Seit über 35 Jahren steht Instrument Systems für höchste Ansprüche in der Lichtmesstechnik. Dies gilt insbesondere für die weltweit anerkannten High-end Spektralradiometer. Sie sind das Kernstück für unterschiedlichste Lichtmessaufgaben in vielfältigen, innovativen Applikationen. Alle radiometrischen, photometrischen und farbmetrischen Eigenschaften werden mithilfe umfangreicher Software-Suiten wie der SpecWin Pro aus den spektralen Daten der Spektralradiometer berechnet. Daher ist ihre Präzision und Genauigkeit von besonderer Bedeutung für exakte Messwerte.

Auch das neue CAS 140D IR bietet die bewährt hohe Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit. Gegenüber seinem Vorgängermodell CAS 140CT IR bringt es eine deutliche verbesserte Performance für Wellenlängen im Infrarot mit. Dank des neu designten optischen Aufbaus konnte der Durchsatz um bis zu 70 % erhöht werden. Der Streulichtanteil ist nochmals erheblich verringert. Zusätzlich enthält das CAS 140D IR eine neue Elektronik-Plattform, die eine schnellere Verarbeitung der Messungen ermöglicht: Die minimal mögliche Integrationszeit sinkt von 10 ms auf 4 ms, die gesamte Scanzeit für eine Messung von 16 ms auf 10 ms. Die Vorteile für den Anwender liegen in einer höheren Produktivität durch kürzere Messzeiten bei gleichzeitig höherer Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Ergänzend zu dem Breitband-Modell (780 – 1700 nm) sind hochauflösende Geräte speziell zur Messung schmalbandiger Laserdioden wie VCSEL verfügbar: z.B. 1300 – 1440 nm mit einer spektralen Auflösung von 0,75 nm.

Wie alle Spektrometer von Instrument Systems sind auch die Infrarot-Modelle mit einer auf die PTB bzw. NIST rückführbaren Kalibrierung ausgestattet. Über eine Triggerbox können verschiedene CAS-Modelle zu einem MultiCAS-System kombiniert werden und komplexe Spektralmessungen zeitgleich über einen sehr breiten Wellenlängenbereich ablaufen. In der richtigen Kombination mit 2D-Farbmesskameras, IR-Kameras, Ulbricht-Kugeln oder Goniometer-Systemen erfüllen sie präzise und zuverlässig individuelle Kundenaufgaben für Wellenlängenbereiche von UV bis IR.

Besuchen Sie uns in München auf der LASER World of Photonics vom 26. – 29. April 2022 an Stand A6.221.

Der LIV-Test ist eine schnelle und einfache Methode, um die wesentlichen Performance-Parameter von Laserdioden zu ermitteln. Er kombiniert zwei Messkurven in einer Grafik. Die L/I-Kurve zeigt die Abhängigkeit der optischen Lichtintensität des Lasers vom Betriebsstrom und dient zur Bestimmung von Betriebspunkt und Schwellenstrom. Die V/I-Kurve zeigt die am Laser anliegende Spannung in Abhängigkeit vom Betriebsstrom. Berechnet man hieraus die Ableitungsfunktionen, sind Anomalien (Kinks) der Laserdioden noch eindeutiger zu erkennen.
 
LIV-Testsysteme bestehen in der Regel aus Photodiode, Ulbricht-Kugeln und Source-Measure-Units (SMUs). In Kombination mit einem Spektralradiometer können zusätzlich spektrale Eigenschaften der Laserdioden wie Peak-Wellenlänge und Halbwertsbreite (FWHM) bestimmt werden. Diese Größen zeigen häufig eine Abhängigkeit vom Betriebsstrom. Das kann für ein VCSEL mit zunehmendem Betriebsstrom eine Verschiebung der Peak-Wellenlänge zu höheren Wellenlängen hin bedeuten (siehe Abbildung). Je nach Lasertyp und Anforderung ist weitere Messtechnik erforderlich. Mit steigender Temperatur nimmt die Effizienz von Laserdioden oft signifikant ab. Deshalb ist für Applikationen zum Beispiel im Automotive-Bereich eine temperaturabhängige Analyse relevant. Die SpecWin Pro unterstützt hierzu die Anbindung einer externen Temperatur-Einheit für Tests von 15 bis 150 Grad Celsius. Für einige Anwendungen ist auch ein gepulster Betriebsmodus der VCSEL-Arrays erforderlich. Große Unterschiede zwischen der kontinuierlichen und der gepulsten L/I-Kurve deuten auf eine schlechte Die-Befestigung oder einen Leckstrom hin und somit auf eine mindere Laserqualität. Für Messungen im Nanosekundenbereich eignet sich der Pulsed-VCSEL-Tester (PVT). Die Kamerasysteme der VTC-Serie ermöglichen eine umfassende Charakterisierung des Strahlprofils im Nah- und Fernfeld sowie der Polarisationseigenschaften. Mit dem LEDGON steht ein Benchtop-Goniometer zur Verfügung, um die Abstrahlcharakteristik von Laserdioden winkelaufgelöst zu bestimmen.
 
Besuchen Sie uns in München auf der LASER World of Photonics vom 26. – 29. April 2022 an Stand A6.221.

IR-Strahlung eignet sich ideal für Sensorik und die Übertragung von Daten. Typische Anwendungen sind 3D-Sensorik in Unterhaltungselektronik (z. B. Time-of-Flight), Automobiltechnik (z.B. LiDAR) und Fingerabdrucksensoren. Insbesondere bei Smartphones ist das Scannen von Fingerabdrücken durch das Display hindurch eine sehr verbreitete Technologie, um ein Gerät bequem und sicher zu entsperren. Die für diese Anwendung verwendete Strahlungsquelle wurde bisher mit Wellenlängen um 940 nm umgesetzt. Allerdings treten bei dieser spezifischen Wellenlänge Einbrennphänomene in OLED-Displays auf. Eine mögliche Lösung ist das Verwenden einer anderen Wellenlänge, z.B. von Infrarot (IR)-Strahlung bei 1380 nm. Für den Benutzer bleibt die Anwendung unverändert, technisch erfordert die Verschiebung von niedrigeren zu höheren Wellenlängen im NIR-Bereich spezifische, hochauflösende und kalibrierte Prüfgeräte zur präzisen Messung radiometrischer Größen, Pulsmessung im µs-Bereich und Temperaturkontrolle.

Instrument Systems hat eine modulare high-end IR-Testlösung entwickelt, um die hohen Anforderungen optischer Fingerabdrucksensoren unterhalb des Displays mit Wellenlängen über 1100 nm zu erfüllen. Das zentrale Element dieses Systems ist ein High-End-Spektralradiometer der CAS 140CT IR-Serie, optimiert für Wellenlängenmessungen im nahen Infrarotbereich (Modell IR1). Mit seinem gekühlten InGaAs-Line-Sensor deckt das Modell IR1 einen Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1650 nm ab. Die thermoelektrische Kühlung hält den Sensors auf einer Temperatur von -10°C. Dies gewährleistet einen geringes Rausch-Level und eine hervorragende Langzeitstabilität. Mithilfe der High-Gain-Option kann der Empfindlichkeitsbereich des Sensors für Anwendungen mit besonders geringer Strahlungsleistung erweitert werden. Das hochauflösende Modell CAS 140CT-HR mit einem Wellenlängenbereich von 1300 bis 1440 nm ist besonders auf die detaillierte Untersuchung schmalbandiger Strahlungsquellen mit einer optischen Auflösung <1 nm zugeschnitten. In Kombination mit PTFE-beschichteten Ulbricht-Kugeln, einer kalibrierten und schnellen Photodiode sowie LED-basierten Kalibriernormalen bietet Instrument Systems hochflexible Systemlösungen für die hochpräzise Messung von IR-Emittern mit einer auf nationale Standards wie PTB oder NIST rückführbaren Kalibrierung an.

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Am Messestand: Testsysteme zur Charakterisierung von AR/VR-Geräten

Ein perfektes Anwendererlebnis mit AR/VR-Headsets erfordert in der Produktion umfangreiche, schnelle und hochpräzise optische Tests. Instrument Systems bietet für diese Herausforderungen die speziell entwickelte 2D-Farbmesskamera LumiTop AR/VR an. Das AR/VR-Objektiv der LumiTop bildet das menschliche Auge möglichst naturgetreu nach und misst Farbe und Leuchtdichte so, wie es das Auge sieht. Das einzigartige Periskop-Design ermöglicht synchronisierte 2-Augen-Messungen. Und das bewährte LumiTop-Prinzip garantiert sehr schnelle, rückführbare und hochgenaue Messungen. Neben dem virtuellen Display enthalten AR/VR-Headsets verschiedene Typen von Lichtquellen und Sensoren, die das Eintauchen in eine virtuelle Welt möglich machen. Instrument Systems bietet auch hierfür Testsysteme an, z.B. die IR-Lichtquellen (NIR LEDs / VCSEL) eines Headsets, welche häufig für Gestik- und Objekterkennung verwendet werden.

• Test des virtuellen Bildes mit LumiTop AR/VR
• Pixeltest der Bildquelle mit LumiTop X150 (bis zu 600 MP)
• Räumlich aufgelöste Spektren mit DMS Goniometer
• 3D-Gestenerkennung-Sensortest mit Far-field-Kamera
• Time-of-flight-Sensortest für Pulse bis 1 ns

Am Messestand: Preview der LumiTop X20

Ein besonderes Highlight auf der Display Week ist die Preview der brandaktuellen LumiTop X20, die im Herbst 2021 erwartet wird. Als Verbesserung zu den bereits bewährten Vorgängermodellen 2700 und 4000 bietet die LumiTop X20 eine hohe Kameraauflösung, ein flexibles Sichtfeld und einen weiten Dynamikbereich für hohe und niedrige Leuchtdichtemessungen. Geeignete Anwendungen sind die Homogenität (insbesondere hohe / niedrige Leuchtdichte) und die Fehlererkennung.

Display Week Short Course S-2: Fundamentals of Display Metrology

Als Teil der virtuellen Display Week Konferenz präsentiert Dr. Reto Häring, Vice President Customer Solutions, gemeinsam mit Radiant Vision Systems und Konica Minolta den Short-Course S2. Der Kurs "Fundamentals of Display Metrology" befasst sich mit den Grundlagen und Anwendungen der Display-Metrologie und stellt Messlösungen und Messtechniken vor. Spannende Themen aus der Welt der  Licht- und Farbwissenschaft erklären Messeinheiten, Messstandards sowie Metrologiesysteme vom Spotmeter bis zu bildgebenden Systemen. Auch Testmethoden zur Analyse von Displayeigenschaften wie z.B. Mura, Pixel-Uniformität und Flicker werden neben den neuesten Messlösungen für innovative Displaytechnologien mit µLEDs oder in AR/VR-Devices vorgestellt. Der Short Course S2 ist ab Donnerstag, den 20. Mai 2021 online verfügbar.

Display Week Vortrag: Farbgleichmäßigkeit von µLED-Displays – Neues Farbkalibrierungskonzept für schnelle und genaue optische Tests

Displays erfordern eine hohe Gleichförmigkeit in Leuchtdichte und Farbe, um die wachsenden Anforderungen der Nutzer zu erfüllen. Bereits in der Fertigung werden sie deshalb mithilfe von bildgebender Lichtmesstechnik daraufhin überprüft. Moderne μLED-Displays versprechen neue Vorteile: hoher Kontrast, schnelle Responsezeiten, breiter Farbumfang, geringer Stromverbrauch bei gleichzeitig langer Lebensdauer. Demgegenüber steht eine Technologie, die die optische Qualitätskontrolle vor große Herausforderungen stellt. Denn die Farbabweichungen der μLEDs können deutlich größer sein als in der LC-/OLED-Displaytechnologie. Insbesondere die schmale Emissionsbandbreite der μLEDs kann zu großen Messfehlern führen, da die Farbfilter des Messgerätes und die CIE1931-Tristimulusfunktionen zwangsläufig nicht exakt übereinstimmen.

Dr. Tobias Steinel beschreibt in seiner Präsentation „Color Uniformity of µLED Displays: New Color Calibration Concept for Fast and Accurate Optical Testing“, wie die überlegene Messgenauigkeit von Spektralradiometern auf die schnelleren bildgebenden Lichtmesssysteme übertragen werden kann. Diese einzigartige Kombination erfüllt gleichzeitig die Anforderungen der μLED-Produktion an Geschwindigkeit und Farbgenauigkeit. Die Präsentation ist ab Freitag, den 21.05.2021 online zu sehen.

AR/VR-Geräte erlauben, auf eine beeindruckende Weise visuell und in Echtzeit mit der Umgebung zu interagieren. Neben dem virtuellen Display enthalten AR/VR-Headsets verschiedene Typen von Lichtquellen und Sensoren, die das Eintauchen in eine virtuelle Welt möglich machen. Um ein perfektes Erlebnis für den Anwender sicher zu stellen, bedarf es umfangreicher und hochgenauer optischer Tests. Neben den optischen Standardparametern sind im AR/VR-Bereich auch neue Parameter zu berücksichtigen, wie z.B. die Eye-Box-Abmessungen. Eine gleichmäßige Darstellung ist fundamental für ein ungetrübtes Seh-Erlebnis. Genaue Leuchtdichte und Farben sind für eine natürliche Wahrnehmung erforderlich. Kontrast ist wichtig für eine gute Lesbarkeit von virtuellem Text. Verzerrungen des Bildes durch Toleranzen im mechanischen und optischen Aufbau wirken sich negativ auf die Qualität der Darstellung aus und müssen unterhalb der menschlichen Wahrnehmungsschwelle gehalten werden.

Für diese hochkomplexen Testanforderungen in AR/VR-Headsets hat Instrument Systems die spektral korrigierte 2D-Farbmesskamera LumiTop AR/VR entwickelt, die optimal auf Near-Eye-Display-Testing eingestellt ist. Das AR/VR-Objektiv in der LumiTop empfindet das menschliche Auge möglichst naturgetreu nach und misst Farbe und Leuchtdichte so, wie sie der Nutzer sieht. Ein sehr großes Kamerasichtfeld von 120°, verschiedene Pupillengrößen sowie ein justierbarer Fokussierungsabstand ermöglichen die Umsetzung dieser Testanwendungen.

Das einzigartige Periskop-Design des AR/VR-Objektivs garantiert einen leichten Zugang zum Near-Eye-Display und ermöglicht eine optimale Messposition auch unter beengten Bedingungen innerhalb eines bereits montierten Headsets. Ein Hardware-Trigger kann die Messung mit zwei LumiTops synchronisieren, so dass parallele 2-Augenmessungen möglich sind.

Auch die LumiTop AR/VR basiert auf dem bewährten LumiTop-Prinzip: Während eine RGB-Kamera das Image des Headsets in einer Aufnahme erfasst, korrigiert ein Referenz-Spektralradiometer die Ergebnisse. So können hochgenaue Messwerte für die absolute Leuchtdichte und Farbe erzielt werden. Die Messungen sind vollständig rückführbar auf nationale Standards und erlauben daher niedrige Fertigungstoleranzen, was besonders wichtig bei dezentraler Fertigung ist. Die simultane Messung von 2D-Bildern, dem Spektrum und auch von Flickerwerten macht die LumiTop zu einer sehr schnellen, umfassenden und hochgenauen Systemlösung für AR/VR-Anwendungen in der Produktion.

Instrument Systems bietet darüber hinaus auch Testsysteme für die IR-Lichtquellen (NIR LEDs / VCSEL) eines Headsets an, welche häufig für Gestik- und Objekterkennung verwendet werden.

Die Zukunft des Autolichts liegt in blendfreien Fernlichtern in HD-Qualität und in einer engen Interaktion des Fahrzeuges mit einer Vielzahl von Sensoren. Der Bordcomputer empfängt detaillierte Informationen über die Fahrumgebung von diesen Sensoren, die in Echtzeit die Helligkeitswerte von über zwei Millionen Pixeln bewerten. Weitere innovative Funktionen wie Symbol- und Videoprojektionen auf die Straße erhöhen nochmals die Anforderungen an die Beleuchtung. Herkömmliche Methoden zur Messung der Lichtverteilung mit einem Fernfeld-Goniophotometer und einem Beleuchtungsstärkemessgerät können diese Herausforderung nicht alleine bewältigen, da sie zur Messung von Beleuchtungsszenarien im Labor nicht effizient genug sind.

Instrument Systems bietet mit dem Optronik Line AMS Screen-Imaging-System eine hocheffiziente Lösung zum Testen der Lichtszenarien von modernen Scheinwerfer-Typen, wie z.B. HD / ADB / Matrix / Pixel-Scheinwerfern. Das neu entwickelte Testsystem stellt eine schnelle Methode dar, um im Lichtlabor kamerabasierte Leuchtdichtemessungen von einer Projektionswand mit goniometrischen Fernfeldmessungen zu kombinieren. Dadurch sind zeitsparende Messungen mit dennoch höchster Genauigkeit möglich. Der Systemaufbau besteht aus einem klassischen AMS 3000 oder 5000 Goniophotometer mit einem schnellen DSP 200 Beleuchtungsstärkemessgerät, das hinter der photometrischen Entfernungsgrenze positioniert ist. Zusätzlich kommt die LumiCam 2400B Kamera als Screen-Photometer zum Einsatz. Ihre 5-Megapixel hohe Auflösung ermöglicht eine hochgenaue Vermessung aller Scheinwerfer-Typen. Für ein einfaches und schnelles Vorgehen können die Testergebnisse aus beiden Messungen über die LightCon-Software simultan analysiert werden.

Das AMS Screen-Imaging-System wird in einem mindestens 25m langen Lichtkanal installiert. Um die vollständige Lichtverteilung eines Scheinwerfers aufzuzeichnen, dreht das Goniometer die Probe, während die Kamera eine Serie von Bildern aufnimmt. Diese können später in einem Bild zusammengefügt werden. Das System wird von einem neuen Modul der bewährten LightCon-Software unterstützt, das einen Konformitätstest gemäß ECE / SAE / ICAO / FAA sowie umfangreiche grafische Analysefunktionen in Form von Isocandela-Diagrammen ermöglicht.

Die schnell wachsende Bedeutung der modernen Festkörperbeleuchtungstechnologie in unserem täglichen Umfeld wirft wichtige Sicherheitsaspekte zur photobiologischen Sicherheit und zur Blaulichtgefährdung auf. Die aktuelle internationale Norm IEC 62471 enthält entsprechende Leitlinien zur Bewertung von Lampen und Lampensystemen. Da sie extrem hohe Anforderungen an Messgeräte und -verfahren stellt, sind mit dem ergänzten Technischen Report IEC TR 62778 praxisnahe Bewertungsmethoden eingeführt worden.

Auf dessen Basis hat Instrument Systems ein schnelles und praxisnahes Messsystem zur Beurteilung von LEDs oberhalb von 360 nm entwickelt. Die neue Teleskopoptik TOP 150-BLH basiert auf der bewährten Teleskopoptik TOP 200, hat aber nur eine einzige Blende mit 7 mm Durchmesser. Die Blendenöffnung ist in Höhe der Objektivlinse positioniert und entspricht der Referenzebene. Über eine interne Blende wird für Testobjekte in 200 mm Entfernung ein Mess-Spot über 2,2 mm festgelegt. Dieser ist komfortabel über eine interne Sucherkamera positionierbar.

In Verbindung mit einem kalibrierten Spektralradiometer CAS 140 D und der dazugehörigen Analyse-Software SpecWin Pro kann eine direkte spektrale Strahldichtemessung durchgeführt werden. Zur effektiven Bewertung der Blaulichtgefährdung gibt die Norm IEC 62471 eine Gewichtungsfunktion vor, mit der die spektralen Messdaten multipliziert werden. Diese Funktion deckt den Wellenlängenbereich zwischen 300 und 700 nm ab und hat ein Maximum bei 435 bis 440 nm. In diesem Bereich verursacht blaues Licht photochemische Schäden an der Netzhaut. Abhängig von der mit der Blaulichtgefährdungsfunktion bewerteten Strahldichte L_B und der daraus berechneten maximalen Expositionszeit t_max ordnet die Analyse-Software die Lichtquellen in die von der Norm vorgegebenen vier Risikogruppen ein. Durch die Einfachheit des Messaufbaus sind schnelle und langzeit-stabile Messungen auch in Produktionsanwendungen möglich.

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Messehinweis:
Light+Building 2020, Stand 8.0 F60, 8.-13. März 2020, Frankfurt / Deutschland

Instrument Systems hat als weltweit erster Anbieter UV-LED-Kalibriernormale entwickelt, die rückführbar auf die Strahlungsleistung kalibriert werden können. Die UV-LED-Kalibrierstandards der ACS-Serie sind erhältlich für die typischen Peak-Wellenlängen von 280 nm (UVC), 305 nm (UVB) und 365 nm (UVA). Damit umfasst die bewährte ACS-Serie auf LED-Basis nun den kompletten sichtbaren und infraroten bis tief in den ultravioletten Bereich. Die Rückführbarkeit der Strahlungsleistung wird durch die sehr genaue Kalibrierung der Spektrometer-Einkoppeloptiken auf die Bestrahlungsstärke und integrative Messung mit dem Goniophotometer erreicht. Die extrem niedrigen Messunsicherheiten (k=2) von nur 4,5% (UVC), 3,5% (UVB) und 2% (UVA) sind vergleichbar niedrig wie im messtechnisch unproblematischeren sichtbaren Bereich. UV-LED-Kalibrierstandards können für das Monitoring sowie die absolute Kalibrierung des speziellen UV-Messequipments wie der Ulbricht-Kugeln der ISP-UV-Serie verwendet werden.

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Messehinweis:
Light+Building 2020, Stand 8.0 F60, 8.-13. März 2020, Frankfurt / Deutschland

Kamerasysteme für sichtbaren und IR-Bereich

Mit der Time-of-flight-Anwendung der VCSELs im infraroten Spektralbereich einhergehend, können mithilfe des produktionserprobten DTS-Systems auch Brillen und Displays von AR/VR-Anwendungen vermessen werden. Das DTS-System basiert auf dem neuen, besonders schnellen Spektrometer CAS 125, das eine minimale Integrationszeit von 11 µs besitzt und mithilfe einer Faser an eine kalibrierte LumiTop Kamera angeschlossen ist. Speziell entwickelte Objektive garantieren beste Abbildungseigenschaften und kundenspezifische Messsysteme. Diese Systeme sind sowohl für den sichtbaren als auch für den infraroten Spektralbereich erhältlich.

Time-of-flight-Anwendung von VCSEL-Arrays

Sollen Laserdioden und VCSEL-Arrays für Time-of-flight-Anwendungen eingesetzt werden, müssen sie spektral und leistungsbezogen sowie zusätzlich auch ihre Abstrahlung und die erzeugten Pulse charakterisiert werden. Hierfür bietet Instrument Systems absolut kalibrierte Spektralradiometer für verschiedene Wellenlängenbereiche mit diversem Zubehör an. In der Produktionsumgebung etabliert ist ein System, das den Emitter in eine Ulbricht-Kugel einkoppelt und mithilfe von Photodioden sowie einem Spektrometer der CAS-Serie schnellstmöglich vermisst. Eine schnelle Photodiode sowie eine speziell entwickelte Ansteuerelektronik des Emitters garantieren eine Charakterisierung von Pulsen im einstelligen Nanosekundenbereich sowie die Aufnahme der LIV-Kurve. Des Weiteren können die Einzelemitter des VCSEL-Arrays mithilfe einer absolut kalibrierten Kamera aus der LumiTop-Serie untersucht und damit Rückschlüsse auf die Abstrahlcharakteristik im Nah- und Fernfeld gezogen werden.

Absolute Kalibrierung sichert exaktes Fehlerbudget

Diese Messlösungen basieren auf einer absoluten Kalibrierung, die auf die PTB rückführbar ist. Dadurch ergibt sich ein klar definiertes Fehlerbudget, welches im Speziellen bei der Augensicherheitsbetrachtung der VCSELs enorme Bedeutung hat. Alle Systeme sind sowohl als Laborsysteme als auch als Produktionssysteme mit Fokus auf schnellerer Taktzeit und attraktiver Preisstruktur erhältlich.

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Photonics West 2020, Stand 4545
4.-6. Februar 2020, San Francisco / USA