Vergleich von Signalerzeugungsmodellen für chromatisch-konfokale Sensoren

Chromatisch-konfokale Systeme haben sich als robuste Abstandssensoren etabliert. Eine Optik mit großem Farblängsfehler bildet die einzelnen Wellenlängen einer polychromatischen Quasi-Punktlichtquelle in unterschiedlichen axialen Abständen zum Sensor ab. Das vom Messobjekt gestreute oder reflektierte Licht wird nach Durchlaufen des Systems und einer Detektionslochblende mit einem Spektrometer ausgewertet. Da auf dem Messobjekt defokussierte Wellenlängen durch die Detektionslochblende stark gedämpft werden, entsteht ein spektraler Peak, der die Abstandsinformation zum Messobjekt enthält. Die Form dieses spektralen Peaks dient als wichtiges Kriterium für die Abbildungsqualität und die axiale Auflösung des Sensors. In diesem Beitrag stellen wir analytische und numerische Modelle zur Beschreibung des Abbildungsverhaltens vor. Wir diskutieren sowohl paraxiale als auch geometrisch-optische und wellenoptische Modelle. Diese basieren auf der Betrachtung der wellenlängenabhängigen Defokus-Punktbildfunktion und berücksichtigen z.T. Abbildungsfehler und Beugungseffekte. Unser Beitrag umfasst einen Vergleich und die Verifikation der Modelle anhand experimenteller Referenzmessungen.