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如果我们解构一个微型光谱仪：微型光谱仪=光学设计+图像传感器+电路设计，可以说图像传感器的性能对微型光谱仪的性能和产品定位有着决定性的影响。

今天我们就从CCD、CMOS、InGaAs图像传感器入手，和大家一起分析光谱仪内置的图像传感器应该具备怎样的“魔力”，以及这种“魔力”给我们的光谱仪带来怎样不一样的性能.

“短波近红外”——图像传感器

我们先来看紫外~可见~​​近红外波段，即Si材料可以响应的180~1050nm范围。 在这一段中，滨松的图像传感器大致可以分为三类：CMOS、背照式CCD和前照式CCD。

以短波近红外为例，以下是三种特别适用于短波近红外的图像传感器：

基于这张表，我们将分析每个传感器的优缺点。

背照式 CCD 图像传感器

背照式CCD是基础性能最好、量子效率最高的传感器类型，在800 nm处QE为86%。 同时，每列的有效感光面积也是最大的（14 umx 896 um）。 单柱面积越大，制成光谱仪后的检测器灵敏度越高。 但是，成本也会上升。

背照式CCD主要用于中高端微型光谱仪。 一般有cooling model来应对暗噪声低、曝光时间长的场景，可以检测到一些微弱的信号，比如微弱的拉曼光、微弱的荧光。

例如，如果您需要检测785 nm 激光散射的微弱拉曼光，那么S16011-1106 是S16010-1106 的冷却版本，在800~1000 nm 波段具有高量子效率，是推荐的选择。

图1S16011-1106，点此查看产品信息

CMOS图像传感器

CMOS 图像传感器是一种具有成本效益的传感器类型。 这种光谱探测器的总感光面积一般不是最大的，但在大多数情况下已经足够了。

滨松最经典的CMOS传感器产品是S11639-01。 其出色的性价比使其成为市场上200~1000 nm范围内常规微型光谱仪最常见的选择之一。

图2S11639-01可见光纤光谱仪，点此查看产品信息

之前对比中出现的S16514-2048-11是在S11639-01的全新增强型红外响应基础上，更适合手持式785拉曼光谱仪或高性价比的SW-NIR微型光谱仪。 与最大化量子效率的背照式FFT-CCD不同，CMOS虽然也是以PN结作为感光单元，但在探测器芯片中集成了更多的电路功能，可以实现电子快门等一些附加功能。

图3S16514-2048-11，点击获取产品信息

前照式 CCD 图像传感器

前照式CCD虽然量子效率不如背照式CCD高，但往往可以通过成熟的工艺设计实现更多的特殊功能。 比如上面提到的S15729-01，近红外响应好，可以实现超高帧率，可以用于OCT等特殊应用场景。

图4S15729-01，点此查看产品信息

在短波近红外波段总结：

背照式CCD图像传感器具有最佳的基本性能；

CMOS图像传感器性价比最佳；

前照式CCD图像传感器可实现更多功能设计；

“近红外波段”——图像传感器

近红外波段是 InGaAs 材料可以响应的 900-2500 nm 范围。 InGaAs图像传感器本质上是一个InGaAs光电二极管阵列+Si CMOS读出电路。 也分为前照式和背照式两种。 这种区别还体现在如何连接 InGaAs 光电二极管阵列和 CMOS 电路。 芯片。

图 5 左：前照式 右：背照式

前照式 InGaAs 图像传感器

在前照式设计中，CMOS 读出芯片放置在 InGaAs 光电二极管阵列旁边，并通过金线连接。 正面入射无遮挡，整体灵敏度更高。 但老实说，这导致芯片尺寸更大，需要更多的键合空间。 最直接的问题是512像素的前照式InGaAs图像传感器需要两条总线分别读取奇数像素和偶数像素的信号，否则芯片内的键合空间将不够用。 这样两条总线的设计会导致整个探测器芯片奇偶像素的输出值有不同的基线电平。

背照式 InGaAs 图像传感器

背照式InGaAs图像传感器将InGaAs光电二极管阵列倒置，直接耦合到CMOS读出电路芯片，可以避免奇偶总线的问题，也可以获得整体更小的封装尺寸，但入射光从 InGaAs 图像传感器的背面传输。 事件（结构和材料的差异导致无法像背照式CCD一样将InGaAs背面减薄），信号光需要经过更长的路程才能到达真正的光敏PN结，探测器的整体灵敏度有将是损失。

滨松各种光谱仪

分析完图像传感器，再来说说光谱仪。 滨松不仅可以为您提供上述图像传感器，我们还可以提供各种类型的光谱仪。 除了广为人知的超小型微型光谱仪系列（这里，回顾产品详情），Hamamatsu 的常规微型光谱仪也非常值得一提。

滨松的微型光谱仪也融合了我们对自家生产的各种图像传感器的理解，也利用了作为探测器供应商的一些小优势。

TF 系列微型光谱仪 - 紧凑型

Hamamatsu 的 TF 系列微型光谱仪采用紧凑型设计。 工作在 340-830 nm 的 C13555MA 微型光谱仪的整体尺寸仅为 80x60x12 mm。 这是通过将未完全封装的 S11639-01 从 CMOS 探测器生产线直接转移到微型光谱仪生产线并安装到光谱仪中来实现的。 最大化尺寸设计。

图6C13555MA微型光谱仪，点击查看

TG 系列微型光谱仪 - 最高灵敏度

滨松TG系列微型光谱仪采用高性能全息透射光栅作为核心分光元件进行透射光谱设计，点击获取产品信息。 与CT光路设计或凹面光栅分光光路设计相比，具有最高的灵敏度，最大限度地发挥了高灵敏度背照式CCD和前照式InGaAs图像传感器的性能特点。

图 7 显示了透射光路

图 8 左：C9405CC 内置背照式 CCDS16010 右：C11482GA 内置前照式 InGaAsG9204

没有图像传感器的光谱仪

Hamamatsu还有一款光谱仪产品，没有使用图像传感器可见光纤光谱仪，而是使用了傅立叶变换FTIR引擎。 您可以点击图片下方的视频链接了解更多产品介绍，或获取文字版介绍。

图 9 点此观看 FTIR 介绍视频

采用FP腔光谱的MEMS-FPI光谱检测模块是另一款不带图像传感器的光谱仪产品，详情可查看产​​品信息。

图10 MEMS-FPI产品展示 点击获取产品信息

关于图像传感器和光谱仪的产品信息介绍到此结束。 有什么问题可以在评论区留言，工程师会第一时间为您解答。