生体認証および指紋認識における光学的課題を解決する方法は常に複数存在し、各選択肢がすべてにおいて同等に優れているわけではない。本稿では、コーティング済みカラーフィルタガラスを競合する材料・工程・設計アプローチと、商業的に重要な基準—性能、耐久性、単価、納期—に基づいて比較する。
生体認証および指紋認識におけるコーティング済みカラーフィルタ
生体認証および指紋認識において、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。生体認証システムは、シーン内の他のすべてから生信号を分離しなければならず、これがスペクトルフィルタリングを光学の主要機能とする。指紋および虹彩システムは、しばしば近赤外照明下で、定義された波長で動作し、誤った帯域を漏らすフィルタは汚れたセンサと同様に確実に認識を損なう。
コストと納期を左右する要因
コーティング済みカラーフィルタの価格は、主として層数、基板のサイズ、およびコーティング工程の歩留まりの関数である。20層のカラーコーティングは日常的なものである；2 nmの遷移をもつ60層のエッジフィルタは、チャンバー時間と厚み誤差に対する感度の両方が急増するため、数倍のコストとなる。パターン部品はリソグラフィまたはスクリーン印刷の工程を追加し、そのコストはマスクまたはスクリーンに支配されるため、最初の1個は高価で100個目はそうではない。基板のグレードと厚みは、ほとんどの購入者が予想するよりも少ない寄与しかしない；実際のコスト跳躍は、厳しい分光公差、チャンバーの均一ゾーンより大きい部品、および数枚のプレートのためにチャンバーを稼働せざるを得ない低量から生じる。1回の工程で共有できる色を統合することは、生体認証および指紋認識における最も効果的な単一のコスト削減である。
実際に重要な公差
カラー作業には、同時に示されなければならない2つの公差体系がある。分光公差は、遷移または主波長が公称値からどれだけ離れていてもよいかを定義する—通常、カラーチップでは±5 nm、測定経路で使用される干渉エッジでは±2 nm。幾何公差は、色がプレート上のどこに位置するかを定義し、ゴボ、パターンフィルタ、および多ゾーン部品で重要である。透過率の測光公差を追加する：90%透過と公称されたフィルタが82%で出荷されれば、目には異なる色である。生体認証および指紋認識において、数値が有効な入射角も固定する。なぜなら0度用に設計され15度で測定されたコーティングは、公称値より数ナノメートル短く読まれ、何も問題がなくても顧客はそれを規格外と呼ぶからである。
代替手段との比較
コーティング干渉プレートは、染色または吸収ガラス、印刷ゲル、および一部の設計では単なる未コーティングの有色基板と競合する。吸収ガラスはより安価で角度に完全に鈍感であり、広錐システムに魅力的であるが、鋭いエッジに到達できず、高フラックス下で褪せ、任意の色を生成できない。ゲルは最も安価な選択肢であり使用中に消費されるため、10年設計の器具ではなく一時的な設置に適している。コーティングされた硬質酸化物プレートは前払いでより高価であるが、器具の寿命まで色を保持し、他の2つでは一致できない方法でパターン化または多ゾーン化できる。生体認証および指紋認識において、決定は通常フラックスと耐用寿命にかかる：平方センチメートルあたり数百ミリワット未満ではより安価な選択肢が実行可能であり、それ以上ではコーティングガラスが生き残る唯一の答えである。
基板と材料の選定
基板は、コーティングが耐え得る上限を設定する。B270と超透明フロートガラスは中程度のフラックスの主力であり、価格対透明度の比が最良である。部品がランプに近接して置かれる場合、熱勾配を割れずに許容するため、ホウケイ酸ガラスまたは特定の耐熱ガラスが使用される；溶融石英やEagle XGなどの低膨張基板はさらに進み、繰り返す熱サイクルを通じて形状を保持する。厚みはグレードと同様に重要である：0.5 mmのプレートは3 mmのプレートよりも速く加熱・冷却されるため、ストロボやシャッター条件下では薄い方が安全であるが、組立時にはより脆い。生体認証および指紋認識について、通常の故障は弱すぎる材料ではなく、指定されたことのない材料である。そのため工場はソーダ石灰ガラスにデフォルトし、最初の高フラックス試験でプレートが割れる。
検査と測定
すべてのカラーフィルタは、公称値ではなく測定された曲線とともに出荷されるべきである。指定された入射角での350〜1050 nmの分光光度法がベースラインである；レーザーまたは高フラックスシステムで使用される部品については、レーザー損傷閾値データと有効口径全体の透過マップの要求が価値がある。顧客が指定する色座標は、定義された光源と観測者を必要とし、設計から予測されるのではなく実際の部品上で測定されなければならない。生体認証および指紋認識において、最も多くの見逃しを捕捉する入荷検査は、パターン領域とエッジ品質の物理的確認である。なぜならコーティングは分光学的に完璧であっても、ベンチ測定では決して見えない欠けや位置合わせ誤差によって却下され得るからである。
生体認証および指紋認識に特有の要件
生体認証および指紋認識において、それは品質に対する一般的な好みではなく、特定の要件セットに翻訳される。生体認証システムは、シーン内の他のすべてから生信号を分離しなければならず、これがスペクトルフィルタリングを光学の主要機能とする。指紋および虹彩システムは、しばしば近赤外照明下で、定義された波長で動作し、誤った帯域を漏らすフィルタは汚れたセンサと同様に確実に認識を損なう。
- 動作波長での厳しいバンドパスまたはIRカット定義
- 耐擦傷性のユーザー側面
- 広い入射角にわたる安定した挙動
- 低電力照明用の高透過率
生体認証データ品質のISO/IEC 19794コンテキスト、ISO 10110図面、およびRoHSおよびREACH宣言。
選定データ一覧
| パラメータ | 標準値 | 備考 |
|---|---|---|
| 主波長 | 450 - 660 nm、カスタムは±5 nm | カラーチップごと |
| 帯域内透過率 | >= 85 %（チューニング設計ではT>= 90 %） | 垂直入射時 |
| 帯域外遮断 | OD2 - OD4 | 可視からNIR |
| コーティング種 | IAD多層硬質酸化物 | 干渉による発色 |
| 基板 | B270、ホウケイ酸ガラス、超透明、石英 | 高フラックス用耐熱グレード |
| 厚み | 0.3 - 3 mm | ゴボでは1.1 mmが標準 |
| サイズ公差 | ±0.1 mm、要望で±0.05 mm | 円、角、カスタム外形 |
| パターン公差 | ±0.05 mmの位置合わせ | スクリーン印刷、リソグラフィ、またはマスク |
| 動作温度 | 基板に依存し最大400°C | 熱衝撃が実際の限界 |
よくある質問
コーティングカラーフィルタは角度によってどの程度シフトしますか？
典型的な可視帯域スタックは、入射が10度増えるごとに波長の約1%だけ短い波長へシフトする。したがって0度用に指定され30度コーンで使用される設計は、公称曲線よりも顕著に青みがかって読まれる。これが許容角度が図面に記載されるべき理由である。
特定の色でロゴやパターンを印刷できますか？
はい。パターンは、コーティング前のマスキングまたはリソグラフィ、あるいはパターン層のスクリーン印刷によって生成され、位置合わせは通常±0.05 mmに保持される。特徴をエッジから少なくとも0.3 mm離し、アートワークをベクタデータとして提供する。
色は時間とともに褪せますか？
いいえ。干渉コーティングは無機の硬質酸化物層であり、漂白する染料はない。現場での色変化は、ほぼ常にイオンアシストなしで成膜された湿潤したコーティング、またはアプリケーションが到達したよりも低い動作温度用に指定された設計から生じる。