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UV-Beschichtung von Bildsensoren

Um den nutzbaren Spektralbereich von CCD/CMOS-Sensoren zu erweitern, können diese mit einer floureszierenden Beschichtung aus z.B. Lumigen versehen werden. Bei Beleuchtung mit UV-Licht emitiert diese Schicht sichtbares Licht, welches vom Sensor detektiert werden kann.

Eine solche Beschichtung senkt das untere Ende der spektralen Empfindlichkeit von 350nm auf bis zu 100nm. Ab 480nm ist die Beschichtung nahezu transparent, so dass die Empfindlichkeit im Sichtbaren und im nahen Infrarot kaum beeinflusst wird. Für eine UV-Beschichtung eignen sich vor allem Sensoren mit länglichen Pixeln. Einige dieser Sensoren können standardmäßig mit UV-Beschichtung angeboten werden (siehe Tabelle). Für andere Sensoren ist dies auf Anfrage möglich.




Eureca entwickelte in einem dreijährigen Forschungsprojekt eine neue Möglichkeit zum Aufbringen einer solchen Beschichtung auf Bildsensoren. Die Entwicklung wurde vom Zentralen Innovationsprogramm des Mittelstandes (ZIM) gefördert.


Herzstück der Technik ist Lumigen, das unter UV-Licht sichtbar grün fluoresziert und dadurch die eigentlich unsichtbare Strahlung für herkömmliche CCD- und CMOS-Sensoren erfassbar macht. Für hochwertige Anwendungen, wie zum Beispiel präzise Spektroskope, ist hierbei eine sehr homogene Beschichtung der lichtempfindlichen Sensoren notwendig, weshalb ein Auftrag von Hand nicht die notwendige Qualität bietet – zumal dabei die Gefahr besteht, dass Kontakte oder Oberflächen durch die Berührung Schaden nehmen.

Die von Eureca entwickelte Methode nutzt daher ein modifiziertes physical-vapour-deposition-Verfahren (PVD), das berührungslos funktioniert und reproduzierbare, einheitliche Schichtdicken liefert. Dazu wird zunächst das Deckglas des zu beschichtenden Bauteils in einem auf den jeweiligen Sensortypen ausgelegten, schonenden Verfahren entfernt und der Sensor selbst gereinigt. Anschließend wird er in einer Spezialhalterung in eine Vakuumkammer gebracht, in der dann das Lumigen während des Beschichtungsvorgangs auf der Sensoroberfläche homogen abgeschieden. Hiernach wird der Sensor unter Schutzgas je nach Vorgabe wieder mit einem Deckglas oder mit einer Schutzfolie versehen.

Über die Steuerung der jeweiligen Prozessparameter lässt sich die für die jeweilige Anwendung optimale Schicht herstellen. So führen zum Beispiel dickere Schichten zu einer größeren Streuung des einfallenden Lichtes und können dadurch zur Minderung von Interferenzen eingesetzt werden. Ähnliches gilt auch für die Beschichtung von Mikrolinsen, bei denen die besondere Oberflächenbeschaffenheiten eine Herausforderung für eine gute und homogene Schicht darstellen. Hierfür entwickelte Eureca im Rahmen seiner Forschungen auch Methoden zum Analysieren der Schichten.

Generell erweitert die Behandlung den nutzbaren Spektralbereich von Photosensoren am unteren Ende von 450 nm auf 200 nm, unter Idealbedingungen sogar auf bis zu 100 nm. Oberhalb von 500 nm ist das Material dagegen nahezu transparent, so dass die Empfindlichkeit für Licht des sichtbaren und des Nah-Infrarot-Spektrums nur wenig beeinträchtigt wird. Die Lebensdauer der Beschichtung hängt vornehmlich von der Höhe der Strahlungsintensität, der Wellenlänge und der Temperaturen ab, denen sie ausgesetzt ist, sowie von der Expositionsdauer. Erfahrungen mit gängigen Spektrometern haben bereits gezeigt, dass bei den hier verwendeten kurzen Lichtbögen die Schicht problemlos mehrere Jahre hält.

Die UV-Sensitivierung per Lumigen eignet sich prinzipiell für verschiedene Arten von Sensoren, ein Haupteinsatzgebiet sind jedoch Zeilensensoren, insbesondere für Spektrometer. Für eine optimale optische Kopplung bieten sich Sensoren mit geeigneten Pixelgeometrien an, zum Beispiel längliche Pixel, wie sie häufig in Spektrometern zu finden sind. Die von Eureca entwickelte Beschichtungstechnologie funktioniert jedoch unabhängig von der Art und Geometrie des Sensors und läßt sich daher auf fast alle am Markt erhältlichen Typen anwenden.

Eureca hat bereits ein Sortiment unterschiedlicher Modelle mit Beschichtung im Angebot, auf Anfrage lassen sich aber auch andere Sensoren veredeln. Eine Liste von Sensoren, die bei uns zur Zeit regelmäßig beschichtet wird, finden Sie in folgender Tabelle:

Typ Hersteller Pixelzahl Pixelgröße
[μm²]
Datenrate
fps bzw. Pixelfreuenz
ICX098BL-UV Sony 659 x 494 5,6 x 5,6 60 fps
ICX414AL-UV Sony 692 x 504 9,9 x 9,9
ICX424AL-UV Sony 692 x 504 7,4 x 7,4
ILX554B-UV Sony 2048 14,0 x 56,0 2 MHz
ELIS-1024-UV Dynamax 1024 7,8 x 125,0 30 MHz
TCD1205DG-UV Toshiba 2048 14,0 x 200,0 2 MHz
TCD1304DG-UV Toshiba 3648 8,0 x 200,0 1 MHz






Grafische Dartsellung der Quanten-Effizienz eines herkömmlichen CCD-Sensors

Beispiel für die effektive Quanten-Effizienz eines herkömmlichen CCD-Sensors mit UV-Beschichtung

Nähere Informationen rund um dieses Thema finden Sie in unserem PDF-Dokument UV-Beschichtung von Bildsensoren.



Seite aktualisiert am: 23.08.2016