对应于光出射面的这样的侧面长度，光出射面沿着该侧面长度延伸。

由于波导的楔形形状，多色光以较小的开放角离开光出射面，使得测量装置的最终孔足以将光完全用作测量光。

图14示出了光源1的另一有利设计方案。示例性的光源1包括泵浦源150(例如激光二极管)，该泵浦源发射第一波长的泵浦光151。泵浦光被引导到板状发光体154的侧面上。

为此，首先通过准直光学器件152将泵浦光准直，然后通过圆柱光学器件153将该泵浦光聚焦在一个方向上，在该方向上板状发光体具有较小扩展。通过在一个方向上聚焦能够使泵浦光在入射面上的分布在很大程度上是均匀的，并且能够将尽可能大部分的由泵浦源产生泵浦光耦合到发光体中。

发光体将泵浦光转换为多色光155。在板状发光体中产生的多色光的一部分(必要时在底面之一或侧面之一上反射之后)照射到与泵浦光的入射面相对的侧面，并通过该侧面从发光体出射。

为了提高测量光的收益，能够将底面和那些不用作光出射面的侧面制成反射性的。

图15示出了光源1的另一有利的设计方案。这里，光源包括多个泵浦源160，例如led，所述泵浦源沿直线布置并且产生泵浦光161。由泵浦源的直线通过成像光学器件166被成像在板形发光体164的侧面上，该侧面用作泵浦光的入射面。

这里，沿其布置有泵浦源的直线平行于一个方向，入射面在该方向上扩展，由此实现入射面的大致均匀的照明。成像光学器件被有利地设计成使得在垂直于所述直线方向的方向上，led的范围与板状发光体的厚度相当。

例如，在led的宽度为200μm并且板的厚度为200μm的情况下，1：1的成像是有利的。成像光学器件的孔应保持尽可能大，以此能够将尽可能多的泵浦光耦合到板状发光体中。

在替代实施例中，也能够直接将由泵浦源的线性结构安装到板状发光体的侧面上，使得泵浦光能够在没有成像光学器件的情况下耦合到板状发光体中。

图15所示的光源包括大量纤维167，其中，这些纤维分别具有第一纤维末端168，所述第一纤维末端接收由发光体通过侧面发射的多色光。

这些纤维分别具有第二纤维末端169，其中，第二纤维末端发出多色光165。第二光纤末端成直线布置并形成光出射面。

通过捕获穿过多于一个侧面离开发光体的多色光来提高收益。

图16示出了光源1的另一有利设计方案。示例性的光源1包括平面泵浦源170，其在这里被设计为在两个空间方向上扩展的led阵列。

由泵浦源产生的泵浦光171通过板状发光体174的第一底面入射并且产生多色光175，该多色光通过侧面之一离开发光体。发光体的第二底面能够被制成反射性的，使得泵浦光即使在第二底面上反射之后还能够有助于产生多色光。

图17示出了光源1的另一有利设计方案。示例性光源包括泵浦源180(例如激光二极管)，所述泵浦源发射第一波长的泵浦光181。通过成像光学器件182将该泵浦光引导到发光体183的顶面上，该发光体具有截锥体形状。

光源包括大量的光纤184，这些光纤分别具有第一纤维末端185以及第二纤维末端186，其中，第一纤维末端在平面结构中位于发光体的底面附近，并且接收由发光体产生的多色光；其中，第二纤维末端成直线布置，发出多色光187并且共同形成光源的光出射面。

将发光体设计成截锥体的形状，以最小化以太陡的角度照射到第一纤维末端的光的比例，并因此使所述光不能够耦合到光纤中。

在图17中，示例性地示出了光线，所述光线示出了荧光的几何路径，该荧光由发光体产生并且与截锥体的对称轴成大角度。通过在截锥体的侧面的内侧上的连续反射，光线和截锥体的对称轴之间的角度逐渐减小，特别是直到光能够耦合到纤维末端中。

纤维末端的平面结构尤其能够设计成，使得底面被多色光穿透的部分尽可能被完全覆盖，使得光的尽可能大部分能够耦合到纤维中并且能够被继续传递。

图18示出了光源1的另一有利设计方案。示例性的光源包括泵浦源190(例如激光二极管)，其发射第一波长的泵浦光191。该光源还包括圆柱形发光体193。

圆柱形发光体设置具有入射窗198，通过该入射窗将泵浦光耦合到发光体中。当泵浦光聚焦在入射窗的高度时，入射窗的扩展能够保持在很小。例如，入射窗扩展10μm就能够是足够的。

这里，泵浦光耦合使得泵浦光以平的角度照射到侧面的内侧并且经历全反射。在侧面的内侧连续反射的情况下会重复这种情况，从而迫使泵浦光照到圆柱形发光体内部的螺旋路径上。

圆柱形发光体被有利地设计成，使得泵浦光在其沿着从入射窗到圆柱体的底面的螺旋路径的途中极大地有助于产生多色光。例如，当泵浦光在发光体中的通常平均自由程为200μm时这可以在路径长为1mm时保证。

这里，圆柱形发光体能够以非常紧凑的方式实现，并且同时为泵浦光提供足够大的路径长。例如，圆柱体能够具有25μm的半径，并且螺旋路径的螺距为20μm(由此在入射窗扩展10μm的情况下可确保泵浦光不会在第一次往返后再次通过入射窗离开圆柱形发光体)。

这里，当圆柱体的高度为150μm时，泵浦光能够在从入射窗到底面的路径上往返6圈，并且因此光路长度能够超过1mm。

发光体经由侧面和底面在所有空间方向上发出多色光197。光源包括大量纤维，这些纤维分别具有第一纤维末端195，所述第一纤维末端布置在部分地包围发光体的表面上。这里，优选地将纤维末端尽可能紧密地包装在一起，以收集和传递多色光尽可能多的部分。

纤维的各个第二纤维末端布置成直线并形成细长的光出射面。

图19示出了光源1的另一有利设计方案。示例性的光源包括发光体203，该发光体被设计为双截锥体形状，该双截锥体连接在底面上。将泵浦光201通过入射窗208耦合到发光体中，其中，通过连续的全反射迫使发光体中的泵浦光照射到螺旋路径上并且产生多色光207。

由于截锥体的开放角，从入射窗到第一顶面的第一截锥体中的路径上的泵浦光的路径高度逐渐减小，直到泵浦光回到底面。泵浦光能够在第二截锥体中继续传播，在该第二截锥体中重复上述情况。

通过发光体的这种构造能够以非常紧凑的结构实现发光体中泵浦光的较长的长路径。因此，这也使得能够使用其半值长度大于1mm的光致发光材料，例如非常透明的含磷光体玻璃材料，由于所述材料的耐热性、易于加工性以及可以产生宽带的和均匀明亮的光谱，因此，相比于单晶该材料是有利的。

图20示出了光源1的另一有利的设计方案，该光源基本上对应于图17中所示的光源。示例性光源包括泵浦源310(例如激光二极管)，其发射第一波长的泵浦光311。通过成像光学器件312将泵浦光311引导到发光体313上，在该实施例中，该发光体具有方形截棱锥的形状，经由该发光体的顶面将泵浦光311耦合。发光体313的横截面因此是方形的，并且随着从截棱椎的顶面到底面的距离的增加而连续增加。截锥体的侧面是反射性的，使得没有光能够穿过该侧面到达外部。

在该实施例中，底面与由玻璃制成的长方体的方形侧面邻接，该长方体形成均束器314。在发光体313的长度足够长的情况下，则能够省去均束器314。

此外，光源1还包括由大量光纤315形成的成形装置。光纤315的第一纤维末端平面地布置在均束器314的另一个方形侧面附近，并接收由发光体产生的并且由均束器314继续传递的多色光。光纤315的第二纤维末端沿直线布置，并且共同限定光源1的线性出射面316。

截锥体形的发光体313使以太陡的角度入射到光纤315第一纤维末端的光的比例最小化，并且因此所述光不能够耦合到光纤315中。与如图17所示的发光体的圆锥形形状相比，棱锥体形状的优点是可以用通常难以加工的发光体材料更容易地制造。另外，令人惊讶地发现，棱锥体形状导致在发光体的底面上更均匀的强度分布。在旋转对称的发光体的情况下，通常在对称轴上观察到不期望的多色光的集中。

在图20中，用虚线表示光线，所述光线示出了荧光的几何路径，该荧光由发光体313产生并且最初与截锥体的对称轴成大角度。由于在截锥体侧面的内侧上的连续反射，光线和截锥体对称轴之间的夹角一直减小，直到光能够以很小的损耗耦合到光纤315末端。

为了清楚起见，与示出有所不同，纤维端部的平面结构能够特别地设计使得被多色光穿透的均束器314的底面(或在没有发光体313的情况下)的部分尽可能完全地被覆盖，使得能够将尽可能多的光耦合到纤维315中并能够将其继续传输。

图21示出了光源1的另一有利的设计方案，其结合了来自图13、图17和图20中所示的实施例的元件。

示例性光源包括泵浦源320(例如激光二极管)，其发射第一波长的泵浦光321。借助于成像光学器件322将泵浦光321引导到杆状发光体323的端面上。在该实施例中，杆具有圆形的横截面。但是，也可以考虑细长形、正方形、长方形或其他规则或不规则的多边形横截面。发光体323的侧面是反射性的，使得没有光能够穿过该侧面到达外部。

在该实施例中，杆状发光体323的另一端面邻接在的均束器324正方形顶面上，均束器由玻璃制成并且具有截棱椎的形状。均束器的横截面是正方形的，并且所述横截面随着从发光体323到截锥体的底面的距离的增加而不断增加。

此外，光源1还包括成形装置，该成形装置在此也由大量的光纤325形成。光纤325的第一末端布置在均束器324的正方形底面附近，并且接收由发光体产生的并由均束器324传递的多色光。光纤325的第二末端沿直线布置，并且共同限定光源1的线形出射面326。

均束器324使以太陡的角度入射到光纤325第一末端的光的比例最小化，并且因此使所述光不能够耦合到纤维325中。

与根据图20的实施例相比，在图21中示出的光源1具有的优点是，发光体323的几何形状主要能够从易于制造的角度来确定。锥形均质器324的更复杂的，但是在均质化和耦合到纤维末端方面非常有利的几何形状可以容易地由玻璃材料实现。在该实施例中，也通过由光纤325形成的成形装置将多色光成形在线性出射面326中。

将本发明的重要方面总结在以下句子中：

1、一种彩色共焦测量装置，所述彩色共焦测量装置用于同时测量测量对象的在多个位置的或沿至少一个空间方向延伸的区域的距离/和或厚度，包括：

光源(1)，所述光源通过光出射面发出多色测量光(2)，

至少一个第一共焦孔(3、10)，所述测量光(2)穿过所述至少一个第一共焦孔，其中，所述第一共焦孔(3、10)包括多个点状开口或至少一个狭缝形开口，

成像光学器件(4、5、101)，所述成像光学器件设置为引起测量光的色聚焦偏移并在测量空间中成像第一共焦孔(3)，其中，不同的波长聚焦在不同的高度，

第一接收和评估单元(8)，所述第一接收和评估单元被设计为根据测量对象的反射点处波长和在测量对象上的反射点的横向位置来测量由测量对象反射的测量光的强度，并从中确定测量对象(6)的在多个位置的或在至少一个空间方向上延伸的区域的距离和/或厚度，

其特征在于，

所述光源(1)是基于激光泵浦发光体的光源，并且出射面(24)是细长的。

2、根据句子1所述的测量装置，其特征在于，所述光源(1)包括至少一个泵浦源(20)，所述至少一个泵浦源发射泵浦光(21)并将其引导到发光体，所述发光体将所述泵浦光(21)转换为多色光(23)。

3、根据句子2所述的测量装置，其特征在于，所述多色光(23)随后穿过均束器(25)，使得从出射面(24)出射的光(26)的强度至少几乎均匀地分布。

4、根据句子2或3所述的测量装置，其特征在于，所述发光体(32)是杆状的，其中，从所述杆状发光体(32)的侧面出射的光(33)被用作测量光。

5、根据句子4所述的测量装置，其特征在于，所述光源(1)包括狭缝光阑(38)，其中，所述狭缝光阑(38)的狭缝是所述光源(1)的光出射面。

6、根据句子5所述的测量装置，其特征在于，所述狭缝光阑(58)相对于所述杆状发光体(32)的纵轴倾斜。

7、根据句子4至6之一所述的测量装置，其特征在于，所述泵浦光(31)通过入射面(34)进入发光体(32)中，杆状发光体(32)的与所述入射面相对的端面(37)被制成反射性的。

8、根据句子4至7之一所述的测量装置，其特征在于，所述光源(1)包括抛物面镜(89)。

9、根据句子2或3所述的测量装置，其特征在于，所述发光体是板状的。

10、根据句子9所述的测量装置，其特征在于，所述发光体被布置为使得所述泵浦光穿过侧面射入到所述发光体中，并且所述测量光在相对的侧面上从所述发光体出射。

11、根据句子10所述的测量装置，其特征在于，所述发光体的底面沿着侧面围成1°至10°之间的楔角，所述侧面垂直于泵浦光所穿过的侧面。

12、根据句子9所述的测量装置，其特征在于，所述发光体布置成使得所述泵浦光穿过所述发光体的两个底面之一，并且所述测量光从所述发光体的垂直于所述底面布置的侧面出射。

13、根据上述句子之一所述的测量装置，其特征在于，所述光源具有成形装置，所述成形装置被设置成对光分布进行成形，使得光分布的横截面更为细长。

14、根据句子13所述的测量装置，其特征在于，所述成形装置包括光导纤维的布置。

15、根据句子2或3之一所述的测量装置，其特征在于，发光体具有截锥形的部段。

16、根据句子14所述的测量装置，其特征在于，所述部段具有弯曲的反射性的外面，并且所述部段被布置为使得所述泵浦光经由所述截锥的顶面进入所述发光体中。

17、根据句子2或3之一所述的测量装置，其特征在于，所述发光体具有圆柱形的部段，所述圆柱形的部段被布置为使得经由所述圆柱形的外面耦合的泵浦光通过全反射保持在所述部段中。

18、根据句子2或3之一所述的测量装置，其特征在于，发光体(213)具有形状优选为方形截棱锥的部段，所述部段被布置为使得泵浦光经由截棱锥的顶面进入发光体(213)中。

19、根据句子18所述的测量装置，其特征在于，所述截棱锥的侧面是反射性的。

20、根据句子18或19所述的测量装置，其特征在于，与所述截棱锥的底面相邻布置有均束器(225)。

21、根据句子20所述的测量装置，其特征在于，所述均束器(225)为方形的。

22、根据句子18至21之一所述的测量装置，其特征在于，所述成形装置包括大量光纤(214)，其中，光纤(214)的第一端被布置为分布在表面上，并且光纤的第二端被布置为沿直线分布。

23、根据上述句子之一所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括第二接收和评估单元(98)，所述第二接收和评估单元被设计为获取所述测量对象(6)的图像。

24、根据上述句子之一所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括第二成像光学器件(105、102、9)，所述第二成像光学器件在空间上与所述第一成像光学器件(4、101、5)分开，其中，所述第一成像光学器件和第二成像光学器件均包括附加的光学元件(101、102)，所述光学元件引起横向于相应成像光学器件的透镜(5、105)的光轴的色聚焦偏移。

25、根据句子24所述的测量装置，其特征在于，所述第一成像光学器件被设置为在不同位置处形成不同波长的焦点，其中，所述位置沿着线段布置，所述线段与所述第一成像光学器件(4、101、5)的透镜(5)的光轴成锐角。