從圖像傳感器到微型光譜儀的進階之路，濱松有話說
如果把一臺微型光譜儀解構(gòu)來看：微型光譜儀 = 光學設(shè)計 + 圖像傳感器 + 電路設(shè)計，可以說圖像傳感器的性能對于微型光譜儀的性能和產(chǎn)品定位具有決定性的影響。
今天咱們就先從CCD、CMOS、InGaAs圖像傳感器入手，與大家一同分析一下內(nèi)置在光譜儀中的圖像傳感器應(yīng)該有著什么的“神通”，而這樣的“神通”又為我們帶來了何種不同性能的光譜儀。首先來看紫外~可見~近紅外波段，也就是Si材料可以響應(yīng)的180~1050 nm這一段。在這一段，濱松的圖像傳感器大致上可以分為三類：CMOS、背照式CCD、前照式CCD。以短波近紅外為例，以下是特別適合短波近紅外段的三款圖像傳感器：我們以該表為基礎(chǔ)分別來解析一下每一種傳感器的優(yōu)劣之處。
背照式CCD 是基礎(chǔ)性能最好的傳感器類型，量子效率最高，800 nm的QE達到了86%。同時，每一列的有效感光面積也最大（14 um x 896 um）。單列面積越大探測器的，制作成光譜儀后，其靈敏度也就越高。不過，成本也會上升。
背照式CCD主要用在中高端的微型光譜儀中，一般都有制冷的型號，來應(yīng)對需要低暗噪聲，長曝光時間的場景，可以檢測一些微弱信號，比如弱拉曼光、弱熒光。舉例來說，如果您需要檢測785激光散射出來的微弱拉曼光，那么800~1000 nm段量子效率很高的S16010-1106的制冷版本 S16011-1106，就是一個推薦的選擇。
CMOS圖像傳感器是性價比較高的傳感器類型。這類光譜探測器一般總感光面積不是最大的，但在多數(shù)情況下是夠用的。濱松最經(jīng)典的CMOS傳感器產(chǎn)品是S11639-01，它優(yōu)異的高性價比使得它成為了市面上200~1000 nm段常規(guī)微型光譜儀的最常見選擇之一。
前文對比中出現(xiàn)的S16514-2048-11正是基于S11639-01新推出的紅外響應(yīng)增強型，更適合手持式785拉曼光譜儀或者是高性價比的SW-NIR微型光譜儀。不同于最大化量子效率的背照式FFT-CCD，CMOS雖然同樣以PN結(jié)為基礎(chǔ)感光單元，但它集成了更多電路功能到探測器芯片上，可以實現(xiàn)電子快門等一些額外的功能。
前照式CCD雖然沒有背照式CCD那么高的量子效率，但它們往往可以通過成熟的工藝設(shè)計實現(xiàn)更多的特殊功能。比如前文提前S15729-01，它在具備良好的近紅外響應(yīng)的同時，可以實現(xiàn)超高的幀速率，可以在OCT等特殊應(yīng)用場景下使用。
總結(jié)在短波近紅外波段：
背照式CCD圖像傳感器基礎(chǔ)性能最好；
CMOS圖像傳感器性價比最好；
前照式CCD圖像傳感器可以實現(xiàn)更多功能設(shè)計；
“近紅外波段”—圖像傳感器
近紅外波段也就是InGaAs材料可以響應(yīng)的900~2500 nm這一段。InGaAs圖像傳感器本質(zhì)上是InGaAs的光電二極管陣列+Si CMOS讀出電路，它也分為前照式和背照式兩種，這種區(qū)分也體現(xiàn)在如何鍵合一個InGaAs光電二極管陣列和一個CMOS電路芯片。在前照式設(shè)計中，CMOS讀出電路芯片放置在InGaAs光電二極管陣列旁邊，通過金線鍵合。正面入射無阻擋，整體靈敏度更高。不過實話實說，這樣會導(dǎo)致芯片尺寸較大，需要的鍵合空間也會更大。最直接的問題是512像素的前照式InGaAs圖像傳感器需要2條總線分別讀取奇數(shù)像素和偶素像素的信號，否則芯片內(nèi)的鍵合空間就不夠用了。這樣的2條總線的設(shè)計，就會導(dǎo)致探測器芯片整體的奇數(shù)像素和偶數(shù)像素的輸出值有不同的基線水平。背照式InGaAs圖像傳感器是把InGaAs 光電二極管陣列翻過來直接耦合在CMOS讀出電路芯片上，可以規(guī)避奇偶總線的問題，整體上也可以獲得更小的封裝尺寸，但入射光從InGaAs圖像傳感器背面入射（結(jié)構(gòu)與材料上的差異導(dǎo)致目前不能對InGaAs做如同背照式CCD那樣的背面減薄處理），信號光需要走過更長的路才能到達真正感光的PN結(jié)，探測器的整體靈敏度就會有所損失。
濱松各型各款光譜儀
分析完了圖像傳感器，接下來我們就來聊聊光譜儀。濱松不僅可以為各位提供上述的圖像傳感器，我們還可以提供各型各款的光譜儀，除了像大家所熟知的超小型微型光譜儀系列（點擊此處，回顧產(chǎn)品詳情），濱松的常規(guī)微型光譜儀也是十分有得聊。
濱松的微型光譜儀也融合了我們對自產(chǎn)的各類圖像傳感器的理解，也運用了作為探測器供應(yīng)商的一些小優(yōu)勢。
濱松的TF系列微型光譜儀以緊湊的尺寸設(shè)計為賣點。工作在340~830 nm的C13555MA微型光譜儀，整體尺寸只有80x60x12 mm，這是通過把未完整封裝的S11639-01，直接從CMOS探測器產(chǎn)線轉(zhuǎn)移到微型光譜儀產(chǎn)線，安裝到光譜儀內(nèi)，這樣才能最大限度地優(yōu)化尺寸設(shè)計。
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