Anwendungsspezifische IR Imager

Neben der klassischen bildgebenden Thermografie gibt es viele Felder für anwendungsspezifische IR-Imager. Die besonderen Anforderungen an diese IR-Imager können sich hierbei u. a. auf den zu beobachtenden Temperaturbereich oder die optische Auflösung beziehen. Häufig werden auch in diesen Fällen auf Grund mangelnder wirtschaftlich sinnvoller Alternativen kommerziell verfügbare Wärmebildkameras oder Infrarotsensoren eingesetzt. Allerdings gibt es Anwendungen, in denen der Einsatz von Standard-Ferninfrarotsensoren nicht die geforderte oder notwendige Performance liefert. Eine Vielzahl von anwendungsspezifischen IR-Imagern werden zum Beispiel zur Beobachtung bzw. Kontrolle von Temperaturen in einem relativ hohem Bereich (> 900 °C) in der Glas- und Metallindustrie eingesetzt. Hierbei wird  eher im mittleren (MWIR) anstatt im fernen IR-Bereich (LWIR) die elektromagnetische Strahlung emittiert. Kommerziell verfügbare ungekühlte IR-Imager sind in der Regel mit optischen Filtern versehen, die die IR-Strahlung unterhalb von 7 µm Wellenlänge blocken. Somit steht mit diesen IR-Imagern nur ein geringer Teil der Strahlung für die Temperaturbestimmung bei hohen Objekttemperaturen zur Verfügung.

Um diese Bereich optimal mit anwendungsspezifischen IR-Imager bedienen zu können, sind beispielweise Anpassungen am Sensorelement sowie am Filterverhalten des Eintrittsfensters des Vakuumgehäuses notwendig. Beim Eintrittsfenster lässt sich z. B. eine Verschiebung des Transparenzmaximums (siehe Bild) angepasst an die jeweilige Anwendung vornehmen. Neben dem Eintrittsfenster lässt sich auch die optische Konstruktion des Sensorelements an die Anforderungen der Anwendung anpassen.

Die in Deutschland einzigartige Kombination von Ausstattung und Know-how in der CMOS- und MEMS-Fertigung am Fraunhofer IMS ermöglicht die Entwicklung, Konstruktion und Herstellung von anwendungsspezifischen IR-Imagern (IRFPA). Da der gesamte ungekühlte Infrarotsensor von digitaler Ausleseschaltung über das Mikrobolometer-Design bis hin zum Vakuumgehäuse am Fraunhofer IMS entwickelt und gefertigt wird, sind Änderungen und Anpassungen nach Kundenwunsch auf nahezu allen Ebenen möglich.

Beispiele von Anpassungen ungekühlter Infrarotsensoren als anwendungsspezifischen IR-Imager

• Anpassung der digitalen Ausleseschaltung (z. B. spezielle Bildwiederholraten, Szenendynamikbereiche  oder optische Formate)
• Anpassung des Pixelpitches  (z. B. im Bereich von 6 µm bis 35 µm)
• Anpassung der spektralen Empfindlichkeit (z. B. MWIR, LWIR, spezielle Cut-On- oder Cut-Off-Filter)
• Anpassung der spektralen Transmission des IR-transparenten Eintrittsfensters des Vakuumgehäuses
• Anpassung der Mikrobolometer oder des Chip-Scale-Packages für harsche Umgebungen (z. B. für hohe Beschleunigungen)