Neue Möglichkeiten mit LEDs
Sensoren für das richtige Licht
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Maßnahmen zur Verbesserung der Messgenauigkeit
Während alle Betrachtungen bisher für alle integrierten Farb-Sensoren gelten, sind die im folgenden beschriebenen Eigenschaften nur für bestimmte Sensor-Typen zutreffend, insbesondere für den TCS3414 von TAOS/austriamicrosystems.
Geometrische Abweichungen
Die Streuung der geometrischen Daten sowohl der Diode als auch ihrer Filter etc. haben zwar Einfluss auf die Signalgröße. Aufgrund des hohen technischen Niveaus in der Wafer-Fertigung und -Verarbeitung kann aber ein sehr hohes Gleichmaß für alle Sensor-Typen angenommen werden. Der entstehende Effekt kann vernachlässigt werden, mindestens aber spielt er nur eine untergeordnete Rolle.
Elektronische Abweichungen
- Während die Fluktuation der geometrischen Daten auf die Signalerzeugung als sehr gering angenommen wird, ist der Effekt auf elektronische Komponenten bei gleichem Maß der Änderung sicherlich viel deutlicher. Schon sehr kleine Schwankungen bei Widerständen und Kondensatoren, die auf den Chip aufgebracht sind, verändern das Maß der Vorverstärkung recht deutlich. Um diese statistische Verteilung enger an den Sollwert zu schmiegen, sind die TAOS-Sensoren intelligent beschaltet. Während des Produktionstests können alle die Sensoren, die nicht im spezifizierten Bereich liegen, durch einen Trimmvorgang in diesen hineingezwungen werden. Kein Sensor, der funktioniert, liegt außerhalb der Spezifikation.
- Weil der Temperatureinfluss auf den Dunkelstrom sehr groß ist, ist eine Unterdrückung besonders wirkungsvoll. TAOS wendet auf seinen Sensoren patentierte Verfahren an, die diesen Stromanteil kompensieren. Für den TCS3414CS zum Beispiel beträgt die Temperatur-Drift der Signalerzeugung typischerweise nur 200 ppm/°C im Temperaturbereich zwischen --40 °C und +85 °C und im Bereich l ≤ 700 nm.
- Die Veränderung des zeitlichen Verhaltens als Folge der Temperaturerhöhung auf dem Chip kann umgangen werden, wenn man von extern ein entsprechendes Signal einspeist, das nicht oder wenigstens deutlich weniger durch die Temperatur verändert wird. Der TCS3414 bietet einen Eingang für ein externes Sync.-Signal an. Bild 4 zeigt den möglichen Effekt deutlich.
Degradation durch Alterung oder besondere Belastung
Das Material, das für die Produktion von Farb-Sensoren verwendet wird, mag sich im Laufe der Zeit und während des Betriebes verändern. Aber weder für das Silizium noch für die Filter konnten bei TAOS irgendwelche Effekte beobachtet werden. Auch sind solche Beobachtungen nicht von anderen Herstellern bekannt. Einzig das für das so genannte FN-Gehäuse verwendete Kunststoffmaterial zeigt nach extremen Temperaturbelastungen eine Veränderung. Es wird gelb (so genannter Yellowing-Effekt), was bedeutet, dass der Blauanteil der Messung betroffen ist. Falls die Messaufgabe mehr im langwelligen Bereich liegt, ist abzuwägen, ob das wirklich störend ist. Um ganz sicher zu gehen, kann man statt des Gehäuses aus Plastik ein Glasgehäuse (Chip Scale) auswählen. Für dieses Material ist nämlich auch kein Alterungseffekt bekannt. Diese „Chip Scale“-Variante hat auch den Vorteil, in diesem speziellen Fall über einen IR-Interferenzfilter zu verfügen, der den Sensor vollständig abdeckt.
- Sensoren für das richtige Licht
- Ursachen für Toleranzen im Sensor
- Die Bausteine des Systems
- Maßnahmen zur Verbesserung der Messgenauigkeit
- Die Lösung der Messaufgabe
- Literatur und Autorenvorstellungen
