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Sep 01, 2023

Développements dans la technologie d’imagerie UV et IR

Source : Edmund Optics Ces dernières années, la demande de systèmes de vision industrielle capables de capturer des informations dans les plages spectrales ultraviolette (UV) et infrarouge (IR) a augmenté à mesure que de plus en plus d'intégrateurs et

Source : Edmond Optique

Ces dernières années, la demande de systèmes de vision industrielle capables de capturer des informations dans les plages spectrales ultraviolette (UV) et infrarouge (IR) a augmenté à mesure que de plus en plus d'intégrateurs et d'utilisateurs finaux s'aventurent dans de nouveaux espaces d'application. Ces techniques d’imagerie tirent parti des interactions lumière-matière uniques en dehors du spectre visible. L'éventail d'applications et d'espaces industriels pour ces techniques d'imagerie comprend l'inspection d'emballages ou d'étiquettes pour l'industrie agroalimentaire et des boissons, l'imagerie hyperspectrale et l'imagerie multispectrale pour la surveillance environnementale et l'agriculture, les sciences des matériaux et l'inspection des semi-conducteurs, et bien d'autres encore. Même si l'imagerie dans ces plages spectrales est récemment devenue moins coûteuse et plus accessible, de nombreuses approches de conception et de fabrication des capteurs de caméra et des lentilles optiques sont les mêmes et les mêmes avancées technologiques qui réduisent les coûts associés à ces applications plus innovantes sont les mêmes. améliorer également les technologies des systèmes d’imagerie visible. Cependant, il existe plusieurs différences clés dans la technologie d’imagerie UV et IR.

Les capteurs de caméra sont un ensemble de pixels constitués d'un substrat de photodiode semi-conducteur, d'un câblage métallique et d'un ensemble de microlentilles. Comme le montre la figure 1, il existe deux architectures principales de capteurs, toutes deux avec un ordre différent quant à l'orientation des couches constitutives. Les capteurs éclairés par l'arrière (BSI), comme le montre la figure 1 A), présentent des rapports signal/bruit supérieurs et un éclairage plus uniforme sur l'ensemble du capteur que le capteur éclairé par l'avant (FSI), illustré par la figure 1 B), car la lumière incidente a moins profondeur à pénétrer pour un capteur BSI que pour un capteur FSI.

La fabrication des capteurs pour les capteurs UV et IR est presque identique à celle des capteurs visibles (VIS), à l'exception de l'ajout d'une couche supérieure protectrice en quartz pour les capteurs UV, qui remplace le verre typique des capteurs visibles en raison de ses propriétés transmissives dans l'UV. . Cependant, le matériau utilisé pour construire le substrat de photodiode peut également différer pour les capteurs requis pour des plages de longueurs d'onde particulières ou plus larges.

Le substrat de photodiode est la partie du capteur où les signaux photoniques entrants sont convertis en signaux numériques électroniques pour être déchargés vers une unité de calcul pour la construction d'images. Chaque matériau de substrat de photodiode présente une sensibilité particulière à la lumière à différentes longueurs d'onde. Cette sensibilité est souvent rapportée à l'aide d'une courbe d'efficacité quantique et constitue une mesure de l'efficacité d'un capteur pour effectuer la conversion du signal photon en électron en fonction de la longueur d'onde.

Le matériau utilisé pour la fabrication du substrat de photodiode sur les caméras de vision industrielle pour les spectres VIS et UV est généralement du silicium en raison de son efficacité quantique exceptionnelle pour le VIS et décente dans l'UV. Le silicium reste également relativement sensible aux longueurs d'onde IR ou proche infrarouge (NIR) plus courtes (0,75 µm - 1 µm), il est donc généralement utilisé pour les capteurs VIS-NIR. Cependant, le silicium est un matériau difficile à utiliser pour les longueurs d'onde au-delà du NIR, notamment l'IR à ondes courtes (SWIR) entre 1,4 µm et 3 µm, l'IR à ondes moyennes (MWIR) entre 3 µm et 5 µm et l'IR à ondes longues (LWIR) jusqu'à environ 14 µm en raison de sa bande interdite à 1,1 um. Pour cette raison, les capteurs IR utilisés pour les longueurs d'onde SWIR sont construits à partir de matériaux tels que l'arséniure d'indium et de gallium (InGaAs).

Les capteurs hybrides pour l’imagerie VIS-SWIR (400 nm – 1 700 nm) et NIR-SWIR (700-1 700 nm) sont généralement construits à partir d’InGaAs. Certains fabricants utilisent également des technologies particulières pour la fabrication de capteurs. La plupart des capteurs IR contiennent une couche de phosphure d'indium (InP) de différentes épaisseurs sur le substrat InGaAs pour rejeter les courtes longueurs d'onde indésirables. En modifiant l'épaisseur de la couche InP, la réjection de longueur d'onde est spécifiquement atténuée. La couche InP de nombreux capteurs Sony est suffisamment fine pour laisser passer les longueurs d'onde visibles pour une utilisation hybride. Sony utilise également une technique de fabrication particulière pour les capteurs hybrides appelée hybridation ou liaison cuivre-cuivre (Cu-Cu), qui se produit au niveau des pixels pour lier des substrats de différents matériaux [2].