InGaAsエリアイメージセンサ G12242-0707W 128 × 128画素の近赤外2次元イメージセンサ G12242-0707W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、デジタル入力として外部からマスタークロック (MCLK)とマスタースタートパルス (MSP)を入力するだけで、アナログビデオ出力、AD-TRIG出力が得られます。 G12242-0707Wは128 × 128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、G12242-0707WはTO-8の2段電子冷却型ハーメチック構造であり、低価格・ 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- レーザビームプロファイラ フレームレート: 258 fps max. 近赤外画像検出 グローバルシャッタモード、ローリングシャッタモード切替 異物検査 簡易動作 (タイミング発生器内蔵) 2段電子冷却型 低価格 ブロック図 ٳই 浜松ホトニクス株式会社 ೄΏέΠτΐΑΗ G12242-0707W は、グローバルシャッタモード、ローリングシャッタ モードを切り替えていずれでも動作が可能です。以下に各モードにて動作さ せたときの読み出し回路の動作について説明します。 ローリングシャッタモード 全画素のサンプルホールドスイッチは、常にONとなります。画素の走査 は、右図左上を起点に始まります。 垂直シフトレジスタが上→下へと走査し、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蓄積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て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。 ①~③の動作完了後、選択された行の各画素のリセットスイッチをOFF とし、蓄積を開始します。同時に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 128 行目まで進んだ後、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 (0 V)からHigh (5 V)となり、 MCLKが立ち下がった時間から、次フレームの走査が開始されます。信号 蓄積時間は、n行目走査終了直後から次フレームのn行目の蓄積された光 信号情報のホールドタイミングまでとなります。 128 × 128ْள ਞၭ ੜၑٝႹ କΏέΠτΐΑΗ VIDEO (ഩգ) VIDEO (ςΓΛΠഩգ) KMIRC0068JA 1 InGaAs エリアイメージセンサ G12242-0707W グローバルシャッタモード 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。それ以降は、ローリングシャッタモードと同様 に順次、信号を読み出します。 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128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。 素子構造 項目 仕様 2.56 × 2.56 2段電子冷却 16384 (128 × 128) 16384 (128 × 128) 20 × 20 20 TO-8 16ピンメタル (外形寸法図を参照) 反射防止コーティング硼硅酸ガラス 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 パッケージ 窓材 単位 mm 画素 画素 μm μm - 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 保存温度 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 -10 ~ +60 -20 ~ +70 0.9 0.8 0.2 単位 V V V °C °C A V mW 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 G12242-0707W InGaAs エリアイメージセンサ 電気的および光学的特性 (Td=15 °C, Vdd=5 V, PD_bias=3 V) 項目 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 記号 λ λp S CE Qsat Vsat 感度不均一性*1 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*2 VD ID DSNU ∆TDS Nr DR - 条件 λ=λp Cf=0.08 pF 暗出力減算後 積分時間 5 ms 積分時間 10 ms Min. 0.7 0.6 Typ. 0.95 ~ 1.7 1.55 0.8 1 1000 1.1 Max. - 単位 μm μm A/W μV/ekeV - ±10 ±20 % -0.2 - 0.3 0.5 ±0.05 1.1 500 2200 - 0.5 2.5 ±0.2 1000 1 V pA V 倍 /°C μV rms % *1: 飽和の50%。各行の先頭画素と最終画素は除く。 *2: 感度不均一性 (積分時間5 ms)、読み出しノイズ、暗電流が規格外の画素。 4画素以上で連続する不良画素が1つ以下。 〈4画素連続する不良画素の例〉 ୃુْள ະၻْள KMIRC0060JB 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 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) VsH VsL VR f fV Rth Min. 4.9 2.9 3.6 2.8 2.8 8.2 Typ. 5 20 0 3.0 4.0 2.9 2.9 f/4 9 Max. 5.1 40 3.1 1 4.1 3.0 3.0 20 9.8 単位 V mA V V mA V V MHz MHz KΩ 3 G12242-0707W InGaAs エリアイメージセンサ 等価回路 ͼιȜΐΓϋఘ THERM THERM ȜηΑΗ 1 ْள ςΓΛΠΑͼΛΙ Vb1 ΏέΠ τΐΑΗ 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 ٸ໐වႁ KMIRC0072JB 4 G12242-0707W 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 C2 B1 Vref -15 V(A) +5 V(D) R1 G12242-0707W PD_bias B2 +5 V(D) B2 MSP (වႁ) B2 Mode 1 (වႁ) B2 Mode 2 (වႁ) B2 VR1 C2 C1 MCLK (වႁ) VR1 C2 ŕņĩĬĪ ŕņĩĮĪ ŕʼnņœŎ ŕʼnņœŎ +5 V(D) +5 V(D) +5 V(D) (४ࣉ) ΩριȜΗ ܱ ௶ܖโ (४ࣉ) ΨΛέ ܱ IC 10 Ω B1 AD847 VR1 10 kΩ B2 TC74HCT541 C1 330 pF C2 0.1 μF R1 KMIRC0070JB 5 G12242-0707W 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。グローバルシャッタモードでは、MSPのLow (0 V)の期間が 蓄積時間です。ローリングシャッタモードでは、n行目の走査終了直後から次フレームのn行目の蓄積された光信号情報のホールドタイミ ングまでの期間が、n行目の蓄積時間です。以下にMCLK周波数=20 MHz動作時のタイミングチャートを示します。 tr(MCLK) tf(MCLK) tpw(MCLK) t1 tr(MSP) t2 tf(MSP) t3 tpw(MSP) ΈυȜΨσΏλΛΗκȜΡশ͈ಇୟশۼ 1έτȜθऔ [(128࣐ġ× 128Ⴅġ× 0.2 μs) (ήρϋ·])͚܄ġ MCLK (වႁ) MSP (වႁ) AD_TRIG (ႁ) VIDEO_S (ႁ) VIDEO_R (ႁ) MSP Low *ۼܢ1 4.6 μs 0.2 μs 0.2 μs 4.6 μs 0.2 μs 0.2 μs 4.6 μs 0.2 μs 0.2 μs ĩήρϋ·ۼܢĪ*2 (1-1 ch) (1-128 ch) ĩήρϋ· (2-1 ch) (2-128 ch) ĩήρϋ· (3-1 ch) (3-128 ch) ġȁۼܢĪ ġۼܢĪ A MSP Low 0.3 μs*3 *ۼܢ1 4.6 μs 0.2 μs 0.2 μs 4.6 μs ĩήρϋ·ۼܢĪ (1-1 ch) (1-128 ch) ĩήρϋ·ۼܢĪ (128-128 ch) ĩήρϋ·ۼܢĪ 0.2 μs υȜςϋΈΏλΛΗκȜΡশ͈1࣐࿒͈ಇୟশ*ۼ4 3.839 ms B AD_TRIG ΘηȜ (2 CLKġ) VIDEO_S VIDEO_R 0.2 μs 0.2 μs n - 127 ch n - 128 ch 4.6 μs ࣐ۼήρϋ·ۼܢ 0.2 μs 0.2 μs (n + 1) - 1 ch *1: MSP Lowġ͈ۼܢडMCLKତ͉20 MCLḰ̳ȃMSP Lowͬା̳̭ͥ͂ͤ͢ͅಇୟশͬۼ་ࢵ̧̳̭̦̳ͥ͂́͘ȃ υȜςϋΈΏλΛΗκȜΡĻġಇୟশ=ۼMSP Lowۼܢġ+ 3.838 ms ΈυȜΨσΏλΛΗκȜΡĻġಇୟশ=ۼMSP Lowۼܢ *2: ͅۼ͈࣐ڎ4.6 μs͈ήρϋ·̦̜̳ͤ͘ȃ *3: डਞchऔࢃ͈ήρϋ·͉ۼܢġıįĴ μś̳ȃ *4: 1࣐࿒औਞၭࢃıįIJĶġμsࠐًࢃ (Ḁͣ)ۼܢȂষέτȜθ͈1࣐࿒͈ಇୟ̯̹ͦૂ༭͈γȜσΡΗͼηϋΈ͈̦́͘ۼܢȂ υȜςϋΈΏλΛΗκȜΡশ͈1࣐࿒͈ಇୟশ̳́ۼȃ (Bۼܢ: MSP͈ၛ̻ષ̦ͤೄࢃ͈ŎńōŌ͈ၛ̻̥̦ͣͤئ2.45 μs) 2࣐࿒ո͈ࣛಇୟশ͉ۼȂ1࣐࿒͂൳အ࣐ͅऔਞၭೄࢃ̥ͣষέτȜθ͈ಇୟ̯̹ͦૂ༭͈γȜσΡΗͼηϋΈ͈́͘ۼܢ ̳́ȃ 2࣐࿒ո͈ࣛಇୟٳইΗͼηϋΈ͉Ȃஜ࣐͈औਞၭೄࢃ̥ͣ30.2 μs̴̴̳̾ͦ͘ȃ̭͈൲ैͬ128࣐࿒́߫ͤ͘༐̱࣐̞Ȃ1࣐࿒ ͅ࿗̳ͤ͘ȃ KMIRC0071JB 6 G12242-0707W 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*3 スタート (上昇)タイミング*4 スタート (下降)タイミング*4 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 *3: 蓄積時間 max.=10 ms *4: 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。 動作モードの選択ブロック Mode 1 Low High 動作モード ローリングシャッタモード グローバルシャッタモード Mode 2 Low Low * Low=0 V (Vss), High=5 V (Vdd) 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 G12242-0707W InGaAs エリアイメージセンサ サーミスタの温度特性 電子冷却素子の冷却特性 (Typ.) 45 (Typ. Ta=25 °C, ༶͈ܕࢯ 0.5 °C/W) 40 40 30 30 ளঊأഽġ(°C) ȜηΑΗࢯ (kΩ) 35 25 20 15 20 10 0 10 -10 5 0 -20 -10 -20 0 10 20 30 40 50 60 70 أഽġ(°C) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 ഩၠ (A) KMIRB0067JA KMIRB0073JA 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) 電子冷却素子の電流-電圧特性 (Typ. Ta=25 °C, ༶͈ܕࢯ 0.5 °C/W) 0.9 0.8 0.7 ഩၠ (A) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 ഩգ (V) KMIRB0074JA 8 G12242-0707W InGaAs エリアイメージセンサ 外形寸法図 (単位: mm) 1 ch 128 ch 16384 ch 23 ± 2 ࿂ 10.0 ± 0.2 ϕ14.0 ± 0.2 වৣௗ ϕ10.0 ± 0.2 7.2 ± 0.3 ϕ15.3 ± 0.2 ϕ0.45 ςȜΡ 5.7 ± 0.2 9.5 ± 0.2 ໐͈ಎպ౾ୈഽ ΅λΛί͈ಎͬܖ̱͂̀ -0.5ɅřɅĬıįĶ -0.5ɅŚɅĬıįĶ 1.9 ± 0.2 ΩΛΉȜΐऺৗ: ΨȜσ߄௺ ௗऺ: ៹៵ॸ΄ρΑ (ARȜΠ) ௗऺ໑গ༹: ΧȜιΙΛ· KMIRA0028JB ピン接続 ピンNo. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 名称 Vss Vdd MCLK AD_TRIG MSP Mode 1 Mode 2 Vb1 PD_bias Vref VIDEO_R VIDEO_S TE (-) THERM THERM TE (+) 入出力 入力 入力 入力 出力 入力 入力 入力 出力 入力 入力 出力 出力 入力 出力 出力 入力 内容 0 Vグランド +5 V 電源 タイミング発生器用制御パルス A/Dサンプリング用信号 フレームスキャンスタート用パルス モード切替 モード切替 画素バイアス電圧 (内部生成) フォトダイオードバイアス電圧 CMOS駆動用電圧 リセット後ビデオ出力 積分後ビデオ出力 電子冷却素子用端子 (-) サーミスタ用端子 サーミスタ用端子 電子冷却素子用端子 (+) 備考 0V 5V 立ち下がり同期 立ち下がり同期 0.5 V 3.0 V 3.0 V 2.9 V typ. 2.9~4.0 V typ. 注) Vb1端子には、0.1 μFのバイパスコンデンサを設置してください。 9 InGaAs エリアイメージセンサ G12242-0707W 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、5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内にて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 ・ 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26年6月現在のものです。 ୋ͈ॽအ͉Ȃ٨ၻ͈̹̈́̓͛ထ̩࣬̈́་ࢵ̳̭̦̜̳ͥ͂ͤ͘ȃུၳ͉ୃ̹̳͛ͥܢͬږਹͅै଼̯̹͈̳̦ͦ́͜Ȃͦ͘ͅࢋܱ̈́̓ͥ͢ͅࢋ̦ͤ ̜ͥાࣣ̦̜̳ͤ͘ȃུୋͬঀဥ̳ͥष͉ͅȂຈ̴ොවॽအ̮ͬဥྵ͈ષȂड૧͈ॽအ̮̞̯̺̩ͬږȃ ොවॽအ̹͉͘ϋίσ̞̤̀ͅރȂ߿ྴ͈ྎͅॻॽအͬփྙ̳ͥĩřĪȂٳอॽအͬփྙ̳ͥĩśĪ̦ັ̩ાࣣ̦̜̳ͤ͘ȃ ུୋ͈༗બ͉ȂොවࢃIJාոඤ̦ͅอࡉ̯ͦḀ̑̾২̯̹ͦͅાࣣȂུୋ͈ਘၑ̹͉͘య͈ොවͬࡠഽ̱̳͂͘ȃ̹̺̱Ȃ༗બۼܢඤ̜́̽̀͜Ȃ ഛब̤͍͢ະഐ୨̈́ঀဥ֦̳ܳͥͅఅ͉̞̀̾ͅٺȂ২̷͉͈ୣ̵̞ͬͭ͘ȃ ུၳ͈ܱशඤယ̞̾̀ͅȂ২͈ݺౄ̱̈́ͅഢश̹͉͘ໝୋ̳̭̲̳ͥ͂ͬ͘ȃ ŸŸŸįũŢŮŢŮŢŵŴŶįŤŰŮ ୵రުאਫ਼ ಆ෨ުאਫ਼ ުאނਫ਼ ಎ໐ުאਫ਼ ఱिުאਫ਼ ୌུުאਫ਼ ɧĺĹıĮııIJIJ ɧĴıĶĮıĹIJĸ ɧIJıĶĮıııIJ ɧĵĴıĮĹĶĹĸ ɧĶĵIJĮııĶij ɧĹIJijĮııIJĴ ୵రঌဩߊષIJĮķĮIJIJġĩུྵ୵ర࢙൚రΫσijٴĪ ֟ઽࡇ̩̾͊ঌࡄڠݪŅķߊځĹْ౷ġĩࡄڠݪΑ·;ͿͺΫσĸٴĪ ނസࢽߊࡵΦĴĮĹĮijIJġĩࡵΦĴĴ૩ΫσĶٴĪ ຩઐঌಎߊग५ĴijĶĮķġĩུྵຩઐפஜΫσĵٴĪ ఱिঌಎ؇ߊհാijĮĴĮIJĴġĩఱि࣭षΫσIJıٴĪ ؖঌฎఉߊฎఉפIJĮIJĴĮķġĩಅ५ฎఉΫσĶٴĪ ŕņōġĩıijijĪġijķĸĮıIJijIJġġŇłřġĩıijijĪġijķĸĮıIJĴĶ ŕņōġĩıijĺĪġĹĵĹĮĶıĹıġġŇłřġĩıijĺĪġĹĶĶĮIJIJĴĶ ŕņōġĩıĴĪġĴĵĴķĮıĵĺIJġġŇłřġĩıĴĪġĴĵĴĴĮķĺĺĸ ŕņōġĩıĶĴĪġĵĶĺĮIJIJIJijġġŇłřġĩıĶĴĪġĵĶĺĮIJIJIJĵ ŕņōġĩıķĪġķijĸIJĮıĵĵIJġġŇłřġĩıķĪġķijĸIJĮıĵĶı ŕņōġĩıĺijĪġĵĹijĮıĴĺıġġŇłřġĩıĺijĪġĵĹijĮıĶĶı ࡥఘުאଔૺ໐ȁɧĵĴĶĮĹĶĶĹȁຩઐঌߊঌIJIJijķĮIJȁŕņōġĩıĶĴĪġĵĴĵĮĴĴIJIJȁŇłřġĩıĶĴĪġĵĴĵĮĶIJĹĵ Cat. No. KMIR1022J03 Jun. 2014 DN 10