Entfernung der Deckgläser von Bildsensoren

Oft stören die standardmäßig vorhandenen Deckgläser bei CCD/CMOS-Bildsensoren, da sich an ihnen Reflexionen oder Interferenzen bilden können. Abhilfe schafft hier die Entfernung des Deckglases.

Die Entfernung des Deckglases bietet zudem interessante Möglichkeiten in weiteren Schritten einen Sensor zu veredeln, so dass relativ preiswerte Sensortypen auch für anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt werden können. Beispiele hierfür sind das Aufsetzen kundenspezifischer Filter oder das Aufbringen einer UV-empfindlichen Beschichtung auf die Sensoroberfläche.

Im Laufe der letzten Jahre hat die Eureca verschiedene Verfahren entwickelt, um Deckfenster von CCD/CMOS-Sensoren zu entfernen. Somit steht für viele Typen eine geeignete Methode zur Verfügung. Dabei weisen die unterschiedlichen Methoden unterschiedliche Ausfallraten durch Beschädigungen der Sensoren auf. Im günstigsten Fall liegt diese Rate bei nur wenigen Prozent.

Die Entwicklung geeigneter Methoden zur Deckglasentfernung von Bildsensoren war auch Bestandteil eines Forschungsprogramms bei Eureca, welches durch das Zentrale Innovationsprogramm des Mittelstandes (ZIM) gefördert wurde.

Wir verarbeiten sowohl Sensoren aus unserem eigenen Sortiment als auch Sensoren, die vom Kunden gestellt werden. Kundenstellungen werden vor der Verarbeitung zunächst einer ausgedehnten Qualitätskontrolle unterzogen, um diese auf die Eignung für die nachfolgende Verarbeitung hin zu untersuchen, um so zum Beispiel Änderungen in der Produktion des Herstellers rechtzeitig zu entdecken. Erst nach erfolgreicher Prüfung und Freigabe durch den Kunden erfolgt die Weiterverarbeitung.

Nach der Entfernung des Deckglases werden alle Sensoren optisch auf eventuelle Beschädigungen kontrolliert und gegebenenfalls gereinigt. Ein zusätzlicher elektrooptischer Test mit Aufnahme von Testbildern ist möglich, sofern wir für den jeweiligen Sensor ein geeignetes Kameraboard vorrätig haben. Bei Sensoren, die in größeren Stückzahlen verarbeitet werden, wird dieser Test immer durchgeführt.

Präzision bis ins Detail

Optimierte Sensorverarbeitung

Bei der Entfernung der Deckgläser von CCD/CMOS-Sensoren zur Vermeidung von Interferenzen oder Reflexionen legen wir höchsten Wert auf Präzision. Dennoch lassen sich minimale Rückstände nicht immer vollständig vermeiden. Deshalb durchläuft jeder Sensor bei uns eine sorgfältige optische Kontrolle. Gefundene Verunreinigungen wie Staub oder Glaspartikel werden in einem eigens entwickelten Reinigungsverfahren entfernt, um eine optimale Bildqualität sicherzustellen. Eventuelle verbleibende Mikrokontaminationen können in der späteren Anwendung durch eine einfache Dunkelbildkorrektur kompensiert werden.

Makroskopische Bildaufnahmen von CMOS-Sensoren nach Deckglasentfernung.

Nach der Entfernung des Deckglases sind feinste Kontaminationen mit bloßem Auge kaum sichtbar. Auch bei der Betrachtung unter dem Mikroskop ist es oft schwierig, den Gesamtzustand des Sensors im Blick zu behalten – insbesondere bei großflächigen Arrays. Mit einem speziell entwickelten Setup bestehend aus einem hochaufgelösten Kamerasystem mit einer Makrooptik und Dunkelfeldbeleuchtung können wir den Sensor mit einer Auflösung bis auf die Pixelebene dokumentieren.

Was man so erkennt:

• Feinste Kratzer und Partikel
• Zustand der Bonddrähte
• Tiefe von Defekten
• Gesamtzustand des Sensors in nur einem Bild

Ideal zur Dokumentation, Fehlersuche und Qualitätsprüfung.

Verfügbar als zusätzliche Dienstleistung, inkl. digitaler Übergabe der Bilddaten und ggf. Bewertung des Zustandes.

Als Schutz während des Transportes zum Kunden wird eine spezielle Klebefolie aufgebracht, die vor Gebrauch rückstandslos abgezogen werden kann.

Jahrelange Erfahrung mit großen ausgelieferten Stückzahlen hat gezeigt, dass die Sensoren ohne Deckglas eine ebenso lange Lebensdauer wie die Originalsensoren aufweisen. Ohne Deckglas sind die Sensoren allerdings verständlicherweise recht empfindlich und müssen im Betrieb vor Feuchtigkeit, Schmutz sowie mechanischen Berührungen geschützt werden.

Bisher erfolgreich verarbeitete Sensortypen

CCD/CMOS-Linearsensoren

Hier konzentrieren sich unsere bisherigen Arbeiten hauptsächlich auf die Sensoren von Sony (ILX-Serie) und die Sensoren von Toshiba (TCD-Serie), da diese u. a. auch in unseren DIY-Spektrometern zum Einsatz kommen. Aber auch Sensoren anderer Hersteller konnten bereits mit Erfolg verarbeitet werden.

CCD/CMOS-Flächensensoren

Bei den Flächensensoren können wir Erfolge bei einer sehr großen Anzahl an Typen von unterschiedlichsten Herstellern vorweisen. Eine (nicht vollständige) Aufistung von bisher bearbeiteten Sensortypen finden Sie auf der Unterseite.

SWIR-Sensoren

Relativ neu in unserem Portfolio ist eine Methode, mit der wir auch erfolgreich die Deckgläser von SWIR-Sensoren entfernen können. Die Besonderheit dieser Sensoren liegt darin, dass sie sowohl im sichtbaren Bereich (VIS), als auch im kurzwelligen Infrarotbereich (SWIR, 400 – 1700 nm) empfindlich sind.

Infrarotsensoren

Deckglasentfernung von dieser Art von Sensoren werden zur Zeit noch nicht regelmäßig verarbeitet, da die Vorteile dieser Technik hier oft nicht den Aufwand rechtfertigen. Prinzipiell können unsere Techniken aber auch für viele der aktuell auf dem Markt befindlichen Infrarotsensoren angewendet werden. Wollen Sie also für Ihre Anwendung die Möglichkeit einer entsprechenden Verarbeitung prüfen, kontaktieren Sie uns bitte.

Die verschiedenen angewandten Verfahren bergen unterschiedlich hohe Risiken für beispielsweise Kontamination der Sensoroberfläche. Durch Eurecas langjährige Erfahrung und stetige Weiterentwicklung der Methoden stehen effektive Techniken zur Verfügung, mit denen die Kontamination der Sensoren nach der Verarbeitung deutlich reduziert werden konnte. Während Reinraumqualität in den meisten Fällen nicht erreicht werden kann, reicht das Ergebnis in der Regel für die meisten avisierten Anwendungen und Produkte aus.

Ein wenig Statistik zur Einordnung

In der nachfolgenden Grafik sind die Ergebnisse zu 81 Sensoren aufgetragen. Die Daten wurden ermittelt, indem eine große Anzahl von Testbildern unter Verwendung einer homogenen Beleuchtung aufgenommen wurden. Aus dem Durchschnitt dieser Bilder wurden der mittlere Grauwert und die Standardabweichung berechnet. Durch Normierung der Standardabweichungen auf den mittleren Grauwert erhält man die relative Standardabweichung. Die gemittelten Bilddaten bestehen hauptsächlich aus dem Fixed-Pattern-Noise (FPN) des Sensors. Ein Vergleich dieser Ergebnisse vor und nach der Deckglasentfernung liefert eine Abschätzung des Anstiegs der FPN durch die Verarbeitung. Wir haben festgestellt, dass der durchschnittliche Anstieg der mittleren relativen Standardabweichung nach der Verarbeitung bei etwa 2,06 × 10⁻³ liegt.

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

Nach der eigentlichen Deckglasentfernung kann der Sensor noch weiterverarbeitet werden. Beispiele für solche Veredelungen sind:

Filter

Das Deckglas wird direkt durch einen oder eine Kombination von mehreren Filtern ersetzt. Dies verbessert in der Regel die Signalqualität erheblich, da unerwünschte Spektralbereiche gezielt ausgeblendet werden können. Durch das direkte Aufsetzen auf den Chip erhält man eine kompakte und vor allem robuste Einheit ohne zusätzliche Halterungen für externe Filter im Strahlengang. Für Anwendungen bei denen die Sensoren oder Kameras gekühlt werden erfolgt dies unter einer Argonatmosphäre, um Kondensation von eingeschlossener Feuchtigkeit zu vermeiden.

Fiberglasoptik

Zur Verbesserung der optischen Signalankopplung an den CCD-Chip kann auf diesen eine Fiberglasoptik aufgesetzt werden. Neben Optiken, die maßstabsgetreu abbilden, können auch Verkleinerungen realisiert werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Objektiven sind bei Fiberglasoptiken die Lichtverluste erheblich geringer.

Beschichtungen

Durch das Auftragen von speziellen Materialien auf den Chip kann die Empfindlichkeit auf Spektralbereiche außerhalb des üblichen Bereiches ausgedehnt werden. Hierzu zählen zum Beispiel fluoreszierende Stoffe zur Detektion von UV- oder Röntgenstrahlen. Eureca bietet hier eine spezielle Beschichtung auf Lumogenbasis an, die in einer hauseigenen Beschichtungsanlage aufgebracht wird.