色彩傳感器,色彩傳感器原理是什么?

色彩傳感器,色彩傳感器原理是什么?

色彩傳感器在終端設備中起著極其重要的作用，比如色彩監(jiān)視器的校準裝置；彩色打印機和繪圖儀；涂料、紡織品和化妝品制造，以及醫(yī)療方面的應用，如血液診斷、尿樣分析和牙齒整形等。色彩傳感器系統(tǒng)的復雜性在很大程度上取決于其用于確定色彩的波長譜帶或信號通道的數(shù)量。此類系統(tǒng)種類繁多，從相對簡單的三通道色度計到多頻帶頻譜儀不一而足。

色彩傳感器工作原理

色敏器件

雙色硅色敏器件的一維模型與等效電路如圖1 所示。

下面介紹幾種色彩傳感器的解決方案。

具有濾色器的分立型光電二極管

感測色彩的傳統(tǒng)做法是采用把三至四個光電二極管組合在一塊芯片上的結(jié)構(gòu)，而將紅、綠、藍濾色器置于光電二極管的表面(通常將兩個藍濾色器組合在一起以補償硅片對于藍光的低靈敏度)。獨立的跨阻抗放大器將每個光電二極管的輸出饋送到具有8～12 位典型分辨率的A/D 轉(zhuǎn)換器中。A/D 轉(zhuǎn)換器的輸出隨后被饋送至一個微控制器或其他類型的數(shù)字處理器中。

這種方法的主要優(yōu)點是靈活性高，因為能夠使放大器的增益和帶寬以及A/D 轉(zhuǎn)換器的速度和分辨率適合具體應用的要求，從而可以對設計進行調(diào)整以實現(xiàn)性能與成本的折中。為獲得這種靈活性所付出的代價是增加了設計復雜性，另外也使模擬電路的電路板布局變得非常苛刻。該方案的主要應用包括：工業(yè)控制中需要短暫響應時間的高速過程檢驗，或因光照條件不定而要求隨意調(diào)節(jié)增益和速度的應用。

集成光-電壓轉(zhuǎn)換器

另一種方法是將用于單一色彩譜帶的一個光電二極管、濾色器和跨阻抗放大器組合在一塊芯片上。與分離型實現(xiàn)方案一樣，三個元件的輸出被饋送到一個外部三通道A/D 轉(zhuǎn)換器中，接著進行數(shù)字處理。Texas Advanced Optoelectronic Solutions(TAOS)公司推出的TSLR257、TSLG257 和TSLB257(見圖1)就是這些元件的實例。

這種方法所需的元件數(shù)量比分立型光電二極管的要少，由于對噪聲敏感的模擬電路位于芯片之上，因此壓縮了電路板的占用空間，降低了安裝成本，并且簡化了設計和電路板布局。缺點是傳感器的增益和靈敏度不能動態(tài)地改變。該方法的應用實例包括：具有定義明確的光照條件、空間約束條件、靈敏度要求的系統(tǒng)或那些對面市時間或設計周期有著較高要求的系統(tǒng)。

集成光-頻率轉(zhuǎn)換器

第三種方法是將光強度直接轉(zhuǎn)換為頻率分別與每個紅、綠、藍通道的紅、綠、藍光分量的強度成正比的一個脈沖序列。給微處理器或另一個數(shù)字處理器提供一個直接接口就可以無需增設A / D 轉(zhuǎn)換器。TAOS 公司的TCS230 就是此類器件的一個實例。它把紅、綠和藍傳感器- 濾波器組合(和一個沒有濾波器的額外“干凈”傳感器)劃分為柵格狀，從而將元素擴散到整個感測區(qū)域，因此不再需要光擴散器。將每種顏色的光電二極管并聯(lián)起來最終可使任何不均勻的照度達到平衡。

該方案取消了跨阻抗放大器和A/D轉(zhuǎn)換器，處理器只是簡單地測量周期或計算一個周期內(nèi)來自傳感器的脈沖數(shù)。傳感器和數(shù)字處理器之間的直接接口還提供了高水平的抗噪聲度，為將傳感器放置在遠處創(chuàng)造了條件。

RGB- 頻率轉(zhuǎn)換法的局限性會在光強度較低的應用中顯現(xiàn)出來。光強度較低，產(chǎn)生的頻率也會隨之降低，從而增加了轉(zhuǎn)換時間。該方案的應用實例包括：空間因素至關(guān)重要的便攜式系統(tǒng)和需要以低成本來實現(xiàn)更高分辨率的系統(tǒng)。