InGaAsエリアイメージセンサ G13393-0909W 640 × 512画素の近赤外2次元イメージセンサ G13393-0909Wは、CMOS読み出し回路 (ROIC: readout integrated circuit)と裏面入射型InGaAsフォトダイオードのハイブ リッド構造を採用しています。1画素は1つのInGaAsフォトダイオードと1つのROICによって構成され、Inバンプにより電気 的に接続されています。ROICにはタイミング発生器が内蔵されており、簡単なデジタル入力で、アナログビデオ出力、ADTRIG出力が得られます。 G13393-0909Wは640 × 512画素が20 μmピッチで配列され、ビデオラインから信号が読み出されます。入射光はInGaAs フォトダイオードで光電変換された後、Inバンプを介してROICに入力されます。ROICで電圧変換して、シフトレジスタにより 順次ビデオラインから出力されます。なおG13393-0909Wは、2段電子冷却型でハーメチック構造のメタルパッケージの ため安定動作を実現しています。 特長 用途 感度波長範囲: 0.95~1.7 μm 熱画像モニタ 高感度: 1 μV/e- ハイパースペクトラルイメージング フレームレート: 62 fps max. 近赤外画像検出 グローバルシャッタモード 異物検査 簡易動作 (タイミング発生器内蔵) 半導体検査 2段電子冷却型 交通監視 構成 項目 イメージサイズ 冷却 総画素数 有効画素数 画素サイズ 画素ピッチ 開口率 パッケージ 窓材 仕様 12.8 × 10.24 2段電子冷却 640 × 512 (327680) 640 × 512 (327680) 20 × 20 20 100 28ピンメタル (外形寸法図を参照) 反射防止コーティングサファイアガラス 浜松ホトニクス株式会社 単位 mm 画素 画素 μm μm % - 1 InGaAs エリアイメージセンサ G13393-0909W ブロック図 読み出し回路の一連の動作について説明します。 औ 160 × 512 ْள 160 × 512 ْள 160 × 512 ْள 160 × 512 ْள ೄΏέΠτΐΑΗ フレームスキャン信号であるマスタースタートパルス (MSP) のLow 期間を蓄積時間として、全画素同時に出力電圧をサンプルホールド します。その後、画素の走査とビデオ出力を行います。 垂直シフトレジスタが上→下へと走査しĂ各行を順に選択します。選 択された行の各画素において、①~③の動作が行われます。 ①画素内でサンプルホールドされた光信号情報を信号電圧として信 号処理回路へ転送し、サンプルホールドします。 ②信号転送後、各画素をリセットし、リセット信号電圧を信号処理回 路へ転送し、サンプルホールドします。 ③水平シフトレジスタにより順次走査され、信号電圧・リセット信号 電圧がシリアルデータとして出力されます。センサ外部で、この差 分を取ることにより、画素ごとのオフセット電圧を除去することが 可能です。 続いて垂直シフトレジスタが1行分シフトして次の行を選択し、①~ ③の動作を繰り返します。 垂直シフトレジスタが512行目まで進んだ後は、フレームスキャン信 号であるマスタースタートパルス (MSP)がLowになってから全画素 同時にリセットスイッチがOFFとなり、次フレームの蓄積動作が始ま ります。 ੜၑٝႹ କΏέΠτΐΑΗ ഩգ (εȜΠ1) ഩգ (εȜΠ2) ഩգ (εȜΠ3) ഩգ (εȜΠ4) リセット電圧 (εȜΠ1) リセット電圧 (εȜΠ2) リセット電圧 (εȜΠ3) リセット電圧 (εȜΠ4) KMIRC0083JB 絶対最大定格 項目 電源電圧 クロックパルス電圧 スタートパルス電圧 動作温度*1 *2 保存温度*2 電子冷却素子の許容電流 電子冷却素子の許容電圧 サーミスタ許容損失 記号 Vdd V(MCLK) V(MSP) Topr Tstg Ic Vc Pth 定格値 -0.3 ~ +5.5 Vdd + 0.5 Vdd + 0.5 0 ~ +60 -20 ~ +70 2.8 4.0 0.2 単位 V V V °C °C A V mW *1: チップ温度 *2: 結露なきこと 高湿環境においては、製品とその周囲で温度差があると製品表面が結露しやすく、特性や信頼性に影響が及ぶことがあります。 注) 絶対最大定格を一瞬でも超えると、製品の品質を損なう恐れがあります。必ず絶対最大定格の範囲内で使用してください。 2 G13393-0909W InGaAs エリアイメージセンサ 電気的および光学的特性 (Ta=25 °C, Td=15 °C, Vdd=Port_sel=Mode01=5 V, Mode02=0 V, Vb1=0.5 V, PD_bias=3 V, Vref=3 V) 項目 記号 λ λp S CE Qsat Vsat 感度波長範囲 最大感度波長 受光感度 変換効率 飽和電荷量 飽和出力電圧 条件 λ=λp 感度不均一性*3 PRNU 暗出力 暗電流 暗出力不均一性 暗出力の温度係数 読み出しノイズ ダイナミックレンジ 不良画素*4 VD ID DSNU ∆TDS Nr DR - 暗出力減算後 積分時間 5 ms 積分時間 10 ms 積分時間 10 ms 積分時間 10 ms Min. 0.7 0.6 Typ. 0.95 ~ 1.7 1.55 0.8 1 1100 1.1 Max. - 単位 μm μm A/W μV/ekeV - ±10 ±20 % 600 - 0.03 0.5 ±0.1 1.1 500 2200 - 0.15 2.5 ±0.3 1000 0.37 V pA V 倍 /°C μV rms % *3: 飽和の50%。各行の先頭画素と最終画素は除く。 *4: 感度不均一性 (積分時間 5 ms)、暗出力不均一性、読み出しノイズ、暗電流が規格外の画素 (Zone 1 + 2 + 3)。 ŜΖȜϋ͈݅Ş ŜڎΖȜϋ͈ະၻْளŞ Zone 3 512ْள 502ْள Zone 1 256ْள Zone 2 Zone 1 2 3 1+2 1+2+3 डఱະၻْளତ डఱະၻْள͈ࣣڬ 164 469 571 0.2% 0.2% 5.0% 633 1204 0.2% 0.37% 320ْள 630ْள 640ْள [Ⴒະၻْள] ႋࣣ̠ͤႲະၻْள͉16ْளྚྖȃ KMIRC0087JA 電気的特性 (Ta=25 °C) 項目 電源電圧 電源電流 グランド 素子バイアス 素子バイアス電流 画素バイアス電圧 ビデオリファレンス電圧 ビデオ出力電圧 High (VIDEO_S) Low ビデオ出力電圧 (VIDEO_R) クロック周波数 ビデオデータレート サーミスタ抵抗 記号 Vdd I(Vdd) Vss PD_bias I(PD_bias) Vb1 Vref VsH VsL VR f fV Rth Min. 4.9 2.9 0.4 2.9 3.6 2.8 2.8 8.2 Typ. 5 70 0 3.0 0.5 3.0 4.0 2.9 2.9 f/4 9 Max. 5.1 140 3.1 1 0.6 3.1 4.1 3.0 3.0 25 9.8 単位 V mA V V mA V V V V MHz MHz kΩ 3 G13393-0909W InGaAs エリアイメージセンサ 等価回路 ͼιȜΐΓϋఘ THERM THERM ȜηΑΗ 1 ْள ςΓΛΠΑͼΛΙ ΏέΠ τΐΑΗ Vb1 0.1 μF ϋίσγȜσΡ ΑͼΛΙ VIDEO_S έΠΘͼȜΡ Cf VIDEO_R 2ഩঊ ႖ݕளঊ PD_bias ΗͼηϋΈ อٝႹġ AD_Trig Vdd Vss Vref TE(+) TE(-) MCLK MSP Mode 1 Mode 2 Port_sel ٸ໐වႁ KMIRC0072JD 4 G13393-0909W InGaAs エリアイメージセンサ 接続例 ΟΐΗσΨΛέဥ ഩ࡙ġĩŅĪ ňŏŅ ĬĶġŗ ͺυΈΨΛέဥ ഩ࡙ġĩłĪ ňŏŅ ĮIJĶġŗ ĬIJĶġŗ Γϋߐ൲ဥ ഩ࡙ġ ňŏŅ ĬĶġŗ أഽ ϋΠυȜσ ٝႹ +15 V(A) VIDEO_S (ႁ) B1 -15 V(A) +15 V(A) VIDEO_R (ςΓΛΠႁ) AD_Trig (A/D་۟ဥႁ) Vb1 Vdd VR1 C2 B1 Vref -15 V(A) +5 V(D) R1 G13393-0909W PD_bias B2 +5 V(D) B2 MSP (වႁ) B2 Mode 1 (වႁ) B2 Mode 2 (වႁ) B2 Port_sel (වႁ) B2 VR1 C2 C1 MCLK (වႁ) VR1 C2 ŕņĩĬĪ ŕņĩĮĪ ŕʼnņœŎ ŕʼnņœŎ +5 V(D) +5 V(D) +5 V(D) +5 V(D) (४ࣉ) ΩριȜΗ ܱ R1 ௶ܖโ (४ࣉ) ΨΛέ ܱ IC 10 Ω B1 AD847 VR1 10 kΩ B2 TC74HCT541 C1 330 pF C2 0.1 μF KMIRC0070JE 5 G13393-0909W InGaAs エリアイメージセンサ タイミングチャート 1画素のビデオ出力は、MCLK (マスタークロックパルス)4パルス分として出力されます。MSP (マスタースタートパルス)は積分時間を 決める信号で、Low (0 V)の期間を長くすることによって積分時間を伸ばすことが可能です。また、MSPはフレームスキャンを行うた めに各制御信号をスタートさせる信号としても働きます。MSPがLow (0 V)からHigh (5 V)となり、MCLKが立ち下がった時間から各制 御信号が働き始めて、MSPがHighの期間にフレームスキャンを行います。MSPのLow (0 V)の期間が蓄積時間です。以下にMCLK周波 数 25 MHz動作時のタイミングチャートを示します。 読み出しポート数: 4ポート tr(MCLK) tf(MCLK) tpw(MCLK) t1 tr(MSP) t2 tf(MSP) t3 tpw(MSP) ಇୟশۼ 1έτȜθऔ [(512࣐ġ× 160Ⴅġ× 0.16 μs) (ήρϋ·])͚܄ġ MCLK (වႁ) MSP (වႁ) AD_TRIG (ႁ) VIDEO_S (ႁ) VIDEO_R (ႁ) MSP Low *ۼܢ1 5.76 μs 0.16 μs 0.16 μs 5.76 μs 0.16 μs 0.16 μs 5.76 μs 0.16 μs 0.16 μs ĩήρϋ·ۼܢĪ*2 (1-1 ch) (1-160 ch) ĩήρϋ· (2-1 ch) (2-160 ch) ĩήρϋ· (3-1 ch) (3-160 ch) ġȁۼܢĪ ġۼܢĪ MSP Low 0.24 μs*3 *ۼܢ1 5.76 μs 0.16 μs 0.16 μs 5.76 μs ĩήρϋ·ۼܢĪ (1-1 ch) (1-160 ch) ĩήρϋ·ۼܢĪ (512-160 ch) ĩήρϋ·ۼܢĪ 0.16 μs AD_TRIG ΘηȜ (1 CLKġ) VIDEO_S VIDEO_R 0.16 μs 0.16 μs n - 159 ch n - 160 ch 5.76 μs ࣐ۼήρϋ·ۼܢ 0.16 μs 0.16 μs (n + 1) - 1 ch *1: MSP Lowġ͈ۼܢडMCLKତ͉25 MCLḰ̳ȃMSP Lowͬା̳̭ͥ͂ͤ͢ͅಇୟশͬۼ་ࢵ̧̳̭̦̳ͥ͂́͘ȃ *2: ͅۼ͈࣐ڎ5.76 μs͈ήρϋ·̦̜̳ͤ͘ȃ *3: डਞchऔࢃ͈ήρϋ· ͉ۼܢ0.24 μś̳ȃ KMIRC0085JB 6 G13393-0909W InGaAs エリアイメージセンサ 項目 クロックパルス電圧 記号 High Low V(MCLK) tr(MCLK) tf(MCLK) tpw(MCLK) クロックパルス上昇/下降時間 クロックパルス幅 スタートパルス電圧 High Low V(MSP) tr(MSP) tf(MSP) tpw(MSP) t1 t2 t3 スタートパルス上昇/下降時間 スタートパルス幅 スタート (上昇)タイミング*5 スタート (下降)タイミング*5 出力セトリング時間 Min. Vdd - 0.5 0 Typ. Vdd 0 Max. Vdd + 0.5 0.5 単位 V V 0 10 12 ns 10 Vdd - 0.5 0 Vdd 0 Vdd + 0.5 0.5 ns V V 0 10 12 ns 0.001 10 10 - - 10 50 ms ns ns ns *5: Min. 値よりも短く設定すると、動作が1 MCLK分遅延する恐れがあり、誤動作の原因となります。 動作モードの選択 端子名 ピンNo. 入力 Port_sel 24 High=5 V (Vdd) Mode2 Mode1 25 27 Low=0 V (Vss) High=5 V (Vdd) 説明 全ポートからの読み出し設定をenableにするために、High=5 V (Vdd)を 固定で入力してください。 グローバルシャッタモードで動作させるために、左記の電圧を固定で入 力してください。 分光感度特性 感度の温度特性 (Typ. Td=25 °C) 1.0 (Typ.) 100 Td=60 °C 90 80 0.8 Td=40 °C చۜഽ (%) ۜഽ (A/W) 70 0.6 0.4 60 Td=20 °C 50 40 30 Td=-10 °C 20 0.2 10 0 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 0 1.55 1.60 1.65 1.70 1.75 ෨ಿ (μm) ෨ಿ (μm) KMIRB0079JA ಕ) ΙΛίأഽ KMIRB0072JB 7 G13393-0909W InGaAs エリアイメージセンサ 内蔵電子冷却素子の仕様 (Typ.) 項目 内部抵抗 内蔵冷却素子の最大熱吸収*6 *7 記号 Rint Qmax 条件 Ta=25 °C 仕様 0.9 ± 0.15 8.4 単位 Ω W *6: 最大電流をセンサに供給したときに、電子冷却素子に生じる温度差を補正する理論的な熱吸収レベルです。 *7: Tc=Thのときの熱吸収です。 Tc: 電子冷却素子の冷却側の温度 Th: 電子冷却素子の放熱側の温度 サーミスタの温度特性 電子冷却素子の冷却特性 (Typ.) 40 40 35 30 20 ளঊأഽġ(°C) ȜηΑΗࢯ (kΩ) 30 25 20 15 10 0 -10 10 -20 5 0 -10 (Typ. Ta=25 °C, ༶͈ܕࢯ 0.8 °C/W) -5 0 5 10 15 20 25 30 35 -30 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 ഩၠ (A) أഽġ(°C) KMIRB0067JB KMIRB0088JB サーミスタ抵抗と温度 (°C)の間には、以下の関係があります。 R1 = R2 × exp B {1/(T1 + 273.15) - 1/(T2 + 273.15)} R1: T1 °Cにおける抵抗値 R2: T2 °Cにおける抵抗値 B: B 定数 (B=3410 K ± 2%) サーミスタ抵抗 = 9 kΩ (25 °C時) 8 G13393-0909W InGaAs エリアイメージセンサ 電子冷却素子の電流-電圧特性 (Typ. Ta=25 °C, ༶͈ܕࢯ 0.8 °C/W) 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 ഩၠ (A) 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 2 1 3 4 ഩգ (V) KMIRB0089JB 外形寸法図 (単位: mm) 46.0 ± 0.15 44.4 ± 0.15 38.1 ± 0.15 19.1 ± 0.3 R0.5 ± 0.15 17.5 ± 0.2 15 17.5 ± 0.2 10.2 ± 0.15 1 2 14 ໐ 12.8 × 10.24 R1.65 ± 0.15 19.1 ± 0.3 6.4 ± 0.1 1.5 ± 0.2 5.5 ± 0.3 11.2 ± 0.3 0.6 ± 0.1 ͼϋΟΛ·ΑζȜ· 1.4 ± 0.3 22.9 ± 0.15 25.4 ± 0.15 28 (28 ×)2.54 20.3 ± 0.15 (28 ×) ϕ0.46 KMIRA0032JA 9 InGaAs エリアイメージセンサ G13393-0909W ピン接続 ピンNo. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 名称 PD_bias Vb1 TE(+) NC Vref VIDEO-S1 VIDEO-R1 Vss VIDEO-S2 VIDEO-R2 VIDEO-S3 VIDEO-R3 VIDEO-S4 VIDEO-R4 Vdd THERM THERM D_Vdd NC AD_Trig MSP MCLK D_Vdd Port_sel Mode2 TE(-) Mode1 NC 入出力 入力 入力 入力 入力 出力 出力 入力 出力 出力 出力 出力 出力 出力 入力 出力 出力 入力 出力 入力 入力 入力 入力 入力 入力 入力 - 内容 フォトダイオードバイアス電圧 画素バイアス電圧 電子冷却素子 (+) ビデオリファレンス電圧 積分後ビデオ出力 (ポート 1) リセット後ビデオ出力 (ポート 1) 0 Vグランド 積分後ビデオ出力 (ポート 2) リセット後ビデオ出力 (ポート 2) 積分後ビデオ出力 (ポート 3) リセット後ビデオ出力 (ポート 3) 積分後ビデオ出力 (ポート 4) リセット後ビデオ出力 (ポート 4) +5 V 電源 サーミスタ サーミスタ +5 V 電源 (デジタル) A/Dサンプリング信号 フレームスキャンスタート用パルス タイミング発生器用制御パルス +5 V 電源 (デジタル) 読み出しポート 動作モード2 電子冷却素子 (-) 動作モード1 - 備考 3.0 V 0.5 V 3.0 V 2.9~4.0 V typ. 2.9 V typ. 0V 2.9~4.0 V typ. 2.9 V typ. 2.9~4.0 V typ. 2.9 V typ. 2.9~4.0 V typ. 2.9 V typ. 5V 5V 立ち下がり同期 立ち下がり同期 5V 5 Vに固定 0 Vに固定 5 Vに固定 接地しないでください。 10 InGaAs エリアイメージセンサ G13393-0909W 使用上の注意 (1) 静電気対策 本製品は静電気に対する保護回路を内蔵していますが、静電気による破壊を未然に防ぐために、作業者・作業台・作業工具の接地などの静電 気対策を実施してください。また、周辺機器からのサージ電圧を防ぐようにしてください。 (2) 入射窓 入射窓の表面にゴミや汚れが付着すると画像に黒キズとして現れます。ゴミや汚れを拭き取る場合、乾いた布や綿棒などでこすると静電気発 生の原因となります。アルコール類を少量含ませた柔らかい布・紙・綿棒などでゴミや汚れを拭き取り、シミが残らないように圧搾気体を吹き 付けてください。 (3) はんだ付け はんだ付けによる損傷を避けるため、はんだ温度、はんだ付け時間に十分注意してください。はんだ付け作業は、はんだ温度260 °C以下、10秒 以内で行ってください。 (4) 動作/保存環境 絶対最大定格で定めた範囲で製品を取り扱ってください。過度の高温高湿条件下においては、特性に変化を生じることがあります。 関連情報 www.hamamatsu.com/sp/ssd/doc_ja.html 注意事項 ・ 製品に関する注意事項とお願い ・ 安全上の注意 ・ イメージセンサ/使用上の注意 技術情報 ・ イメージセンサ/用語の説明 本資料の記載内容は、平成27年10月現在のものです。 ୋ͈ॽအ͉Ȃ٨ၻ͈̹̈́̓͛ထ̩࣬̈́་ࢵ̳̭̦̜̳ͥ͂ͤ͘ȃུၳ͉ୃ̹̳͛ͥܢͬږਹͅै଼̯̹͈̳̦ͦ́͜Ȃͦ͘ͅࢋܱ̈́̓ͥ͢ͅࢋ̦ͤ ̜ͥાࣣ̦̜̳ͤ͘ȃུୋͬঀဥ̳ͥष͉ͅȂຈ̴ොවॽအ̮ͬဥྵ͈ષȂड૧͈ॽအ̮̞̯̺̩ͬږȃ ུୋ͈༗બ͉ȂොවࢃIJාոඤ̦ͅอࡉ̯ͦḀ̑̾২̯̹ͦͅાࣣȂུୋ͈ਘၑ̹͉͘య͈ොවͬࡠഽ̱̳͂͘ȃ̹̺̱Ȃ༗બۼܢඤ̜́̽̀͜Ȃ ഛब̤͍͢ະഐ୨̈́ঀဥ֦̳ܳͥͅఅ͉̞̀̾ͅٺȂ২̷͉͈ୣ̵̞ͬͭ͘ȃ ུၳ͈ܱशඤယ̞̾̀ͅȂ২͈ݺౄ̱̈́ͅഢश̹͉͘ໝୋ̳̭̲̳ͥ͂ͬ͘ȃ ŸŸŸįũŢŮŢŮŢŵŴŶįŤŰŮ ୵రުאਫ਼ ಆ෨ުאਫ਼ ުאނਫ਼ ಎ໐ުאਫ਼ ఱिުאਫ਼ ୌུުאਫ਼ ɧĺĹıĮııIJIJ ɧĴıĶĮıĹIJĸ ɧIJıĶĮıııIJ ɧĵĴıĮĹĶĹĸ ɧĶĵIJĮııĶij ɧĹIJijĮııIJĴ ୵రঌဩߊષIJĮķĮIJIJġĩུྵ୵ర࢙൚రΫσijٴĪ ֟ઽࡇ̩̾͊ঌࡄڠݪĶĮIJijĮIJıġĩࡄڠݪΑ·;ͿͺΫσĸٴĪ ނസࢽߊࡵΦĴĮĹĮijIJġĩࡵΦĴĴ૩ΫσĶٴĪ ຩઐঌಎߊग५ĴijĶĮķġĩུྵຩઐפஜΫσĵٴĪ ఱिঌಎ؇ߊհാijĮĴĮIJĴġĩఱि࣭षΫσIJıٴĪ ؖঌฎఉߊฎఉפIJĮIJĴĮķġĩಅ५ฎఉΫσĶٴĪ ŕņōġĩıijijĪġijķĸĮıIJijIJġġŇłřġĩıijijĪġijķĸĮıIJĴĶ ŕņōġĩıijĺĪġĹĵĹĮĶıĹıġġŇłřġĩıijĺĪġĹĶĶĮIJIJĴĶ ŕņōġĩıĴĪġĴĵĴķĮıĵĺIJġġŇłřġĩıĴĪġĴĵĴĴĮķĺĺĸ ŕņōġĩıĶĴĪġĵĶĺĮIJIJIJijġġŇłřġĩıĶĴĪġĵĶĺĮIJIJIJĵ ŕņōġĩıķĪġķijĸIJĮıĵĵIJġġŇłřġĩıķĪġķijĸIJĮıĵĶı ŕņōġĩıĺijĪġĵĹijĮıĴĺıġġŇłřġĩıĺijĪġĵĹijĮıĶĶı ࡥఘުאଔૺ໐ȁɧĵĴĶĮĹĶĶĹȁຩઐঌߊঌIJIJijķĮIJȁŕņōġĩıĶĴĪġĵĴĵĮĴĴIJIJȁŇłřġĩıĶĴĪġĵĴĵĮĶIJĹĵ Cat. No. KMIR1027J01 Oct. 2015 DN 11