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Crosstalk der ULTRIS X20

Die ULTRIS X20 verfügt über eine Blockierungskapazität von OD4 für alle Wellenlängen

Was ist Crosstalk und interkanales Streulicht der ULTRIS X20?

Crosstalk beschreibt den Beitrag von Licht einer Wellenlänge zu dem Licht einer anderen Wellenlänge, das in einem bestimmten Kanal gemessen wird. Zum Beispiel: Wie viel Licht der Wellenlänge 500 nm wird im Kanal bei 700 nm gemessen? Typischerweise gibt es zwei mögliche Wege, wie Crosstalk auftreten kann:

Zwei Mitarbeiter von Cubert arbeiten mit einer Hyperspektralkamera.

1. Qualität des spektral zerstreuenden Elements

Spektral zerstreuende Elemente, wie Prismen, Gitter und Filter, haben unterschiedliche Trennungseigenschaften, basierend auf ihren physikalischen Eigenschaften. Für spektrale Dünnschichtfilter können diese Eigenschaften einfach anhand ihrer optischen Dichten (OD) bewertet werden. Ein guter Filter in einem bildgebenden Spektrometer hat eine Qualität von OD2, wodurch 1/100 des Lichts mit einer unerwünschten Wellenlänge blockiert wird.
Die ULTRIS X20 verfügt über eine Blockierungskapazität von OD4 für alle Wellenlängen über den gesamten Bereich der Kamera. Dies führt zu einem beispiellos niedrigen Crosstalk von 1/10000 oder weniger als 0,01 % unerwünschten Lichts, das die Spektrummessungen stört.

Abb. 1: Filterpositionen der ULTRIS X20. Die Filter sind linear von 350 – 1000 nm mit einer Schrittweite von 10 nm und einer FWHM von 10 nm angeordnet.
Abb. 1: Filterpositionen der ULTRIS X20. Die Filter sind linear von 350 bis 1000 nm mit einer Schrittweite von 10 nm und einer FWHM von 10 nm angeordnet.

2. Interkanales Streulicht oder Streuung zwischen Kanälen

Alle Kameras erzeugen eine Art von Streulicht im optischen System. Dieses Streulicht entsteht durch Staub, optische Defekte, Reflexionen auf optischen Oberflächen oder suboptimale Beschichtungen. Ferner streut der Sensor selbst Teile des Lichts zurück und dieses Licht kann von mechanischen Teilen und optischen Elementen zurück auf den Sensor reflektiert werden.
Einige Spektrometerdesigns sind anfälliger für interkanales Streulicht, bei dem Licht von einem Kanal in benachbarte Kanäle gestreut wird, als andere. Dieses Problem ist besonders typisch für Filter-on-Chip-Set-ups, da die Filter keine physischen Grenzen zueinander haben.
Um dieses Problem zu reduzieren, ist die ULTRIS X20 nicht nur mit ausreichend Antireflexionsbeschichtungen ausgestattet, sondern auch mit einer mechanischen Oberflächenbeschichtung, die eine sehr hohe Streulichtreduzierung vom sichtbaren bis zum nahen Infrarotbereich bietet. Ebenso ist jeder Kanal mechanisch und optisch gegen seine benachbarten Kanäle abgedichtet. Die Kamera weist bei einem 50% weißen Ziel ein sehr geringes interkanales Streulicht von unter 1% auf.

Abb. 2: Messung des interkanalen Streulichts mit einem 50% weißen Ziel. Die Reflexion zeigt eine 100%ige Reflexion auf dem weißen Ziel und eine unter 1% Reflexion auf dem dunklen Ziel. Die Beleuchtung erfolgte durch eine Halogenlichtquelle; daher erreichte nur eine geringe Menge Licht den Sensor in den UV-Wellenlängen (<400 nm), was zu höheren Fehlern durch Rauscheffekte führte.
Abb. 2: Messung des interkanalen Streulichts mit einem 50% weißen Ziel. Die Reflexion zeigt eine 100%ige Reflexion auf dem weißen Ziel und eine unter 1% Reflexion auf dem dunklen Ziel. Die Beleuchtung erfolgte durch eine Halogenlichtquelle; daher erreichte nur eine geringe Menge Licht den Sensor in den UV-Wellenlängen (<400 nm), was zu höheren Fehlern durch Rauscheffekte führte.

Fazit

Zusammenfassend bietet die ULTRIS X20 einen beispiellos niedrigen Crosstalk, insbesondere im Vergleich zu anderen Video-Spektroskopie-Setups wie Filter-on-Chip-Designs. Die Menge an unerwünschtem Licht in benachbarten Kanälen ist zwei Größenordnungen niedriger als bei typischen hyperspektralen Kameras, was zu einer hervorragenden spektralen Qualität mit einem beispiellos geringen interkanalen Streulicht und Crosstalk führt.

René Heine, CEO von Cubert, dem Hersteller von Hyperspektralkameras

Über den Autor

Dr. René Heine ist Mitgründer und CEO der Cubert GmbH, einem führenden Unternehmen im Bereich der Echtzeit-Spektralbildgebung. Seit der Gründung im Jahr 2012 prägt René maßgeblich die technologische Ausrichtung und das Wachstum von Cubert. Er promovierte in Physik an der Universität Ulm mit Auszeichnung und arbeitete während seiner Studienzeit auch an der Harvard Medical School. Mit seinem fundierten Wissen in Physik und seiner Vision für innovative Bildgebungstechnologien treibt René die Entwicklung bahnbrechender Lösungen bei Cubert voran.