Устройство для измерения координат цвета

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 С 01 J 3/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlPH ГННТ СССР (21) 4277696/31-25 (22) 06.07.87 (46) 23 ° 10.89. Бюл. К- 39 (71) Физико-.технический институт им.А:Ф.Иоффе и Петрозаводский государственный университет им.И.В.Куусинена (72) К.Ф.Берковская, С.Б.Гуревич, Л.А.Луизова и Н.А.Токранова (53) 535.65 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

К 1203377, кл. G 01 J 3/50, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 206858, кл. G 01 J 3/50, 1966. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ЦВЕТА (57) 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 точИзобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в колориметрии для цветовых измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерения координат цвета.

ÄÄSUÄÄ 1516805 А1

2 ности В устройство содержащее дисперсионную систему, оптически связанную с линейкой фотоэлектрических приемников, установленных в плоскости спектра дисперсионной системы, каждый иэ которых снабжен индивидуальным контактом и общей шиной, три поканальных сумматора,.введены источники управляющего напряжения и две дополнительные, идентичные первой линейки фотоэлектрических приемников, каждый иэ которых снабжен индивидуальным контактом и соединен с общей шиной. Укаэанные линейки приемников выполнены в виде симметричных п-р-и (р-и-р)— структур. Каждый приемник представляет собой два встречно включенных диода, фотоприемные площадки которых выполнены не менее чем иэ двух равных частей, причем части фотоприемных площадок обоих диодов расположены симметрично относительно центра при- Д емника, индивидуальные контакты сое динены с индивидуальными источниками фивы управляющего напряжения, все три Сп линейки фотоприемников расположены > параллельно друг другу и перпенди- р кулярно спектральным линиям, вход

00 каждого сумматора соединен с общей шиной соответствующей линейки. 3 ил.

На фиг. 1 изображена принципиальная блок-схема устройства; на фиг.2— конструкция линейки фотоприемных элементов; на фиг.3 — фотоприемный элемент, поперечный разрез.

Устройство содержит дисперсионную систему 1, линейки 2-4 фотоприемных

1516805 элемеHToB источники 5 управляющего напряжения, поканальные сумматоры 6, фотоприемные элементы 7. Каждый элемент 7 линейки имеет поэлементные

5 контакты 8 и контакт = общей шиной 9.

В состав каждого элемента 7 входят два фотодиода, фотоприемные площадки которых разцелены 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 рас- 5 текания 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 выполне30 нии условия перпендикулярности спектральных линий линейками фопоприемных элементов независимо от ширины спектральных линий два фотодиода одного элемента во всех случаях оказываются засвечены в равной степени, что обеспечивается конструкцией элемента. Условие, накладываемое на соотношение линейных размеров элемента, 40 допускает в пределах разрешающей способности линейки несовпадение направления спектральной линии с осью элемента. Равная засветка двух фотодиодов обеспечивает высокую степень инвариантности модуляционной характе45 ристики элемента к изменению суммарной освещенности. На каждом элементе производится поэлементная модуляция светового потока умножением его на коэффициент(1:/ (1, соответствующий стандартным кривым сложения координат цвета, поправленный на спектральную чувствительность фоточувствительного элемента. Промодулированные электрические сигналы от всех элементов на каждой линейке через общие шины 9 поступают на входы сумматоров 6. Просуммированные сигналь1 на выходах сумматоров 6 соответствуют координатам цвета Х, Y, 7.. Возможность модуляции квантовой эффектив— ности фотоэлектрического преобразования связана с особенностями вольтамперной характеристики каждого элемента. На поэлементные контакты и общие шины 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 общей шине.

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

Синтеэируемые на фотоприемных линейках весовые функции могут иметь самую разную форму: с любым числом перемен знака, с участками резких и плайных изменений амплитуды и т.д.

Задание синтеэируемых 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 превьппать 100, для повьппения 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 потенциометрических (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

16805

Формула

5 15 координатам цвета обеспечивают повышение точности.

Пример. В качестве исходного полупроводникового 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-и переходы в соответствии с конструкцией элементов: два фотодиода, состоящие из двух равных частей, каждый размерами 1100х10 мкм, обеспечивают равенство освещенности элемента при всех вариантах относительных сдвигов одномерного иэображения и элемента ячейки. Три линейки, центры которых расположены на расстоянии 2630 мкм друг от друга, имеют по 85 элементов.

Стандартные кривые сложения Х(A ), 7(g ) и Z(A ), определяющие синтеэируемые модуляционные кривые, пересчитывались с учетом измеренных и нормированных спектральных характеристик элементов по 85 точках с шагом 0,005 мкм. Три модуляционные .кривые линеариэировались 14-ю отрезками прямых, обеспечивающими аппроксимацию с точностью не хуже О,ЗХ. 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 пределах +0,1 В с точностью 0,01 мВ. Выставление и ориентирование спектральных линий осуществлялось выставле5 нием положения и ориентацией нулевого максимума на контрольном фотодиоде с отдельным контактом. Рассогласование при установке угла между вертикалью, проходящей через центр элемента, и спектральными линиями не превышало 2 . Принимаемый линейками

/ оптический сигнал модулировался в соответствии с поданным напряжением в пределах +! с точностью до третьего знака. В качестве сумматоров использовались операционные усилители в режиме суммирования. изобретения

Устройство для измерения координат цвета, содержащее дисперсионную систему и оптически связанную с ней линейку п фотоприемных элементов, 25 соединенных общей шиной, а также три сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены две дополнительные линейки фотоприемных эле30 ментов, идентичные первой, и Зп источников управляющего напряжения, подсоединенные к каждому элементу, при этом общая шина каждой линейки подсоединена к соответствующему сум35 ма ору, линейк фо оприем х элементов расположены параллельно одна другой и направлению дисперсии, а фотоприемные элементы выполнены в виде двух встречно включенных фото4О диодов, фотоприемные площадки каждого иэ которых выполнены из четного числа равных по площади частей, расположенных в два ряда в шахматном порядке перпендикулярно направлению

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

50 121

1516805

Фиг 2 .оставитель H.Варнавский

Техред А.Кравчук КорректорС.Черни

Редактор Е.Папп

Заказ 6376/40 Тираж 466 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С

СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ll It

Производственно-издательский комбина Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101