マシンビジョンおよび産業検査における要件は変化してきた—より薄い部品、より広い帯域、より過酷な環境—そしてその変化はIRフィルタサプライヤーに求められる品質を変えている。本稿では、需要の方向性、それが仕様に意味する内容、および設計が単一の工程に縛られないよう調達を構成する方法を検討する。
マシンビジョンおよび産業検査におけるIRフィルタ
マシンビジョンおよび産業検査において、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。マシンビジョンは生産ラインが通過するか停止するかを決定するため、その光学は単に良好である以上に再現性がなければならない。照明波長は意図的に選択され、フィルタはアルゴリズムが許容できないものを正確に遮断しなければならず、透過率または幾何形状のいかなる変化も誤除外となる。環境はしばしば、冷却剤ミスト、ホコリ、および振動のある工場床である。
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。マシンビジョンおよび産業検査において、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。
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。マシンビジョンおよび産業検査において、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。
コストを下げる設計ルール
重要な設計決定は、立ち上がり波長、許容角度、および取付けである。立ち上がりを、センサの量子効率が落ち、そのNIR感度が上昇する位置に置く—ほとんどのシリコンセンサは650〜680 nmの間のエッジを必要とする—そして、有効口径範囲のどれだけが色精度を保持しなければならないかを決定する。レンズが明るい、または広角である場合、より広い遷移を受け入れるか、吸収要素を追加する。取付け用に少なくとも0.5 mmの明確なマージンと、両エッジの面取りを残す。フィルタがレンズの前ではなく後ろにある場合、光線束はもはやテレセントリックではないことを覚えておく：実効角度は、控えめなシステムであっても30度を超え得る。これこそが、二色性設計がマシンビジョンおよび産業検査で色忠実度を失い始める場所である。
規格・文書・トレーサビリティ
IRフィルタは、光学的、環境的、およびコンプライアンス仕様の混合によって認定される。図面は表面形状と欠陥についてISO 10110に従い、機械的受入れは一般的にMIL-PRF-13830Bスクラッチ・ディグを引用する。環境耐久性は通常、湿潤浸漬、塩水噴霧試験、摩耗試験、および密着テープ試験によって実証され、しばしばMIL-C-48497に対して行われる。材料コンプライアンスはRoHSおよびREACH宣言を通じて文書化される。マシンビジョンおよび産業検査において、追加要件は顧客独自の規格—自動車の温度範囲、医療の洗浄体制、または屋外UV暴露—から頻繁にもたらされ、それらを見積もり時に確立する価値がある。なぜなら湿度試験に合格するコーティングでも、特定の洗浄薬品では失敗し得るからである。
マシンビジョンおよび産業検査に特有の要件
マシンビジョンおよび産業検査において、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。マシンビジョンは生産ラインが通過するか停止するかを決定するため、その光学は単に良好である以上に再現性がなければならない。照明波長は意図的に選択され、フィルタはアルゴリズムが許容できないものを正確に遮断しなければならず、透過率または幾何形状のいかなる変化も誤除外となる。環境はしばしば、冷却剤ミスト、ホコリ、および振動のある工場床である。
- テレセントリック対応の平面度および低くさび
- 照明波長に帯域整合したコーティング
- 部品間で一貫した透過率
- 冷却剤、ホコリ、および洗浄溶剤に耐性
ISO 10110図面、MIL-PRF-13830B表面品質、および機械メーカー独自の再現性および清浄度要件。
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
波長公差はどの程度厳しくできますか？
±5 nmは日常的なものであり、±2 nmは精密結像部品で達成可能である。それより厳しくすると、通常、測定による部品の選別が必要となり、コストが急増する。
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。