Spektralsensoren
Der Konstruktion eines idealen Spektralsensors steht die physikalisch bedingte Tatsache entgegen, dass die drei diametralen Gegensätze optische Auflösung, maximale Geschwindigkeit und bestmögliche Empfindlichkeit sich nur bedingt in einem einzigen Modul zusammenführen lassen.
Das „Sensor-Dreieck“ zeigt die sich widersprechende Möglichkeit einer optimalen Zusammenführung von bester Auflösung, höchster Empfindlichkeit mit schnellster Messgeschwindigkeit
© A.S. & Co. GmbH
Spektrale Sensoren von A.S. & Co. lassen sich daher in Spektrometer mit bestmöglicher Auflösung und Spektrometer mit höchstmöglicher Empfindlichkeit einteilen. Allen Geräten ist gemeinsam, dass sie abgesehen von einem Standard PC Lüfter keinerlei bewegliche Element mehr enthalten, so dass für ihren Betrieb weder eine zeitaufwendige Zentrierung erforderlich ist noch eine Wartung gemacht werden muss. Die Robustheit der Geräte prädestiniert sie daher auch für den 24 Stunden Einsatz als Messsysteme im Produktionsbereich.
Optische Komponenten
Photodioden Arrays, CCD Sensoren und InGaAs Module als NIR Plangitter Spektrometer (PGS) von Hamamatsu, Sony oder Toshiba bilden die Basis unserer Spektrometer Linien. Ihre optischen Eigenschaften wie Farbauflösung, Empfindlichkeit und Bestrahlungsparameter werden beim Einsatz in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen berücksichtigt. Grundsätzlich weisen Photodiodenarrays (PDA) als Sensoren zur Farbmessung das beste Signal/Rausch Verhältnis auf. Sie finden sich daher in den meisten Geräten als hochauflösenden Standard Sensoren oder als Kompaktmodule mit einer um den Faktor 20 gesteigerten Empfindlichkeit.
Alternativ hierzu bieten sich CCD Zeilen an. Ihre Empfindlichkeit ist noch einmal deutlich verbessert, wenn sie darüber hinaus mit einer Kühlung versehen sind und die Möglichkeit des Pixel-Binnings Berücksichtigung findet.
Die Sensoren werden mit dem holografischen Gitter zu monolithischen Blocks kombiniert (Monolithische Miniatur Spektrometer MMS). Die Zuordnung zwischen Gitter und Sensor kann durch modulspezifische Kenndaten erfolgen. Da sie sich über die Lebensdauer des Sensors nicht mehr verändert, ist keinerlei Nachkorrektur erforderlich.
Monolithische Spektrometermodule am Beispiel eines MCS Flex Moduls von Carl Zeiss Optical Sensor Systems
Werksfoto Carl Zeiss
Fertigungsqualität und die Festlegung des wirkungsoptimierten Wellenlängenbereichs bestimmen als weitere wesentliche Komponenten am holografischen Gitter die Auflösung des Moduls sowie den Bereich der besten Empfindlichkeitsausnutzung. Bei den Gittern für die MMS-Spektrometer-Familie handelt es sich um sog. holographisch geblazte Flat-field-Gitter. Neben der dispersiven Funktion muss das Gitter den Eingangsspalt auf die Diodenzeile abbilden. Über die räumliche Variation der Furchendichte und gekrümmte Furchen wird erreicht, dass Kommafehler korrigiert werden und die Fokalkurve geebnet (Flat-field) und damit optimal an die flache Detektorstruktur angepasst ist.
Alle Spektralsensoren enthalten darüber hinaus einen hocheffizienten Faserquerschnittswandler, mit dem der kreisrunde Lichtleiter Durchmesser optimal auf die rechteckige Grundfläche des Sensors abgebildet wird.
Es stehen Module mit Spektralbereichen zwischen 195 nm und 2.200 nm zur Verfügung, die auch miteinander kombinierbar sind. Beispielsweise würde der Einsatz eines zweiten Moduls die Schwankungen in einer Gasentladungsröhre aufzeichnen können, wie sie bei XBO Blitzen der Normalfall ist. Diese simultane online Registrierung ermöglicht die exakte Berücksichtigung der Schwankungen bei Messungen mit höchsten Stabilitätsanforderungen.
Beispiel eines Spektrometer-Rack aus der 600er Serie, in dem mehrerer Sensormodule synchronisiert sind.
Alternativ sorgt ein zusätzlicher Sensor für eine verbesserte Detailauflösung oder die Spreizung des Messbereichs, und last but not least kann durch eine Anpassung der Sensorcharakteristik auf die Belange der NIR Erfassung der gesamte Arbeitsbereich des Aufbaus erweitert werden.
Die optische Performance kann natürlich nur dann erfolgreich umgesetzt werden, wenn das Primärsignal auch durch eine leistungsstarke Elektronik optimiert wird. Im Gegensatz zu einfachen Komplettspektrometern zeichnen sich unsere Präzisionsspektrometer durch ein
- ausgezeichnetes Signal/Rauschverhältnis
- bestechende Wellenlängenreproduzierbarkeit
- minimalste Drift
- sehr gute Linearität und
- einen integrierten Prozessor zur Überwachung und Steuerung sämtlicher Funktionen aus
Darüber hinaus werden auch die elektronischen Komponenten für das Bearbeiten einer eindeutig spezifizierten Fragestellung auf die bestmögliche Signalqualität hin zusammengestellt. Denn es geht nicht nur um das Vermessen von Farben, sondern wir selektieren die Sensoren beispielsweise auch nach ihrer Dynamik in Bezug auf Anforderungen aus der Densitometrie oder für die Darstellung von zeitkritischen Vorgängen.
Übersicht der wichtigsten Spektralsensoren für die Anforderungen der Mikroskop Spektroskopie
Spectrometer with High Resolution | Spectrometer for weak Signals | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Spectrometer | UV-NIR 001 |
UV 051 |
VIS 051 |
NIR 051 |
UV 021 |
UV-VIS 021 |
VIS II 21 |
Polychromator | MCS | MCS | MCS | MCS | MMS | MMS | MMS |
Peltier cooled | - | - | - | - | - | - | - |
No of Diodes | 1024 | 512 | 512 | 512 | 256 | 256 | 256 |
Wavelength Range (mm) | 195-1000 | 195-620 | 360-780 | 650-1050 | 190-400 | 190-720 | 320-1018 |
Wavelength resolution (nm) | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 2,2 | 3,2 |
Wavelength Accuracy (nm) | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
ADC Resolution | 16 BIT | 16 BIT | 16 BIT | 16 BIT | 16 BIT | 16 BIT | 16 BIT |
Shortest Integration Time | 12ms | 6ms | 6ms | 6ms | 3ms | 3ms | 3ms |
Cooled NIR Spectrometer | Cooled CCD Spectrometer | ||||
---|---|---|---|---|---|
Spectrometer | NIR1,7 011 |
NIR2,0 011 |
NIR2,2 011 |
CCD UV |
CCD UV-NIR |
Polychromator | PGS | PGS | PGS | CCD | CCD |
Peltier cooled | 1 stage | 2 stage | 2 stage | yes | yes (dt=<0,01nm/K) |
No of Diodes | 256 | 256 | 256 | 512 | 1024 (Area 24x24μm) |
Wavelength Range (mm) | 950-1690 | 1340-2000 | 950-2150 | 220-620 | 220-1000 |
Wavelength resolution (nm) | 3,0 | 3,0 | 6,0 | 0,8 | 0,8 |
Wavelength Accuracy (nm) | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,5 |
ADC Resolution | 16 BIT | 16 BIT | 16 BIT | 14 BIT | 14 BIT |
Shortest Integration Time | 3ms | 3ms | 3ms | 6ms | 6ms |
Unsere Software SpectraVision Basic
- steuert die Spektral Sensoren
- sucht automatisch den optimalen Dynamikumfang Ihres Spektrums
- kann Online Spektren mit bis zu 3 ms Zeitauflösung generieren
- und enthält Optimierungs-, Speicher- und Export-Funktionen
Sie bindet motorisierte Funktionen des Mikroskops ein wie
- eine automatische Dunkelstromkorrektur
- das Abschwächen der Beleuchtung ohne Beeinflussung der Lampenstabilität oder
- die Einbindung motorisierter Tische zur XY Probenpositionierung
Als Interfaces stehen USB, RS 232, Ethernet oder WLAN abhängig vom jeweils eingesetzten Modul zur Verfügung.