InGaAsカメラとは?
InGaAsカメラは、イメージセンサーの主要な光検出材料としてインジウムガリウムヒ素(InGaAs)を使用しています。InGaAsはシリコンよりもバンドギャップが狭いため、900nmから1700nmの近赤外スペクトルでより長い波長の光子を検出できます。これにより、InGaAsカメラは、人間の目には見えない赤外光や従来のシリコンカメラに非常に敏感になります。
短波赤外イメージング用InGaAsカメラ
現在入手可能なほとんどのInGaAsカメラは、900nmから1700nmまでの短波赤外線(SWIR)イメージング用に最適化されています。中波および長波赤外線カメラと比較して、SWIR InGaAsカメラは、フォームファクタの小型/軽量化、低コスト、外部イルミネーターなしで夜間の受動的イメージング機能などの特定の利点を提供します。SWIR InGaAsカメラの一般的な用途には、産業検査、科学研究、監視、運転支援などがあります。可視光線の向こう側を見る能力により、RGBカメラと比較して独自の機能が可能になります。
InGaAsカメラの主要コンポーネント
すべてのInGaAsカメラの中核をなすのは、インジウムガリウムヒ素で作られたイメージセンサーです。このセンサには、微細なInGaAsフォトダイオードの焦点面アレイが含まれており、それらに当たる赤外光の強度に比例して電荷を生成します。レンズは、通常のカメラが可視画像に焦点を合わせるのと同じように、赤外線画像をチップセンサーアレイに焦点を合わせます。
その他の重要なコンポーネントには、各フォトダイオードピクセルからの信号を読み出してデジタル化する半導体処理エレクトロニクス、熱雑音を低減して画質を向上させる冷却システム、赤外線をセンサーチップに通過させる赤外線透過ウィンドウまたはレンズなどがあります。高度なInGaAsカメラには、さまざまな産業および科学アプリケーション向けの統合オンボード処理、コンピューターインターフェース、ハウジングなどの機能も組み込まれています。
InGaAsカメラの性能要因と考慮事項
さまざまな用途でInGaAsカメラを評価する際には、いくつかの要素を考慮する必要があります。
- 解像度 - 新しいモデルでは 320x256 から 2048x2048 ピクセル以上までさまざまです。解像度が高いほど、より詳細なディテールが可能になりますが、コスト、データ処理のニーズ、およびストレージ要件に影響します。
- スペクトル応答 - センサーアレイ全体の波長範囲、ピーク感度、および応答の均一性。これにより、NIR、SWIR、MWIR、またはLWIRイメージングに最適化されているかどうかが決まります。
- フレームレート - 可動部品の観察、監視、産業検査などのユースケースで、カメラがフレームをキャプチャして出力できる速度(fps)。
- 感度 - カメラが検出できる赤外線の最小レベル(ルクス単位)。感度が向上すると、より暗いターゲットやより長い距離でターゲットをキャプチャできます。
- クーラー技術 - 低騒音のためには、熱電(TEC)、スターリング、さらには極低温冷却が必要です。TECクーラーはほとんどの用途で十分ですが、他の用途では高度なクーラータイプが必要です。
- 画像処理 - オンボードまたはオフボードの処理機能により、さまざまなビジョンタスクの生出力を強化できます。例えば、不均一性補正。
- インターフェース - USB、GigE、Camera Link、またはカスタマイズされたインターフェースで、カメラから制御システムやDVRレコーダーに画像データを転送できます。
- フォームファクタ - サイズと堅牢性は、ベンチトップ、産業用、空中、宇宙での使用シナリオなどの最終用途によって異なります。
- ソフトウェア - 複雑な自動化システム向けに、カメラ設定の構成やプログラムによる画像の取得/処理に必要なSDK、API、またはカスタムソフトウェア。
- コスト - 価格は上記の要因によって大きく異なり、数千ドルからトップエンドモデルでは6桁を超えるものまでさまざまです。
InGaAsカメラの用途
InGaAsカメラは、人間の目や標準的なカメラでは見えない熱特性を受動的に画像化できるため、いくつかの領域を破壊してきました。
- 熱/IR検査およびプロセス制御 - 半導体製造、非破壊検査、予知保全など可視光では見えない障害を見つけるのに役立ちます。
- セキュリティと監視 - 暗視、周辺監視、検出可能なアクティブな照明なしでの霧/煙による運転支援。
- 科学研究 - 生物学、化学、天文学、リモートセンシング。赤外スペクトルの分子結合振動により組成の詳細を明らかにします。
- 軍事および防衛 - 状況認識、ターゲティング、ドライバーの視界強化、壁越しの監視、さらには秘密の衛星間通信。
- 自動車 - 運転支援、自律走行車、可視範囲を超えた視覚機能を強化したADAS。悪天候/夜間条件での知覚を可能にします。
InGaAsカメラ技術の未来
InGaAsカメラをより強力で手頃な価格にするための研究努力により、解像度、感度、フレームレート、製造コストなどの重要な側面が改善され続けています。InGaAsやその他のセンサータイプを統合したマルチスペクトルカメラと高度なAI処理は、ほんの数年前には不可能だった領域に革命を起こすことを約束します。急速な技術進歩により、InGaAsカメラは人間の目では見えない長距離イメージングの未来であることは間違いありません。