コーティング済みカラーフィルタがカバーする選択肢は、多くの図面が想定するよりも広範囲に及び、その違いが性能と価格の双方を決める。本稿では、防犯および監視カメラで利用可能な実用的な選択肢—基板、コーティング工程、厚み、公差—を比較し、各トレードオフが奏功する場合とそうでない場合を示す。
防犯および監視カメラにおけるコーティング済みカラーフィルタ
防犯および監視カメラにおいて、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。監視カメラは連続して、しばしば屋外で稼働し、近赤外照明下の夜間に有用な画像を提供しなければならない。その組み合わせは、IRカット挙動と窓の耐久性を2つの定義する要件とする：窓は日中のスペクトルを忠実に通し、日中は赤外を遮断し、デュアルモード設計では暗闇後に850 nm照明を依然として透過しなければならない。
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。防犯および監視カメラについて、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。
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。防犯および監視カメラにおいて、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。
コーティングと成膜の検討事項
コーティング設計こそが、実際に色が作られる場所である。干渉スタックは、SiO2に対してNb2O5、Ta2O5、またはTiO2などの材料の層を交互に重ねて構成され、層数と厚み比が反射帯域、遷移の急峻さ、および通過帯域のリップルを調整する。IADまたは他のイオンアシストプロセスが好まれる。なぜなら湿気によるシフトが少ない緻密な硬質酸化物層を生成するため、湿度が変化しても色が移動しないからである。角度によるシフトは本質的なものであるため、多ゾーンフィルタは各ゾーンが独自のスタックと独自の角度窓をもつように設計される。防犯および監視カメラについては、部品が両面の硬質コート（耐擦傷性と裏面反射制御）を必要とするか、片面のコーティング面のみか、およびセンサーや接合線のために未コーティングの領域を残す必要があるかを早期に決定する。
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、防犯および監視カメラにおける最も効果的な単一のコスト削減である。
コストを下げる設計ルール
コーティング済みカラーフィルタを用いた設計は、主として角度、熱、および取付けに関するものである。まず許容コーンを決定する：狭いコーンはより急なエッジとより純粋な色を得、広いコーンは色の飽和を犠牲にして光束効率を得る。次に、部品がどのように保持されるかを決定する—リング、クリップ、接着剤、または枠—そして保持部が光学面に触れないよう、コーティングのない少なくとも1 mmのマージンを残す。同じ理由で、パターン領域をエッジから少なくとも0.3 mm離す。部品がコンデンサまたはレンズの後ろにある場合、平行光を想定するのではなく角度広がりをモデル化する。なぜなら実効スペクトルはその広がりにわたる重み付き平均となるからである。防犯および監視カメラについては、許容角度、取付方法、および最大フラックスを記した図面上の短い注記が、そうでなければ初回納品時に表面化する議論の大部分を防ぐ。
防犯および監視カメラに特有の要件
防犯および監視カメラにおいて、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。監視カメラは連続して、しばしば屋外で稼働し、近赤外照明下の夜間に有用な画像を提供しなければならない。その組み合わせは、IRカット挙動と窓の耐久性を2つの定義する要件とする：窓は日中のスペクトルを忠実に通し、日中は赤外を遮断し、デュアルモード設計では暗闇後に850 nm照明を依然として透過しなければならない。
- 645から680 nm間のIRカットエッジ
- 屋外グレードの耐摩耗性および塩水噴霧耐性
- 雨水流出用の撥水性トップコート
- 透過損失なしの5年以上の耐用寿命
IP等級筐体互換性、MIL方式の摩耗および湿度試験、RoHSおよびREACH宣言、およびますますNDAA関連のサプライチェーン文書。
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
フィルタには測定された透過曲線が付属しますか？
はい、すべての出荷には、指定された入射角で測定された分光光度トレースを含めることができ、色ターゲットが与えられた場合はCIE座標も追加される。レーザーおよび高フラックス部品には、さらに損傷閾値データを添付できる。
1枚のプレートに複数の色を組み合わせられますか？
それは染色ではなくコーティングの利点の1つである：1枚のプレートは、別々のコーティングゾーン、パターン化されたロゴ、および取付け用の未コーティングマージンを、1回のコーティング工程ですべて担える。各ゾーンは独自のスタックで設計される。
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。