專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攝像裝置，在對(duì)靜電懸浮爐內(nèi)樣本進(jìn)行加熱處理時(shí)，該攝像裝置可以識(shí)別樣本在懸浮狀態(tài)下的位置，并用于確定樣本熔融的時(shí)刻。
背景技術(shù)：
在利用電極接觸，紫外線輻照，或加熱給主電極之間放入的樣本充電之后，靜電懸浮爐借助于產(chǎn)生在主電極之間的靜電場(chǎng)使樣本處在懸浮狀態(tài)，與此同時(shí)，通過(guò)控制主電極或輔助電極之間的電勢(shì)，使樣本保持在預(yù)定的位置，并輻照激光到樣本上以加熱和熔融該樣本。通過(guò)冷卻和固化如此加熱和熔融的樣本，可以在沒(méi)有外部干涉的狀態(tài)下生成晶體。
需要控制樣本的懸浮狀態(tài)，為的是在靜電懸浮爐中生成晶體時(shí)盡可能避免或抑制樣本的搖擺以提高晶體的質(zhì)量，而且，重要的是準(zhǔn)確地識(shí)別樣本的位置以完成對(duì)這種樣本的懸浮控制。
通常，作為識(shí)別樣本位置的手段，例如，可以有這樣一種位置識(shí)別方法，它利用激光作為背景光并借助于光敏器件檢測(cè)最高發(fā)光點(diǎn)或發(fā)光點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)中心以輸出位置信息，其中除了大致球形樣本屏蔽的部分以外，而另一種位置識(shí)別方法也是利用激光作為背景光，但是，它處理CCD攝像機(jī)拍攝的樣本圖像，用于計(jì)算重心的位置并輸出該位置作為位置信息。
然而，在常規(guī)的方法中，由于在前一種位置識(shí)別方法中沒(méi)有計(jì)算樣本的重心位置，該方法對(duì)于球形樣本之外樣本位置識(shí)別的準(zhǔn)確性是不佳的。因此，它存在這樣一個(gè)問(wèn)題，很難或不可能對(duì)樣本完成懸浮控制。
另一方面，在后一種位置識(shí)別方法中，它計(jì)算樣本的重心位置，但由于它進(jìn)行圖像處理需要很長(zhǎng)多時(shí)間，并不能確保懸浮控制所需的抽樣速度，因此，它存在這樣一個(gè)問(wèn)題，很少使用后一種位置識(shí)別方法。
此外，在鹵素?zé)粲米鞅尘肮獾那闆r下，當(dāng)樣本因高溫產(chǎn)生白熾光時(shí)，就不可能得到樣本相對(duì)于背景的對(duì)比度，因此，在后一種位置識(shí)別方法(見圖3)中采用激光作為背景光。然而，為了方便地使用CCD攝像機(jī)，存在一個(gè)由于攝像機(jī)鏡頭發(fā)生激光干涉的問(wèn)題。
此外，在以上兩個(gè)位置識(shí)別方法中，由于采用這樣的結(jié)構(gòu)，利用輻射溫度計(jì)測(cè)量樣本的溫度以確定樣本熔融的時(shí)刻，它總是要求不斷修正發(fā)射率。存在一個(gè)很難準(zhǔn)確地確定熔融時(shí)間的問(wèn)題。解決這些問(wèn)題是一個(gè)傳統(tǒng)的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的課題，因此，本發(fā)明的目的是提供一種攝像裝置，即使樣本因高溫產(chǎn)生白熾光，該攝像裝置能夠得到樣本相對(duì)于背景的對(duì)比度，并能實(shí)時(shí)輸出懸浮控制球形樣本以及復(fù)雜形狀樣本所需的位置信息，從而可以直觀確定復(fù)雜形狀樣本改變成球形樣本的時(shí)刻，即，直觀確定樣本熔融的時(shí)刻。
為了實(shí)現(xiàn)以上的目的，經(jīng)過(guò)重復(fù)的仔細(xì)研究，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)以上的目的可以通過(guò)組合用于拍攝樣本配置遠(yuǎn)心鏡頭的CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)；輻射波長(zhǎng)為400nm至600nm光到樣本的背景光源；和用于實(shí)時(shí)進(jìn)行邊緣增強(qiáng)圖像處理的數(shù)字信號(hào)處理器，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
即，按照本發(fā)明的攝像裝置是這樣一種攝像裝置，它監(jiān)測(cè)靜電懸浮爐內(nèi)樣本在懸浮狀態(tài)下經(jīng)受加熱處理以輸出它的位置信息，包括用于拍攝樣本配置遠(yuǎn)心鏡頭的CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)；放置在與樣本的CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)相對(duì)側(cè)的背景光源，用于輻照波長(zhǎng)為400nm至600nm的光到樣本；和用于實(shí)時(shí)進(jìn)行邊緣增強(qiáng)圖像處理的數(shù)字信號(hào)處理器，它可以輸出樣本在懸浮狀態(tài)下的重心位置。
在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的攝像裝置中，輻照波長(zhǎng)為400nm至450nm光的金屬鹵化物光源用作背景光源，而在本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的攝像裝置中，用于改變光譜特性的彩色濾光片粘貼到CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)的遠(yuǎn)心鏡頭上。
利用本發(fā)明的攝像裝置，在監(jiān)測(cè)靜電懸浮爐內(nèi)經(jīng)受加熱處理的樣本時(shí)，理想的是，兩個(gè)攝像裝置中的各自CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)安排成互相正交的狀態(tài)拍攝樣本。此外，為了增強(qiáng)樣本相對(duì)于背景的對(duì)比度，理想的是，用于會(huì)聚從背景光源射出光到樣本上的透鏡設(shè)置在背景光源與樣本之間，但是，本發(fā)明不限于這些結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的攝像裝置中，在樣本經(jīng)受靜電懸浮爐的加熱處理時(shí)，來(lái)自背景光源的光輻照到懸浮狀態(tài)下的樣本，從而使CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)獲取樣本相對(duì)于背景的對(duì)比度，并根據(jù)獲取的圖像計(jì)算重心位置，就可以輸出位置信息。
此時(shí)，由于拍攝樣本的CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)配置遠(yuǎn)心鏡頭，可以修正因圖像放大率變化引起圖像的尺寸誤差，即，即使樣本沿光軸略微移動(dòng)，樣本的大小和樣本上基準(zhǔn)的相對(duì)距離沒(méi)有變化，因此，可以得到正確的位置信息。
此外，由于波長(zhǎng)為400nm至600nm的光是從背景光源射出的，即使樣本因高溫產(chǎn)生白熾光，仍然可以得到樣本相對(duì)于背景的對(duì)比度。此外，關(guān)于獲取的樣本圖像，由于數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)時(shí)進(jìn)行圖像邊緣增強(qiáng)的圖像處理，可以輸出懸浮控制所需的重心位置，從而可以懸浮熔融具有復(fù)雜形狀的樣本，因此，可以直觀確定具有復(fù)雜形狀的樣本在懸浮狀態(tài)下改變成球形樣本的時(shí)刻。
在按照本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的攝像裝置中，由于采用以上描述的結(jié)構(gòu)，可以避免CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)中鏡頭之間光的干涉，因此，進(jìn)一步銳化獲取的圖像。在按照本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的攝像裝置中，由于采用以上描述的結(jié)構(gòu)，可以更確實(shí)地得到樣本相對(duì)于背景的對(duì)比度。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的攝像裝置示意圖；
圖2是圖1所示攝像裝置中用作背景光源的金屬鹵化物光譜分布特性曲線；和圖3是鹵素?zé)舻墓庾V分布特性曲線。
具體實(shí)施例方式
以下按照實(shí)施例詳細(xì)地解釋本發(fā)明，但本發(fā)明的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不僅限于以下的實(shí)施例。
如圖1所示，靜電懸浮爐10的內(nèi)部是由近似圓柱形空間構(gòu)成，且該空間的中心設(shè)定為樣本A的懸浮位置。靜電懸浮爐10的周壁有多個(gè)進(jìn)入孔(未畫出)，而開口部分11對(duì)應(yīng)于進(jìn)入孔的配置。
攝像裝置1監(jiān)測(cè)靜電懸浮爐10內(nèi)懸浮狀態(tài)下經(jīng)受加熱處理的樣本A，可以輸出樣本的位置信息，該攝像裝置包括CMOS攝像機(jī)2，它安裝在開口部分11鄰近的進(jìn)入孔，用于拍攝在靜電懸浮爐10內(nèi)部中心懸浮狀態(tài)下的樣本A；金屬鹵化物光源3，它安裝在與樣本A的CMOS攝像機(jī)相對(duì)側(cè)的進(jìn)入孔，用于輻照波長(zhǎng)為400nm至450nm的光(見圖2)到樣本A，并作為背景光源；和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)4，它實(shí)時(shí)進(jìn)行CMOS攝像機(jī)2獲取圖像的邊緣增強(qiáng)圖像處理，可以輸出樣本A在懸浮狀態(tài)下的重心位置。
CMOS攝像機(jī)2配置遠(yuǎn)心鏡頭5，它粘貼藍(lán)色濾光片(彩色濾光片)以改變光譜特性。另一方面，在金屬鹵化物光源3與開口部分11之間配置聚焦透鏡7，它可以會(huì)聚從金屬鹵化物光源3輻照的光到樣本A。
在這個(gè)實(shí)施例中，我們準(zhǔn)備兩組攝像裝置1，這兩組攝像裝置1，1是這樣安排的，光軸L1是連接CMOS攝像機(jī)2與一個(gè)攝像裝置1中的金屬鹵化物光源3，而光軸L2是連接CMOS攝像機(jī)2與另一個(gè)攝像裝置1的中金屬鹵化物光源3，光軸L1與光軸L2互相正交。
在樣本A經(jīng)受靜電懸浮爐10加熱處理的情況下，攝像裝置1，1中各自金屬鹵化物光源3，3的光交替地輻照到懸浮狀態(tài)下的樣本A，CMOS攝像機(jī)2，2獲取樣本A相對(duì)于輻照背景的對(duì)比度，并根據(jù)這些圖像輸出的位置信息，計(jì)算樣本的重心位置。
此時(shí)，由于拍攝樣本的CMOS攝像機(jī)2配置遠(yuǎn)心鏡頭5，即使樣本A在光軸L1上(或在光軸L2上)略微移動(dòng)，樣本A的大小仍然沒(méi)有變化，因此，可以得到準(zhǔn)確的位置信息。
除此之外，由于作為背景光源的金屬鹵化物光源3射出波長(zhǎng)為400nm至450nm光，即使樣本A因高溫(2500K左右)產(chǎn)生白熾光，仍然可以得到樣本相對(duì)于背景的對(duì)比度。此外，關(guān)于樣本A的獲取圖像，由于數(shù)字信號(hào)處理器4以0.5msec至1msec(所要求的，或更小)的間隔進(jìn)行圖像邊緣增強(qiáng)的圖像處理，它輸出懸浮控制所需的樣本重心位置，從而可以懸浮熔融具有復(fù)雜形狀的樣本A，因此，可以直觀地確定在懸浮狀態(tài)下具有復(fù)雜形狀的樣本改變成球形樣本的時(shí)刻。
此外，在攝像裝置1中，由于采用金屬鹵化物光源3作為背景光源，從而避免在CMOS攝像機(jī)中鏡頭之間發(fā)生光的干涉，因此，可以更銳化獲取的圖像。此外，在攝像裝置1中，由于改變光譜特性的藍(lán)色濾光片(彩色濾光片)5粘貼到CMOS攝像機(jī)2，并在金屬鹵化物光源3與開口部分11之間配置聚焦透鏡7，可以更確實(shí)地得到樣本A相對(duì)于背景的對(duì)比度。
如上所述，在本發(fā)明的攝像裝置中，由于我們采用這樣的結(jié)構(gòu)，在樣本經(jīng)受靜電懸浮爐加熱處理時(shí)，即使樣本因高溫產(chǎn)生白熾光，仍然可以得到樣本相對(duì)于背景的對(duì)比度，并可以快速和準(zhǔn)確地輸出懸浮控制所需的重心位置。因此，可以實(shí)現(xiàn)這樣巨大的優(yōu)點(diǎn)，我們能夠直觀地確定懸浮狀態(tài)下具有復(fù)雜形狀的樣本改變成球形樣本的時(shí)刻。
此外，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的攝像裝置中，由于我們采用這樣的結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步銳化CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)得到的獲取圖像。此外，由于本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的攝像裝置是按照以上方式構(gòu)成的，可以更確實(shí)地得到樣本相對(duì)于背景的對(duì)比度。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，用于監(jiān)測(cè)靜電懸浮爐內(nèi)懸浮狀態(tài)下經(jīng)受加熱處理的樣本以輸出位置信息，包括配置遠(yuǎn)心鏡頭以拍攝樣本的CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)；背景光源，放置在遠(yuǎn)離CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)的樣本的相對(duì)側(cè)，用于輻照波長(zhǎng)為400nm至600nm的光到樣本上；和數(shù)字信號(hào)處理器，用于實(shí)時(shí)完成邊緣增強(qiáng)的圖像處理以輸出樣本在懸浮狀態(tài)下的重心位置。
2.按照權(quán)利要求1的攝像裝置，其中用于輻照波長(zhǎng)為400nm至450nm光的金屬鹵化物光源用作背景光源。
3.按照權(quán)利要求1或2的攝像裝置，其中用于改變光譜特性的彩色濾光片粘貼到CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)的遠(yuǎn)心鏡頭。
全文摘要
一種攝像裝置，包括配置遠(yuǎn)心鏡頭的CMOS攝像機(jī)，用于成像懸浮在靜電懸浮爐內(nèi)部中心的樣本；金屬鹵化物光源，放置在與樣本的CMOS攝像機(jī)相對(duì)側(cè)，用于發(fā)射波長(zhǎng)為400nm至450nm的光到樣本上；和數(shù)字信號(hào)處理器，用于實(shí)時(shí)進(jìn)行CMOS攝像機(jī)獲取圖像的邊緣增強(qiáng)圖像處理，可以輸出樣本在懸浮狀態(tài)下的重心位置，其中CMOS攝像機(jī)配置藍(lán)色濾光片。即使樣本在高溫下產(chǎn)生白熾光，攝像裝置仍能給出它的對(duì)比度，并輸出懸浮控制復(fù)雜形狀樣本所需的位置信息，從而直觀地確定復(fù)雜形狀樣本改變成球形的時(shí)刻。
文檔編號(hào)F27B14/04GK1751221SQ20048000470
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月20日
發(fā)明者旭廣明, 川崎和憲 申請(qǐng)人:石川島播磨重工業(yè)空間技術(shù)株式會(huì)社