[发明专利]多光谱传感器和用于多光谱光感测的方法

说明书

一种多光谱传感器包括不透明的壳体(OH)，该不透明壳体具有带有第一孔(AP1)的第一腔室(CH1)和带有第二孔(AP2)的隔开的第二腔室(CH2)。光发射器(OE)设置在第一腔室(CH1)中，并且被设置为发射指定波长或指定波长范围的光通过第一孔(AP1)。光学传感器(OS)设置在第二腔室(CH2)中，并且被设置为检测通过第二孔(AP2)的接收到的光子。控制单元(CU)被配置为发起由光发射器(OE)进行的光的发射，并且测量单元(MU)被配置为提供由光学传感器(OS)生成的传感器信号。光学传感器(OS)包括第一类型的传感器像素(Spx)和第二类型的像素(Cpx)的阵列。第一类型的像素(Spx)各自具有不同的透射特性，各自分别生成多光谱传感器信号(MS)。第二类型的像素(Cpx)具有相同的透射特性，并且各自生成补偿传感器信号(CS)。

本发明涉及多光谱传感器和用于多光谱光感测的方法。

芯片级的颜色和光谱光感测在颜色识别、数据认证、光谱学以及其他工业和消费者级别的光学检测应用中具有各种应用。常见的多光谱传感器通常基于像素阵列和每个像素的像素上滤波器。对于光谱应用，能够选择具有线性独立的滤波器特性的滤波器。为了实现对给定目标的精确光谱测量，每个像素的辐射，例如激发后的荧光发射应该相同，或者辐射的分布应该是已知的，以便补偿各个像素的不同响应。这样，像素的光谱信号的幅度能够用于计算所研究的目标的光谱重建。

然而，像素阵列上的目标辐射的均匀分布是理想的条件。在许多情况下，检测器阵列不是被均匀照射的，这取决于测量几何结构、测量样品的表面、形状和角度、光泽度和再发射的几何角度分布以及辐射源的辐射分布。反过来，目标辐射也可能偏离理想条件。通常需要补偿这些影响。

已经提出了不同的测量系统。这些系统基于强有力的光学结构或严格限定的测量几何结构，例如在如45°/0°或22.5°/22.5°的限定角度下或使用积分球进行测量。这样的系统通常用于具有严格褪去的光泽度和恒定的测量距离的颜色测量。为了通过光学器件补偿不均匀的辐射分布，使用扩散器和光学透镜进行混合是一种可能。然而，视场FOV和尺寸比通常是不实际的。其他解决方案采用使用图像摄像机的图像分析，这可能有助于获得关于测量表面的特征的附加信息。在低成本系统中，经常使用用于接触表面的附加间隔件。但是市场对非接触式测量的需求越来越高。

本发明的目的是提供一种多光谱传感器和一种具有改善的目标辐射分布的补偿的用于多光谱光感测的方法。

这些目的通过独立权利要求的主题来实现。从属权利要求中描述了进一步的改进和实施例。

应当理解，除非明确描述为替代，在下文中描述的关于任何一个实施例的任何特征可以单独使用，或者与在下文中描述的其他特征组合使用，并且也可以与任何其他实施例的一个或更多个特征、或者任何其他实施例的任何组合组合使用。此外，在不脱离如所附权利要求所限定的多光谱传感器和用于多光谱光感测的方法的范围的情况下，也可以采用以下未描述的等效物和修改。

以下涉及一种多光谱光感测领域中的改进的概念。改进的概念提供了一种多光谱传感器和一种用于多光谱光感测的方法，其建议在光谱测量中实现对可能影响传感器阵列中的像素的信号响应并且可能以未知的比率使光谱重建变形的辐射分布和/或梯度进行附加检测。附加的补偿像素设置在传感器阵列中，并且提供可以用于例如在非接触光谱测量中重新计算并且补偿目标的几何效应的补偿信号。

在至少一个实施例中，多光谱传感器包括不透明壳体、光发射器、光学传感器、控制单元和测量单元。不透明壳体具有带有第一孔的第一腔室和带有第二孔的隔开的第二腔室。在某种意义上，腔室是分开的，阻止了例如从光发射器直接发射的光到达光学传感器。

术语“光学”是指能够由几何(或射线)光学器件和物理(或波)光学器件描述的电磁辐射。这涉及到例如UV、VIS或IR辐射。特别地，多光谱传感器可以基于这种电磁辐射的生成、检测和/或处理来操作。