IR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、生体認証および指紋認識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。
生体認証および指紋認識におけるIR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。
コーティングと成膜の検討事項
二色性IRカット設計は、概ね20〜60層の高屈折率酸化物と低屈折率酸化物の交互積層からなり、層厚がエッジの位置と急峻さの両方を制御する。イオンアシスト成膜は標準プロセスである。なぜなら湿潤下でシフトしない緻密な層を生成するため—アシストなしのコーティングは湿潤した室内で1週間後に数ナノメートル移動し得る。可視帯域の残留反射は管理されなければならない。なぜなら強い反射は、コーティングの不十分なカメラ窓に見られる緑またはマゼンタの輝きを生じるからである；広帯域AR層が通常、それを抑制するために二色性スタックの上に追加される。生体認証および指紋認識については、硬質な撥水性外層が必要かどうかも決定する。なぜならそれは部品の耐久性と価格の両方を変えるからである。
コストと納期を左右する要因
層数が主なコストのレバーである。単純なIRカットスタックは日常的なチャンバー稼働である；第2面への広帯域ARの追加、撥水性最外層の追加、または遷移を30 nmから10 nmに厳格化することは、それぞれチャンバー時間を追加し、層厚誤差への感度を高め、歩留まりを低下させるため、価格は層数が示唆するよりも速く上昇する。基板のグレードと厚みは予想よりも少ない影響であり、あらゆる点で実質的に高価なサファイアを除く。サイズが2つ目のレバーである：チャンバーの均一ゾーン内に楽に収まる部品は、厚み均一性が劣化するエッジに配置されなければならない部品よりもはるかに安価な単価である。生体認証および指紋認識において、最も安価な実際の節約は、通常、材料を変更するのではなく角度仕様を緩和することから生じる。
基板と材料の選定
基板は透過率、厚み、および耐久性を決定する。B270とD263Tホウケイ酸ガラスは、カメラおよびセンサ窓の標準的な担体である：透明で、寸法的に安定しており、積層やレンズ裏への収納に十分な薄さである。吸収型ブルーガラスは、角度依存のコーティングなしでNIRを除去しなければならない場合に使用され、エッジを鋭くするために二色性層と組み合わせることもできる。サファイアは、窓が摩耗に耐えなければならない場合—ハンドヘルド機器および屋外計器—に登場し、その硬度はより広い透過帯域、約4.5マイクロメートルまでをもたらす。生体認証および指紋認識において、基板は通常立ち上がり波長とともに指定される。なぜなら両者は相互作用するからである：いくらかの固有NIR吸収をもつ基板上に成膜された二色性エッジは、透明ガラス上の同じスタックよりもさらに青方で読まれる。
代替手段との比較
コーティングされたIRフィルタの直接的な代替は、吸収型ブルーガラス、ポリマーフィルム上の吸収染料、およびソフトウェアによる帯域除去である。吸収型ガラスは角度に依存せず頑丈という利点をもつが、厚み、重量、および色かぶりを追加する。フィルムは安価で薄く、民生用モジュールに適しているが、UVと熱の下で劣化し、高フラックス下では使用できない。ソフトウェア補正はコンポーネントなしでNIRのにじみを減らすが、センサが別個に分解したことのない情報を回復できず、単一チャネルまたはモノクロシステムでは完全に失敗する。生体認証および指紋認識における計器、マシンビジョン、および屋外撮像については、薄いガラス基板上的二色性フィルタが、エッジの鋭さ、透過率、および耐用寿命の最良の組み合わせを引き続き提供する。
IRフィルタが実際にどのように機能するか
IRフィルタは、センサがそうでなければ記録していたスペクトル帯域を除去し、それを2つの方法のいずれかで行う。二色性フィルタは多層干渉スタックで近赤外光を反射するため、何も吸収されず部品は冷たいままである；ブルーまたは吸収型ガラスフィルタは、バルク材料で吸収することで同じ帯域を除去する。二色性設計はより鋭いエッジ、より高い可視透過率、および正確にチューニング可能な立ち上がり波長を与えるが、エッジは角度とともに移動する。吸収型ガラスは角度に鈍感で安価であるが、より厚く重く、その立ち上がりは化学組成で固定される。生体認証および指紋認識において、選択は通常、視野のどれだけが軸外から到達するかという点に帰着する：狭い許容コーンは二色性設計に有利であり、広角レンズはしばしばフレーム全体の色むらを避けるために吸収型またはハイブリッド解決策を必要とする。
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 |
|---|---|---|
| IRカット立ち上がり | 630 - 700 nm | センサ応答にチューニング |
| 可視透過率 | T ≥ 90 %、R ≤ 1 % | 420 - 620 nm平均 |
| NIR遮断 | OD2 - OD4（1 % - 0.01 %） | 700 - 1100 nm |
| エッジ急峻さ | 10 - 30 nmの遷移 | 二色性設計 |
| 入射角 | 0 - 30度指定 | 通過帯域は角度とともに青方シフト |
| 波長公差 | 標準±5 nm、精密±2 nm | 指定AOIで測定 |
| 基板 | B270、D263T、ブルーガラス、サファイア | 吸収型は角度シフトなしでNIRを除去 |
| 厚み | 0.3 - 3 mm | カメラ窓では0.55 - 1.1 mmが標準 |
| 環境 | 湿度、塩水噴霧、摩耗を試験 | MIL-C-48497 / MIL-PRF-13830B |
よくある質問
どの立ち上がり波長を指定すべきですか？
ほとんどのシリコンセンサは、センサのNIR応答が上昇する前の650〜680 nmの間の立ち上がりを必要とする。アプリケーションに850 nmの照明源が近くにある場合、遮断をOD3に厳格化し、光源波長に対するエッジ位置を確認する。
なぜ画像の四隅が緑色に見えるのですか？
それは角度シフトである。二色性エッジは入射角が増大するにつれてより短い波長へ移動するため、軸外光線は青色光を失い、フレーム縁が色シフトする。解決策は、より広い遷移、吸収要素、またはフィルタを絞りに近づけることである。
吸収型ブルーガラスは二色性コーティングより優れていますか？
それは許容角度と予算に依存する。ブルーガラスは角度に依存せず、頑丈で安価であるが、より厚く立ち上がりの制御性が低い。二色性コーティングは、角度感度を犠牲にして、より薄い部品でより鋭くチューニング可能なエッジを与える。