Hamamatsu Photonics hat kürzlich sein kleinstes Spektrometer, das Minispektrometer C14384MA der SMD-Serie, entwickelt, das eine hohe Empfindlichkeit im Nahinfrarotbereich, kompakte Größe, geringes Gewicht und niedrige Kosten bietet. Im Vergleich zu Hamamatsu’s bestehendem Sortiment an Minispektrometern der MS-Serie konnte das Volumen des C14384 auf 1/40, die Größe auf 1/30 reduziert werden. Es bietet eine Empfindlichkeit im gleichen Nahinfrarotbereich, diese ist aber etwa um den Faktor 50 höher. Damit ist das C14384MA ideal für Anwendungen, bei denen eine Vor-Ort-Messung in Echtzeit erforderlich ist, z.B. bei der Qualitätskontrolle von Nahrungsmitteln oder landwirtschaftlichen Kulturen und bei der Umweltanalyse vom Quadrocopter bis zur Drohne.

Produktübersicht

Hamamatsu Photonics stellt bereits Mini-Spektrometer in Daumengröße mit Nahinfrarot-Empfindlichkeit, die MS-Serie, und Mikro-Spektrometer her, die noch kleiner als die MS-Serie und im Bereich des sichtbaren Lichts empfindlich sind.


Das neue C14384MA ist das kleinste Spektrometer, bestehend aus Lichteintrittsschlitz, Primärreflexionsspiegel, Sekundärreflexionsspiegel, Beugungsgitter und Bildsensor. Beim C14384MA wird das durch den Eingangsschlitz einfallende Licht von einem primären Reflexionsspiegel kollimiert und vom sekundären Reflexionsspiegel auf das Gitter geleitet. Das Licht wird dann durch das Gitter in seine Komponentenwellenlängen getrennt und diese auf die Pixel des Bildsensors fokussiert. Der Bildsensor gibt elektrische Signale aus, die der Lichtintensität bei jeder Wellenlänge entsprechen.

Die Verkleinerung der Spektrometergröße erforderte von Hamamatsu, die Krümmung der konkaven Oberfläche zu erhöhen und den Abstand zum Bildsensor zu verkürzen. Die Herstellung eines Gitters auf einer gekrümmten konkaven Oberfläche ist jedoch äußerst schwierig. Daher verwendete Hamamatsu eine Rücklaufstruktur, die aus einem primären und einem sekundären Reflexionsspiegel besteht, basierend auf unserer einzigartigen optischen Designtechnologie. Dadurch gelang es, den Abstand zum Bildsensor zu verkürzen und gleichzeitig die gewünschte Krümmung der konkaven Oberfläche beizubehalten. Durch den Einsatz des neuesten hochempfindlichen Bildsensors bietet das C14384MA auch eine verbesserte Nahinfrarotempfindlichkeit. Durch die Reduzierung der Anzahl der in der Fertigung verwendeten Teile konnte Hamamatsu die Kosten deutlich senken. Konkret wird das Gitter direkt auf der Innenseite des Gehäuses gebildet und der Eingangsschlitz, der Sekundärreflexionsspiegel und der Bildsensor sind auf demselben Chip integriert. Dadurch kann das C14384MA in verschiedene Gerätetypen eingebaut werden, bei denen die Größe und das Gewicht der zu montierenden Komponenten begrenzt sind, zum Beispiel tragbare Analysegeräte, Quadrocopter und Drohnen. Damit ist das C14384MA für ein breites Anwendungsspektrum bestens geeignet.

Hintergrund der Entwicklung

Spektrometer sind Geräte zur Trennung von Licht in seine Komponentenwellenlängen und zur Messung der Lichtintensität bei jeder Wellenlänge. Sie werden in der Spektrophotometrie eingesetzt, um das Licht bei Wellenlängen zu messen, das von Substanzen emittiert oder von ihnen absorbiert wird, um die Zusammensetzung und Eigenschaften von Substanzen zu analysieren. Die Spektrophotometrie wird für chemische und physikalische Analysen in den verschiedensten Bereichen wie Industrie, Landwirtschaft, Umwelt, Lebensmittel, Medizin und Pharmazie eingesetzt. In den letzten Jahren haben sich Gitter-Spektrometer aufgrund ihrer hohen Auflösung zur Trennung von Licht in Wellenlängen in der Spektrophotometrie durchgesetzt.

Die Spektrophotometrie findet in der Regel in einem chemischen Labor statt, das mit leistungsstarken Tisch- oder Stand-Spektrophotometern ausgestattet ist, die in der Regel groß, sperrig und teuer sind. Hamamatsu hat die Entwicklung von kompakten Spektrometern für tragbare Analysegeräte vorangetrieben, die vor Ort eingesetzt werden können, ohne Messproben in den Chemielaborraum bringen zu müssen. In letzter Zeit ist das Interesse an der Sensorik zur Gewährleistung der Sicherheit von Nahrungsmitteln und landwirtschaftlichen Kulturen gestiegen. Dies hat die Anforderungen an kompaktere, leichtgewichtige Spektrometer erhöht, die kostengünstig und dennoch hochempfindlich sind und in tragbaren Analysegeräten, Quadrocoptern und Drohnen montiert werden können.

Merkmale des C14384MA

1. Kleinstes Gitter-Spektrometer

Die Rücklaufstruktur, die auf der einzigartigen optischen Designtechnologie basiert, erreicht eine Größe von 11,7 mm x 4,0 mm x 3,1 mm (B x T x H) und wiegt weniger als 0,3 Gramm. Diese Abmessungen entsprechen etwa dem 40sten bzw. 30sten Teil des aktuellen Sortiments an Minispektrometern der MS-Serie. Dadurch kann das C14384MA in verschiedene Gerätetypen eingebaut werden, die die Größe und das Gewicht der zu montierenden Komponenten begrenzen, wie beispielsweise tragbare Mess- und Analysegeräte. In der Spektrophotometrie müssen die komplexen Informationen aus dem von verschiedenen Komponenten absorbierten Licht genau gemessen werden. Das Spektrometer misst Veränderungen der Lichtintensität bei jeder Wellenlänge als kontinuierliche Daten und versetzt den Anwender in die Lage, fortschrittliche Analysetechniken anzuwenden.

2. Hochempfindliche Messung mit Nahinfrarotlicht

Durch die Integration des neuesten hochempfindlichen Bildsensors bietet das C14384MA eine verbesserte Nahinfrarotempfindlichkeit, die etwa 50-mal höher ist als die derzeit verfügbaren Minispektrometer der MS-Serie. Dies ermöglicht eine hochempfindliche Messung verschiedener Komponenten in Lebensmitteln wie Wasser, Zucker und organischen Säuren, die Nahinfrarotlicht absorbieren.

3. Geringe Kosten durch die reduzierte Anzahl von Teilen

Durch die Bildung des Gitters direkt auf der Innenseite des Gehäuses und die Integration von Eingangsschlitz, Sekundärspiegel und Bildsensor auf einem Chip konnte Hamamatsu die Anzahl der Teile reduzieren und damit die Kosten senken.

Hauptspezifikationen

Parameter C14384MA Unit
Spectral response range 640 to 1050 Nm
Spectral resolution (FWHM) Note 1 Max.20 (Typ.17) Nm
Sensitivity Note 2 50 –
Spectral stray light Note 3 < -23 dB
Slit size (H×V) 15×300 Μm
Numerical aperture 0.22 –
Dimensions (W×D×H) 11.7×4.0×3.1 Mm
Weight

Über die Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH

Hamamatsu Photonics ist einer der weltweit größten und führenden Hersteller von optoelektronischen Sensoren, Lichtquellen sowie optoelektronischen Komponenten und Systemen. Das Unternehmen wurde 1953 in der japanischen Stadt Hamamatsu City gegründet. Diese ist bis heute der Standort für Forschung und Produktion. Hamamatsu Photonics zählt heute zu den Innovationsführern in optoelektronischer Technologie.

In Deutschland beschäftigt das Unternehmen mehr als 100 Mitarbeiter. Die in Herrsching am Ammersee ansässige Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH betreut den gesamten deutschsprachigen Raum – außer der Schweiz – sowie die Niederlande, Dänemark, Polen, Ungarn, Bulgarien, Rumänien, Griechenland, die Türkei, die Tschechische Republik, die Slowakei, Montenegro, Kroatien und Israel.

Hamamatsu Photonics entwickelt und produziert Komponenten und Systeme auf der gesamten Bandbreite lichtbasierter Technologien. Photomultiplier, Lasertechnik (Entfernungsmessung, Halbleiterlaser, Laserdioden), optoelektronische Halbleiter, Dioden und Bildsensoren von Hamamatsu werden nicht nur in der physikalischen Grundlagenforschung eingesetzt. Hamamatsu Photonics ist ebenso führender Hightech-Zulieferer für verschiedenste Industrien wie Analytik, Automobiltechnik, Sicherheitstechnik, zerstörungsfreie Material- und Produktprüfung, Medizintechnik und Elektronik. Komponenten des Unternehmens kommen sowohl in intelligenten Fahrassistenten moderner Autos als auch in der bildgebenden Diagnostik oder in Smartphones sowie Computern zum Einsatz. Im Bereich Systeme stellt Hamamatsu Photonics eine breite Palette von Bildverarbeitungssystemen her, die in der Halbleiterfertigung, Life Sciences oder der Prozesskontrolle ihre Anwendung finden.

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