Устройство для измерения координат цвета Советский патент 1989 года по МПК G01J3/50 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в колориметрии для цветовых измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерения координат цвета.

На фиг.1 изображена принципиальная блок-схема устройства; на фиг.2- конструкция линейки фотоприемных элементов; на фиг.З - фотоприемный элемент, поперечньв1 разрез.

Устройство содержит дисперсионную систему 1, линейки 2-4 фотоприемных

элементов, источники 5 управляющего напряжения, поканальные сумматоры 6, фотоприемные элементы 7. Каждый -.эле- мент 7 линейки имеет поэлементные контакты 8 и контакт с общей щиной9. В состав каж;;ого элемента 7 входят два фотодиода, фотоприемные площадки которых разделены на две равные части 10 и 11. Поэлементные контакты 8 связывают элементы 7 с делителем 12 управляющего напряжения. Изолирующий слой 13 обеспечивает независимость элементов 7, Шунтирующий слой 14 снижает внутреннее сопротивление растекания каждого элемента.

Механическая прочность полупроводниковой структуры обеспечена наличием подложки 15.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на линейках фотоприемных элементов 7 обеспечивается пространственное распределение значений квантовой эффективности за счет подачи управляющих напряжений от источников 5. С помощью дисперсионной системы 1 анализируемый световой поток разлагается в спектр и направляется на три линейки 2-4 фотоприемных элементов 7. При выполнении условия перпендикулярности спектральных линий линейками фо оприем- ных элементов независимо от ширины спектральных линий два фотодиода одного элемента во всех случаях ока- зьшаются засвечены в равной степени, что обеспечивается конструкцией элемента. Условие, накладываемое на соотношение линейных размеров элемента допускает в пределах разрещающей способности линейки несовпадение направления спектральной линии с осью элемента. Равная засветка двух фотодиодов обеспечивает высокую степень инвариантности модуляционной характеристики элемента к изменению суммарной освещенности. На каждом элементе производится поэлементная модуляция светового потока умножением его на коэффициент/К/ 1, соответствующий стандартным кривым сложения координат цвета, поправленный на спектральную чувствительность фоточувствительного элемента. Промодулирован ные электрические сигналы от всех элементов на каждой линейке через общие щины 9 поступают на входы сумматоров 6. Просуммированные сигналл.1

5

0

5

0

5

0

5

0

5

на выходах сумматоров 6 соответствуют координатам цвета X , Y, Z. Возмож- , ность модуляции квантовой эффективности фотоэлектрического преобразования связана с особенностями вольт- амперной характеристики каждого элемента. На поэлементные контакты и общие щины каждой из трех линеек подается напряжение от поэлементных источников смещения. Один и тот же оптический сигнал, поступающий через дисперсионную систему на три фотоприемных элемента трех линеек, оказывается промодулирован в соответствии с тремя координатами цвета. Суммирование усиленных сигналов по всем элементам в каждом канале осуществляется сумматором, подключенным к ,ей шине.

Устойчивость вольт-амперной характеристики каждого фотоприемного элемента и ее независимость от интенсивности регистрируемого светового потока в нормированной форме обеспечивается конструкцией линейки.

Синтезируемые на фотоприемных линейках весовые функции могут иметь самую разную форму: с любым числом перемен знака, с участками резких и плабных изменений амплитуды и т.д. Задание синтезируемых кривых ограничено размерами фотолинеек, количеством контактов. Для модуляции квантовой эффективности требуется индивидуальный источник смещения для каждого фотоэлектрического приемника, подсоединенный к индивидуальному контакту соответствующего приемника. Но обычно число выводов не должно превьщ1ать 100, для повышения надежности его стремятся сделать менее 40. Для уменьшения количества контактов группы элементарных приемников объединяются во фрагменты так, что независимое управление весовыми коэффициентами внутри фрагментов снимается за .счет введения потенциомет- рических (делительных) слоев. Делительные слои, выполненные омическими, обеспечивают линейное изменение напряжения смещения на приемниках без индивидуальной подачи напряжения за счет линейного изменения сопротивления с ростом расстояния между омическими контактами.

Таким образом, показано, что синтез симметричной модуляционной кривой и оптическое разделение сигнала по

515

координатам цвета обеспечивают повышение точности.

Пример. В качестве исходного полупроводнико-вого материала для изготовления линеек фотоприемных элементов выбирают n-Si с удельным сопротивлением 7,5 Ом см. Пластины ориентируют в плоскости (110), их исходная толщина 600 мкм. Пластины рельефно вертикально протравливают в участках изолирующих слоев 13 на глубину 18 мкм. Расположением изолирующих слоев закладывается шаг элементов 80 мкм. Рельеф окисляют, наращивая слой SiO толщиной 1 мкм. Затем создают подложку 15, осаждая поликремний при 1100°С. После этого производят прецизионную шлифовку пластины со стороны, противоположной нанесенному рельефу. На лицевой стороне создают р-п переходы в соответствии с конструкцией элементов: два фотодиода, состоящие из двух равных частей, каждый размерами 1100x10 мкм, обеспечивают равенство освещенности элемента при всех вариантах относительных сдвигов одномерного изображения и элемента ячейки. Три линейки, центры которых расположены на расстоянии 2630 мкм друг от друга, имеют по 85 элементов.

Стандартные кривые сложения Х(л), ( Д ) и 2(7у), определяющие синтезируемые модуляционные кривые, пересчитывались с учетом измеренных и нормированных спектральных характеристик элементов по 85 точках с ща- гом 0,005 мкм. Три модуляционные кривые линеаризировались 14-ю отрезками прямых, обеспечивающими аппроксимацию с точностью не хуже 0,3%. В местах перегиба производилась распайка контактов к линейным делителям 12 управляющего напряжения.

В качестве источников управляющего напряжения использовались источники питания, позволяющие производить установку напряжения в преде68056

лах +0,1 В с точностью 0,01 мВ. Выставление и ориентирование спектральных линий осуществлялось выставлением положения и ориентацией нулевого максимума на контрольном фотодиоде с отдельным контактом. Рассогласование при установке угла между вертикалью, проходящей через центр мента, и спектральными линиями не превышало 2 . Принимаемый линейками оптический сигнал модулировался в соответствии с поданным напряжением в пределах +1 с точностью до третьего

15 знака. В качестве сумматоров использовались операционные усилители в режиме суммирования.

Формула изобретения

20

Устройство для измерения координат цвета, содержащее дисперсионную систему к оптически связанную с ней линейку п фотоприемных элементов,

соединенных общей щиной, а также три сумматора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены две дополнительные линейки фотоприемных элементов, идентичные первой, и Зп источников управляющего напряжения, подсоединенные к каждому элементу, при этом общая шина каящой линейки подсоединена к соответствующему сумматору, линейки фотоприемных элементов расположены параллельно одна другой и направлению дисперсии, а фотоприемные элементы выполнены в виде двух встречно включенных фотодиодов, фотоприемные площадки каждого из которых выполнены из четного числа равных по площади частей, расположенных в два ряда в шахматном порядке перпендикулярно направлению

дисперсии, причем линейный размер h фотоприемного элемента в направлении, перпендикулярном дисперсии, связан с линейным размером 1 элемента в направлении дисперсии соотношением

121 h 61501.

fM.1

Ъ/г

/J

Фиг 2

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к фотоприемным устройствам, преобразующим пространственное распределение освещенности во временную последовательность электрических сигналов, и касается цветовых измерений и может быть использовано в лакокрасочной, текстильной, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности, а также для медицинских и биологических целей. Целью изобретения является увеличение точности. В устройство, содержащее дисперсионную систему, оптически связанную с линейкой фотоэлектрических приемников, установленных в плоскости спектра дисперсионной системы, каждый из которых снабжен индивидуальным контактом и общей шиной, три поканальных сумматора, введены источники управляющего напряжения и две дополнительные, идентичные первой линейки фотоэлектрических приемников, каждый из которых снабжен индивидуальным контактом и соединен с общей шиной. Указанные линейки приемников выполнены в виде симметричных п-р-п /р-п-р/-структур. Каждый приемник представляет собой два встречно включенных диода, фотоприемные площадки которых выполнены не менее чем из двух равных частей, причем части фотоприемных площадок обоих диодов расположены симметрично относительно центра приемника, индивидуальные контакты соединены с индивидуальными источниками управляющего напряжения, все три линейки фотоприемников расположены параллельно друг другу и перпендикулярно спектральным линиям, вход каждого сумматора соединен с общей шиной соответствующей линейки. 3 ил.

.

% /

. J