DE GRUYTER OLDENBOURG DOI 10.1515/teme-2014-1017 | tm – Technisches Messen 2014; 81(5): 219–227 Beiträge Ivo W. Rangelow*, Stefan Sinzinger, Marek Stefanson, Mathias Holz, Tzvetan Ivanov, Roman Kleindienst und Ronald Kampmann Thermographischer Detektor basierend auf einem neuartigen Mikro-Spiegel Sensor Novel micro-mirror sensor based thermal detector Zusammenfassung: Wir berichten über die Entwicklung eines Wärmebildgeräts, das auf einem neuartigen, paten- tierten Sensor basiert. Der Sensor besteht aus einer Ma- trix aus Mikro-Spiegeln für deren Betreib keine Energie- zufuhr in Form von Strom oder Spannung und darüber hinaus keine Kühlung notwendig ist. Die Mikro-Spiegel verbiegen sich proportional zur aufgenommen Wärme- strahlung (Infrarot-Intensität), vergleichbar mit einem bi- Metall-Thermometer. Die Verbiegung des einzelnen Mikro- Spiegels wird durch Auslenkung eines, an dem Spiegel refektierten Kaltlichtstrahles von einem konventionellen CCD-Sensor erfasst und in Echtzeit-Wärmebilder umge- wandelt. Das System besteht aus optischen Standardkom- ponenten. Durch Dünnschichttechnologien und CMOS- Kompatibilität des Sensors besitzt diese Innovation klare Kostenvorteile gegenüber aktuellen Infrarotdetektoren. Schlüsselwörter: Wärmestrahlung, Mikrospiegelmatrix, Wärmebildgerät, CCD-Sensor. Abstract: The development of a thermal imaging system with a novel-type of infrared micro-sensor is presented. The sensor consists of a bi-material actuated micro-mirror focal plane array and does not require cooling for its op- eration. In addition the sensor does not require any elec- trical power for its operation, hence is completely passive. Its working principle is thermo-mechanical actuation. Due to a temperature rise of the free standing micro-structure generated by absorbed incident infrared fux, the struc- ture experiences a mechanical defection due to the mis- match of coefcients of thermal expansion of two difer- ent materials. The defection is proportional to incident in- frared intensity and is captured by an optical readout. The readout includes a visual light source (LED), standard opti- cal components and a CCD-imager. The micro-mechanical movements are captured by the conventional CCD-sensor and directly presented as a real- time thermal image. Due to the novel sensor-design and the optimized straightfor- ward, thin-flm technology and CMOS-compatible micro- machining process this patented innovation has a clear competitive advantage over current infrared technologies. Keywords: Infrared radiation, micromirror array, thermal imaging system, CCD sensor. || *Korrespondenzautor: Ivo W. Rangelow, Technische Universität Ilmenau, E-Mail: ivo.rangelow@tu-ilmenau.de Stefan Sinzinger, Marek Stefanson, Mathias Holz, Tzvetan Ivanov, Roman Kleindienst, Ronald Kampmann: Technische Universität Ilmenau 1 Einleitung Die Infrarottechnologie ist eine Schlüsseltechnologie für eine Vielzahl an Sicherheits-, Beobachtungs- und Sich- terweiterungsapplikationen. Ursprünglich für rein militä- rische Anwendungen entwickelt, fnden Infrarotdetekto- ren und Wärmebildkameras seit mehr als 15 Jahren immer mehr Einzug in zivile und industrielle Applikationen, wie beispielsweise Automotive, Brandbekämpfung, Qualitäts- sicherung, industrielle und chemische Prozessbeobach- tung, medizinische Diagnose, Sicherheitstechnik, Astro- nomie, Forschung und Entwicklung, Energieeinsparung, etc. Infrarotdetektoren können in zwei Kategorien klas- sifziert werden: Quantendetektoren (auch Photonen- Detektoren oder Strahlungsdetektoren genannt) und ther- mische Detektoren. Historisch betrachtet, wurden thermi- sche Detektoren zuerst erfunden, um elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen gröẞer des sichtbaren Lichtes nachzuweisen. Thermosäulen und Bolometer wurden be- reits im 19. Jahrhundert für Strahlungsnachweis und punk- tuelle berührungslose Temperaturmessungen eingesetzt. Brought to you by | New York University Bobst Library Technical Services Authenticated Download Date | 7/24/15 5:21 PM