基于微陣列的空間濾波器制造技術

本發明專利技術涉及一種空間濾波測量裝置（1）和空間濾波測量設備（2），包括至少一個傳感器（4，5；41I–41IV；51）和空間濾波器。其中從測量對象（13）射出或反射的電磁輻射尤其是光通過所述空間濾波器在所述傳感器（4，5；41I–41IV；51，52）上成像。本發明專利技術還涉及一種實施空間濾波測量的方法。根據本發明專利技術的所述空間濾波測量裝置被進一步開發，所述空間濾波器被設計成具有可在各自的角位置上移動的鏡元件（21–21″′）的微鏡陣列。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及ー種包括傳感器和空間濾波器的空間濾波測量裝置，其中從測量對象射出或反射的電磁輻射尤其是光通過所述空間濾波器在所述傳感器上成像。本專利技術還涉及一種空間濾波測量設備，鏡陣列作為空間濾波測量裝置的空間濾波器的用途，和一種實施空間濾波測量的方法。
技術介紹
空間濾波器的測量技術是沿用已久的、健全的和有效的方法，其用于對諸如氣體、液體或固體的測量對象的速率進行非接觸測量。空間濾波器的測量技術由于沒有任何機械運動機件而可無磨損地和可靠地工作。不存在降低測量或器件性能的動カ傳遞損耗和物理磨損。除了測量速率，也可測量測量對象的加速度、定位或位置、或其它特定應用參數，諸如體積流率或物質流、顆粒尺寸或顆粒尺寸分布。自構成硬件相關器以來，已知的空間濾波測量設備或空間濾波測量裝置的結構設計中業已實現了與將運動轉換成(空間)頻率有關的信號處理的主要部分。實施空間濾波測量不需要極好的點源。其中會使圖像信息相關聯以及生成運動等效頻率。信號分析可提供簡單且大大壓縮的數據。簡單來講，空間濾波測量技術基于以下原理當運動的物體或運動的表面移動經過具有可能周期性的、透明和不透明光柵線結構的光柵時，該物體或表面會產生周期信號；該信號的頻率是該物體的運動速率和該光柵的光柵參數或光柵常數的函數。包含在這個相依關系中的還有例如在某些情況下使用的光學透鏡、透鏡系統或其它光學元件的放大系數。如果光柵結構為已知，還可選地知道在空間濾波測量裝置的光路中使用的光學裝置的放大系數，就可利用觀察到的信號的頻率推算出測量對象的運動速率。例如在采用具有平行光柵線的線光柵的情況下，其中所測量的是垂直于光柵線方向的運動的速率分量。平行于光柵線方向的速率分量不會對通過該光柵的光產生任何調制。因此該分量未被測量。在勻速運動的情況下，用作空間濾波器的線光柵產生具有明顯最大值的頻率響應，該最大值對應于測量對象垂直于光柵線方向的運動分量。另外的頻譜可選地疊加在該頻率最大值上，該頻譜的出現是由于測量對象表面上出現的任何表面粗糙度。由表面的規則性或不規則性產生的空間頻率可被用作測量效應。但是，在分析測量結果時，它們也可產生不確定性和模糊性。基本上有ニ種已知的實施空間濾波測量的方法。在第一方法中，使用硬件空間濾波器來進行空間濾波測量。這些空間濾波器包括分立的結構元件，諸如光柵。因此，從運動的測量對象傳遞的光可不斷地被調制。其中調制頻率取決于測量對象的速率和光柵的定向，以及光柵的光柵參數或光柵常數。如果使用放大光學器件，調制頻率也會隨著放大系數増大。時間調制的光被例如具有諸如IOMHz或高達GHz范圍的高截止頻率的光敏ニ極管探測。在第一方法中，光敏ニ極管的快速反應時間使空間濾波測量可處理很快的信號和很高的頻率ー只要有足夠的光。為此，硬件，從而可選擇的所用的光學器件和所用的空間濾波器，可適應于給定的使用條件一例如可根據所要測量的測量對象的速率或表面性質。該適應所要達到的是為給定的使用條件和待測參數調節最佳的調制信號。這樣做的目的是，例如通過空間濾波器的光柵參數來避免不確定性或破壞性共振以及獲得有效的信噪比。采用分立光學結構元件作為空間光柵的第一方法給通過使用很快的接收器才能進行的測量提供很高的時間分辨率。但是，硬件適應的成本高。較低的靈活性意味著有時可能不能識別測量結果中的不確定性和表面參數之間的不必要的交互作用。第二方法排除了使用硬件空間濾波器的需要。相反，通過線式或ニ維接收器的特殊信號處理來實現空間濾波測量，例如，可通過使用CXD或CMOS芯片的照相機。這種情況下，不需用光柵；而是用由光學接收器構成的類光柵或類矩陣結構來實施空間濾波測量。 這里的空間濾波測量包括產生從單個格子發出的信號的關聯或總和，其中采用計算裝置來產生空間濾波效應。因此在不修改硬件的情況下，可僅僅基于對分析程序的可通過軟件的調整來應用不同的空間濾波器。這類似于在上述方法中替換光柵。使用第二方法的空間濾波測量很靈活，且容易適應各種各樣的使用條件。可采用復雜的空間濾波計算程序和修正計算程序，因此可顯著減少任何可能的不確定性和錯誤。然而，CXD和CMOS芯片的有限速度比光敏ニ極管的小幾個數量級。對于CXDs或CMOS傳感器而言，所述速度大約是IOkHz至20kHz。但是這些傳感器不允許連續測量，因為圖像數據量不能被實時傳輸和處理。因為這些傳感器的信號響應慢，測量的時間分辨率比第一方法有限得多。因此，與第一方法相比，只能得到空間濾波頻譜的一部分帶寬，其結果是第二方法不能使用于高空間頻率為主的情況。由于該較低的時間分辨率，不可能在所有應用情況下排除測量信號中的不確定性和獲得單值的測量結果。根據這些實施空間濾波測量的已知方法，本專利技術的目的是提供一種空間濾波測量法，空間濾波測量設備和實施空間濾波測量的方法。該方法可實現可靠的、精確的和防止不確定性的空間濾波測量，還應該能夠靈活地適應不同的應用領域。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種空間濾波測量裝置，包括至少ー個傳感器和空間濾波器。其中從測量對象射出或反射的電磁輻射特別是光通過所述空間濾波器在所述傳感器上成像。其中所述空間濾波測量裝置被進ー步開發，使得所述空間濾波器做成包括可移動鏡元件的鏡陣列形式尤其是微鏡陣列。本專利技術基于的基本構思為使用包括可移動鏡元件的鏡陣列，以便可創建ー種可調整的或可修改的基于硬件的空間濾波器。這樣的測量可結合上述的空間濾波測量方法的優點一具體而言，即如上述第一方法的高帶寬和第二方法的靈活性。同時，存在于上述ニ種方法的排除測量中的不確定性方面的局限性被消除。根據本專利技術，所述術語“光”被理解為尤其涉及可見光以及相鄰的紫外和紅外譜的頻率范圍。雖然所述鏡元件必須用來反射相應的頻率范圍，但是根據本專利技術的所述空間濾波測量裝置還可應用于其它頻率范圍，例如軟X射線輻射，太拉赫波或微波。所述鏡元件的尺寸還基于所使用的波長。對于光譜，可用作鏡陣列的微鏡陣列是例如在投影儀設備如錄像放映機內使用的微鏡陣列。這些來自微機電系統(MEMS)領域的組件提供高發光強度，還提供有時甚至比傳統用于上述第二方法的CCD或CMOS芯片更高的分辨率。雖然實際上可獲得具有更高分辨率的傳感器芯片，但獲得高像素要以讀出速度和顯示刷新率為代價。鏡陣列是強大的，既可適合很快的速度，還可靈活使用、可適合在線式使用和可控制的。它們提供高達24kHz的切換頻率。不過，歸因于必需要的發光效率，在切換鏡元件發生之前的測量持續時間通常會比最大切換頻率允許的最短的可能的測量持續時間更長。根據本專利技術，不是通過信號采集后的信號處理，而是通過調整所述鏡陣列的所述鏡元件，選擇所要使用的具有光柵常數和附加的光柵參數的光柵結構，繼而選擇尤其是所要測量的運動方向。所述信號處理可以使用已知的手段進行ー特別是每當采用快速和未分段傳感器時，可使用例如未分段光敏ニ極管。在所述裝置的光路中使用鏡陣列可實現可自由選擇的具有很高空間分辨率的空 間濾波結構。以這種方式加權的光隨后被傳遞到若干數目的尤其是非常快的光敏探測器，該數目和系統的光學分辨率相比大大地減小。盡管空間濾波測量信號的高時間分辨率可通過這種方式達到，空間濾波器的復雜性和可變性并未受限。因此，可實現度量學作業，諸如來自復雜的空間濾波測量技術或圖像處理領域的已知的作業本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·德岡，N·達馬斯科歇，M·謝弗佩，I·梅恩，
申請(專利權)人：微埃普西龍光電股份有限公司，
類型：
國別省市：