色彩传感器,色彩传感器原理是什么?

色彩传感器,色彩传感器原理是什么?

色彩传感器在终端设备中起着极其重要的作用，比如色彩监视器的校准装置；彩色打印机和绘图仪；涂料、纺织品和化妆品制造，以及医疗方面的应用，如血液诊断、尿样分析和牙齿整形等。色彩传感器系统的复杂性在很大程度上取决于其用于确定色彩的波长谱带或信号通道的数量。此类系统种类繁多，从相对简单的三通道色度计到多频带频谱仪不一而足。

色彩传感器工作原理

色敏器件

双色硅色敏器件的一维模型与等效电路如图1 所示。

下面介绍几种色彩传感器的解决方案。

具有滤色器的分立型光电二极管

感测色彩的传统做法是采用把三至四个光电二极管组合在一块芯片上的结构，而将红、绿、蓝滤色器置于光电二极管的表面(通常将两个蓝滤色器组合在一起以补偿硅片对于蓝光的低灵敏度)。独立的跨阻抗放大器将每个光电二极管的输出馈送到具有8～12 位典型分辨率的A/D 转换器中。A/D 转换器的输出随后被馈送至一个微控制器或其他类型的数字处理器中。

这种方法的主要优点是灵活性高，因为能够使放大器的增益和带宽以及A/D 转换器的速度和分辨率适合具体应用的要求，从而可以对设计进行调整以实现性能与成本的折中。为获得这种灵活性所付出的代价是增加了设计复杂性，另外也使模拟电路的电路板布局变得非常苛刻。该方案的主要应用包括：工业控制中需要短暂响应时间的高速过程检验，或因光照条件不定而要求随意调节增益和速度的应用。

集成光-电压转换器

另一种方法是将用于单一色彩谱带的一个光电二极管、滤色器和跨阻抗放大器组合在一块芯片上。与分离型实现方案一样，三个元件的输出被馈送到一个外部三通道A/D 转换器中，接着进行数字处理。Texas Advanced Optoelectronic Solutions(TAOS)公司推出的TSLR257、TSLG257 和TSLB257(见图1)就是这些元件的实例。

这种方法所需的元件数量比分立型光电二极管的要少，由于对噪声敏感的模拟电路位于芯片之上，因此压缩了电路板的占用空间，降低了安装成本，并且简化了设计和电路板布局。缺点是传感器的增益和灵敏度不能动态地改变。该方法的应用实例包括：具有定义明确的光照条件、空间约束条件、灵敏度要求的系统或那些对面市时间或设计周期有着较高要求的系统。

集成光-频率转换器

第三种方法是将光强度直接转换为频率分别与每个红、绿、蓝通道的红、绿、蓝光分量的强度成正比的一个脉冲序列。给微处理器或另一个数字处理器提供一个直接接口就可以无需增设A / D 转换器。TAOS 公司的TCS230 就是此类器件的一个实例。它把红、绿和蓝传感器- 滤波器组合(和一个没有滤波器的额外“干净”传感器)划分为栅格状，从而将元素扩散到整个感测区域，因此不再需要光扩散器。将每种颜色的光电二极管并联起来最终可使任何不均匀的照度达到平衡。

该方案取消了跨阻抗放大器和A/D转换器，处理器只是简单地测量周期或计算一个周期内来自传感器的脉冲数。传感器和数字处理器之间的直接接口还提供了高水平的抗噪声度，为将传感器放置在远处创造了条件。

RGB- 频率转换法的局限性会在光强度较低的应用中显现出来。光强度较低，产生的频率也会随之降低，从而增加了转换时间。该方案的应用实例包括：空间因素至关重要的便携式系统和需要以低成本来实现更高分辨率的系统。