CMOS Image Sensors – Weltraum Detektoren

Das Fraunhofer IMS entwickelt speziell Weltraum-Detektoren, die speziell für Applikationen im All gedacht sind. Dabei werden derzeit zwei Applikationsgebiete bedient:

• Spezielle Weltraum-Detektoren, wie zum Beispiel CMOS-CCD im TDI Betrieb, werden für die Erdbeobachtung aus dem Orbit heraus entworfen. Dabei wird der Fokus auf Detektoren in der Fokalebene „kleiner“ hochauflösender, multispektraler, optischer Satelliten gelegt. Diese werden unter anderem für folgende Applikationen genutzt:
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• Das Scannen von urbanen Gegenden zur Generation von aktuellem Bildmaterial aus dicht besiedelten Gebieten. Dieses Material wird insbesondere zur Städteplanung verwendet.
• Ein spontanes sowie schnelles Reagieren auf weltweite Krisen, wie zum Beispiel Naturkatastrophen oder Kriegs-/Krisengebiete, wird heutzutage immer wichtiger. Um die Lage in diesen Gebieten schnell und qualifiziert einschätzen zu können wird hochauflösendes Bildmaterial von genau definierten Zielgebieten benötigt.
• Für Aufklärungsmissionen ist eine multispektrale Trennung der Objekte von großem Interesse. Insbesondere der Wellenlängenbereich im blauen bis ultravioletten Teil des Spektrums ist für die Beobachtung der Ozeane sehr wichtig. Diese kann durch Rückseitenbeleuchtung (engl.: Backside Illumination Sensor) noch gesteigert werden.
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Am Fraunhofer IMS wird für die Erdbeobachtungs-Applikationen ein eigens entwickelter CMOS-Prozess verwendet, der es erlaubt CMOS-CCDs mit hohem Dynamikumfang zu fertigen, die im TDI Betrieb verwendet werden können.

Ein weiteres Anwendungsgebiet zielt auf die Navigation im Weltraum ab. Unbemannte Flugobjekte wie Satelliten, Drohnen oder Roboter müssen im Weltraum autonom navigieren können. Dabei werden Aufgaben wie Andockmanöver an Raumstationen sowie Satelliten ausgeführt. Ebenso sollen die Sensoren zur Erkennung von ungewollten Erd-Trabanten wie alte Satellitenteile oder die Erde umkreisende Kometenrückstände genutzt werden, sodass diese möglichst effizient in die Erdatmosphäre entsorgt werden können. Für diese Applikationen bedarf es hochpräziser 3D Weltraum-Detektoren und robuste Algorithmen, um eine millimetergenaue Navigation zu realisieren. Dafür hat das Fraunhofer IMS spezielle LiDAR-Sensoren auf Basis von CMOS-SPADs entwickelt, die einer solchen Herausforderung gewachsen sind.

Für die Entwicklung der Fraunhofer IMS Weltraum-Detektoren werden Prozessmodule verwendet, die, abgesehen von den aktiven optischen Elementen, strahlungsunempfindlich sind und somit der kosmischen Strahlung im Weltraum standhalten.