光学传感器和用于检测电磁辐射的方法技术

一种光学传感器(10)包括至少四个检测信道(11)，其中每个检测信道(11)包括一个光电探测器(12)和具有相应透射光谱(T)的滤光器。该至少四个滤光器(13)的透射光谱(T)彼此不同，并且透射光谱(T)被设置成使得三个CIE颜色匹配函数(x、y、z)中的每一个是滤光器(13)中的至少两个滤光器的透射光谱(T)的线性组合。此外，提供了一种用于检测电磁辐射的方法。

Optical sensors and methods for detecting electromagnetic radiation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学传感器和用于检测电磁辐射的方法本申请涉及一种光学传感器和一种用于检测电磁辐射的方法。在颜色测量领域，能够测量人眼对光源的颜色印象。三个CIE(国际照明委员会，CIE：Commissioninternationaledel'clairage)颜色匹配函数表示人眼的光谱敏感度。对于人类观察者感知的每种颜色，能够确定三个三刺激值。三刺激值给出了在颜色空间中光源的光的颜色轨迹。三刺激值能够通过分别使用具有不同滤光器的三个传感器来确定。这三个滤光器的敏感度分别适用于三个CIE颜色匹配函数中的一个。三刺激值由三个传感器中每个传感器的积分信号给出。这意味着，光的光谱成分与确定颜色轨迹无关。颜色印象的测量精度依赖于三个滤光器的敏感度与CIE颜色匹配函数的相似程度如何。然而，对于缓解型(remissive)样品，一个样品的颜色在不同的照明下可能看起来有所不同。两个样品在一种照明下可能具有相同的颜色印象而在不同照明下可能具有不同的颜色印象。这些现象被称为同色异谱。如果两个不同光源的光谱成分不同，或者从两个不同样品反射的光的光谱成分不同，则可能发生同色异谱。通过确定三刺激值不能检测出光谱成分的差异。这意味着，也不可能确定光源是否具有连续光谱或包含不同峰的光谱。本专利技术的目的是提供一种光学传感器，用于以更可靠的方式确定光源或样品的颜色印象。本专利技术的另一目的是提供一种检测电磁辐射的方法，用于以更可靠的方式确定光源或样品的颜色印象。上述目的通过独立权利要求解决。进一步的实施例是从属权利要求的主题。在光学传感器的一个实施例中，该光学传感器包括至少四个检测信道，其中每个检测信道包括光电探测器和具有相应透射光谱的滤光器。该至少四个光电探测器能够检测电磁辐射。优选地，该四个检测器能够检测可见范围内的光，即大约在380nm至780nm范围的光。例如，光电探测器能够是光学传感器，如电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体器件或光电二极管。该至少四个滤光器是光学滤光器。波长在滤光器的透射光谱内的电磁辐射通过相应的滤光器。波长在滤光器透射光谱之外的电磁辐射被相应的滤光器衰减或完全阻挡。优选地，每个滤光器的透射光谱包括一个透射峰。对于每个检测信道，在一个光电探测器上方布置一个滤光器，使得只有通过滤光器的电磁辐射才能到达光电探测器。所述至少四个滤光器的透射光谱彼此不同。这意味着，每个滤光器的最大透射波长能够不同。滤光器的透射光谱的形状也可以彼此不同。对于滤光器，透射光谱的半峰全宽也可以不同。然而，两个或更多个滤光器的透射光谱可以重叠。透射光谱被设置成使得三个CIE颜色匹配函数中的每一个是至少两个滤光器的透射光谱的线性组合。这三个CIE颜色匹配函数描述了人类观察者的颜色敏感度。CIE颜色匹配函数也能够称为CIE三刺激函数、三刺激曲线或感光度函数。第一CIE颜色匹配函数包括在380nm到780nm的可见范围内的两个峰，且称为或红色曲线。第二CIE颜色匹配函数包括可见范围内的一个峰，称为或绿色曲线。第三CIE颜色匹配函数包括可见范围内的一个峰，称为或蓝色曲线。至少两个透射光谱的线性组合能够是该至少两个透射光谱缩放后相加的结果。这意味着，每个透射光谱乘以缩放因子，并将乘以缩放因子后的透射光谱相加。这样，三个CIE颜色匹配函数中的每一个都能够由至少两个滤光器的经缩放的透射光谱来给出。至少两个透射光谱的线性组合近似给出了CIE颜色匹配函数中的一个。在这种情况下，近似指的是线性组合不一定精确地得到CIE颜色匹配函数中的一个。至少两个透射光谱的线性组合能够稍微偏离CIE颜色匹配函数中的一个。但是，至少两个透射光谱的线性组合与CIE颜色匹配函数中的一个非常相似。三个CIE颜色匹配函数中的每一个能够通过至少两个滤光器的透射光谱的线性组合来近似。这意味着，对于每个CIE颜色匹配函数，至少两个透射光谱的一个线性组合近似于相应的CIE颜色匹配函数、几乎与相应的CIE颜色匹配函数相同或与相应的CIE颜色匹配函数相同。三个或三个以上滤光器的三个或三个以上透射光谱的线性组合也可以给出CIE颜色匹配函数之一。滤光器的透射光谱由滤光器的特性决定。滤光器的特性被设置成使得三个CIE颜色匹配函数中的每一个是至少两个滤光器的透射光谱的线性组合。优选地，光学传感器包括至少6个检测信道，且最多12个检测信道。优选地，滤光器的透射光谱分布在380nm至780nm的可见范围内。同样优选地，透射光谱彼此近似均等地间隔开。这意味着，最大透射的波长优选地彼此近似均等地间隔开。由于滤光器的透射光谱能够给出CIE颜色匹配函数的线性组合，因此能够确定由光学传感器检测到的电磁辐射或光源的三刺激值。对于此处描述的光学传感器，三刺激值是根据光电探测器检测到的信号确定的。对于每个线性组合，每个光电探测器的积分信号都乘以相应滤光器的缩放因子。例如，光电探测器的信号能够是所检测的电磁辐射的强度，其依赖于所检测的电磁辐射的波长。对于每个线性组合，相应的光电探测器的信号与它们的缩放因子相乘后的和给出了相应的三刺激值。利用这三个线性组合，能够确定三个三刺激值。因此，对于确定三刺激值，不需要针对每个三刺激值使用这样一个传感器，该传感器包括具有CIE颜色匹配函数之一的敏感度的一个滤光器。取而代之，使用具有不同透射光谱的滤光器的至少两个光电探测器来确定每个三刺激值。此外，使用光学传感器能够分析光源或电磁辐射的光谱成分。优选地，滤光器的透射光谱分布在电磁光谱的整个可见范围内，并且它们优选地仅部分重叠。以这种方式，借助于适当的数学算法，能够通过矩阵运算对待分析的电磁辐射光谱进行重建和插值。因此，滤光器的透射光谱需要是线性独立的，这意味着它们仅部分重叠。待分析的电磁辐射光谱的重建使得能够进行缓解(remission)测量。这意味着，能够确定被光源照射的样品的颜色印象，并且能够重建在样品上反射的光的光谱成分。还可以将重建的光谱与由相应的三刺激值给出的颜色轨迹进行比较。这种比较是光谱重建的可信度测试。因此，光学传感器结合了光源或电磁辐射的颜色印象的测量和光源或电磁辐射的光谱信息的重建。因此，与确定颜色印象或光谱成分的传感器相比，本文描述的光学传感器能够确定有关待分析的电磁辐射的更多信息。光学传感器能够检测同色异谱和光谱信息。对于光学传感器而言，由于还能够检测例如同色异谱和其他光谱信息，颜色印象的确定更加可靠。在光学传感器的一个实施例中，针对至少一个产生CIE颜色匹配函数之一的线性组合，为每个透射光谱分配缩放因子。设置缩放因子使得三个CIE颜色匹配函数中的每一个都是至少两个滤光器的透射光谱的线性组合。对于产生CIE颜色匹配函数之一的线性组合，将至少两个透射光谱与它们各自的缩放因子相乘然后相加。对于产生CIE颜色匹配函数之一的一个线性组合，可以不为每个透射光谱都分配缩放因子。这意味着，例如能够通过所述至少四个滤光器中的第一滤光器和第二滤光器的透射光谱的线性组合来给出称为的第一CIE颜色匹配函数。在这种情况下，对于产生第一CIE颜色匹配函数的线性组合，仅为第一滤光器和第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学传感器(10)，其包括：/n-至少四个检测信道(11)，其中每个检测信道(11)包括光电探测器(12)和具有相应透射光谱(T)的滤光器(13)，其中/n-所述至少四个滤光器(13)的透射光谱(T)彼此不同，并且/n-所述透射光谱(T)被设置成使得三个CIE颜色匹配函数

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170516 EP 17171339.91.一种光学传感器(10)，其包括：
-至少四个检测信道(11)，其中每个检测信道(11)包括光电探测器(12)和具有相应透射光谱(T)的滤光器(13)，其中
-所述至少四个滤光器(13)的透射光谱(T)彼此不同，并且
-所述透射光谱(T)被设置成使得三个CIE颜色匹配函数中的每一个是所述滤光器(13)中的至少两个滤光器的透射光谱(T)的线性组合。


2.根据权利要求1所述的光学传感器(10)，其中，为每个透射光谱(T)分配用于至少一个产生所述CIE颜色匹配函数之一的线性组合的缩放因子(c)。


3.根据权利要求1和2之一所述的光学传感器(10)，其中，对于每个滤光器(13)，最大透射波长为至少380nm并且至多780nm。


4.根据权利要求1至3之一所述的光学传感器(10)，其中，所述透射光谱(T)被设置成使得至少一个透射光谱(T)被用于两个CIE颜色匹配函数的线性组合。


5.根据权利要求1至4之一所述的光学传感器(10)，其中，所述滤光器(13)是以下中的一种：
-干涉滤光器，
-吸收滤光器，
-等离子体滤光器。


6.根据权利要求1至4之一所述的光学传感器(10)，其中，所述滤光器(13)是以下至少两种的组合：
-干涉滤光器，
-吸收滤光器，
-等离子体滤光器。


7.一种用于检测电磁辐射的方法，所述方法包括：
-提供光学传感器(10)，所述光学传感器包括至少四个检测信道(11)，其中，每个检测信道(11)包括光电探测器(12)，
-为每个检测信道(11)提供具有透射光谱(T)的滤光器(13)，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘特·西斯，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT