Ein Spektrometer auf einem Chip — so klein wie ein Reiskorn.
270 Farbkanäle und 30 Polarisationskanäle auf 8 Quadratmillimetern. Das duotec Chip-Size Spectrometer bringt Labor-Spektroskopie in jedes Gerät.
Ein Spektrometer misst, woraus ein Material besteht. Es zerlegt Licht in seine Farbanteile — wie ein Regenbogen — und liest daraus Eigenschaften wie Reife, Feuchtigkeit, Inhaltsstoffe oder Verunreinigungen.
Bisher waren solche Geräte entweder so groß wie eine Brotdose oder konnten nur wenige Farben unterscheiden. Das duotec Chip-Size Spectrometer ist anders: Ein einziger Chip in der Größe eines Reiskorns liefert Messwerte, für die man bisher ein Tischgerät brauchte.
Möglich wird das durch eine neue Technologie: CMOS-Plasmonik. Statt mit Prismen und beweglichen Teilen werden mikroskopisch kleine Strukturen direkt in einen Halbleiter-Chip eingebaut. Damit lassen sich Hunderte von Farbkanälen gleichzeitig erfassen — auf einer Fläche, die kleiner ist als das Sichtfenster einer Armbanduhr.
Die Technologie hinter dem Chip
CMOS-Plasmonik verbindet zwei Welten:
CMOS ist die Standard-Technologie, in der praktisch jeder Chip in jedem Smartphone hergestellt wird. Skalierbar, präzise, bezahlbar.
Plasmonik nutzt das Verhalten von Licht an winzigen Metallstrukturen. Werden diese Strukturen kleiner als eine Lichtwelle, lassen sich Farben aussortieren — ohne Filter, ohne Optik, ohne bewegliche Teile.
duotec strukturiert diese plasmonischen Filter direkt in die Metalllagen eines CMOS-Wafers. Filter, Photodiode und Signalverarbeitung entstehen in einem einzigen Fertigungsprozess. Das Ergebnis: ein Spektrometer ohne Mechanik, das in Stückzahlen wie ein normaler Sensor hergestellt werden kann.
Key Facts
Spektrum und Polarisation auf einem Chip. Das Spektrum verrät, was etwas ist — die Polarisation verrät, wie es aufgebaut ist (z. B. ob eine Oberfläche glatt oder rau, eine Schicht dünn oder dick ist). Beide Informationen zusammen, auf einem Chip — das gibt es bisher nirgendwo.
Auflösung wie ein Labor, Größe wie ein Reiskorn. 270 Farbkanäle zwischen 400 und 1.000 Nanometern. Das entspricht der Auflösung eines mittleren Tisch-Spektrometers — in einem Bauteil von 2,3 × 3,4 × 0,75 Millimetern.
Keine beweglichen Teile. Kein Filterrad, kein Gitter, keine MEMS-Mechanik. Das macht den Chip robust, langlebig und unempfindlich gegen Vibration — wichtig für Maschinen, Fahrzeuge und mobile Geräte.
Einfache Integration. Standard-SPI-Schnittstelle. 3,3 Volt Versorgung. 16-Bit-Signalverarbeitung an Bord. Der Chip lässt sich an jede gängige Steuerung anbinden, ohne Sonderelektronik.
Typische Einsatzgebiete für das Spektrometer:
Landwirtschaft und Erntemaschinen Pflanzen erkennen, bevor sie krank werden. Den Stickstoffbedarf jeder Pflanze einzeln messen. Reife und Qualität direkt im Vorbeifahren bestimmen. Ein Sensor pro Düse, statt einer ganzen Kamera über dem Feld.
Sortierung in der Lebensmittelindustrie Frisch von verdorben unterscheiden. Plastikfolien voneinander trennen. Fremdkörper finden, die mit normalen Kameras unsichtbar sind. Mit Polarisation lassen sich glänzende und matte Oberflächen sicher unterscheiden — auch bei wechselndem Licht.
Hausgeräte Der Kühlschrank weiß, was darin liegt und wann es schlecht wird. Der Backofen erkennt, wann der Kuchen fertig ist. Die Waschmaschine sieht die Verschmutzung des Stoffs. Der Geschirrspüler prüft selbst, ob das Geschirr sauber ist. Möglich wird das, weil ein Spektrometer endlich in eine Hausgeräte-Stückliste passt.
Personal Care und Kosmetik Hautanalyse zu Hause statt im Studio. Feuchtigkeit, Talg, Pigment-Verteilung — gemessen, nicht geschätzt. Polarisation macht dabei sichtbar, was unter der Hautoberfläche liegt.
Medizintechnik und Point-of-Care Schnelltests, die in einer Hand liegen. Blutwerte, Hautanalysen, Wundheilungs-Monitoring. Überall dort, wo bisher ein Laborgerät nötig war.
Industrielle Bildverarbeitung Materialerkennung in Echtzeit. Beschichtungsdicke prüfen. Verunreinigungen in transparenten Materialien finden. Mit Polarisation auch Spannungen in Glas und Kunststoff sichtbar machen.
Beleuchtung und LED-Industrie Lichtfarbe und Lichtqualität in jeder Leuchte direkt messen. Sich verändernde LED-Farbtemperaturen ausgleichen, bevor das Auge sie wahrnimmt.
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