专利名称：基于微阵列的空间滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种包括传感器和空间滤波器的空间滤波測量装置，其中从测量对象射出或反射的电磁辐射尤其是光通过所述空间滤波器在所述传感器上成像。本发明还涉及一种空间滤波测量设备，镜阵列作为空间滤波测量装置的空间滤波器的用途，和一种实施空间滤波测量的方法。
背景技术：
空间滤波器的測量技术是沿用已久的、健全的和有效的方法，其用于对诸如气体、液体或固体的测量对象的速率进行非接触測量。空间滤波器的測量技术由于没有任何机械运动机件而可无磨损地和可靠地工作。不存在降低測量或器件性能的动カ传递损耗和物理磨损。除了測量速率，也可測量测量对象的加速度、定位或位置、或其它特定应用參数，诸如体积流率或物质流、颗粒尺寸或颗粒尺寸分布。自构成硬件相关器以来，已知的空间滤波測量设备或空间滤波測量装置的结构设计中业已实现了与将运动转换成(空间)频率有关的信号处理的主要部分。实施空间滤波测量不需要极好的点源。其中会使图像信息相关联以及生成运动等效频率。信号分析可提供简单且大大压缩的数据。简单来讲，空间滤波測量技术基于以下原理当运动的物体或运动的表面移动经过具有可能周期性的、透明和不透明光栅线结构的光栅时，该物体或表面会产生周期信号；该信号的频率是该物体的运动速率和该光栅的光栅參数或光栅常数的函数。包含在这个相依关系中的还有例如在某些情况下使用的光学透镜、透镜系统或其它光学元件的放大系数。如果光栅结构为已知，还可选地知道在空间滤波測量装置的光路中使用的光学装置的放大系数，就可利用观察到的信号的频率推算出测量对象的运动速率。例如在采用具有平行光栅线的线光栅的情况下，其中所测量的是垂直于光栅线方向的运动的速率分量。平行于光栅线方向的速率分量不会对通过该光栅的光产生任何调制。因此该分量未被测量。在匀速运动的情况下，用作空间滤波器的线光栅产生具有明显最大值的频率响应，该最大值对应于测量对象垂直于光栅线方向的运动分量。另外的频谱可选地叠加在该频率最大值上，该频谱的出现是由于测量对象表面上出现的任何表面粗糙度。由表面的规则性或不规则性产生的空间频率可被用作測量效应。但是，在分析測量结果时，它们也可产生不确定性和模糊性。基本上有ニ种已知的实施空间滤波测量的方法。在第一方法中，使用硬件空间滤波器来进行空间滤波測量。这些空间滤波器包括分立的结构元件，诸如光柵。因此，从运动的测量对象传递的光可不断地被调制。其中调制频率取决于测量对象的速率和光栅的定向，以及光栅的光栅參数或光栅常数。如果使用放大光学器件，调制频率也会随着放大系数増大。
时间调制的光被例如具有诸如IOMHz或高达GHz范围的高截止频率的光敏ニ极管探測。在第一方法中，光敏ニ极管的快速反应时间使空间滤波測量可处理很快的信号和很高的频率ー只要有足够的光。为此，硬件，从而可选择的所用的光学器件和所用的空间滤波器，可适应于给定的使用条件一例如可根据所要测量的测量对象的速率或表面性质。该适应所要达到的是为给定的使用条件和待测參数调节最佳的调制信号。这样做的目的是，例如通过空间滤波器的光栅參数来避免不确定性或破坏性共振以及获得有效的信噪比。采用分立光学结构元件作为空间光栅的第一方法给通过使用很快的接收器才能进行的測量提供很高的时间分辨率。但是，硬件适应的成本高。较低的灵活性意味着有时可能不能识别测量结果中的不确定性和表面參数之间的不必要的交互作用。第二方法排除了使用硬件空间滤波器的需要。相反，通过线式或ニ维接收器的特殊信号处理来实现空间滤波測量，例如，可通过使用CXD或CMOS芯片的照相机。这种情况下，不需用光栅；而是用由光学接收器构成的类光栅或类矩阵结构来实施空间滤波測量。
这里的空间滤波測量包括产生从单个格子发出的信号的关联或总和，其中采用计算装置来产生空间滤波效应。因此在不修改硬件的情况下，可仅仅基于对分析程序的可通过软件的调整来应用不同的空间滤波器。这类似于在上述方法中替换光柵。使用第二方法的空间滤波測量很灵活，且容易适应各种各样的使用条件。可采用复杂的空间滤波计算程序和修正计算程序，因此可显著減少任何可能的不确定性和错误。然而，CXD和CMOS芯片的有限速度比光敏ニ极管的小几个数量级。对于CXDs或CMOS传感器而言，所述速度大约是IOkHz至20kHz。但是这些传感器不允许连续测量，因为图像数据量不能被实时传输和处理。因为这些传感器的信号响应慢，测量的时间分辨率比第一方法有限得多。因此，与第一方法相比，只能得到空间滤波频谱的一部分带宽，其结果是第二方法不能使用于高空间频率为主的情況。由于该较低的时间分辨率，不可能在所有应用情况下排除測量信号中的不确定性和获得单值的测量結果。根据这些实施空间滤波测量的已知方法，本发明的目的是提供一种空间滤波测量法，空间滤波测量设备和实施空间滤波测量的方法。该方法可实现可靠的、精确的和防止不确定性的空间滤波測量，还应该能够灵活地适应不同的应用领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种空间滤波测量装置，包括至少ー个传感器和空间滤波器。其中从测量对象射出或反射的电磁辐射特别是光通过所述空间滤波器在所述传感器上成像。其中所述空间滤波测量装置被进ー步开发，使得所述空间滤波器做成包括可移动镜元件的镜阵列形式尤其是微镜阵列。本发明基于的基本构思为使用包括可移动镜元件的镜阵列，以便可创建ー种可调整的或可修改的基于硬件的空间滤波器。这样的測量可结合上述的空间滤波測量方法的优点一具体而言，即如上述第一方法的高带宽和第二方法的灵活性。同时，存在于上述ニ种方法的排除測量中的不确定性方面的局限性被消除。根据本发明，所述术语“光”被理解为尤其涉及可见光以及相邻的紫外和红外谱的频率范围。虽然所述镜元件必须用来反射相应的频率范围，但是根据本发明的所述空间滤波測量装置还可应用于其它频率范围，例如软X射线辐射，太拉赫波或微波。所述镜元件的尺寸还基于所使用的波长。对于光谱，可用作镜阵列的微镜阵列是例如在投影仪设备如录像放映机内使用的微镜阵列。这些来自微机电系统(MEMS)领域的组件提供高发光强度，还提供有时甚至比传统用于上述第二方法的CCD或CMOS芯片更高的分辨率。虽然实际上可获得具有更高分辨率的传感器芯片，但获得高像素要以读出速度和显示刷新率为代价。镜阵列是强大的，既可适合很快的速度，还可灵活使用、可适合在线式使用和可控制的。它们提供高达24kHz的切换频率。不过，归因于必需要的发光效率，在切换镜元件发生之前的測量持续时间通常会比最大切换频率允许的最短的可能的測量持续时间更长。根据本发明，不是通过信号采集后的信号处理，而是通过调整所述镜阵列的所述镜元件，选择所要使用的具有光栅常数和附加的光栅參数的光栅结构，继而选择尤其是所要测量的运动方向。所述信号处理可以使用已知的手段进行ー特别是每当采用快速和未分段传感器时，可使用例如未分段光敏ニ极管。在所述装置的光路中使用镜阵列可实现可自由选择的具有很高空间分辨率的空 间滤波结构。以这种方式加权的光随后被传递到若干数目的尤其是非常快的光敏探測器，该数目和系统的光学分辨率相比大大地减小。尽管空间滤波測量信号的高时间分辨率可通过这种方式达到，空间滤波器的复杂性和可变性并未受限。因此，可实现度量学作业，诸如来自复杂的空间滤波測量技术或图像处理领域的已知的作业。但是该系统还可相对廉价地大规模生产。优选的，所述空间滤波测量装置包括控制器，用于控制所述镜元件的移动；和/或包括分析装置，用于分析所述至少ー个光学传感器发出的信号。所述控制器和所述分析装置还可集成在一起，尤其是集成在数据处理単元内。用于控制所述镜元件的移动的所述控制器一方面可用于灵活调整所述基于镜阵列的空间滤波器以适合给定的測量条件。另ー方面，所述控制器可用于调整平差，使得由所述镜阵列构建的所述光栅结构在测量过程中变化。例如，它可能在垂直和水平线模式之间来回切換；或者设定其它的线模式定向，从而能够测量在不同方向上尤其是互相垂直的方向上的运动。因此可测试不同的运动分量，且可得到完整的运动方向。动态的光栅调整提高系统的测量精度和抗干扰能力，并抑制以前測量中出现的不确定性或模糊性。所述装置提供高质量信号，因为运动信息从ニ维空间生成，所以可求平均值以減少在硬件相关中的噪声和错误。优选的，所述至少ー个传感器是光敏ニ极管、光敏晶体管、分光敏ニ极管、光敏ニ极管线或光敏晶体管线、光敏ニ极管矩阵或光敏晶体管矩阵、CCD阵列，或CMOS阵列。光敏ニ极管和光敏晶体管、以及分光敏ニ极管，具有非常高的时序动态范围，且允许在高带宽包括高空间频率下进行测量。因为它们在很多情况下还具有相对高度敏感的表面和高光学效率，它们能得到同时具有较低信噪比的快速信号。光敏ニ极管允许在MHz至GHz的频率范围内进行測量。作为空间滤波器的镜阵列与分段传感器如CCD阵列或CMOS阵列的结合提供额外的分析能力，即使CCD阵列或CMOS阵列的读出速度比使用光敏ニ极管得到的速度低。优选的，所述空间滤波测量装置包括位于电磁辐射的光路中的至少ー个光学元件，特别是光学透镜、透镜装置和/或准直器。所述光学元件的优点是可达到较好的成像性能和高发光强度，其结果是这种测量还可达到较高的信噪比。所述光学元件还可具有放大或縮小功能，从而使所述光学元件进ー步适合相应的测量对象。本发明的有利的进展在于提供多个传感器或至少ー个具有多个段的传感器。其中每个传感器或传感器的每段在视场内只有镜阵列的ー个部分，尤其当采用前置光学元件吋。这里所述镜阵列的每个部分可具有不同的光栅结构，其结果是多个独立的空间滤波测量可同时在所述装置中进行。这可以是同时測量运动的不同运动分量，或者还可以设定不同的光栅常数或光栅參数或完全不同的光栅结构，包括非线性光栅结构。所述镜阵列的所述镜元件可有利地分别沿至少ニ个不同方向在至少ニ个固定角位置之间移动。例如可能将单个镜元件在ー个方向的最大位置和另ー个方向的最大位置之间来回移动，从而使入射光线对准位于ー个位置的传感器和远离在其它位置的传感器，尤其对准另一个传感器。这发生在至少ニ个方向上-相对于镜阵列法线的垂直方向和水平方向上，镜阵列的镜元件排列在水平和垂直的行或列上。在本发明的一个优选实施例中，所述镜阵列的所述镜元件可分别沿至少ニ个不 同方向在它们相应的角位置上连续地或准连续地移动。这意味着在最大限度内几乎可以设定住ー个角位置，换句话说，例如可垂直地和水平地、在没有増量或只有非常小的角增量的情况下进行设定。这可通过利用所述镜阵列的所述镜元件实现光学校正或光学聚焦，或控制不同传感器在所述镜阵列的不同片段或部分内。此外，优选的，所述空间滤波测量装置包括可被所述镜阵列的所述镜元件控制的至少ニ个传感器。其中当通过选定或指定所述镜阵列的所述镜元件的角位置构建一光栅结构时，一个传感器接收位于第一角位置的第一组镜元件发出的电磁辐射。另ー个传感器接收位于第二角位置的第二组镜元件发出的电磁辐射。其中，所述第一组和第二组镜元件选自所述镜阵列的至少ー个部分，并且相对于所述至少ニ个传感器彼此形成光栅结构的正面和负面。这个优选的实施例与ー个装置相似。所述装置中的空间滤波器由具有镜面涂层的光栅线的光栅构成，从而允许光通过所述空间滤波器进入光栅线之间的中间空隙，然后光从所述具有镜面涂层的光栅线被反射回来。如果在这种情况下，在所述空间滤波器的前面和后面分别放置一个传感器，其中一个传感器接收到的为另ー个传感器接收到的负数。在这种情况下，可做差值测量，从而提高測量精度且进ー步提高信噪比。这是因为事实上光在不同的角位置处被反射至不同的传感器。本发明的目的是还提供一种空间滤波测量设备，包括上述的根据本发明的空间滤波測量装置。这种类型的空间滤波測量设备可作为ー个装置携帯和安装，且已经包括实施空间滤波測量要求的所有部件。本发明的目的是还提供镜阵列尤其微镜阵列作为空间滤波测量装置或空间滤波測量设备的空间滤波器的用途。这里的镜阵列理解为包括微小镜元件的镜阵列。例如，微镜阵列目前可用于光学投影仪或录像放映机，其中镜元件的边长为 ο μ m。这种类型的微镜阵列包括几十万至几百万的镜元件。这提供较高的发光强度，对应于高空间频率的较小的光栅常数，以及，可选的，被分成多个部分的微镜阵列。不同的光栅结构可按顺序平行地构建在所述微镜阵列，例如用于同时測量测量对象的多个运动分量或其它性质。
本发明的目的是提供根据本发明的空间滤波測量装置或空间滤波測量设备在测量测量对象的速率、运动方向、颗粒尺寸和/或表面性质中的用途。最后，本发明的目的是提供ー种实施空间滤波测量的方法，其中从测量对象射出或反射的电磁辐射尤其是光通过具有包括可移动的镜元件的镜阵列形式尤其是微镜阵列的空间滤波器在至少ー个传感器上成像。其中，所述镜阵列的镜元件的角位置的空间分布生成具有光栅结构的空间滤波器。所述方法提供上述的优点。优选的，常规线光栅、光栅结构沿ー个方向变化的啁啾光栅或圆光栅可配置为所述光栅结构。 常规线光栅适合測量测量对象的运动沿垂直于光栅线方向的速率。这个具有确定的频率的信号有时叠加在由于测量对象的不规则的表面性质产生的频谱上。所谓的啁啾光栅也是ー种线光栅，但是其光栅常数沿垂直于光栅线的方向变化。这意味着所述光栅线之间的间距和它们的宽度沿ー个方向增加且沿相反的方向减小。这种类型的啁啾光栅用于例如测量颗粒尺寸。以匀速经过啁啾光栅的颗粒产生与正弦曲线相当的信号，其时间常数随着时间增大或减小。对于某些光栅间距，颗粒尺寸与光栅间距相消地共振，其结果是调制信号的振幅被压缩。由于这个原因，必须从所述信号的最小包络值推算颗粒尺寸。圆光栅由沿径向具有相同的、递增的或递减的间距的一系列的同心环组成。ー种可能的应用是测量旋转运动的中心。在另ー个有利的开发中，所述镜阵列可被分成不同的部分，在所述不同部分内分别配置具有不同性质特别是不同光栅方向和/或光栅常数的不同光栅结构或光柵。因而可能将所述镜阵列分成ニ个或更多的部分，例如在所述部分内构建ー个水平方向光栅和ー个垂直方向光栅，从而同时对测量对象的运动的水平和垂直分量进行测量。还可能提供多个部分，在所述多个部分内配置具有不同光栅常数的平行方向光栅结构，其结果是在确定测量对象的运动速率中的不确定性被消除。这种情况下，被所述镜阵列的不同部分内的不同光栅结构反射的光最好分别被不同的传感器接收。在根据本发明的方法的另ー个有利的研制成果或可供选择的研制成果中，所述配置的光栅结构在测量过程中是变化的。因此，例如可能在水平光栅和垂直光栅之间来回切換，从而通过使用镜阵列的整个表面连续测量具有相对较高的发光强度的目标的不同运动分量。为此，在此可优选地进行限定，以致于所述光栅结构的方向和/或光栅常数随测量进程改变；和/或所述光栅结构随测量进程旋转。线光栅连续旋转的效应是，表示瞬间测量到的测量对象的运动分量指向的方向的方向指示符是连续旋转的，其结果是ー个正弦频率调整信号，可响应于例如沿ー个方向的线性或匀速旋转而出现。对光栅常数的连续修改具有和啁啾光栅相似的效应，特别是给定不变的方向或光栅线的啁啾光柵。通过这种方式，例如测量对象的表面结构可被详细有效地分析。优选地，使用一种镜阵列，其镜元件可在各自的角位置上连续地或准连续地移动，以控制不同的传感器在所述镜阵列的不同部分内。这使得单个镜阵列和多个传感器可同时用于实施具有不同光栅结构的空间滤波測量，其结果是运动的不同方向和/或表面结构可同时被测量。
在ー个有利的开发中，使用一种镜阵列，其镜元件可在各自的角位置上连续地或准连续地移动，以通过调整角位置进行光学校正和/或调整焦距。通过这种方式，除了提供光栅的功能，镜阵列而不是提供聚焦透镜，还可承担透镜的功能。它也可能以这种方式完全地或部分地矫正透镜畸变。如果由在不同角位置上的镜元件控制至少ニ个不同的传感器，则可有利地达到非常高的信噪比，其中通过相对于ー个传感器的镜元件的分布而构建的光栅结构是相对于另一个传感器的光栅结构的负面。这ニ种彼此为正面和负面的測量可用于实施差异测量，在所述差异測量中由于光量増加了一倍，信噪比可降低大约30%。如果在测量开始时自动搜索和设定适合测量对象和/或测量靶的光栅參数，特别是适于最佳信噪比的光栅參数，则所述方法就可灵活地自适应。在这种情况下，可使用已知的方法和算法对最佳參数如信噪比进行评估，同时可对光栅參数连续调整直至找到最佳
值。 在测量对象的运动是线性的情况下，这意味着可修改线性常规光栅的方向直至光栅线的方向与测量对象的运动的恒定方向垂直。这对应于所述空间频率的最大值。可调整光栅常数，使得光栅常数尽可能远离导致相消共振使得运动速率的频率信号被压缩的光栅常数。下面的讨论不局限于本发明的构思且基于參考说明书附图的示例性实施例更详细地描述本发明，并对与发明内容里未提及的所有细节有关的说明书附图进行更详细的说明。
图I是根据本发明的空间滤波測量装置或根据本发明的空间滤波測量设备的示意图；图2a) - 2c)是镜阵列的控制原理的示意图；图3a) - 3f)所示为根据本发明的可调整的光栅结构的多个范例；图4是使用包括多个部分的镜阵列的第一个装置的示意图；以及图5是使用包括不同部分的微镜阵列的另ー个装置的示意图。
具体实施例方式在下面的图中，相同的或类似的元件或相应的部件标示有相同的參考号码。因而没必要相应地重复解释。图I是空间滤波测量装置I或空间滤波測量设备2。与空间滤波測量装置I相比，空间滤波測量设备2具有标示为虚线的外壳，包括空间滤波測量装置I的相应的部件。空间滤波測量装置I包括包括边长在μ m范围内的镜元件的特别是具有微镜阵列3形式的镜阵列3，以及ニ个对称配置的光敏ニ极管4和5。光敏ニ极管4和5是平面的未分段的光学传感器。其它的尤其是分段的光学传感器如线传感器或传感器矩阵可用来代替这些未分段的传感器。空间滤波測量装置I还包括控制器10和分析装置11。如图所示所述控制器10和所述分析装置11还可被安装在一个组合设备如数据处理单元中。然而，在从光敏ニ极管4和5发出的非常快的信号的情况下，所述分析装置还可由于速度原因而可以是硬件式分析装置，而控制器10可安装在软件中。标示信号线的虚线表示控制器10控制镜阵列3的镜元件的位置，而分析装置11接收光敏ニ极管5和由于清晰原因未显示的光敏ニ极管4发出的信号。空间滤波測量装置I接收测量对象的移动的物体表面13射出的光。如图I所示，以这样的方式，光从光源12射出然后被移动的物体表面13反射。所述移动的物体的运动方向由箭头14示出。从物体表面13反射的光选择性地通过空间滤波测量装置I的光学元件6，到达镜阵列3或镜矩阵，然后根据镜阵列3的镜元件的角位置，光被偏转或反射至光敏ニ极管4或光敏ニ极管5。中心光路由參考号码7示出。反射光路8和9延续了从镜阵列3反射至光敏ニ极管4或5的光路7。光路7最好已经是平行光路。因此光学元件6可为产生平行光路的透镜系统，或准直器，或一系列准直器。这还可包括远心光学装置，允许大量的光通过，而只有 从所述物体发出的轴向平行的光束进入空间滤波測量装置I。远心光学装置还具有很大的焦深。如图I所示的所述装置可进行具有相对较高的信噪比的差异测量，因为从物体表面13射出并到达镜阵列3的光全部定向至光敏ニ极管4和5，且到达光敏ニ极管4的信号是到达光敏ニ极管5的信号的负数。图2是镜阵列3的截面图，表示在简单应用中使用镜阵列3作为空间滤波器的功能原理。截面图a)、b)和c)描述3个范例，每个具有越来越长的光栅周期。从上面发出的平行光束20分别射入图2a)、2b)或2c)中的相应的镜21、2Γ和21"。镜元件21、2Γ和21"分别具有倾斜的位置，使得它们将所述上面发出的入射光再次反射向左或向右。反射的方向由參考号码22、22^和22"表示。图2a)表示每ニ个相邻的镜元件21分别占据不同位置的情況。因此，每个单个的镜元件21为例如图I中的光敏ニ极管5产生暗或亮交替的光栅区域，正如參考号码23表示的条形图所示。虚线24表示与镜元件21、21'和21"的末端或边缘一致的区域性边界。因而图2a)表示由镜阵列3的镜元件的周期性确定的可得到的最小光栅常数或可得到的最小光栅參数。图2b)表示具有两倍光栅常数的情况，其中每ー对ニ个相邻的镜元件21'定向在同一个方向22'上，且与相邻的另一对ニ个镜元件21'的方向不同。因而光栅结构区域23;的宽度是图2a)所示的区域23的宽度的两倍。图2c)中的光栅常数或光栅參数増大了ー个额外的镜元件宽度。因而区域23"的宽度是图2a)中区域23'的宽度的三倍。图2c)的底部还表示的是来自多个区域的单个左倾斜的镜元件21"组成ー组25镜元件，所述ー组25镜元件全部将从上面入射的光20反射至ー个方向即朝向一个传感器；而来自剩余区域的右倾斜的镜元件21"组成第二组26镜元件21"，所述第二组26镜元件将入射光20反射至另ー个方向即远离所述第一个传感器选择性地反射至第二个传感器。图3表示多种不同的光栅结构。例如，图3a)所示为具有垂直光栅线的常规线光栅30。使用光栅结构30的空间滤波测量测量在水平方向上的运动分量。图3b)表示相反的情况，表示具有水平光栅线的常规线光栅31，其用于测量垂直运动分量。
图3c)表示所谓的具有垂直光栅线的啁啾光栅32，其间距和宽度从左至右増加。这种类型的啁啾光栅32可用于测量例如运动颗粒的尺寸。图3d)是具有倾斜方向光栅线的线光栅33。光栅33还可以是连续旋转的线光栅的即时快照，表示图3a)和图3b)中的光栅30和31的变换形式。图3e)表不具有恒定光栅參数的圆光栅34。这种圆光栅34可用于例如确定旋转运动的旋转中心。图3f)表示具有四个部分351至35IV的组合光栅结构35。部分351和3511是具有水平光栅线和不同光栅參数的常规线光柵，而部分35ΠΙ和35IV还包括具有不同光栅參数的垂直光栅线的常规线光栅。光栅參数的选择使在确定不同运动分量的速率时的不确定性可以避免。还可在光栅结构35的单个部分内提供其它的独立的光栅结构，如圆光栅34、啁啾 光栅32或包括方向和/或參数连续变化的线光栅的光柵。通过这种方式，由于部分351至35IV配置有不同光栅结构，可使用单个镜阵列35同时进行不同的測量。这里只是以范例的方式选择和图示不同部分的数量和排列。还可选择具有各种各样排列的更多或更少的部分。图4表示使用具有多个部分I至IV的镜阵列3的根据本发明的空间滤波測量装置的变形。如图所示为分别朝向镜阵列3的四个光敏ニ极管411至41IV。独立的光学装置421至42IV与每个单个的光敏ニ极管411至41IV关联。所述光学装置的聚焦特性使得每个传感器411至41IV在视场内只有镜阵列35的ー个部分I-IV。这可进行四个同步的和相互独立的測量。图4表示入射光束40如何射入镜阵列3且从镜阵列3反射至传感器421至42IV。所述传感器被排列成两组一具体是在ー边的ニ个传感器411和4111，和在相反的ー边的41ΠΙ至41IV。如果镜阵列3的整个区域上的镜元件朝向在一边的ニ个传感器411和4111，和在另ー个角位置上朝向传感器41ΙΠ至41IV，以这种排列方式是足够的。不需要准连续调整所述镜元件的角位置。这种选择通过所述传感器的前置光学装置421至42IV来进行。图5是相对于图4的另ー种版本。相应地，图5中由测量对象射出的平行光束50射入被分成具有不同光栅类型或光栅结构的四个部分I至IV的微镜阵列3。分段传感器51和52放置在入射光束50的两边。所述每个传感器包括段511至5Iiv和521至52IV。在这种情况下，镜阵列3的镜元件可以被调整，以致于段511至51IV以及段521至52IV的表面在不同部分中可以被瞄准。为此，优选的，可单个地和连续地或准连续地调整所述镜元件的角度设定。在此实施例中，分段传感器51和52的不同的段接收互补信号，意思是例如段521上的信号是段511上的信号的负数。图5的底部示意性地表示在部分I - IV内的一系列镜元件的截面。这里明显的是，在ー个部分内具有相应的相同方向的镜元件，其实际的角定向531至53IV在单个部分I至IV是不同的，以控制传感器51和52上相应的段。所有參考的功能部件，包括那些只是由说明书附图示出的功能部件，以及和其它特征一起被揭露的个别功能部件，以个别功能部件或结合多个功能部件的形式皆被视作本发明的精髄。本发明的实施例可通过个别功能部件或多个功能部件的组合来实施。
参考号码歹丨J表1空间滤波測量装置
2空间滤波測量设备
3微镜阵列4，5光敏ニ极管
6光学元件
7中心光路8, 9反射光路
10控制器
11分析装置 12光源
13运动物体的表面
14运动方向20入射光21-21〃镜元件
22- 22〃反射方向
23- 23〃具有相同地定向的镜元件的区域
24- 24〃区域性边界
25第一组镜元件
26第二组镜元件
30具有垂直条状线的光栅
31具有水平条状线的光栅
32具有水平条状线的啁瞅光栅
33具有倾斜条状线的光栅
34圆光栅
35组合光栅SS1-SSiv组合光栅的部分40入射光41T-41IV光敏ニ极管42^42^光学元件50入射光
51分光敏ニ极管Sl1-Sln段
52分光敏ニ极管52^52^段53^53^镜元件的位置
I-IV镜阵列的部分
权利要求
1.一种空间滤波测量装置(1)，包括至少一个传感器(4，5 41^41^:51)和空间滤波器；从测量对象(13)射出或反射的电磁辐射特别是光通过所述空间滤波器在传感器(4，5 ;M1-Miv5Sl, 52)上成像，其特征在于，所述空间滤波器是包括可移动镜元件(21-21"，)的镜阵列形式尤其是微镜阵列。
2.如权利要求I所述的空间滤波测量装置(1)，其特征在于，包括控制器(10)，用于控制所述镜元件(21 -21"')的移动；和/或包括分析装置，用于分析所述至少一个光学传感器(4，5 Jl1-Miv ;51，52)发出的信号。
3.如权利要求I或2所述的空间滤波测量装置(I)，其特征在于，所述至少一个传感器(4，5 ;41工-41IV ;51，52)是光敏二极管、光敏晶体管、分光敏二极管、光敏二极管线或光敏晶体管线、光敏二极管矩阵或光敏晶体管矩阵，CCD阵列，或CMOS阵列。
4.如权利要求I至3任一项所述的空间滤波测量装置(1)，其特征在于，包括位于电磁辐射的光路(7)中的至少一个光学元件(6 :42^42"),特别是光学透镜、透镜装置和/或准直器。
5.如权利要求I至4任一项所述的空间滤波测量装置(I)，其特征在于，包括多个传感器(4，5;51，52)，或包含多个段(Sl1-Sliv 552^52")的至少一个传感器(51，52)；其中每个传感器(4，5 ^lMliv ;51，52)或传感器的每段(5^-51" :52^52")在视场内只有镜阵列(3，35)的一个部分(I-IV :35^35"),尤其当采用前置光学元件(42^42")时。
6.如权利要求I至5任一项所述的空间滤波测量装置(I)，其特征在于，所述镜阵列(3，35)的所述镜元件(21-21〃)可分别沿至少二个不同方向在至少二个固定角位置之间移动。
7.如权利要求I至5任一项所述的空间滤波测量装置(1)，其特征在于，所述镜阵列(3)的所述镜元件(21 -21")可分别沿至少二个不同方向在它们相应的角位置上连续地或准连续地移动。
8.如权利要求I至7任一项所述的空间滤波测量装置(I)，其特征在于，包括可被所述镜阵列(3 ；35)的所述镜元件(21 -21")控制的至少二个传感器(4，5 :4^-41^^51,52)；其中当通过选定或指定所述镜阵列(3 ；35)的所述镜元件(21 -21")的角位置(531 - 53IV)构建一光栅结构(30 - 35)时，一个传感器(4 5411 -4111 ；51)接收位于第一角位置的第一组(25)镜元件(21-21")发出的电磁辐射；另一个传感器(5;41ΙΠ-41ιν;52)接收位于第二角位置的第二组(26)镜元件(21 -21")发出的电磁辐射；其中，所述第一组(25)和第二组(26)镜元件(21-21")选自镜阵列(3)的至少一个部分(I -IV)，并且相对于所述至少二个传感器(4，5 5411 - 41IV ;51，52)彼此形成光栅结构(30 - 35)的正面和负面。
9.一种空间滤波测量设备(2)，包括如权利要求I至8任一项所述的空间滤波测量装置(I)。
10.镜阵列(3)尤其微镜阵列作为空间滤波测量装置(I)的空间滤波器的用途。
11.如权利要求I至8任一项所述的空间滤波测量装置(I)或如权利要求9所述的空间滤波测量设备(2)在测量测量对象(13)的速率、运动方向、颗粒尺寸和/或表面性质中的用途。
12.一种实施空间滤波测量的方法，其中从测量对象(13)射出或反射的电磁辐射(7)特别是光通过空间滤波器在至少一个传感器(4，5 Al1Hiv ;51，52)上成像，所述空间滤波器做成具有可移动镜元件(21-21")的镜阵列(3)形式尤其是微镜阵列；其中，所述镜阵列(3 ；35)的镜元件(21-21〃 )的角位置的空间分布生成具有光栅结构(30-35)的空间滤波器。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，采用的所述光栅结构(30-35)是常规线光栅(30，31，33)、光栅常数沿一个方向变化的啁啾光栅(32)或圆光栅(34)。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述镜阵列(3;35)可被分成不同的部分(I - IV)，在所述不同部分内分别配置具有不同性质特别是不同光栅方向和/或光栅常数的不同光栅结构(351 - 35IV)或光栅。
15.如权利要求12至14任一项所述的方法，其特征在于，所述配置的光栅结构(30-35)在测量过程中是变化的。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于,所述光栅结构(30- 35)的方向和/或光 栅常数随测量进程改变；和/或所述光栅结构(30 - 35)随测量进程旋转。
17.如权利要求12至16任一项所述的方法，其特征在于，使用一种镜阵列(3;35)，其镜元件(21-21")可在各自的角位置上连续地或准连续地移动，以控制不同的传感器(4，5 54^-41" ;51，52)在所述镜阵列(3 ；35)的不同部分(I _ IV)内。
18.如权利要求12至17任一项所述的方法，其特征在于，使用一种镜阵列(3;35)，其镜元件(21-21")可在各自的角位置上连续地或准连续地移动，以通过调整角位置进行光学校正和/或调整焦距。
19.如权利要求12至18任一项所述的方法，其特征在于，由在不同角位置上的镜元件(21-21〃 )控制至少二个不同的传感器(4，5 Jl1Hiv ;51，52);相对于一个传感器(4 ；41/-4111 ；51)的镜兀件(21-21")的分布生成的光栅结构(30 - 35)是相对于另一个传感器(5 ；41m - 41IV ；52)的光栅结构(30-35)的负面。
20.如权利要求12至19任一项所述的方法，其特征在于，在测量开始时自动搜索和设定适合测量对象(13)和/或测量靶的光栅参数特别是获得最佳信噪比的光栅参数。
全文摘要
本发明涉及一种空间滤波测量装置(1)和空间滤波测量设备(2)，包括至少一个传感器(4，5；41I–41IV；51)和空间滤波器。其中从测量对象(13)射出或反射的电磁辐射尤其是光通过所述空间滤波器在所述传感器(4，5；41I–41IV；51，52)上成像。本发明还涉及一种实施空间滤波测量的方法。根据本发明的所述空间滤波测量装置被进一步开发，所述空间滤波器被设计成具有可在各自的角位置上移动的镜元件(21–21″′)的微镜阵列。
文档编号G01P3/36GK102859368SQ201080062458
公开日2013年1月2日 申请日期2010年10月12日 优先权日2009年11月26日
发明者M·德冈, N·达马斯科歇, M·谢弗佩, I·梅恩 申请人:微-埃普西龙光电股份有限公司