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Sep 01, 2023

UV および IR イメージング技術の開発

出典: Edmund Optics 近年、インテグレータと赤外線 (IR) スペクトル範囲の情報を取り込むマシン ビジョン システムの需要が増加しています。

出典: エドモンド・オプティクス

近年、より多くのインテグレーターやエンドユーザーが新たなアプリケーション分野に参入するにつれて、紫外 (UV) および赤外 (IR) スペクトル範囲の情報を捕捉するマシン ビジョン システムの需要が増加しています。 これらのイメージング技術は、可視スペクトル外の独特な光と物質の相互作用を利用します。 これらのイメージング技術の応用範囲と産業分野には、食品および飲料業界のパッケージまたはラベルの検査、環境モニタリングおよび農業、材料科学および半導体検査のためのハイパースペクトル イメージングおよびマルチスペクトル イメージングなどが含まれます。 これらのスペクトル範囲でのイメージングは​​、最近ではそれほどコストがかからなくなり、より利用しやすくなりましたが、カメラセンサーと光学レンズの設計および製造アプローチの多くは同じであり、これらのより新しいアプリケーションに関連するコストを削減する同じ技術の進歩により、可視画像システム技術も改善します。 ただし、UV イメージングと IR イメージングの両方のテクノロジーには、いくつかの重要な違いがあります。

カメラセンサーは、半導体フォトダイオード基板、金属配線、マイクロレンズアレイで構成される画素のアレイです。 図 1 に示すように、2 つの主要なセンサー アーキテクチャがあり、どちらも構成層の向きの順序が異なります。 図 1 A) に示す裏面照射型 (BSI) センサーは、入射光の量が少ないため、図 1 B) に示す表面照射型 (FSI) センサーよりも優れた信号対雑音比と、センサー全体にわたるより均一な照明を特徴としています。 BSI センサーの方が FSI センサーよりも侵入できる深さが異なります。

UV および IR センサーのセンサーの製造は、可視 (VIS) センサーの製造とほぼ同じですが、UV センサー用の保護石英最上層の追加が異なります。UV センサーの透過特性により、可視センサーの一般的なガラスが置き換えられます。 。 ただし、フォトダイオード基板の構築に使用される材料も、特定の波長範囲またはより広い波長範囲に必要なセンサーでは異なる場合があります。

フォトダイオード基板は、入力されたフォトニック信号が電子デジタル信号に変換され、画像構築のために計算ユニットにオフロードされるセンサーの一部です。 各フォトダイオード基板材料は、異なる波長の光に対して特定の感度を持っています。 この感度は量子効率曲線を使用して報告されることが多く、これはセンサーが波長の関数として光子から電子信号への変換を行う効率の尺度です。

VIS および UV スペクトル用のマシン ビジョン カメラのフォトダイオード基板の製造に使用される材料は、量子効率が VIS では非常に高く、UV では良好であるため、通常はシリコンです。 シリコンは、より短い IR または近赤外 (NIR) 波長 (0.75 µm ～ 1 µm) に対しても比較的敏感であるため、通常は VIS-NIR センサーに使用されます。 ただし、シリコンは、1.4μm ～ 3μm の短波 IR (SWIR)、3μm ～ 5μm の中波 IR (MWIR)、および約 100 μm までの長波 IR (LWIR) を含む、NIR を超える波長に使用するには適さない材料です。バンドギャップが 1.1 um であるため、14 µm です。 このため、SWIR 波長に使用される IR センサーは、インジウム ガリウム ヒ素 (InGaAs) などの材料で構成されています。

VIS-SWIR (400nm ～ 1700nm) および NIR-SWIR (700 ～ 1700nm) イメージング用のハイブリッド センサーは、通常、InGaAs から構築されます。 一部のメーカーは、センサーの製造にも特定の技術を利用しています。 ほとんどの IR センサーには、不要な短波長を除去するために、InGaAs 基板の上にさまざまな厚さのリン化インジウム (InP) 層が含まれています。 InP 層の厚さを変更することにより、波長阻止が具体的に減衰されます。 Sony センサーの多くの InP 層は、ハイブリッド使用のために可視波長を通過させるのに十分な薄さです。 ソニーはまた、銅-銅 (Cu-Cu) ハイブリダイゼーションまたはボンディングと呼ばれるハイブリッド センサー用の特定の製造技術を利用しています。これは、ピクセル レベルで行われ、異なる材料の基板を接着します [2]。