[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2431906C1 - Method of picking up optical signal, device for realising said method and object scanning method - Google Patents

Method of picking up optical signal, device for realising said method and object scanning method Download PDF

Info

Publication number
RU2431906C1
RU2431906C1 RU2010125945/28A RU2010125945A RU2431906C1 RU 2431906 C1 RU2431906 C1 RU 2431906C1 RU 2010125945/28 A RU2010125945/28 A RU 2010125945/28A RU 2010125945 A RU2010125945 A RU 2010125945A RU 2431906 C1 RU2431906 C1 RU 2431906C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
matrix
light flux
layers
photosensitive elements
flux
Prior art date
Application number
RU2010125945/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Олегович Федосеенко (RU)
Алексей Олегович Федосеенко
Денис Николаевич Глинский (RU)
Денис Николаевич Глинский
Original Assignee
Алексей Олегович Федосеенко
Денис Николаевич Глинский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Олегович Федосеенко, Денис Николаевич Глинский filed Critical Алексей Олегович Федосеенко
Priority to RU2010125945/28A priority Critical patent/RU2431906C1/en
Priority to PCT/RU2011/000256 priority patent/WO2011162636A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2431906C1 publication Critical patent/RU2431906C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/30Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/36Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57Control of the dynamic range
    • H04N25/58Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/581Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method of picking up an optical signal involves decomposing light flux into spectral components, forming coherent light flux therefrom and directing the obtained flux onto the surface of a sensor in form of a CCD matrix. The matrix has at least two layers of photosensitive elements. Light flux photons are absorbed by the photosensitive elements of the layer of the matrix which is first relative their direction of motion and/or at least one of the next layers when photons break through the previous layers, and photosensitive elements of the layers accumulate electric charge by absorbing photons. The decomposed light flux is distributed on the surface of the matrix to form at least two regions, in each of which part of the spectrum of the decomposed light flux is absorbed, and the intensity value of the light flux is determined for each part of the spectrum from total charge accumulated by the photosensitive elements on all layers of the matrix in each of its regions.
EFFECT: high accuracy of determining intensity of light flux in different spectral regions.
13 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к фотоэлектронной технике, а именно к технологии регистрации светового сигнала, а также к способам сканирования объектов с использованием данной технологии. Изобретение может быть использовано, в частности, для сканирования любых цветовых носителей информации как на просвет, так и на отражение (например, кинопленок, фотопленок и т.д.), для сканирования любых материальных объектов (как на просвет, так и на отражение), в том числе любых небесных тел, а также клеток, частиц, молекул, живых тканей, для дефектоскопии материалов и изделий, для фото-, кино- и видео съемки, в т.ч. видео наблюдения, для съемки и регистрации голографических объектов, для наблюдения и регистрации степени освещенности материальных объектов и структур на их базе. При этом изобретение может быть использовано в следующих устройствах: киносканеры, кинокамеры телекамеры, видеокамеры, фотокамеры, цифровые камеры наблюдения, движения, ночного видения и др., цифровые бинокли, подзорные трубы, телескопы, электронные микроскопы, дефектоскопы, копиры, парктроники, медицинские зонды, устройства для «искусственного зрения», устройства ручного ввода, геодезические устройства регистрации, метеорологические устройства регистрации, устройства для астрономической съемки и аэрофотосъемки, стерео- и 3D-сканеры, сканеры документооборота, устройства обратной связи, в системах регистрации объектов, устройства для наблюдения и регистрации освещенности объектов материальной структуры.The invention relates to photoelectronic technology, in particular to a technology for recording a light signal, as well as to methods for scanning objects using this technology. The invention can be used, in particular, for scanning any color information media both for transparency and reflection (for example, film, film, etc.), for scanning any material objects (both for transparency and reflection) , including any celestial bodies, as well as cells, particles, molecules, living tissues, for flaw detection of materials and products, for photo, film and video shooting, including observation video for shooting and recording holographic objects, for observing and recording the degree of illumination of material objects and structures based on them. Moreover, the invention can be used in the following devices: movie scanners, movie cameras, video cameras, cameras, digital surveillance cameras, motion cameras, night vision cameras, etc., digital binoculars, telescopes, telescopes, electron microscopes, flaw detectors, copiers, parking sensors, medical probes , devices for artificial vision, manual input devices, geodetic recording devices, meteorological recording devices, devices for astronomical and aerial photography, stereo and 3D scanners, with Ahner document, the feedback device, registration systems, objects, devices for observing and registering the illumination of objects of material structure.

В общем случае целью регистрации светового сигнала является определение интенсивности светового потока в различных частях светового спектра.In the general case, the goal of registering a light signal is to determine the intensity of the light flux in various parts of the light spectrum.

Из уровня техники известен способ и устройство для регистрации светового излучения по областям RGB светового спектра (см. US 6532086 B1, 11.03.2003). Согласно способу световой поток направляют на поверхность ПЗС (CCD) TDI матрицы активных пикселов. При этом матрица имеет три области (RGB), в каждой из которых световой поток поглощается в определенной части спектра (в «красной» (R) «зеленой» (G) и «синей» (В)). Такое избирательное поглощение света обеспечивается за счет применения светофильтров, нанесенных на поверхность матрицы. При попадании фотонов светового потока на поверхность матрицы они (в большинстве случаев) поглощаются ее светочувствительными элементами, образуя электроны. По суммарному накопленному заряду этих электронов в каждой из трех упомянутых областей определяют интенсивность светового потока (яркостную характеристику) в каждой части спектра (RGB).The prior art method and device for recording light radiation in the regions of the RGB light spectrum (see US 6532086 B1, 03/11/2003). According to the method, the light flux is directed to the surface of the CCD (CCD) TDI matrix of active pixels. Moreover, the matrix has three regions (RGB), in each of which the light flux is absorbed in a certain part of the spectrum (in the “red” (R), “green” (G) and “blue” (B)). Such selective absorption of light is ensured through the use of light filters deposited on the surface of the matrix. When photons of the light flux hit the surface of the matrix, they (in most cases) are absorbed by its photosensitive elements, forming electrons. By the total accumulated charge of these electrons in each of the three mentioned regions, the light flux intensity (luminance characteristic) in each part of the spectrum (RGB) is determined.

Однако данные способ и устройство позволяют определять интенсивность светового потока только в трех областях видимой части спектра (RGB), игнорируя остальные области. Кроме того, не все фотоны светового потока, попадающие на поверхность матрицы, будут поглощены ее светочувствительными элементами, что вносит большую ошибку в достоверность получаемых данных.However, these method and device allow determining the intensity of the light flux in only three regions of the visible part of the spectrum (RGB), ignoring the remaining regions. In addition, not all photons of the light flux entering the matrix surface will be absorbed by its photosensitive elements, which introduces a large error in the reliability of the data obtained.

Задачей заявленного изобретения является создание способа и устройства для регистрации светового сигнала, которые позволяют с большой точностью определить интенсивность светового потока (яркостную характеристику) в видимой части спектра и прилегающей к ней областям (ультрафиолетовая, инфракрасная).The objective of the claimed invention is the creation of a method and device for recording a light signal that can accurately determine the intensity of the light flux (luminance characteristic) in the visible part of the spectrum and adjacent areas (ultraviolet, infrared).

Кроме того, задачей изобретения является создание способа сканирования объектов, использующего способ и устройство для регистрации светового сигнала и обеспечивающего возможность получения более качественного цифрового образа.In addition, the object of the invention is to provide a method for scanning objects using a method and apparatus for registering a light signal and providing the possibility of obtaining a better digital image.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении точности определения интенсивности светового потока в различных областях спектра за счет максимального «поглощения» светочувствительными элементами фотонов света, попадающих на поверхность ПЗС-матрицы.The technical result of the claimed invention is to improve the accuracy of determining the intensity of the light flux in various regions of the spectrum due to the maximum "absorption" of light-sensitive elements of photons of light falling on the surface of the CCD.

Указанный технический результат достигается в способе регистрации светового сигнала за счет того, что он включает разложение светового потока на составляющие спектра, формирование из него когерентного поляризованного светового потока, направление полученного потока на поверхность датчика в виде ПЗС-матрицы, имеющей по меньшей мере два слоя фоточувствительных элементов, обеспечивающих поглощение фотонов светового потока фоточувствительными элементами первого относительно их движения слоя матрицы и/или по меньшей мере одного из последующих ее слоев при пробое фотонами предыдущих слоев с накоплением фоточувствительными элементами слоев электрических зарядов, причем разложенный световой поток распределяют по поверхности матрицы с образованием по меньшей мере двух областей, в каждой из которых поглощается часть спектра разложенного светового потока, после чего определяют значения интенсивности светового потока для каждой части спектра по суммарному заряду, накопленному фоточувствительными элементами на всех слоях матрицы в каждой из ее областей.The specified technical result is achieved in the method of recording the light signal due to the fact that it includes the decomposition of the light flux into spectrum components, the formation of a coherent polarized light flux from it, the direction of the resulting flux to the sensor surface in the form of a CCD matrix with at least two photosensitive layers elements providing the absorption of photons of the light flux by the photosensitive elements of the first with respect to their motion, the matrix layer and / or at least one of the its traveling layers during the breakdown by photons of the previous layers with the accumulation of layers of electric charges by the photosensitive elements, and the decomposed light flux is distributed over the matrix surface with the formation of at least two regions, in each of which a part of the spectrum of the decomposed light flux is absorbed, and then the values of the light flux intensity are determined for each part of the spectrum according to the total charge accumulated by photosensitive elements on all layers of the matrix in each of its regions.

Кроме того, технический результат достигается за счет того, чтоIn addition, the technical result is achieved due to the fact that

- при направлении светового потока на поверхность датчика в виде ПЗС-матрицы, этот поток имеет вертикальную поляризацию по отношению к плоскости датчика.- when the light flux is directed to the sensor surface in the form of a CCD matrix, this flux has vertical polarization with respect to the sensor plane.

- в качестве каждой из упомянутых областей матрицы используют по меньшей одну строку пикселов из фоточувствительных элементов.- at least one row of pixels from photosensitive elements are used as each of the mentioned areas of the matrix.

- в качестве ПЗС-матрицы используют TDI-матрицу.- a TDI matrix is used as a CCD.

Указанный технический результат достигается в ПЗС-матрице для регистрации светового сигнала за счет того, что она содержит:The specified technical result is achieved in the CCD matrix for recording a light signal due to the fact that it contains:

по меньшей мере два слоя фоточувствительных элементов, выполненных с возможностью поглощения фотонов светового потока фоточувствительными элементами первого относительно их движения слоя матрицы и/или по меньшей мере одного из последующих ее слоев при пробое фотонами предыдущих слоев и накопления фоточувствительными элементами слоев электрических зарядов, при этом матрица снабжена электродами параллельного переноса заряда для его перетекания от одного слоя к другому и имеет по меньшей мере две области, выполненные с возможностью поглощения в каждой из них части спектра разложенного светового потока.at least two layers of photosensitive elements configured to absorb photons of the light flux by the photosensitive elements of the first layer of the matrix relative to their movement and / or at least one of its subsequent layers when the photons break through the previous layers and the photosensitive elements accumulate layers of electric charges, the matrix equipped with electrodes for parallel charge transfer for its flow from one layer to another and has at least two areas configured to absorption in each part of the spectrum decomposed light flux.

Кроме того, указанный технический результат достигается за счет того, что:In addition, the specified technical result is achieved due to the fact that:

- каждая упомянутая область слоя выполнена в виде по меньшей мере одной строки активных пикселов из фоточувствительных элементов.- each mentioned region of the layer is made in the form of at least one row of active pixels from photosensitive elements.

- в последнем слое матрицы установлены выходные элементы, а пикселы каждой строки в последнем слое соединены электродами последовательного переноса заряда, для перетекания накопленного заряда со всех слоев в каждой строке к выходным элементам.- in the last layer of the matrix, the output elements are installed, and the pixels of each row in the last layer are connected by electrodes of sequential charge transfer to transfer the accumulated charge from all layers in each row to the output elements.

Указанный технический результат достигается в способе сканирования объекта за счет того, что он включает:The specified technical result is achieved in the method of scanning an object due to the fact that it includes:

направление потока белого или ультрафиолетового или инфракрасного света на объект сканирования с получением светового потока со спектральной и яркостной характеристиками, соответствующими сканируемой области объекта, и последующую регистрацию полученного светового сигнала.the direction of the flow of white or ultraviolet or infrared light to the object to be scanned to obtain a light stream with spectral and brightness characteristics corresponding to the scanned area of the object, and the subsequent registration of the received light signal.

Кроме того, указанный технический результат достигается за счет того, что:In addition, the specified technical result is achieved due to the fact that:

- используют поток белого, или ультрафиолетового, или инфракрасного света с выровненной амплитудой по спектру.- use a stream of white, or ultraviolet, or infrared light with aligned spectrum amplitude.

- объект сканирования перемещают относительно светового потока.- the scan object is moved relative to the light flux.

Стандартная ПЗС-матрица (широко используемая в различных устройствах) чаще всего представляет собой аналоговую интегральную микросхему, состоящую из светочувствительных фотодиодов и использующую технологию ПЗС-приборов с зарядовой связью. Обычно ПЗС-матрица состоит из поликремния, отделенного от кремниевой подложки, у которой при подаче напряжения через поликремневые затворы изменяются электрические потенциалы вблизи электродов. До экспонирования обычно подачей определенной комбинации напряжений на электроды происходит сброс всех ранее образовавшихся зарядов и приведение всех элементов в идентичное состояние. Далее комбинация напряжений на электродах создает потенциальную яму, в которой могут накапливаться электроны, образовавшиеся в данном пикселе матрицы в результате воздействия света при экспонировании. Чем интенсивнее световой поток во время экспозиции, тем больше накапливается электронов в потенциальной яме, соответственно тем выше итоговый заряд данного пиксела.The standard CCD matrix (widely used in various devices) most often is an analog integrated circuit consisting of photosensitive photodiodes and using charge-coupled CCD technology. Typically, the CCD matrix consists of polysilicon, separated from the silicon substrate, which, when voltage is applied through polysilicon gates, the electric potentials near the electrodes change. Before exposure, usually by applying a certain combination of voltages to the electrodes, all previously formed charges are reset and all elements are brought to an identical state. Further, the combination of voltages at the electrodes creates a potential well in which electrons can be accumulated that are formed in a given pixel of the matrix as a result of exposure to light during exposure. The more intense the light flux during exposure, the more electrons accumulate in the potential well, respectively, the higher the total charge of this pixel.

Таким образом, при регистрации светового сигнала световой поток направляют на светочувствительную поверхность ПЗС-элементов, задача которых состоит в преобразовании энергии фотонов в электрический заряд. В общем случае это происходит следующим образом.Thus, when registering the light signal, the light flux is directed to the photosensitive surface of the CCD elements, the task of which is to convert the photon energy into an electric charge. In general, this happens as follows.

Для фотона, упавшего на ПЗС-элемент, есть три варианта развития событий - он либо «срикошетирует» от поверхности, либо будет поглощен в толще полупроводника (материала матрицы), либо «пробьет насквозь» ее «рабочую зону». Фотоны, которые были поглощены матрицей, образуют пару электрон-дырка, если произошло взаимодействие с атомом кристаллической решетки полупроводника, или же только электрон (либо дырку), если взаимодействие было с атомами донорных либо акцепторных примесей. Однако те фотоны, которые «срикошетили» или «пробили» матрицу насквозь, не могут быть учтены при определении интенсивности светового потока. Очевидно, что требуется создать такую матрицу, в которой потери от «рикошета» и «прострела навылет» были бы минимизированы.For a photon that has fallen on a CCD element, there are three options for the development of events - it will either “ricochet” from the surface, or will be absorbed in the bulk of the semiconductor (matrix material), or “will pierce through” its “working zone”. Photons that were absorbed by the matrix form an electron-hole pair if interaction with the atom of the semiconductor crystal lattice occurs, or only an electron (or hole) if the interaction was with atoms of donor or acceptor impurities. However, those photons that “ricocheted” or “pierced” the matrix through and through cannot be taken into account when determining the intensity of the light flux. Obviously, it is necessary to create a matrix in which the losses from the “rebound” and “lumbar sweep” would be minimized.

Предпочтительный вариант конструкции матрицы по заявленному изобретению показан на фиг.1А и ее отдельный слой на фиг.1Б.A preferred embodiment of the matrix of the claimed invention is shown in FIG. 1A and its separate layer in FIG. 1B.

Заявленная матрица в отличие от известных аналогов содержит не один, а по меньшей мере два фоточувствительных слоя 1 активных пикселов 2. При этом каждый из слоев имеет по меньшей мере две области 3, каждая из которых поглощает разложенный световой поток 4 в различных частях светового спектра.The claimed matrix, in contrast to known analogues, contains not one but at least two photosensitive layers 1 of active pixels 2. Moreover, each of the layers has at least two regions 3, each of which absorbs the decomposed light flux 4 in different parts of the light spectrum.

Предпочтительно указанные области выполнены в виде одной или нескольких строк. Для переноса электронов от слоя к слою матрица снабжена электродами 5 параллельного переноса заряда. При этом на последнем слое матрицы пиксели каждой строки (области) матрицы соединены электродами 6 последовательного переноса заряда для «перетекания» накопленного заряда на всех слоях в каждой из областей к выходным элементам 7 матрицы.Preferably, these areas are made in the form of one or more lines. For electron transfer from layer to layer, the matrix is equipped with electrodes 5 for parallel charge transfer. At the same time, on the last layer of the matrix, the pixels of each row (region) of the matrix are connected by electrodes 6 for sequential charge transfer to “flow” the accumulated charge on all layers in each of the regions to the output elements 7 of the matrix.

Предпочтительный вариант архитектуры многослойного пиксела 2 в заявленной матрице показан на фиг.2.The preferred architecture of the multilayer pixel 2 in the inventive matrix is shown in figure 2.

Пиксел 2 представляет из себя набор фоточувствительных полупроводниковых элементов 8, размещенных в многослойной подложке 9. Перед первым слоем установлена линза 10 (в случае, если используется отраженный свет) и прозрачный электрод 11, который отделен от первого слоя изолятором 12. Каждый слой матрицы имеет зону генерации носителей заряда 13 и зону потенциальной ямы 14. При этом слои отделены друг от друга с помощью прозрачных или полупрозрачных прослоек 15.The pixel 2 is a set of photosensitive semiconductor elements 8 placed in a multilayer substrate 9. In front of the first layer there is a lens 10 (in case reflected light is used) and a transparent electrode 11, which is separated from the first layer by an insulator 12. Each matrix layer has a zone the generation of charge carriers 13 and the zone of the potential well 14. In this case, the layers are separated from each other using transparent or translucent layers 15.

Работа заявленной матрицы осуществляется следующим образом.The work of the claimed matrix is as follows.

Световой поток предварительно раскладывают на составляющие спектра и «выравнивают» с получением когерентного поляризованного светового потока (световые потоки по всему спектру движутся параллельно друг другу). В таком виде поток направляют на поверхность датчика в виде ПЗС-матрицы. При этом предпочтительно при направлении на поверхность матрицы, чтобы световой поток имел вертикальную поляризацию по отношению к плоскости датчика. Световой поток распределяют по поверхности матрицы таким образом, что образуется по меньшей мере две области, в каждой из которых поглощается одна из частей разложенного спектра, т.е. поглощается световой поток с определенной длиной волны. Как было упомянуто ранее, при попадании фотонов на поверхность матрицы большинство из них вступают во взаимодействие с фоточувствительными элементами, образуя электроны и накапливая их в зоне потенциальной ямы 14. При этом некоторые фотоны могут пройти насквозь один или несколько слоев 1 матрицы, в этом случае фотоны будут поглощены одним из последующих слоев. Таким образом, заряд будет возникать также и на промежуточных слоях матрицы.The luminous flux is preliminarily decomposed into the components of the spectrum and “aligned” to obtain a coherent polarized luminous flux (the luminous fluxes throughout the spectrum move parallel to each other). In this form, the flow is directed to the surface of the sensor in the form of a CCD matrix. In this case, it is preferable, when directed to the surface of the matrix, that the light flux has vertical polarization with respect to the plane of the sensor. The luminous flux is distributed over the matrix surface in such a way that at least two regions are formed, in each of which one of the parts of the decomposed spectrum is absorbed, i.e. the light flux with a certain wavelength is absorbed. As mentioned earlier, when photons hit the surface of the matrix, most of them interact with photosensitive elements, forming electrons and accumulating them in the zone of the potential well 14. In this case, some photons can pass through one or several layers of matrix 1, in this case, photons will be absorbed by one of the subsequent layers. Thus, a charge will also appear on the intermediate layers of the matrix.

Затем посредством электродов 5 параллельного переноса заряда образованные электроны со всех слоев «перетекают» к последнему (относительно движения светового потока) слою, в котором с помощью электродов 6 последовательного переноса в каждой строке заряд со всех слоев перемещается к выходным элементам 7 матрицы. При этом по суммарному заряду образованному в каждой области матрицы на всех слоях определяют интенсивность (яркостную характеристику) светового излучения в каждой части спектра (для каждого диапазона длин волн).Then, by means of electrodes 5 for parallel charge transfer, the formed electrons from all layers “flow” to the last (relative to the light flux) layer, in which, using sequential transfer electrodes 6 in each row, the charge from all layers moves to the output elements 7 of the matrix. Moreover, the total charge formed in each region of the matrix on all layers determines the intensity (luminance characteristic) of light radiation in each part of the spectrum (for each wavelength range).

Следует отметить, что путь фотона и его дальнейшая «судьба» зависят от угла падения фронта электромагнитной волны, в плоскости которой передвигаются фотоны. Чем более неравномерной будет поверхность относительно фронта падающей волны, тем большее число фотонов света сможет преломиться и пройти дальше вглубь матрицы, «среагировать» на каком-нибудь из слоев матрицы с электронами и, соответственно, сможет быть зафиксированным. Потенциал данного слоя внесет свою лепту в общую картину интенсивности падающего излучения. Те фотоны, угол падения во фронте падающего излучения и, соответственно, ось поляризации которых будет продольна и угол падения на первый слой будет намного больше 90 градусов, практически полностью будут поглощены первым слоем и прореагируют с его электронами. В дальнейшем при углах падения, все более приближенных к 90 градусам, фотоны смогут проходить на следующие слои, но на каждой границе сред будет происходить небольшое отклонение фронта волны в сторону, большую чем 90 градусов, и тем самым, с большей вероятностью фотон излучения прореагирует с электроном в данном слое матрицы.It should be noted that the path of the photon and its further "fate" depend on the angle of incidence of the front of the electromagnetic wave, in the plane of which the photons move. The more uneven the surface is relative to the front of the incident wave, the greater the number of light photons can be refracted and go further deeper into the matrix, “react” to some of the matrix layers with electrons and, accordingly, can be fixed. The potential of this layer will contribute to the overall picture of the intensity of the incident radiation. Those photons whose angle of incidence in the front of the incident radiation and, accordingly, the polarization axis of which is longitudinal and the angle of incidence on the first layer will be much more than 90 degrees, will be almost completely absorbed by the first layer and will react with its electrons. Subsequently, at incidence angles ever closer to 90 degrees, photons will be able to propagate to the following layers, but at each media boundary there will be a slight deviation of the wave front to the side, greater than 90 degrees, and thus, with a greater probability, the radiation photon will react with electron in this matrix layer.

Таким образом, для того чтобы максимальное количество фотонов были поглощены матрицей предпочтительно (но строго необязательно), чтобы фронт волны падающего излучения стремился к 90 градусам, плоскость поляризации фронта волны была продольная, а поверхность материала матрицы имела такую структуру (шероховатость), при которой возможное отражение на внешнем слое обеспечивало бы захват фотонов под углом в 90 градусов к элементам структуры матрицы. Кроме того, предпочтительно, чтобы поверхность матрица имела шероховатость структуры, в пределе абсолютно черную.Thus, in order for the maximum number of photons to be absorbed by the matrix, it is preferable (but strictly optional) that the incident wave front tends to 90 degrees, the plane of polarization of the wave front is longitudinal, and the surface of the matrix material has such a structure (roughness) that reflection on the outer layer would provide photon capture at an angle of 90 degrees to the elements of the matrix structure. In addition, it is preferable that the surface of the matrix has a roughness of the structure, in the limit absolutely black.

На фиг.3 представлен график характеристической кривой (Х.К.) сенситометрии. На графике по оси Y (абсцисс) откладываются значения чувствительности (или плотности в случае сравнения с кино- или фотопленкой), а по оси Х (ординат) значения экспозиции или времени, при котором происходит регистрация процесса накопления заряда под воздействием фотонов падающего света. Значение экспозиции измеряется в люксах на секунду и имеет логарифмическую форму для компактности удобства оценки и восприятия конечных значений. Значения т.н. нейтрально-серого стандартного клина, по которому в настоящее время измеряют значения плотности почернения (недодержки) в нижней части Х.К. или побеления (передержки) в верхней части Х.К, позволяют наилучшим образом описать процесс взаимодействия количества падающих фотонов света и их энергий (и соответственно, спектрального состава регистрируемого светового потока) на сам процесс регистрации. На чертеже видно, что расширение динамического диапазона достигается в нижней части Х.К. за счет смещения участка почернения (недодержки) Х.К. в нижнюю часть и регистрации практически всех фотонов (это происходит за счет конструкции самого первого и самого чувствительного слоя матрицы, описанной выше) практически на порядок, а в верхней части Х.К. за счет регулировки границы побеления (передержки), т.е. плавного смещения области регистрации или реакции на поток падающих фотонов и ограничения этого потока в верхней части Х.К. (это происходит грубо за счет подбора материала фоточувствительного слоя, количества примесей в материале, т.е. изменения количества носителей заряда, а также изменения размера и толщины как самих слоев, так и регистрирующих свет областей матрицы, а более точная регулировка и настройка осуществляются путем смещения величины потенциала прикладываемого к электроду слоя и, соответственно, смещению зоны реакции потенциальной ямы в сторону больших или меньших значений). В области «белого» все пикселы обычной матрицы будут засвечены и определить, например, 100001 фотон из 100000 будет проблематично. В области «черного», наоборот, для определения одиночных фотонов требуются пикселы с высокой чувствительностью и требуется различать, например, 3 от 4 упавших фотонов. Используя многослойную матрицу, можно варьировать съем информации с каждого слоя и использовать, например, первый слой как слой, пропускающий практически все фотоны и являющийся слоем корректировки ошибок. Или, наоборот, использовать его как высокочувствительный слой. Также можно изменять чувствительность слоев относительно друг друга, создавая, например, логарифмическое распределение чувствительности по слоям. Таким образом возможно расширить яркостной диапазон, в котором работает заявленная матрица. Существующие матрицы работают, как правило, только в зоне L или Lmax.Figure 3 presents a graph of the characteristic curve (HK) sensitometry. Sensitivity (or density in the case of comparison with film or film) is plotted along the Y-axis (abscissa), and the exposure or time at which the process of charge accumulation under the influence of incident photons is recorded along the X-axis (ordinates). The exposure value is measured in lux per second and has a logarithmic form for compactness of convenience of assessment and perception of final values. The values of the so-called a neutral gray standard wedge, according to which the density of blackening (underexposure) in the lower part of Kh.K. is currently measured or whitening (overexposure) in the upper part of HK, allow us to best describe the process of interaction between the number of incident light photons and their energies (and, accordingly, the spectral composition of the recorded light flux) on the registration process itself. The drawing shows that the expansion of the dynamic range is achieved in the lower part of H.K. due to the shift in the area of blackening (underexposure) Kh.K. in the lower part and registration of almost all photons (this occurs due to the construction of the very first and most sensitive layer of the matrix described above) almost an order of magnitude, and in the upper part Kh.K. by adjusting the border of whitening (overexposure), i.e. smooth bias of the registration region or reaction to the incident photon flux and the limitations of this flux in the upper part of Kh.K. (this happens roughly due to the selection of the photosensitive layer material, the amount of impurities in the material, i.e., changes in the number of charge carriers, as well as changes in the size and thickness of both the layers themselves and the light-recording regions of the matrix, and more precise adjustment and adjustment are carried out by displacement of the potential value of the layer applied to the electrode and, accordingly, displacement of the reaction zone of the potential well toward larger or smaller values). In the “white” region, all the pixels of a conventional matrix will be illuminated and it will be problematic to determine, for example, 10,0001 photons out of 100,000. In the “black” region, on the contrary, to determine single photons, pixels with high sensitivity are required and it is necessary to distinguish, for example, 3 from 4 fallen photons. Using a multilayer matrix, it is possible to vary the information retrieval from each layer and use, for example, the first layer as a layer that transmits almost all photons and is a layer of error correction. Or, conversely, use it as a highly sensitive layer. You can also change the sensitivity of the layers relative to each other, creating, for example, a logarithmic distribution of sensitivity between the layers. Thus, it is possible to expand the brightness range in which the claimed matrix operates. Existing matrices work, as a rule, only in the L or Lmax zone.

Наиболее предпочтительно для заявленного способа использовать TDI-матрицу, поскольку она позволит наилучшим образом зарегистрировать весь спектр энергий падающего излучения. При этом каждый слой будет лучше накапливать и передавать энергию взаимодействия между фотонами и электронами, а суммарный заряд этого взаимодействия будет оценен и зафиксирован.It is most preferable for the claimed method to use a TDI matrix, since it will allow the best way to record the entire spectrum of incident radiation energies. In this case, each layer will better accumulate and transfer the energy of interaction between photons and electrons, and the total charge of this interaction will be estimated and fixed.

Для описания расширения спектрального состава регистрируемого светового излучения обратимся к описанию цветовых пространств, точнее их моделей.To describe the expansion of the spectral composition of the recorded light radiation, we turn to the description of color spaces, more precisely, their models.

1) Пространство RGB (фиг.4): Red, Green, Blue - красный, зеленый, синий. Цвет разбит на 3 характеристики, выражающие содержание основных цветов. Модель является аддитивной, так как эти компоненты суммируются. Данное цветовое пространство используется при выводе на экран монитора. Это означает, что модель аппаратно зависима, на разных мониторах одинаковые цвета будут выглядеть различно. RGB цвет используется с разной точностью: 8-битный RGB дает 256 цветов, 16-битный 65536 (схема 5-6-5), 24-битный 16777216 (8-8-8). В скобках указаны биты на канал.1) RGB space (figure 4): Red, Green, Blue - red, green, blue. The color is divided into 3 characteristics expressing the content of the primary colors. The model is additive, since these components are summed. This color space is used when displayed on the monitor screen. This means that the model is hardware dependent, on different monitors the same colors will look different. RGB color is used with different accuracy: 8-bit RGB gives 256 colors, 16-bit 65536 (scheme 5-6-5), 24-bit 16777216 (8-8-8). The brackets indicate the bits per channel.

2) Пространство CMYK (фиг.5): Cyan, Magenta, Yellow, Key - голубой, пурпурный, желтый, ключ (черный). Данный формат используется в принтерах. Позволяет экономить чернила. К сожалению, нельзя создать красок, аналогичных RGB для печати. Все дело в том, что эти цвета работают только "на просвет", т.е. через пленку-фильтр или люминофор монитора. Цвета словно вырезаются соответствующими фильтрами из сплошного спектра. В печати все происходит с точностью до наоборот, т.е. бумага поглощает весь спектр за исключением того цвета, в который она покрашена. Создать краски, являющиеся абсолютно точно "противоположными" (дополнительными) к цветам RGB, не удается, поэтому приходится вводить четвертую дополнительную краску - черную. Ее задача - усилить поглощение света в темных областях, сделать их максимально черными, т.е. увеличить тоновый диапазон печати. Четырехканальный CMYK весомее RGB и обрабатывается медленнее, занимая больше памяти.2) CMYK space (Fig. 5): Cyan, Magenta, Yellow, Key - cyan, magenta, yellow, key (black). This format is used in printers. Saves ink. Unfortunately, you cannot create inks similar to RGB for printing. The thing is that these colors work only "in the light", i.e. through a film-filter or phosphor monitor. Colors are as if cut out by appropriate filters from a continuous spectrum. In print, everything happens exactly the opposite, i.e. paper absorbs the entire spectrum except for the color in which it is painted. It is not possible to create paints that are absolutely exactly "opposite" (complementary) to RGB colors, so you have to enter the fourth additional paint - black. Its task is to enhance the absorption of light in dark areas, to make them as black as possible, i.e. increase the tone range of printing. The four-channel CMYK is heavier than RGB and processed more slowly, taking up more memory.

3) Пространство HLS (фиг.6): Hue, Lightness, Space - оттенок, яркость, насыщенность. Довольно распространенный формат, удобен для применения различных эффектов. В отличие от двух предыдущих кубических спектров RGB и CMYK HLS является коническим. Очень сходны с ней модели HSB (Hue, Space, Brightness) и HSV (Hue, Space, Value), также конические. Эти модели наиболее близки к восприятию цвета человеком. Кроме того, наиболее удобна для оптических и фотометрических расчетов: оттенок соответствует длине волны, яркость - количеству света, насыщенность - интенсивности. Так что эта модель будет удобна при работе с источниками света и материалами.3) HLS space (Fig.6): Hue, Lightness, Space - hue, brightness, saturation. A fairly common format, convenient for applying various effects. Unlike the previous two cubic spectra, RGB and CMYK HLS is conical. The HSB (Hue, Space, Brightness) and HSV (Hue, Space, Value) models, which are also conical, are very similar to it. These patterns are closest to human color perception. In addition, it is most convenient for optical and photometric calculations: the hue corresponds to the wavelength, brightness to the amount of light, saturation to intensity. So this model will be convenient when working with light sources and materials.

4) Пространство СIЕ XYZ (фиг.7): Нормальная цветовая схема - плоская модель цветопередачи. Красные компоненты цвета вытянуты вдоль оси Х координатной плоскости (горизонтально), а зеленые компоненты цвета вытянуты вдоль оси Y (вертикально). При таком способе представления каждому цвету соответствует определенная точка на координатной плоскости. Спектральная чистота цветов уменьшается по мере того, как вы перемещаетесь по координатной плоскости влево. Но в этой модели не учитывается яркость. Данная модель аппаратно независима, поддерживает намного больше цветов, чем способны различать современные устройства (сканеры, мониторы, принтеры) СIЕ XYZ построено на основе зрительных возможностей так называемого "Стандартного Наблюдателя", то есть гипотетического зрителя, возможности которого были тщательно изучены и зафиксированы в ходе проведенных комитетом СIЕ длительных исследований человеческого зрения. Комитет СIЕ провел множество экспериментов с огромным количеством людей, предлагая им сравнивать различные цвета, а затем с помощью совокупных данных этих экспериментов построил так называемые функции соответствия цветов (color matching functions) и универсальное цветовое пространство (universal color space), в котором был представлен диапазон видимых цветов, характерный для среднестатистического человека. Функции соответствия цветов - это значения каждой первичной составляющей света, которые должны присутствовать, чтобы человек со средним зрением мог воспринимать все цвета видимого спектра4) CIE XYZ space (Fig. 7): The normal color scheme is a flat color rendering model. The red color components are elongated along the X axis of the coordinate plane (horizontal), and the green color components are elongated along the Y axis (vertically). With this method of presentation, each color corresponds to a certain point on the coordinate plane. The spectral purity of colors decreases as you move along the coordinate plane to the left. But this model does not take into account brightness. This model is hardware independent, it supports much more colors than modern devices (scanners, monitors, printers) can distinguish. CIE XYZ is built on the basis of the visual capabilities of the so-called "Standard Observer", that is, a hypothetical viewer whose capabilities were carefully studied and recorded during conducted by the CIE Committee of lengthy studies of human vision. The CIE Committee conducted many experiments with a huge number of people, asking them to compare different colors, and then using the combined data of these experiments built the so-called color matching functions and the universal color space in which the range was presented visible colors, characteristic of the average person. The color matching functions are the values of each primary light component that must be present so that a person with average vision can perceive all the colors of the visible spectrum

5) Пространство CIE Lab (фиг.8): Усовершенствованная модель XYZ. Конечной целью комитета CIE была разработка повторяемой системы стандартов цветопередачи для производителей красок, чернил, пигментов и других красителей. Самая важная функция этих стандартов - предоставить универсальную схему, в рамках которой можно было бы устанавливать соответствие цветов. В основу этой схемы легли Стандартный Наблюдатель и цветовое пространство XYZ, однако несбалансированная природа пространства XYZ, вызванная тем, что человек различает разницу между оттенками зеленого и желтого гораздо лучше, чем между оттенками красного и пурпурного, сделала эти стандарты трудными для четкой реализации. В результате СIЕ разработал более однородные цветовые шкалы - CIE Lab и CIE Luv. Из этих двух моделей более широко применяется модель CIE Lab. Хорошо сбалансированная структура цветового пространства Lab основана на той теории, что цвет не может быть одновременно зеленым и красным или желтым и синим. Следовательно, для описания красно-зеленого и желто-синего атрибутов можно воспользоваться одними и теми же значениями. Когда цвет представляется в пространстве CIE Lab, величина L обозначает яркость (luminosity), a - величину красно-зеленой составляющей, a b - величину желто-синей составляющей.5) CIE Lab Space (FIG. 8): Advanced XYZ Model. The ultimate goal of the CIE was to develop a repeatable system of color rendering standards for manufacturers of paints, inks, pigments and other dyes. The most important function of these standards is to provide a universal scheme within which color matching can be established. The basis of this scheme is the Standard Observer and the XYZ color space, however, the unbalanced nature of the XYZ space, due to the fact that a person distinguishes between the shades of green and yellow much better than between the shades of red and purple, made these standards difficult to implement clearly. As a result, CIE has developed more uniform color scales - CIE Lab and CIE Luv. Of these two models, the CIE Lab model is more widely used. The well-balanced Lab color space structure is based on the theory that color cannot be both green and red or yellow and blue. Therefore, the same values can be used to describe the red-green and yellow-blue attributes. When color is represented in the CIE Lab space, the L value indicates luminosity, a is the value of the red-green component, and b is the value of the yellow-blue component.

Также существуют и другие цветовые модели (такие, как CCY, Luv, модели Манселла и Оствальда), но они используются намного реже.There are also other color models (such as CCY, Luv, Mansell and Ostwald models), but they are used much less frequently.

Как видно из представленных моделей, наиболее ограниченная и соответственно зависимая модель пространства - это модель пространства RGB, и т.к. все существующие матрицы регистрируют световое излучение именно по этой модели, то яркостная характеристика L у этих матриц жестко привязана к цветовым характеристикам и любое изменение в яркостном диапазоне сразу приводит к изменению в цветовом и наоборот.As can be seen from the presented models, the most limited and accordingly dependent space model is the RGB space model, and since Since all existing matrices register light emission according to this model, the luminance characteristic L of these matrices is rigidly tied to color characteristics and any change in the luminance range immediately leads to a change in color and vice versa.

В нашем случае, т.к. яркостная характеристика измеряется отдельно от цветовой и модель цветового диапазона наиболее соответствует представлению модели CIE Lab, диапазон измеренных цветов и их оттенков ограничивается только количеством шагов регистрации цветового спектра для данного материала и исполнения матрицы. Таким образом достигается принципиально другой уровень точности при обработке цветовой информации и, соответственно, диапазон измеряемых и регистрируемых цветовых оттенков, ограниченный только математическим аппаратом текущего представления модели пространства CIE Lab.In our case, because the luminance characteristic is measured separately from the color and the color range model is most consistent with the CIE Lab model representation, the range of measured colors and their shades is limited only by the number of steps for recording the color spectrum for a given material and matrix performance. Thus, a fundamentally different level of accuracy is achieved when processing color information and, accordingly, the range of measured and recorded color shades, limited only by the mathematical apparatus of the current representation of the CIE Lab space model.

Рассмотренные способ и устройство для регистрации светового излучения могут быть применены при сканировании различных объектов. В общем случае сканирование объекта осуществляется следующим образом.The considered method and device for detecting light radiation can be applied when scanning various objects. In general, an object is scanned as follows.

Для сканирования в области видимого излучения используют белый свет, а в случае сканирования в прилегающих к видимым областям - инфракрасный или ультрафиолетовый свет. При этом предпочтительно, чтобы этот поток имел выровненную по амплитуду по спектру. Световой поток направляют на объект сканирования, и, проходя через этот объект на просвет или отражаясь от него, свет приобретает спектральную и яркостную характеристики, соответствующие сканируемой области объекта. Полученный световой поток раскладывают на спектральные составляющие и «выравнивают», формируя из него когерентный поляризованный световой поток. В таком виде световой поток, несущий в себе информацию о сканируемом объекте, направляют на поверхность ПЗС-матрицы. Далее происходит регистрация светового сигнала по способу, описанному выше.For scanning in the region of visible radiation, white light is used, and in the case of scanning in the adjacent areas, infrared or ultraviolet light is used. In this case, it is preferable that this stream has an amplitude-aligned spectrum. The luminous flux is directed to the object of scanning, and, passing through this object to the lumen or reflected from it, the light acquires spectral and brightness characteristics corresponding to the scanned area of the object. The resulting luminous flux is decomposed into spectral components and “aligned”, forming a coherent polarized luminous flux from it. In this form, the luminous flux, which carries information about the scanned object, is directed to the surface of the CCD matrix. Next, the light signal is registered according to the method described above.

Предпочтительный вариант конструкции устройства для сканирования по данному способу показан на фиг.9.A preferred embodiment of the scanning device of this method is shown in FIG. 9.

Устройство содержит источник света 16 (например, светодиодная матрица с обратной связью), оптическую систему 17 для нормирования светового потока, щелевую маску 18, оптическую систему 19 (канал, тракт, систему линз, призм, щелей и решеток) для разложения светового потока, ПЗС-матрицу 20, конструкция которой описана выше, АЦП (аналого-цифровой преобразователь) 21 и устройство хранения информации 22.The device contains a light source 16 (for example, a feedback LED array), an optical system 17 for normalizing the light flux, a slit mask 18, an optical system 19 (channel, path, lens system, prisms, slits and gratings) for decomposing the light flux, CCD the matrix 20, the design of which is described above, the ADC (analog-to-digital converter) 21 and the information storage device 22.

При сканировании объекта свет испускается источником света 16 и нормируется при помощи оптической системы 17, на выходе из которой свет представляет собой поток белого света или близкий к нему, у которого амплитуда (яркость) по всему частотному (спектральному) диапазону выровнена. Далее световой поток проходит через щелевую маску 18, где он преобразуется в узкий световой пучок. В центре щелевой маски размещается объект сканирования (например, пленка или пластина), плоскость которого перемещается перпендикулярно плоскости узкого светового потока. Проходя через этот объект сканирования на просвет или отражаясь от него, белый нормированный поток света или близкий к нему изменяет свой спектральный состав и яркостной характер, а именно приобретает яркостную характеристику (амплитуду) для каждой длинны волны входящий в видимый (400-700 нм) или близкий к нему световой спектр в соответствии со сканируемой областью объекта и в зависимости от нанесенной на него цветовой маски. Сформированный таким образом световой поток попадает в оптическую систему 19 и, проходя через этот оптический канал в части видимого спектра (400-700 нм) или близкого к видимому, дифференцируется (раскладывается, разлетается в пространстве за счет разных углов преломления для разных длин волн) на бесчисленное множество световых волн (спектральных составляющих). В таком виде световой поток попадает на светочувствительную поверхность ПЗС матрицы 20. При этом сканирование объекта возможно производить построчно, т.е. поэтапно «засвечивая» объект узкими «полосками». В этом случае при перемещении светового потока по «ширине» объекта в каждый момент времени он, проходя через объект сканирования (или отражаясь от него) и раскладываясь с помощью оптической системы, формирует на активной матрице световую плоскость, разложенную (развернутую) в видимом (400-700 нм) или близком к нему спектре по ширине, а по длине световой поток соответствует ширине сканируемого объекта. Таким образом, когда на объекте сканирования "засвечивается" только одна строка (полоска), на ПЗС-матрице путем разложения света по частотному спектру "засвечиваются" все строки. Сигнал с ПЗС-матрицы обрабатывается с помощью АЦП 21. В нем накопленный заряд, несущий информацию о яркостной характеристике объекта, суммируясь в определенные промежутки времени и с заданной частотой опроса на множестве полос и слоев с информацией о спектральной характеристике объекта, преобразуется в результирующий цифровой код образа сканируемого объекта. С выхода АЦП информация в виде файла поступает на устройство хранения 22.When scanning an object, the light is emitted by the light source 16 and normalized using an optical system 17, at the exit of which the light is a stream of white light or close to it, whose amplitude (brightness) is aligned over the entire frequency (spectral) range. Further, the luminous flux passes through the slit mask 18, where it is converted into a narrow light beam. A scanning object (for example, a film or a plate) is placed in the center of the slit mask, the plane of which moves perpendicular to the plane of the narrow light flux. Passing through this object of scanning to the lumen or reflecting from it, the white normalized stream of light or close to it changes its spectral composition and brightness character, namely, acquires the luminance characteristic (amplitude) for each wavelength included in the visible (400-700 nm) or the light spectrum close to it in accordance with the scanned area of the object and depending on the color mask applied to it. The light flux thus formed enters the optical system 19 and, passing through this optical channel in the part of the visible spectrum (400-700 nm) or close to the visible one, differentiates (decomposes, scatters in space due to different refraction angles for different wavelengths) by countless light waves (spectral components). In this form, the luminous flux enters the photosensitive surface of the CCD of the matrix 20. In this case, the object can be scanned line by line, i.e. step by step “flashing” the object with narrow “stripes”. In this case, when the light flux moves along the “width” of the object at each moment of time, passing through the scanning object (or reflecting from it) and unfolding with the help of an optical system, it forms a light plane on the active matrix that is expanded (expanded) in the visible (400 -700 nm) or a spectrum close to it in width, and along the length of the light flux corresponds to the width of the scanned object. Thus, when only one line (strip) is “illuminated” at the scanning object, all lines are “illuminated” on the CCD by expanding the light in the frequency spectrum. The signal from the CCD matrix is processed using the ADC 21. It accumulates a charge that carries information about the brightness characteristics of the object, summing up at certain intervals and with a given sampling frequency on many bands and layers with information about the spectral characteristics of the object, is converted to the resulting digital code image of the scanned object. From the output of the ADC information in the form of a file is fed to the storage device 22.

Способ сканирования объекта с использованием описанной технологии регистрации светового сигнала позволяет получать более качественный цифровой образ за счет:The method of scanning an object using the described technology for recording a light signal allows to obtain a better digital image due to:

1) Увеличения различимости градаций серого (до 10 раз) при той же мощности или освещенности объекта либо позволяет получить то же качество различимости при освещенности меньшей освещенности, чем известными способами. Динамический яркостной коэффициент различимости D (соотношения самого светлого участка к самому темному) с применением заявленного способа - D=4, а различимость 10 000, с применением аналогичных способов - D=3, различимость 1 000.1) Increasing the distinguishability of the gradations of gray (up to 10 times) at the same power or illumination of the object or allows you to get the same quality of distinguishability under illumination of lower illumination than by known methods. The dynamic luminance coefficient of distinguishability D (the ratio of the lightest to the darkest) using the claimed method is D = 4, and the distinguishability is 10,000, using similar methods - D = 3, the distinguishability is 1,000.

2) Значительного увеличения различимости количества цветовых оттенков (до 16000000 раз) по сравнению с существующими сегодня технологиями. С применением существующих способов различимость спектра 2 в 24 степени (линейная система). С применением заявленного способа различимость спектра 2 в 48 степени (логарифмическая система).2) A significant increase in the distinguishability of the number of color shades (up to 1,600,000 times) compared with existing technologies. Using existing methods, the distinguishability of spectrum 2 to 24 degrees (linear system). Using the proposed method, the distinguishability of spectrum 2 to 48 degrees (logarithmic system).

Таким образом, заявленные способ и устройство для регистрации светового сигнала (ПЗС-матрица), а также способ сканирования объектов обеспечивают наиболее точное определение интенсивности светового потока в каждой области светового спектра за счет предварительного разложения потока на спектральные составляющие и использования нескольких фоточувствительных слоев.Thus, the claimed method and device for recording a light signal (CCD), as well as a method of scanning objects provide the most accurate determination of the intensity of the light flux in each region of the light spectrum due to preliminary decomposition of the flux into spectral components and the use of several photosensitive layers.

Следует отметить, что заявленная группа изобретений не ограничена частными формами реализации, приведенными в описании.It should be noted that the claimed group of inventions is not limited to the particular forms of implementation described in the description.

Claims (13)

1. Способ регистрации светового сигнала, включающий разложение светового потока на составляющие спектра, формирование из него когерентного поляризованного светового потока, направление полученного потока на поверхность датчика в виде ПЗС матрицы, имеющей по меньшей мере два слоя фоточувствительных элементов, обеспечивающих поглощение фотонов светового потока фоточувствительными элементами первого относительно их движения слоя матрицы и/или по меньшей мере одного из последующих ее слоев при пробое фотонами предыдущих слоев, с накоплением фоточувствительными элементами слоев электрических зарядов, причем разложенный световой поток распределяют по поверхности матрицы с образованием по меньшей мере двух областей, в каждой из которых поглощается часть спектра разложенного светового потока, после чего определяют значения интенсивности светового потока для каждой части спектра по суммарному заряду, накопленному фоточувствительными элементами на всех слоях матрицы в каждой из ее областей.1. A method of detecting a light signal, including decomposing the light flux into spectrum components, forming a coherent polarized light flux from it, directing the resulting flux to the sensor surface in the form of a CCD matrix having at least two layers of photosensitive elements that absorb photons of the light flux by photosensitive elements the first relative to their movement, the matrix layer and / or at least one of its subsequent layers during the breakdown by photons of the previous layers, with accumulation the use of photosensitive elements of layers of electric charges, moreover, the decomposed light flux is distributed over the matrix surface with the formation of at least two regions, in each of which a part of the spectrum of the decomposed light flux is absorbed, and then the values of the light flux intensity for each part of the spectrum are determined from the total charge accumulated photosensitive elements on all layers of the matrix in each of its areas. 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что направляют световой поток на поверхность датчика в виде ПЗС матрицы так, что этот поток имеет вертикальную поляризацию по отношению к плоскости датчика.2. The method according to claim 1, characterized in that they direct the light flux to the surface of the sensor in the form of a CCD matrix so that this flux has vertical polarization with respect to the plane of the sensor. 3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве каждой из упомянутых областей матрицы используют по меньшей одну строку пикселов из фоточувствительных элементов.3. The method according to claim 1, characterized in that at least one row of pixels from photosensitive elements are used as each of the matrix areas mentioned. 4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве ПЗС матрицы используют TDI матрицу.4. The method according to claim 1, characterized in that the TDI matrix is used as the CCD matrix. 5. ПЗС матрица для регистрации светового сигнала, содержащая по меньшей мере два слоя фоточувствительных элементов, выполненных с возможностью поглощения фотонов светового потока фоточувствительными элементами первого относительно их движения слоя матрицы и/или по меньшей мере одного из последующих ее слоев при пробое фотонами предыдущих слоев и накопления фоточувствительными элементами слоев электрических зарядов, при этом матрица снабжена электродами параллельного переноса заряда для его перетекания от одного слоя к другому и имеет по меньшей мере две области, выполненные с возможностью поглощения в каждой из них части спектра разложенного светового потока.5. A CCD matrix for detecting a light signal, containing at least two layers of photosensitive elements, configured to absorb photons of the light flux by the photosensitive elements of the first layer of the matrix relative to their movement and / or at least one of its subsequent layers upon breakdown by the photons of the previous layers and accumulation of layers of electric charges by photosensitive elements, while the matrix is equipped with electrodes of parallel charge transfer for its flow from one layer to another and has there are at least two regions configured to absorb in each of them a part of the spectrum of the decomposed light flux. 6. Матрица по п.5, в которой каждая упомянутая область слоя выполнена в виде по меньшей мере одной строки активных пикселов из фоточувствительных элементов.6. The matrix according to claim 5, in which each said region of the layer is made in the form of at least one row of active pixels from photosensitive elements. 7. Матрица по п.6, в последнем слое которой установлены выходные элементы, а пикселы каждой строки в последнем слое соединены электродами последовательного переноса заряда, для перетекания накопленного заряда со всех слоев в каждой строке к выходным элементам.7. The matrix according to claim 6, in the last layer of which the output elements are installed, and the pixels of each row in the last layer are connected by successive charge transfer electrodes to transfer the accumulated charge from all layers in each row to the output elements. 8. Способ сканирования объекта, включающий направление потока белого или ультрафиолетового, или инфракрасного света на объект сканирования с получением светового потока со спектральной и яркостной характеристиками, соответствующими сканируемой области объекта, разложение светового потока на составляющие спектра, формирование из него когерентного поляризованного светового потока, направление полученного потока на поверхность датчика в виде ПЗС матрицы, имеющей по меньшей мере два слоя фоточувствительных элементов, обеспечивающих поглощение фотонов светового потока фоточувствительными элементами первого относительно их движения слоя матрицы и/или по меньшей мере одного из последующих ее слоев при пробое фотонами предыдущих слоев, с накоплением фоточувствительными элементами слоев электрических зарядов, причем разложенный световой поток распределяют по поверхности матрицы с образованием по меньшей мере двух областей, в каждой из которых поглощается часть спектра разложенного светового потока, после чего определяют значения интенсивности светового потока для каждой части спектра по суммарному заряду, накопленному фоточувствительными элементами на всех слоях матрицы в каждой из ее областей.8. A method of scanning an object, including the direction of the flux of white or ultraviolet, or infrared light to the object to be scanned to obtain a light flux with spectral and brightness characteristics corresponding to the scanned area of the object, decomposing the light flux into spectrum components, forming a coherent polarized light flux from it, direction the resulting stream to the surface of the sensor in the form of a CCD matrix having at least two layers of photosensitive elements providing the absorption of photons of the light flux by the photosensitive elements of the first layer of the matrix and / or at least one of its subsequent layers during their breakdown by the photons of the previous layers, with the accumulation of layers of electric charges by the photosensitive elements, and the decomposed light flux is distributed over the matrix surface to form at least two areas, in each of which a part of the spectrum of the decomposed luminous flux is absorbed, after which the luminous flux intensities are determined for each part of the spectrum according to the total charge accumulated by photosensitive elements on all layers of the matrix in each of its areas. 9. Способ по п.8, в котором на объект сканирования направляют поток белого или ультрафиолетового, или инфракрасного света с выровненной амплитудой по спектру.9. The method according to claim 8, in which a stream of white or ultraviolet or infrared light with equalized spectrum amplitude is directed to the scanning object. 10. Способ по п.8, при котором объект сканирования перемещают относительно светового потока.10. The method of claim 8, wherein the scanning object is moved relative to the light flux. 11. Способ по п.8, характеризующийся тем что световой поток направляют на поверхность датчика в виде ПЗС матрицы так, что он имеет вертикальную поляризацию по отношению к плоскости этого датчика.11. The method according to claim 8, characterized in that the luminous flux is directed to the surface of the sensor in the form of a CCD matrix so that it has vertical polarization with respect to the plane of this sensor. 12. Способ по п.8, характеризующийся тем, что в качестве каждой из упомянутых областей матрицы используют по меньшей одну строку пикселов из фоточувствительных элементов.12. The method of claim 8, characterized in that at least one row of pixels from photosensitive elements are used as each of the matrix areas mentioned. 13. Способ по п.8, характеризующийся тем, в качестве ПЗС матрицы используют TDI матрицу. 13. The method according to claim 8, characterized in that the TDI matrix is used as the CCD matrix.
RU2010125945/28A 2010-06-25 2010-06-25 Method of picking up optical signal, device for realising said method and object scanning method RU2431906C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010125945/28A RU2431906C1 (en) 2010-06-25 2010-06-25 Method of picking up optical signal, device for realising said method and object scanning method
PCT/RU2011/000256 WO2011162636A1 (en) 2010-06-25 2011-04-20 Method for recording an optical signal, device for implementing same and method for scanning an object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010125945/28A RU2431906C1 (en) 2010-06-25 2010-06-25 Method of picking up optical signal, device for realising said method and object scanning method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2431906C1 true RU2431906C1 (en) 2011-10-20

Family

ID=44999298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010125945/28A RU2431906C1 (en) 2010-06-25 2010-06-25 Method of picking up optical signal, device for realising said method and object scanning method

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2431906C1 (en)
WO (1) WO2011162636A1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4613895A (en) * 1977-03-24 1986-09-23 Eastman Kodak Company Color responsive imaging device employing wavelength dependent semiconductor optical absorption
US4238760A (en) * 1978-10-06 1980-12-09 Recognition Equipment Incorporated Multi-spectrum photodiode devices
RU2066886C1 (en) * 1989-10-16 1996-09-20 Государственный научно-исследовательский институт физических проблем им.Ф.В.Лукина Shift register
US6727521B2 (en) * 2000-09-25 2004-04-27 Foveon, Inc. Vertical color filter detector group and array

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011162636A1 (en) 2011-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102007761B (en) Concentric exposure sequence for imageing sensor
CN102474627B (en) Image capturing device and image capturing method
US9413984B2 (en) Luminance source selection in a multi-lens camera
US10348990B2 (en) Light detecting device, solid-state image capturing apparatus, and method for manufacturing the same
US7109488B2 (en) Multi-color infrared imaging device
US7884968B2 (en) System for capturing graphical images using hyperspectral illumination
KR20000034775A (en) Luminance-priority color sensor
US10212401B2 (en) Image generation device and imaging device
US7616314B2 (en) Methods and apparatuses for determining a color calibration for different spectral light inputs in an imaging apparatus measurement
WO2016158128A1 (en) Light detecting device and imaging device
CN113447118B (en) Multispectral imaging chip capable of realizing color imaging and color imaging method
US20180252583A1 (en) Spectral imaging method and system
JP2019041204A (en) Reference image data generation method, printed matter inspection method, and reference image data generation system
Zhbanova FEATURES OF DIGITAL COLOURIMETRY APPLICATION IN MODERN SCIENTIFIC RESEARCH.
US20130147994A1 (en) Imaging System And Method Having Extended Depth of Field
WO2017004899A1 (en) Snapshot-type polarized hyper-spectral camera and imaging method
JPWO2018207817A1 (en) Solid-state imaging device, imaging system and object identification system
Garcia et al. A 1300× 800, 700 mW, 30 fps spectral polarization imager
RU100347U1 (en) DEVICE FOR SCANNING OBJECTS
Wu et al. Development of an underwater multispectral imaging system based on narrowband color filters
RU2431906C1 (en) Method of picking up optical signal, device for realising said method and object scanning method
US10969523B1 (en) Apparatus and method to obtain intrinsic still and video images without the use of filters or dichroic mirrors
Haneishi et al. Image acquisition technique for high dynamic range scenes using a multiband camera
Mizoguchi Evaluation of image sensors
RU93977U1 (en) MULTI-COLOR COLORIMETER

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130626