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Sep 01, 2023

UV 및 IR 이미징 기술의 발전

출처: Edmund Optics 최근 몇 년간 통합업체와 IR 스펙트럼 범위의 정보를 캡처하는 머신 비전 시스템에 대한 수요가 증가했습니다.

출처: 에드몬드 옵틱스

최근 몇 년간 더 많은 통합업체와 최종 사용자가 새로운 응용 분야에 진출함에 따라 자외선(UV) 및 적외선(IR) 스펙트럼 범위의 정보를 캡처하는 머신 비전 시스템에 대한 수요가 증가했습니다. 이러한 이미징 기술은 가시 스펙트럼 외부의 고유한 빛-물질 상호 작용을 활용합니다. 이러한 이미징 기술의 응용 분야와 산업 분야에는 식품 및 음료 산업을 위한 포장 또는 라벨 검사, 환경 모니터링 및 농업을 위한 초분광 이미징 및 다중 스펙트럼 이미징, 재료 과학 및 반도체 검사 등이 포함됩니다. 최근에는 이러한 스펙트럼 범위에서 이미징하는 것이 비용 부담이 덜하고 접근성이 더 높음에도 불구하고 카메라 센서 및 광학 렌즈에 대한 설계 및 제조 접근 방식 중 다수는 동일하며 이러한 보다 새로운 응용 분야와 관련된 비용을 낮추는 기술 발전도 동일합니다. 가시광 이미징 시스템 기술도 향상됩니다. 그러나 UV 및 IR 이미징 기술에는 몇 가지 주요 차이점이 있습니다.

카메라 센서는 반도체 포토다이오드 기판, 금속 배선 및 마이크로렌즈 배열로 구성된 픽셀 배열입니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 두 가지 주요 센서 아키텍처가 있으며 둘 다 구성 레이어 방향의 순서가 다릅니다. 그림 1 A)에 표시된 후면 조명(BSI) 센서는 그림 1 B)에 표시된 전면 조명(FSI) 센서보다 전체 센서에 걸쳐 뛰어난 신호 대 잡음비와 더 균일한 조명을 제공합니다. FSI 센서보다 BSI 센서의 침투 깊이입니다.

UV 및 IR 센서용 센서 제조는 UV의 투과 특성으로 인해 가시광선 센서의 일반적인 유리를 대체하는 UV 센서용 보호 석영 상단 레이어를 추가한다는 점을 제외하면 가시광선(VIS) 센서의 제조와 거의 동일합니다. . 그러나 포토다이오드 기판을 구성하는 데 사용되는 재료는 특정 파장 범위 또는 더 넓은 파장 범위에 필요한 센서에 따라 다를 수도 있습니다.

포토다이오드 기판은 들어오는 광자 신호를 전자 디지털 신호로 변환하여 이미지 구성을 위한 계산 장치로 오프로드하는 센서의 일부입니다. 각 포토다이오드 기판 재료는 서로 다른 파장의 빛에 대해 특정한 감도를 가지고 있습니다. 이 감도는 종종 양자 효율 곡선을 사용하여 보고되며, 이는 센서가 파장에 따라 광자-전자 신호 변환을 수행하는 효율을 측정한 것입니다.

VIS 및 UV 스펙트럼용 머신 비전 카메라의 포토다이오드 기판 제작에 사용되는 재료는 일반적으로 VIS에서는 양자 효율이 뛰어나고 UV에서는 괜찮은 양자 효율로 인해 실리콘입니다. 또한 실리콘은 더 짧은 IR 또는 근적외선(NIR) 파장(0.75μm - 1μm)에 상대적으로 민감하므로 일반적으로 VIS-NIR 센서에 사용됩니다. 그러나 실리콘은 1.4μm~3μm 사이의 단파 IR(SWIR), 3μm~5μm 사이의 중파 IR(MWIR), 최대 약 1.4μm~5μm의 장파 IR(LWIR)을 포함하여 NIR 이상의 파장에 사용하기에는 좋지 않은 재료입니다. 1.1um의 밴드 갭으로 인해 14μm입니다. 이러한 이유로 SWIR 파장에 사용되는 IR 센서는 InGaAs(인듐 갈륨 비화물)와 같은 재료로 구성됩니다.

VIS-SWIR(400nm~1700nm) 및 NIR-SWIR(700~1700nm) 이미징용 하이브리드 센서는 일반적으로 InGaAs로 구성됩니다. 일부 제조업체는 센서 제조에 특정 기술을 사용하기도 합니다. 대부분의 IR 센서에는 원하지 않는 단파장을 차단하기 위해 InGaAs 기판 위에 다양한 두께의 인화인듐(InP) 층이 포함되어 있습니다. InP 층의 두께를 변경하면 파장 거부가 특히 감쇠됩니다. 많은 Sony 센서의 InP 레이어는 하이브리드 사용을 위한 가시 파장을 전달할 만큼 얇습니다. Sony는 또한 구리-구리(Cu-Cu) 하이브리드화 또는 서로 다른 재료의 기판을 결합하기 위해 픽셀 수준에서 발생하는 결합이라는 하이브리드 센서용 특정 제조 기술을 사용합니다[2].