鑫图sCMOS相机丨一种双通道的高性能光谱仪的研究

福州鑫图光电有限公司

2024/03/06 15:17

光谱仪是现代科学研究和工业应用中的一个关键设备。由于光谱仪在某些情况下需要同时测量几个光信号，传统探测器不同时间间隔的测量会受到时间相关误差或光路变化引起的误差的影响，并且很难在不同环境条件下使用不同的探测器实现相同的量子效率，因此为了克服这些困难，研究人员基于鑫图sCMOS相机开发了一种新型紧凑型的双通道光谱仪。

这种光谱仪由8个子光栅集成，取代了在传统设计中使用的机械运动部件，两组4折光谱光路分别用于在鑫图sCMOS相机（Dhyana 90A）的焦平面的上部和下部衍射和成像，相机在400nm处的量子效率约为90％。本光谱系统除了具有成本效益的优点之外，光谱仪的紧凑设计使其能够同时测量多个光谱。

图 1 光谱仪系统的示意图

图 (a) 在清澈的水中拍摄的带有有源光信标的原(a) S1和S2是两个独立的光学狭缝。G1和G2是两套光栅,每套光栅由4个子光栅组成。来自G1和G2的4条折叠光谱线分别在BSI-CMOS阵列探测器的焦平面的上部和下部以高分辨率成像。一组光学元件(S1, G1、镜子1和2以及滤光片组F)被安排成通道1的光谱线在BSICMOS检测器D的焦平面的上部成像。始图像，调制频率为63 Hz，安装在中间的模拟停靠站上，两个背景光源发射频率为55 Hz和0 Hz。

图 (b) 将锁相检测后的二值化结果应用于63hz。

图 2 按照拟议设计建造的紧凑型光谱仪的照片

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该研究中使用的Dhyana 90A是鑫图开发的第一代背照式sCMOS相机，拥有200~950 nm的探测波长、高帧率（每秒24帧）、高分辨率（优于0.1nm/像元）、16bit高动态范围的优势，研究结果表明这种由多个光谱通道共享的先进二维 BSI-CMOS 阵列探测器的应用代表先进光谱仪发展的未来趋势。

如今，鑫图sCMOS相机产品线已愈加丰富，不仅可以提供更大面阵的背照式sCMOS相机，2.4微米~16微米像元尺寸可选；还有非常先进的高速高灵敏度TDI线扫方案，谱段范围可以涵盖软X射线-极紫外-可见光-近红外波段，助力更高性能和更具典型应用特征的光谱仪器开发与应用。

参考文献

Zang KY, Yao Y, Hu ET, Jiang AQ, Zheng YX, Wang SY, Zhao HB, Yang YM, Yoshie O, Lee YP, Lynch DW, Chen LY. A High-Performance Spectrometer with Two Spectral Channels Sharing the Same BSI-CMOS Detector. Sci Rep. 2018 Aug 23;8(1):12660. doi: 10.1038/s41598-018-31124-y. PMID: 30139954; PMCID: PMC6107652.

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