BTS2048-VL

Anforderungen an ein modernes vielseitiges Diodenarray-Spektralradiometer

Bereits mit der Entwicklung eines Diodenarray-Spektralradiometers muss bei der Definition der Funktionen und Auswahl der Bauelemente, an die Nutzung als Lichtmessgerät für optische Strahlung in absoluten Messgrößen  berücksichtigt werden. So ist nur mit Diodenarray-Detektoren die einen großen Dynamikbereich aufweisen möglich, die Messung von Lampen unterschiedlichster Leistung durchzuführen. Für präzise absolute Messungen muss der gesamte Dynamikbereich des Spektralradiometers vollständig Linearisiert und mit einer präzisen, rückführbaren Kalibrierung versehen sein.  Falls der elektronisch steuerbare Dynamikbereich (Integrationszeit) allein nicht ausreicht, müssen zusätzliche Dämpfungsfilter (erfordert ein Filterrad) vorgesehen werden. Dieses Filterrad muss  im Sinne der Langzeitstabilität des Messsystems mechanisch robust sein. In zeitkritischen Applikationen wie in der LED-Sortierung im Kurzzeitbetrieb muss der elektronisch kontrollierbare Dynamikbereich so groß sein, dass der zeitintensive Filterwechsel während der Messung möglichst nicht erforderlich ist. Für absolute Messungen ist ein automatisierter Dunkelabgleich der CCD Diodenarray-Detektoren mittels Dunkelmessung Stand der Technik. Spektralradiometer die zur Sortierung (Binning) von Frontend- und Backend-LEDs eingesetzt werden müssen zudem eine präzise Synchronisierung der Messung zur Kurzzeit-Bestromung der Test LEDs ermöglichen. D. h. Trigger Ein- und Ausgänge sind nötig. Für Flashmessungen, d. h. für Messungen in einen Lichtblitz hinein ist ein elektronischer Shutter welcher eine instantane (ns) Nullsetzung aller Pixel vor Auslösung der Messung ermöglicht nötig. Die Messung von Lichtstrom, Lichtstärke und Lichtstärkeverteilung erfordert Zubehör wie Ulbricht‘sche Kugeln, Lichtstärkeoptiken und Goniometer. Mit diesem muss das Spektralradiometer reproduzierbar verbunden werden können. Eine direkte Montage des Spektralradiometers an das Zubehör vermeidet Einflüsse durch flexible Lichtwellenleiter-Verbindungen. Für Farbmessungen ist unter anderem eine präzise umgesetzte Mathematik gemäß CIE 13.3 und CIE 15, sowie TM-30-15 notwendig. Für Applikationen in der LED- bzw. Halbleiterindustrie muss es zudem konform der Standards CIE S025 und LM-79-08 sein.

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BTS2048-VL, Diodenarray-Spektralradiometer mit BiTec-Detektor

Das BTS2048-VL erfüllt alle Belange eines anspruchsvollen modernen Diodenarray-Spektralradiometers und bietet trotz seines innovativen Designs ein verhältnismäßig günstiges Preisniveau.

Eines seiner Alleinstellungsmerkmale ist der innovative BiTec-Detektor, dessen Kombination aus einer Spektrometer-Einheit, welche auf einem Back-thinned CCD Diodenarray basiert, und einer V(lambda) gefilterten Si-Fotodiode bietet Vorteile hinsichtlich Linearität, Stabilität und Messgeschwindigkeit. Beide Sensoren können völlig unabhängig voneinander oder auch nur einzeln genutzt werden, es besteht aber auch die gegenseitige Korrektur der Sensoren was beiderseitige Vorteile mit sich bringt (siehe Fachartikel BTS-Technologie).

Der vollständig linearisierte 2048 Pixel CCD-Detektor mit elektronischen Shutter bietet mit Integrationszeiten von 2 µs bis 4 s einen äußert großen Dynamikbereich (drei Größenordnungen mehr als gängige ms Integrationszeiten und demnach werden drei OD Filter weniger benötigt). Für einen nochmals erweiterten Dynamikbereich bietet Gigahertz-Optik GmbH das TEC gekühlte Spektralradiometer BTS2048-VL-TEC mit 2 µs bis 60 s Integrationszeit an. In Verbindung mit der optischen Bandbreite von 2 nm werden präzise spektrale Messwerte von 280 nm bis 1050 nm (0,4 nm/Pixel) ermöglicht. Eine mathematische Bandbreitenkorrektur gemäß CIE 214 ist implementiert und wird online auf die Messdaten angewendet. Si-Fotodioden überzeugen durch höchstmögliche Linearität innerhalb ihres Dynamikbereiches. Aus diesem Grund kann die Si-Fotodiode des BiTec-Detektors zur Linearisierung des CCD-Diodenarray herangezogen werden (siehe Fachartikel BTS-Technologie). Die kontinuierlich messende Diode kann zudem zur Synchronisation der Messung auf PWM Signale verwendet werden. So können vom BTS2048-VL automatisch absolute spektrale Daten aufgenommen werden, was bei gängigen Spektralradiometern ohne BiTec Sensor durch deren Integrationszeit nicht so einfach möglich ist. Zudem ermöglicht die sorgfältige CIE V(Lambda) anpasste Si-Fotodiode ihren Einsatz unabhängig vom Diodenarray. Damit sind schnelle Messungen bei sehr geringem Signallevel möglich, wodurch sich das BTS2048-VL z.B. hervorragend zur Integration in Goniometer eignet. Ein weiterer Vorteil der BiTec-Technologie ist in diesem Zusammenhang die Möglichkeit der Online-Korrektur der spektralen Fehlanpassung (f1‘) der Diode mittels der spektralen Daten. Trotz seiner kompakten Abmessungen von 103 mm x 107 mm x 52 mm (LBH) bietet das Spektralradiometer BTS2048-VL ein ferngesteuertes integriertes Filterwechselrad mit je einem OD1 und OD2 Dämpfungsfilter sowie einer Blende zur Dunkelmessung.  

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Einsatz in der Frontend- und Backend-LED Sortierung

Für seinen Einsatz in der Sortierung von Frontend- und Backend-LEDs im industrielen Einsatz ist das BTS2048-VL hervorragend aufgestellt. Sein CCD-Diodenarray-basierte Spektrometereinheit bietet eine elektronische Nullsetzung aller Pixel vor Auslösung einer Messung. Der elektronische Shutter und die Auslösung der Messung können über einen Triggereingang mit dem Netzteil für die Kurzzeit-Bestromung der Test-LED synchronisiert werden. Der leistungsfähige Mikroprozessor überträgt in Verbindung mit der schnellen LAN-Schnittstelle einen kompletten Datensatz innerhalb von 7 ms an den Systemrechner.

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Direkt-Montage statt Lichtleiter-Verbindung

Das BTS2048-VL Spektralradiometer bietet als Eingangsoptik eine Streuscheibe und kann daher ohne Zubehör zur Messung der Bestrahlungsstärke/Beleuchtungsstärke mit Spektrum, Farbe und Farbwiedergabe genutzt werden. Mit dieser Eingangsoptik kann das BTS2048-VL zudem direkt an Zubehör wie Ulbricht‘sche Kugeln, Lichtstärkeoptiken (gemäß CIE127) und Goniometer zur Messung von Lichtstrom, Lichtstärke und Lichtstärkeverteilung befestigt werden. Für Anwendungen mittels Lichtleiter bietet Gigahertz-Optik das BTS2048-VL-F an.

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BTS2048-VL – Flicker Messgerät

Durch die Nutzung der schnellen Elektronik des Gerätes erlaubt es die integrierte Photodiode, Messpunkte mit einer Aufnahmerate von bis zu 40 kHz aufzunehmen. Dadurch wird die Ermittlung sämtlicher relevanten Flicker-Messgrößen möglich: 

• Prozent Flicker (IEEE Std 1789-2015, IES:RP-16-10, CIE:TN-006
• Flicker Index (IEEE Std 1789-2015, IES:RP-16-10, CIE:TN-006)
• Fast Fourier Transformation (FFT)
• P_st  Short-term Flicker Severity Pst (CIE:TN-006, IEC TR 61547)
• Stroboscopic Effect Visibility Measure SVM (CIE:TN-006, IEC TR 63158)
• Mp ASSIST

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Anwendersoftware und Entwicklungssoftware

Das BTS2048-VL wird standardmäßig mit der S-BTS2048 Anwender-Software ausgeliefert. Diese bietet eine individuell gestaltbare Anwenderoberfläche und intuitive Nutzung. Eine große Anzahl von Anzeige und Funktionsmodulen steht zur Verfügung. Bei Konfigurationen des BTS2048-VL mit Zubehör der Gigahertz-Optik GmbH sind werden  die erforderlichen Anzeige und Funktionsmodule aktiviert.

Zur Einbindung des BTS2048-VL in Kundensoftware empfiehlt sich die S-SDK-BTS2048 Entwicklungssoftware.

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Kalibrierung

Ein wesentliches Qualitätsmerkmal von Lichtmessgeräten ist deren präzise und rückführbare Kalibrierung. Das BTS2048-VL wird im Prüflabor der Gigahertz-Optik GmbH kalibriert, das für die Messgrößen Spektrale Empfindlichkeit und Spektrale Bestrahlungsstärke als Kalibrierlabor gemäß ISO/IEC 17025 durch die DAkkS akkreditiert ist (D-K-15047-01-00). In die Kalibrierung wird das jeweilige Zubehör eingeschlossen. Jedes Gerät wird mit einem Kalibrierzertifikat ausgeliefert.