Kameratechnik

Moderne IR-Kameras funktionieren sehr ähnlich wie digitale "Consumer"-Videokameras (VIS-Kameras). Sie basieren auf einem 2-dimensionalen Detektorchip, der beim Auftreffen von Licht elektrische Signale generiert. Der Detektor wird für eine bestimmte Zeit (Belichtungszeit bzw. Integrationszeit) belichtet und dann Pixel für Pixel ausgelesen. Die analogen Signale aus den einzelnen Pixeln werden sofort nach dem Auslesen digitalisiert. Nach dem Auslesen aller Pixel liegt das Bild in digitaler Form vor. Bei IR-Kameras erfolgt die Digitalisierung mit einer hohen Dynamik von 14 Bit (VIS-Kameras: typ. 8 bit). Damit werden gute Auflösungen bis NETD 10 mK in einem weiten Bereich (mehrere 10 K) erzielt. Zwei Arten von Infrarot-Detektoren werden nach ihrem Funktionsprinzip unterschieden: thermische Detektoren (Mikrobolometer) und Quantendetektoren.

Bei den weniger leistungsfähigen Mikrobolometer-Detektoren tauscht der Detektor mit dem Messobjekt Wärmestrahlung aus. Die dadurch verursachte Temperaturänderung wird als Detektorsignal gemessen. Die Mikrobolometer-Detektoren müssen nicht gekühlt, sondern nur temperatur-stabilisiert werden, weshalb sie auch als "Uncooled"-Detektoren bezeichnet werden.

In Quantendetektoren werden bei der Absorption von IR-Photonen Ladungsträger angeregt. Damit die IR-Photonen mit ihrer geringen Energie ein elektrisches Signal erzeugen können, muss der Detektor aus einem speziellen Halbleiter-Material gefertigt sein. Der Betrieb erfordert eine Kühlung mit einer Stirling-Kältemaschine bis hinab zu Temperaturen zwischen 60 K und 80 K, weswegen sie "gekühlte Detektoren" genannt werden. Quantendetektoren haben eine hohe Empfindlichkeit und ermöglichen sehr schnelle, rauscharme Messungen. Für Quantendetektoren gibt es verschiedene Betriebsarten: die "Snapshot"-Betriebsart wird bei sehr empfindlichen Detektortypen verwendet, die Integration aller Pixel erfolgt dabei gleichzeitig. Bei Einsatz von zwei Speicherkondensatoren pro Pixel ist gleichzeitiges Integrieren und Auslesen möglich ("integrate-while-read"). Die "Rolling-frame"-Betriebsart wird bei Detektoren mit geringer Empfindlichkeit eingesetzt, wobei die Integration nur durch das Auslesen der Zeile zeilenweise kurz unterbrochen wird.

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