单芯小型准直器

—以国际化、新产业化为目标，产学联合共同制订纲要— 在NEDO项目中，大阪大学和岛津制作所以扩大可见光半导体激光用途为目的实施合作研发，开发出领先世界的高辉度型与超小型3原色激光光源，并对这两种激光光源模块做装机实验进行了性能评价。 此外，还以大阪大学为中心成立产学合作组织，制定了与光源相关的安全性纲领文件。今后，将继续开展活动推进其实用普及，引导纲领文件的学习，支持国际标准化提案，实现新工业化目标。图1 领先世界水平的高辉度3原色激光光源模块 图2 世界最小型3原色激光光源模块1．概要 在NEDO项目中，大阪大学和岛津制作所联手，利用3原色可见光半导体激光技术，开发出了两种3原色激光光源模块。一种用于高辉度显示装置、激光照明领域，是该领域目前辉度最高的模块（如图1）；另一种用于扫描型激光投射，是可单光纤输出的目前世界最小尺寸的超小型模块。 将上述模块装入9家制造商的设备后，对其进行性能评价。评价结果显示，与LED等其他光源相比，无论是小型化、节能性还是颜色重现性等各方面，激光光源都有其独特的优势。 从这一激光特性来看，可望其未来应用前景相当广泛，从智能手机、笔记本终端等小型电器，到几十米高的剧场、建筑物投射等的大型放映装置皆可应用。 针对限制了激光应用普及的特性及安全性问题，2014年，大阪大学（光学中心、副主任、特聘教授 山本和久）作为发起人，成立了可见光半导体激光应用协会，近期，制订了相应的3原色激光光源模块的性能指标、可靠性及安全性纲领文件，完善了可见光半导体激光技术应用的基础。今后，将继续推进可见光半导体激光的应用普及活动，推进纲领文件学习，支持国际标准化提案，实现新工业化目标。 此外，2016年3月14日在日本桥生命科学中心，由可见光半导体激光应用协会、大阪大学科学中心以及NEDO共同举办的“可见光半导体激光应用研讨会”也对这些成果进行介绍。2.最新成果（1）领先世界水平的高辉度型和超小型3原色激光光源双双诞生 最新开发的高辉度型3原色激光光源模块，用于高辉度显示计及激光照明用途，红、绿、蓝三色激光都具有超10W的高输出功率，实现了领先世界的高辉度（如图3）。超小型3原色激光光源模块用于扫描型激光投射，主体部分仅有0.5cc大小,堪称目前世界最小尺寸。通过调节绿色波长，这些光源可再现自然色（如图4）。图3高辉度型模块特性检测实例 图4超小型模块特性检测实例 近些年，一些投影设备开始采用激光作为光源。电影院、大厅等场所对辉度要求不断增高，有时必须达到10000lm以上的辉度（全光束），但10000lm以上光源目前最常使用的是氙灯和高压汞灯，LED无法实现如此高的辉度。 最新的高辉度模块，利用3原色半导体激光（SHG型除外）可以实现10000lm级以上的高辉度。小型高辉度半导体激光有望在影院级的大型投影仪上投放使用，不仅能提供高清大画面，还能节约电力消耗。 个人、家庭使用的小型投影仪由于几乎没有光线扩散，因此利用激光投影可以不受投影面的距离、形状限制，获得清晰图像。例如，如果内置于智能手机，则可以轻松地在墙面上投射出清晰画面。此外，这种特点也可用于人眼方面，如未来可用于开发头戴式显示器（HMD），使用强度对人眼无害的激光直接对视网膜进行扫描，即使患有近视的人群，也可以看到清晰图像。超小型模块应用需求广泛，今后会继续朝着更加小型化的方向发展。 最新技术优势众多，通过调节内置的半导体激光元部件的数量，可以灵活地满足大规模高输出需求或小规模低输出需求，还可利用光纤实现光源和发光部分分离等。例如，应用于汽车头灯，不仅可对前方照明度和照射位置进行调节，还可随意选择光源本身的安装位置。（2）可见光半导体激光应用协会的设立、运营以及纲领文件的制定 可见光半导体激光应用协会以大阪大学为主体，主要探讨有关3原色激光光源模块的规格、性能指标以及可靠性、搭载产品的安全性等课题，在项目进行期间已制订完成了6项纲领文件。该组织还由其他51家相关机构组成，包括市场上8成的相关行业元件装置生产商及机器生产商、大学研究机构等。 该协会正在就确保激光对人眼安全性的技术标准进行探讨，激光安全性制约着可视化半导体激光的应用。此外，还将致力于解决激光成像技术中的问题——散斑现象。散斑现象，形成于激光扫描投影时，是正常画面中混入干扰图样后无法准确反映画面的现象。现在，以大阪大学为中心，开发了可靠的散斑图检测技术，在此基础上制定了视觉上能够允许的散斑标准。 以上6种纲领文件将逐步公布，该项目合作完成后还将各自推进国际标准化方案提出进程。 图5 散斑；激光干涉图样 图6散斑检测装置关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。 更多信息请关注岛津公司网站www.shimadzu.com.cn/an/ 。 岛津官方微博地址http://weibo.com/chinashimadzu。岛津微信平台

牛津仪器工业分析部于2013年4月25日在上海召开新产品发布会，隆重推出了最新款专为中国中小型铸造企业量身定制的桌面式全谱火花直读光谱仪FOUNDRY-MASTER Xline。　　据了解，该款新产品是牛津仪器根据国内客户调研结果，由德国原厂特别设计定制的一款直读光谱仪，这款新产品保证了牛津仪器一贯优异的产品品质质量，并且为回馈中国用户的厚爱，在推广期内以人民币22.8万的价格投放中国市场。　　&ldquo 专为中国中小型铸造企业量身定制&rdquo ，这一关键词所蕴含的：牛津仪器工业分析部门未来几年的发展战略?新产品特点所在?中国中小型铸造企业对直读光谱仪器的需求特点?&hellip &hellip 5月10日，仪器信息网编辑就以上问题采访了牛津仪器工业分析部门中国区销售经理邹杨、北方区销售经理汤鹏。牛津仪器直读光谱分析部门中国区销售经理 邹杨牛津仪器直读光谱分析部门北方区销售经理 汤鹏　　牛津仪器直读光谱仪发展方向：小型化、平民化、易用化　　邹杨介绍了牛津仪器的发展战略以及推出该款新产品的背景，&ldquo 多年来，牛津仪器推出的进口直读光谱仪产品一直是针对中国中高端客户，我们希望将来，也是牛津仪器的一个发展战略，即直读光谱仪向着小型化、平民化、易用化的方向发展。2009年以来，牛津仪器每一年或每一年半的时间，就会推出一款新产品，技术升级、技术变更一直延续着这一思路。我们还希望，如目前CCD广泛性优于PMT，其深度方面不如PMT，但是随着CCD技术的发展，如果在深度方面能够前进一步，CCD将逐渐代替传统的PMT，牛津仪器希望加入到这一变革过程中来，并为这一变革做一点工作。&rdquo 　　&ldquo 近年来，不论财政政策，还是技术方面，国家一直对中小企业采取了扶持政策，尤其经济危机之后，中国更加支持向高附加值产业方向发展。中小企业有了财政支持和技术支持，但是在本身设备、及其应用方面是否得到了设备供应商的支持呢?牛津推出这款新产品，意味着从&lsquo 用得起、放心用、能够用、方便用&rsquo 的角度，帮助中小企业提升其产品竞争力，进而提升企业在市场上的竞争力。这是牛津仪器推出这款新产品的初衷，也是牛津发展战略的一部分。&rdquo 　　FOUNDRY-MASTER Xline：震撼性价格22.8万 优异性价比　　&ldquo 牛津仪器一贯秉承的独特技术在这款新仪器中保留了下来，如，通电20分钟，仪器即可使用 德国工厂预制曲线及波长实时校准技术，用户无需频繁校准 开放式火花台设计等。&rdquo 邹杨介绍到，&ldquo 三面开放式的火花台设计几乎可以检测各种尺寸形状的样品，尤其是一些大尺寸的特殊样品。同时，由于氩气喷射气流技术，FOUNDRY-MASTER Xline不需要样品完全覆盖火花孔就可以分析各种不规则的样品。通过使用线材适配器，用户就可以检测管材、棒材甚至线材 并大大节约样品前处理的时间。&rdquo 　　&ldquo 牛津仪器通过技术改造、技术革新，使得该款仪器具有了冲击性、震撼性的价格，22.8万元人民币。当然，牛津一贯秉承的独特技术仍被完整保留。&rdquo 汤鹏说到，&ldquo 铸造业直读光谱仪应用方法方面，工作曲线和子程序等都已经非常成熟。所以针对新产品，牛津仪器推出了标配10个电极刷、10个透镜，可以方便企业使用和维护仪器。未来还计划将中国标准样品做到工作曲线中。&rdquo 　　中国中小型铸造企业对直读光谱仪的需求每年皆以100%速度增长　　新产品为何针对中国中小型铸造企业客户?中国中小型铸造企业对直读光谱仪的需求如何?　　针对这两个问题，汤鹏说到，&ldquo 与国外铸造企业越来越集中不同，中国的中小型铸造企业非常多，分布广、涉及范围大。中小企业生存环境、经营环境，注定了其更关注在细分领域的生存，他们不需要大而全的仪器，需要的是一款承担的起、具有优质质量的、满足需求的分析仪器。据了解，中国具有20000家铸造企业，70%是黑色铸造，它们主要针对铸钢、铸铁，少量不锈钢、工具钢。所以，新产品初期只针对铸造企业，配备的程序只有中级合金钢、不锈钢、工具钢。&rdquo 　　&ldquo 2012年初，牛津仪器开始了长达一年的调研，根据客户问卷整理发现，中国中小型铸造企业对直读光谱仪的需求主要包括以下几方面：对使用环境要求越低越好 对人员操作越简单越好 短期、长期稳定性越高越好 日常维护越少越好 分析元素越多越好 体积越小越好 使用成本越低越好。　　&ldquo 2007年以来，中国中小型企业对直读光谱仪的需求每年皆以100%的速度在增长，牛津仪器希望和中国当前经济形势保持一致的增长速度。&rdquo 汤鹏说到。采访现场采访编辑：刘丰秋

大概5年前，拇指大小的小型光谱仪（MS系列）上市发售并显著拓宽了光谱仪的应用。滨松公司现在已经研发了比以前更小的低成本微型光谱仪。该微型光谱仪是一个只有5克重量的超小模型。尽管性能和我们现在的小型光谱仪（MS系列）大部分相同，但是微型光谱仪更加紧凑坚固，且价位低廉。应用包括仍存在巨大的未开发市场的消费电子领域。为了更多了解微型光谱仪的研制背景、潜在应用和未来发展前景，我们采访了参与研发产品的4名成员。滨松微型光谱仪C12666MA 世界上最小的光谱仪你们是如何着手把一个指尖大小微型光谱仪的想法转化为产品的？ Shibayama:光谱仪的通常形象是安装在实验室工作台上的一个大设备，但我们坚持研发的目的在于开发一种尽可能小的高度便携可移动产品。大约10年前，我们发布了掌上电脑大小的小型光谱仪（TG系列），大概5年前，发布了拇指大小的小型光谱仪（MS系列）。然而客户仍要求我们让它们尺寸更小价位更低。因此，我们着手工作并研发这种新的微型光谱仪。 Yokino:与宽度小于75px的小型光谱仪（MS系列）相比，微型光谱仪大概2厘米宽，在体积和重量上比MS系列的小型光谱仪小和轻约50%。这种新型微型光谱仪的封装用是金属制作的，而MS系列是塑料封装。具体来说，我们换了一个高度可靠和坚固的密封封装（见注）。这让我们在保持与MS系列相同性能的同时大幅的降低了成本和尺寸。注意：密封封装是金属-金属或者玻璃-金属焊接的气密性封装，能够保护内部组件并隔绝湿度。 客户尺寸更小的需求背后有什么背景吗？ Ito:考虑到尺寸和价格，传统光谱仪主要用于测量和工业应用，不用在个人或者私人层面。然而，市场上小型光谱仪（MS系列）的出现改变了这一概念，我们随之开始研究更小更便宜的光谱仪。但在尺寸和价位方面需要更进一步，以使它们在消费电子市场得到广泛应用。 Hikita:小型光谱仪可以内置在紧凑设备中。例如，我们将看到室内与智能手机或医疗设备相连接的新应用。 Yokion:考虑到室内和室外使用，我们决定采用高坚固、可靠的金属来制造密封封装，而不使用水分可以穿过的塑料封装。 市场上有类似产品吗？ Hikta:是的，只考虑尺寸，有类似产品。然而严格来说，它们并不相同，因为我们的微型光谱仪让光线从狭缝通过，而竞争产品使用光纤传导光。 Ito:所以如果你规定相似产品为允许直接输入光的光谱仪，那么我们的产品是世界上最小的，并且具有高性能。我们的产品很可能在市场上开拓了一个全新的领域。 采用MEMS和图像传感器制造技术实现紧凑尺寸和高性能相比目前的产品，你们如何能使其尺寸更小？ Shibayama:通过重新审视光学设计和组成部分，优化MEMS技术并简化结构，我们实现目标。此微型光谱仪包括三个部分，一个光线可以进入的狭缝，一个光谱衍射光栅和一个探测光的图像传感器。我们利用MEMS技术制造这些部分，因此MEMS技术是我们可以制作更小的微型光谱仪的主要因素。更具体地说，我们利用MEMS干法刻蚀技术形成让光通过到达图像传感器的狭缝，还使用了称为纳米压印的精细成型技术形成衍射光的光栅。 Yokino:在光谱仪尺寸和性能特点间有一种权衡关系。当尺寸变得更小，分辨率和性能都下降。我们的微型光谱仪采用光在光谱仪内部反射一次后再衍射的方法，并在尺寸和性能方面都具有尽可能好的表现。 降低成本过程中你们如何解决遇到的问题？ Shibayama:小型光谱仪（MS系列）使用一个玻璃透镜作为光传输的介质。如果玻璃本身的尺寸精度可以保持，玻璃能够提供为光谱仪所要求的精度。然而，玻璃透镜的成本高，所以我们不得不放弃玻璃镜片并找到满足要求的低成本替代品。 Yokino: MS系列的小型光谱仪通过纳米压印在玻璃上形成一个光栅。然而，如果纳米压印失败，玻璃透镜将无法使用，造成的问题成本更高。所以我们重新评估将光栅作为独立单元制造来代替在玻璃透镜上形成光栅的可能性。这将减少生产光栅的玻璃，在降低成本上也是有效的。 微型光谱仪中使用了何种型号的传感器？ Yokion:微型光谱仪使用一个集成了入射狭缝的图像传感器。此类型传感器可使光谱仪减小到指尖大小。入射光经光栅衍射后，短波长光到达入射狭缝位置很近。如果狭缝和传感器是分离的，需要极高精度的定位，否则会降低光谱性能。和传感器集成的狭缝不存在此定位问题。 Shibayama:我们还给集成了入射狭缝的图像传感器增加了截止滤波片（见注）。在生产小型光谱仪（MS系列）时，我们在金属接线的玻璃接线板上安装图像传感器，并在此玻璃接线板上制造截止滤波片。但是对于微型光谱仪，我们不用玻璃而是利用中空来传导光，所以用这种方式为图像传感器制造截止滤波片是不可或缺的工序。 Ito:除了接收光的基本功能，由于具有入射狭缝和截止滤波片，图像传感器还有其他价值。我们的独特优势是同时具有图像传感器技术和MEMS技术。注：截止滤波片是能够去除多重反射光和衍射光等杂散光分量的滤波片，却不影响被测光。 为客户应用开发提供理想性能参数你们预期此微型光谱仪具有何种应用？ Ito:我们目前收到有关颜色的应用需求，比如便携式色度计和打印材料的颜色检测等。从小型光谱仪（MS系列）到微型光谱仪也增加了与定点医护工作相关的手持医疗设备的咨询。使用小型、低价、高可靠性的防潮封装证明是成功的。 Hikita:我们的立场是帮助客户开发用于消费电子产品的光谱仪应用。因此我们认为我们的主要任务是为客户提所需性能参数以使光谱仪应用成为现实。 你们可以定制生产设计来满足客户需求吗？ Ito:我们首先验证客户所需性能参数和预计数量，如果需要大量产品，我们之后会提出符合要求的设计。当收到产品需求，初始阶段我们的工程师会讨论研究。 你们可以举一个和客户讨论的具体例子吗？ Hikita:比如针对糖尿病患者的葡萄糖监测仪的讨论。如果一个产品能够利用光来诊断葡萄糖水平，这将解除患者巨大负担。为了使这种产品成为现实，我们首先验证必须的特性参数，之后做必要协调和调整。 Yokino:我们在去年九月份举办的科技展览——2013光子展览上介绍了微型光谱仪，收到了来自参观者的积极反馈。我们准备了与智能手机相连接的概念模型来验证诸如颜色分析等应用，引发在光谱分析和其他应用中使用的特定讨论。通过向客户展示模型本身并引导他们联想实际中如何应用，我们获取了重要的结果。 Ito:光子展览上有很多对微型光谱仪与智能手机相耦合感兴趣的客户。也有一些特别的咨询，比如是否能够用于调整剧场照明或者在教学中是否能够教导孩子光波长。小型尺寸引发人们思考，它是否可以用于此处呢也同样激发人们关于新应用的想象。大多数情况下，是先有一个目标应用，再生产满足此应用的产品，但是微型光谱仪却更可能是创造新应用。你可以它称为反向工作的现象。不去管它究竟能完成什么，我认为它确实拓展了未来可能性。 从今年三月份官方发布后，反响如何？ Hikita:官方发布前，去年底我们已经能够提供样品，销售了大约100个样品，其中很多被国外购买。一些客户评价，尽管外形小巧，仍然可以保证精确测量。还有其他诸如此类的积极反响。 Ito:今年9月份，我们的新13号大楼将在主要工厂投入生产。我们将在那里做产品研发并建立车载装置和移动终端大规模生产系统，比如基于MEMS技术的微型光谱仪，同时提出解决日渐增加的客户需求。（工厂现已投产） 你们从这里预测到什么样的发展趋势？ Shibayama:尽管微型光谱仪现在已经做到可以放到指尖上的尺寸，我们仍接到来自客户做到更小更薄的需求。目前反射光束一次的方法已经达到此尺寸的极限，所以为了满足更多的需求，我们不断地把新的想法融入设计来开发更小的设备。 Hikita:直到现在我们都采取只提供硬件，把电路和软件开发留给客户。但是如果我们也为客户解决这些额外的请求，我们的产品将会更易使用。我是负责模块开发领域，所以我们现在准备提供包含必要电路的软件和模块产品，而不仅仅是设备级。 滨松微型光谱仪MS系列和新型微型光谱仪C12666MA比较规格MS系列光谱响应范围340 to 780 nm640 to 1050 nm340 to 750 nm光谱分辨率(FWHM, 最大值)15 nm20 nm14 nm总像素数256 pixels256 pixels256 pixels测量条件Ta=25 ℃典型值 Ta=25 ℃ (特殊说明除外)典型值 Ta=25 ℃ (特殊说明除外)重量5g9g9g大小20.1 × 12.5 × 10.1 mm27.6 × 16.8 × 13 mm27.6 × 16.8 × 13 mm 更多滨松微型光谱仪信息，敬请点击表格按钮。