Entwicklungsausblick ungekühlter IR Detektoren

Wird die Pixelanzahl von IR Detektoren dem gleichen Auflösungstandard folgen, wie wir es aus der Digitalfotografie kennen?
Die aktuellen Entwicklungen zeigen, dass dieser Trend absehbar ist. Sofradir/Ulis stellte im Jahr 2015 den ersten 1.280×720 Asi 10µm HD Detektor vor und im selbigen Jahr die Firma BAE den ersten WUXGA Detektor mit 1.920×1.200 Pixel und 12µm Pitch.

BAE-WUXGA-detector
Bild zeit den BAE 12µm WUXGA Detektor

Neben der Detektorzellenanzahl, erfolgt ein Wettlauf der Hersteller in der Detektorzellengröße (Pitch). Sofradir und DRS vermarktet bereits die ersten 10µm Pitch Detektoren im zivilen Bereich.

Mit Reduzierung der Pitch Größe erhöhen sich aber auch die technischen Anforderungen. Je kleiner die Detektorzellen werden, desto weniger Photonen können erfasst werden. Das „Rauschverhalten“ (Signal-Rausch-Verhalten) zwischen den Detektorzellen nimmt ab und stellt die Hersteller vor neue Herausforderungen.
Je kleiner der Pitch ist,  je kleiner wird das Sehfeld (FOV), d.h. desto mehr Auflösung bekommt man mit der gleichen Linse. Demzufolge benötigen Detektoren mit kleinem Pitch, kleinere Linsen, bei gleicher Auflösung.

pix2rad

Das Bild veranschaulicht, dass bei der Reduktion des Pixel Pitches, kleinere Linsen selbiges Sehfeld erreichen wie Detektoren mit einem entsprechend größeren Pitch und Linse.

Die Reduktion des Pitches, z.B. von 17 auf 12µm ermöglicht einen Faktor von ca. 25% mit Hinblick auf Leistungszunahme,  Bauform-, Gewichtsreduzierung und dies bei Verringerung der Herstellkosten und des Stromverbrauches.

Pixelauflösung und deren äquivalentes Videoformat:

160×120       =          19.200 Pixel       (0,02 MP) =   QQVGA
320×240       =           76.800 Pixel      (0,08 MP) =    qVGA (VHS)
640×480       =         307.200 Pixel      (0,3 MP) =      VGA
1.024×768       =      786.432 Pixel     (0,7 MP) =       XGA
1.280×720       =      921.600 Pixel     (0,9 MP) =       HD
1.280×1024     =   1.310.720 Pixel    (1.3 MP) =       SXGA
1.920×1.200    =   2.304.000 Pixel    (2,3 MP) =       WUXGA

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Die zunehmenden Produktionsstückzahlen treiben die Preise nach unten. Der durchschnittliche Preis eines 640er 17µm Detektors liegt derzeit bei ca. 4 TEUR. Ein 2.3 MP WUXGA FPA Detektor liegt noch bei ca. 40 TEUR!
Wir sehen die technologische Halbwertszeit von zivilen Optiken bei derzeit 2.5 Jahren. Jedoch ist absehbar, dass die Preisreduktion der Detektoren nicht simultan der technischen Entwicklung folgt, d.h. die Investition in eine 640er Optik wird keinen Preisverfall innerhalb der 2.5 Jahren von >35% unterliegen.