CAS 120 CCD Array Spektrometer - Instrument Systems

Wir bringen Qualität ans Licht.
CAS 120
CCD Array Spektrometer
light measurement

Die Merkmale auf einen Blick
Präzisionsspektrograph mit integriertem
Dichtefilterrad (OD 1 – 4)
Shutter für automatische Dunkelstromkorrektur
2048 x 14 Pixel Back-Illuminated
CCD-Detektor, 16 bit ADC
Kurze Integrationszeiten bis zu 4 ms
USB-Interface mit Hardware-Trigger
Das leistungsstarke Spektrometer:
genau, schnell und vielseitig
Mit dem neuen CAS 120 ist es jetzt noch attraktiver, die
bewährte Messtechnik von Instrument Systems in preissensitiven
Anwendungen, wie in der LED-Produktion
oder Qualitätssicherung, einzusetzen.
So führen die technischen Innovationen im CAS 120 trotz
reduzierter Kosten zu noch höherer Zuverlässigkeit und
Robustheit auch in einem harten 24h/7d Produktionseinsatz.
Darüber hinaus werden die hohen Ansprüche an die
Messgenauigkeit und Vielseitigkeit kompromisslos erfüllt.
Das Spektrometer ist mit einem USB-Interface sowie
Hardware-Trigger ausgestattet und in den Modellen VIS
(360 – 830 nm) und UV-VIS (200 – 800 nm) verfügbar.
Vielseitige Softwareunterstützung
Für den Einsatz in der Produktion und für automatisierte
Messplätze stellt Instrument Systems eine DLL
sowie einen LabVIEW ® -Treiber zur Verfügung. In den
Softwarepaketen ist bereits die komplette Berechnung
von photometrischen, radiometrischen und farbmetrischen
Größen enthalten. Die Integration in bestehende
Produktionsanlagen kann damit schnell und unkompliziert
umgesetzt werden. Noch einfacher wird es bei der
Verwendung der LED-Tester Software, die alle wichtigen
Funktionen zur Definition von Testabläufen und Sortierung
von LEDs bereitstellt.
Lösungen für Labor und Produktion
Wie alle Spektrometer von Instrument Systems fügt sich
auch das CAS 120 in das modulare Konzept der Messsysteme
ein. Über Lichtwellenleiter lassen sich eine Vielzahl
von Adaptern sowie weiteres Zubehör für unterschiedlichste
Messaufgaben anschließen. Dadurch kann das CAS 120
sowohl in der Produktion als auch in der Qualitätssicherung
sowie Forschung und Entwicklung effizient eingesetzt
werden. Das integrierte Dichtefilterrad und der Dunkelstrom-
Shutter ermöglichen ferner vollautomatisierte Messungen
über einen weiten Intensitätsbereich.
Spektrale Analysesoftware SpecWin Pro
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Für die vielfältigen Aufgaben im Labor wurden die Spektral-Software
Pakete SpecWin Pro und SpecWin Light
entwickelt. In beiden stehen umfangreiche Funktionen
zur Analyse und Dokumentation der Messergebnisse zur
Verfügung.
Spektralbereich (Blue Response) auf als dies bei herkömmlichen
Front-Illuminated CCDs, die in einfachen
Spektrometern Verwendung finden, der Fall ist. Ein
Vorteil, der insbesondere der Messung von blauen und
weißen LEDs zugute kommt.
Der bewährte optische Aufbau
Das Herz des CAS 120 bildet ein Crossed-Czerny-
Turner Spektrograph mit integriertem Dichtefilterrad und
Dunkelstrom-Shutter. Seine besonders gute Streulichtunterdrückung
und spektrale Auflösung garantiert dabei
höchste optische Genauigkeit.
Stabil auch ohne Kühlung
Ein wesentlicher Kostenfaktor bei High-End Array-Spektrometern
ist die Kühlung des CCD-Detektors, auf die
beim CAS 120 aber bewusst verzichtet wurde. Stattdessen
wird bei jeder Spektrumsaufnahme die Temperatur des
CCD-Detektors erfasst und das Signal korrigiert. Ein innovativer
Algorithmus erkennt durch Temperaturänderungen
hervorgerufene Dunkelstromänderungen und kompensiert
diese automatisch. Somit sind stabile und zuverlässige
Messergebnisse auch ohne kostspielige Kühlung des
Detektors garantiert.
Optischer Aufbau des CAS 120 mit optimiertem Crossed-Czerny-Turner Spektrograph
Back-Illuminated CCD-Detektor
Für alle Modelle wird ein Back-Thinned CCD-Flächensensor
mit 2048 x 14 Pixel verwendet. Dieser Sensor bietet
eine hohe Messempfindlichkeit sowie einen großen Dynamikbereich.
Eine Zylinderlinse aus Quarzglas vor dem
Detektor steigert die Empfindlichkeit des Spektrometers
auf Werte, die sich mit größeren und teureren Detektoren
vergleichen lassen. Durch das hardwaremäßige Binning
der vertikalen Pixel wird das Signal-Rausch-Verhältnis
nochmals deutlich verbessert.
Spectral Response (CCD Area Image Sensors)
Quantum efficiency (%)
100
90
80
70
60
50
BACKthinned
CCD
40
30
Frontilluminated
20
CCD
10
0
200 400 600 800 1000 1200 (nm)
Spektrale Empfindlichkeitsfunktionen Back-Thinned CCD und Front-Illuminated CCD
Back-Thinned CCD-Detektoren weisen ferner eine
deutlich bessere Signalempfindlichkeit im kurzwelligen
Stabilität des photometrischen Messwertes
Zuverlässig und robust
Ein Novum ist das neu entwickelte Filterrad: Es kommt
ohne mechanische Positionsschalter aus und stellt
über den elektronischen Winkelsensor die exakte Positionierung
der Filter sicher. Das Filterrad erweitert den
Dynamikbereich des CAS 120 auf enorme 8 Dekaden
und gewährleistet so die Messung von niedrigen und
hohen Lichtintensitäten ohne manuellen Eingriff in das
Messsystem. Darüber hinaus übernimmt das Filterrad
auch die Funktion des mechanischen Dunkelstrom-
Shutters, der für einen vollautomatischen Dunkelstromabgleich
des CCD-Detektors sorgt.
USB-Schnittstelle und Hardware-Trigger
Das CAS 120 verfügt über eine zuverlässige, anschraubbare
USB-Schnittstelle, die bei Instrument Systems
auch auf härteste Produktionsbedingungen hin getestet
wurde. Eine TTL-Triggerschnittstelle sorgt für ein
präzises Timing und die Synchronisation mit anderen
Geräten, was für genaue Messergebnisse bei schnellen
Produktionstests unerlässlich ist.
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Vielfältige Anwendungen:
Vom Labor zur LED-Produktion
Das CAS 120 kann in allen Bereichen der Messung von
LEDs, OLEDs und Solid-State-Lighting Produkten hervorragend
verwendet werden. Zum einen ermöglicht die
umfangreiche Zubehörpalette den Ausbau des Spektrometers
zu einem universellen Labormessplatz.
wichtig, wo nur eine präzise Messung der optischen und
elektrischen Parameter der blauen LED-Chips geringe
Fertigungstoleranzen und damit eine hohe Ausbeute der
späteren weißen LEDs gewährleistet.
Messung der Lichtstärke
CIE-konforme Lichtstärkemessungen im Labor und im
Backend ermöglichen die Messadapter der LED-4xx Serie.
Für den Einsatz im Frontend hat Instrument Systems
den faseroptischen Messadapter EKT-10x entwickelt,
der unter einem Mikroskop betrieben werden kann und
dadurch eine schnelle Einrichtung des Wafers und eine
kontinuierliche Kontrolle der Position während des Tests
erlaubt. Sein hoher Lichtdurchsatz ermöglicht auch bei
Low-Power LED-Chips kürzeste Messzeiten.
Labormessplatz für LEDs
Zum anderen prädestinieren die kurze Messzeit, der
robuste Aufbau und der attraktive Preis einen Einsatz in
der Produktion. Hier ist der Wafer mit den separierten
LED-Chips die erste Möglichkeit, die Eigenschaften
der zukünftigen LED zuverlässig zu bestimmen. Dies ist
insbesondere in der Fertigung von weißen LEDs eminent
LED 25-430 für Lichtstärkemessungen nach CIE 127
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Messung des Lichtstroms
Für genaue Messungen des Lichtstroms kommen die
bewährten Ulbricht-Kugeln von Instrument Systems zum
Einsatz. Mit Durchmessern von 75 bis 2000 mm lassen
sich alle Messungen im Labor und in der Produktion von
LEDs und Modulen bis hin zu kompletten Lampen und
Leuchten realisieren. Bei Produktionsanwendungen arbeitet
Instrument Systems auch direkt mit den Herstellern
von Waferprobern und LED-Handlern zusammen, um eine
optimale Integration des optischen Messadapters in die
bestehende Maschine sicherzustellen.
LED-Tester
ISP 150L Ulbricht-Kugel für den Produktionseinsatz
Alle Ergebnisse in einer Messung
Aufgrund des spektralen Messprinzips werden mit dem
CAS 120 nicht nur die photometrischen sondern auch alle
farbmetrischen und spektralen Kenngrößen in einer einzigen
Messung ermittelt:
Lichtstrom [lm] bzw. Lichtstärke [cd]
Farbkoordinaten [x, y, z] und Farbtemperatur [K]
Farbwiedergabeindex (CRI)
Dominante, Schwerpunkt- und Peak-Wellenlänge [nm]
Halbwertsbreite FWHM [nm]
Durch die werksseitige Kalibrierung der Spektrometer
zusammen mit dem Messadapter in den ISO 17025 zertifizierten
Kalibrierlaboren von Instrument Systems ist stets
eine hohe Genauigkeit der Messergebnisse des CAS 120
gewährleistet.
Für die Bestromung und elektrischen Messungen hat
Instrument Systems die 4-Quadranten-Stromquelle LSM
350 entwickelt. Dieses Gerät erlaubt besonders schnelle
Messabläufe beim Test von Multichip-LEDs (z. B. RGB).
Darüber hinaus können im LED-Tester die bekannten
Sourcemeter der Serie 2400 und 2600 von Keithley eingesetzt
werden.
Die Tester-Software ermöglicht eine frei konfigurierbare
Abfolge von optischen und elektrischen Messungen an
LEDs mit bis zu 8 Chips. Alle Ergebnisse dieser Messungen
können zur Klassifizierung der LEDs verwendet
werden. Für das Waferprobing steht ein eigenes Wafermapping
Modul zur Verfügung.
Ein Hardware-Interface sorgt für den schnellen Austausch
der Sortierergebnisse mit der Maschine. Diese
Schnittstelle ist meist ohne zusätzlichen Programmieraufwand
mit allen gängigen LED-Handlern oder Waferprobern
verwendbar. Darüber hinaus bietet der LED-Tester
mit dem COM Client eine Softwareschnittstelle, die
eine freie Programmierung aller Abläufe gestattet.
Der LED-Tester
Der LED-Tester wurde als Komplettsystem konzipiert,
das eine schnelle und problemlose Einbindung in unterschiedlichste
Produktionsabläufe in der LED-Herstellung
gewährleistet. Durch den modularen Aufbau kann der
LED-Tester an spezifische Erfordernisse angepasst werden.
Das CAS 120 fügt sich nahtlos in dieses System ein
und ermöglicht insbesondere Anwendungen, bei denen
Kosten und Testgeschwindigkeit im Vordergrund stehen.
LED Tester-Software
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Technische Spezifikationen
Modell UV/VIS VIS
Spektralbereich 200 – 800 nm 360 – 830 nm
Detektor Back-Thinned CCD Back-Thinned CCD
Pixelzahl 2048 x 14 2048 x 14
Spektralauflösung *1 2,7 nm 2,2 nm
Datenpunktintervall 0,35 nm 0,3 nm
Wellenlängengenauigkeit *2 +/- 0,3 nm +/- 0,3 nm
Integrationszeit 4 msec – 20 sec 4 msec – 20 sec
Linearität +/- 0,6% +/- 0,6%
Streulicht
breitbandig für Normlichtart A Strahlung * 3 7 x 10 -4 5 x 10 -4
bei LED *4 5 x 10 -4 5 x 10 -4
mit Laser *4 1 x 10 -4 1 x 10 -4
LED-Messungen
Messbereich Lichtstärke *5 1 mcd – 5 kcd 1 mcd – 5 kcd
Messbereich Lichtstrom *6 1 mlm – 3,3 klm 1 mlm – 3,3 klm
Messunsicherheit Lichtstärke *7 +/- 4% +/- 4%
Messunsicherheit Lichtstrom *7 +/- 4% +/- 4%
Messunsicherheit Dominante Wellenlänge *7 +/- 0,5 nm +/- 0,5 nm
Messunsicherheit Farbort *7 +/- 0,002 +/- 0,002
Spektralradiometrie
Empfindlichkeitsbereich für Bestrahlungsstärke *8 5 x 10 -8 – 5 x 10 2 W/m 2 nm 3 x 10 -8 – 3 x 10 2 W/m 2 nm
Signalempfindlichkeit bei 1s Integrationszeit *8 8 x 10 -7 W/m 2 nm 5 x 10 -7 W/m 2 nm
Spektralradiometrische Genauigkeit *7 +/- 4% +/- 4%
Farbortmessgenauigkeit bei Normlichtart A *7 +/- 0,002 +/- 0,002
Reproduzierbarkeit der Farbortmessung bei Normlicht A *7 +/- 0,0002 +/- 0,0002
Spektralphotometrie
Basislinienrauschen *9 +/- 400 counts, oder +/- 2,5%
Photometrische Transmissionsmessgenauigkeit +/- 1%T
Basisliniendrift *10
0,3%/h
Spektrograph
Brennweite, Gitter
ca. 120 mm f/3.5 / Plangitter
Spalt
Modelle UV/VIS und VIS : Standard: 100 μm; Optional: 50 μm
Filterrad / Shutter
Standard bei allen Modellen; Dichtefilter OD 1 – 4; Modell UV/VIS mit UV Dichtefiltern;
Positionsüberwachung per Encoder
Elektrische Daten
AD-Wandler
16 Bit Auflösung
PC-Interface USB 2.0
Triggerung
Eingang: TLL steigende Flanke; Ausgang: 2 TTL Ausgänge (Software gesteuert),
ein TTL Flash Impuls
Sonstiges
Maße (H, B, T) 147 x 343 x 317 mm 3
Stromversorgung
Weitbereichseingang 100 VAC – 240 VAC 50/60 Hz
Leistungsaufnahme
max. 35 VA
Umgebungstemperatur
15 – 35°C; max. 70% rF nicht-kondensierend
Gewicht
ca. 7 kg
Gültige Normen
erfüllt EN 61010-1:2002-08 (Sicherheitsbestimmungen für elektrische Mess-, Steuer-,
Regel- und Laborgeräte)
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Bestellinformationen
Bestell-Nummer
CAS120-151
CAS120-152
CAS120-330
Beschreibung
Modell VIS; 360 – 830 nm; 2048 Pixel back-illuminated CCD Detektor; 2,2 nm spektrale Auflösung (100 μm Spalt)
Modell UV-VIS; 200 – 800 nm; 2048 Pixel back-illuminated CCD Detektor; 2,7 nm spektrale Auflösung (100 μm Spalt)
50 µm Spalt (statt Standard 100 µm Spalt)
Messadapter für Produktionsanwendungen
LED-433-15 Lichtstärke-Messadapter für LEDs
I LED-B (0,01 sr); incl. OFG-414 und PLG-410; 380 – 1600 nm; gekürzte Version
LED-434-15 Lichtstärke-Messadapter für LEDs
I LED-B (0,01 sr); incl. OFG-424 und PLG-420; 190 – 1350 nm; gekürzte Version
EKT-101
Einkoppeladapter
Faserbündel mit 90° Strahlumlenkung; 280 – 2500 nm
EKT-102
Einkoppeladapter
Faserbündel mit 90° Strahlumlenkung; 190 – 1350 nm
ISP100-130
ISP100 Ulbricht-Kugel
Ulbricht-Kugel mit 100 mm Durchmesser, Faserbündelanschluss; 240 – 2600 nm; Version für die Montage an Handlermaschine
oder Prober
ISP100-140
ISP100 Ulbricht-Kugel
Schutzglas für die Messöffnung der ISP100-130
Messadapter für den Laboreinsatz
LED25-430
Averaged LED Intensity Einkoppeloptik, komplett für I LED-B (100 mm) und LED-Testfassungen mit Ø 25 mm; inkl. LED25-100,
LED25-230, OFG-424 und PLG-420; 220 – 1350 nm
LED-436-15 Lichtstärke-Messadapter für LEDs; I LED-B (0,01 sr); incl. OFG-414 und PLG-410; 380 – 1600 nm; mit Klemmung für
LED-Testfassung
LED-437-15 Lichtstärke-Messadapter für LEDs; I LED-B (0,01 sr); incl. OFG-424 und PLG-420; 190 – 1350 nm; mit Klemmung für
LED-Testfassung
ISP150L-250 150 mm Ulbricht-Kugel, komplett für Lichstrommessungen an LEDs; Adapterplatte für 25 mm LED Testfassungen;
Hilfslichtquelle; incl. OFG-414 und PLG-410; 380 – 1600 nm
ISP150L-251 150 mm Ulbricht-Kugel, komplett für Lichstrommessungen an LEDs; Adapterplatte für 25 mm LED Testfassungen;
Hilfslichtquelle; incl. OFG-424 und PLG-420; 240 – 1350 nm
Kalibrierungen
CAL-120
Kalibrierung der Strahl- und Lichtstärke; Wellenlängenbereich VIS
CAL-121
Kalibrierung der Strahl- und Lichtstärke; Wellenlängenbereich UV und VIS
CAL-140
Kalibrierung des Lichtstroms; Absolutwert mit Referenz-LED an der Messöffnung der Kugel; Wellenlängenbereich VIS
CAL-141
Kalibrierung des Lichtstroms; Absolutwert mit Referenz-LED an der Messöffnung der Kugel; Wellenlängenbereich UV und VIS
Software
SW-120
SpecWin Light Spektralsoftware für Windows XP/7; nur für MAS40/LED Station, CAS140B/CT und CAS120
SW-130 SpecWin Pro Spektralsoftware für Windows XP/7; unterstützt MAS40, CAS140B/CT, CAS120, SPECTRO 320, DTS 500,
LEDGON
SW-231
DLL Treiberprogramm für CAS140B/CT und CAS120; lauffähig unter Windows XP/7
SW-233
LabVIEW ® Treibersoftware; erfordert zusätzlich SW-231
*1 Circawerte für 100 μm Standard Spalt. Bei optionalem 50 μm Spalt andere Werte.
*2 Gilt für Penray-Lampe oder Laser.
*3 Gemessen bei 400 nm in Kombination mit einem Langpass-Filter GG455 relativ zur Peakintensität der ungewichteten Spektraldaten.
*4 Gemessen in 150 nm Abstand links von der Peakwellenlänge, relativ zur Peakintensität der ungewichteten Spektraldaten.
*5 Gilt für ein Signal/Rausch-Verhältnis von 10:1, bei gelber LED mit 585 nm und mit LED-436 Adapter. Bei weißen LEDs liegen die Werte um den Faktor 20 bis 100 höher.
*6 Gilt für ein Signal/Rausch-Verhältnis von 10:1, bei gelber LED mit 585 nm und mit Ulbricht-Kugel ISP250. Bei weißen LEDs liegen die Werte um den Faktor 20 bis 100 höher.
*7 Unmittelbar nach Kalibrierung relativ zum Kalibrierstandard und ohne Dichtefilter. Die Fehlerangaben beziehen sich auf die zweifache Standardabweichung.
*8 Gemessen mit Einkoppeloptik EOP-120 und Faserbündel OFG-414, bei 600 nm Wellenlänge und Signal/Rauschverhältnis von 10:1, unter Einbeziehung der Dichtefilter und
ohne Mittelwertbildung.
*9 Bei kürzester Integrationszeit und bei 30.000 counts Aussteuerung.
*10 Gilt für 30 Minuten mit LS100-130 nach 1 Stunde Aufwärmzeit.
Instrument Systems arbeitet kontinuierlich an der Weiterentwicklung der Produkte. Technische Änderungen sowie Irrtümer und Druckfehler begründen keinen Anspruch auf
Schadenersatz. Im Übrigen gelten unsere Geschäftsbedingungen.
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Wir bringen Qualität ans Licht.
light measurement
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Neumarkter Straße 83
81673 München
Tel.: +49 89/45 49 43-0
Fax: +49 89/45 49 43-11
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