About / Advertise
Fyrfaldig upplösning men bara 60 procent större yta
Acreo i Kista har gjort en IR-detektor som har fyrdubbelt så hög upplösning som sin föregångare, men som bara är dryga 60 procent större. Det beror dels på att man lyckats göra bildpunkterna mindre, och dels genom att förbättrade processer kunnat packa dem tätare.
Acreo i Kista har gjort en IR-detektor som har fyrdubbelt så hög upplösning som sin föregångare, men som bara är dryga 60 procent större. Det beror dels på att man lyckats göra bildpunkterna mindre, och dels genom att förbättrade processer kunnat packa dem tätare.
| Qwip - så funkar det Kvantbrunnar är ultratunna (5 nm) skikt som fungerar som potentialgropar för elektroner. En qwip är uppbyggd av ett antal kvantbrunnsskikt staplade ovanpå varandra, omgivna av kontakter på varje sida. Vanligen består kvantbrunnarna av galliumarsenid omgivna av aluminiumgalliumarsenid. När qwipen inte utsätts för IR-strålning kommer elektronerna att samlas i skikten. Eftersom elektronerna inte har tillräcklig energi för att hoppa från en kvantbrunn till en annan kan de bara röra sig i ett och samma skikt, och ledningsförmågan tvärs över skikten blir låg. När skikten sedan träffas av en infraröd stråle exciteras elektronerna så att de kan röra sig från kvantbrunn till kvantbrunn och ledningsförmågan ökar. Detektorn kyls till -203°, så att elektronerna sjunker ner i kvantbrunnen och håller sig i grundtillståndet. På det sättet undviker man mörkerström, som är ström som går genom en fotodetektor utan att man har någon insignal. Mörkerströmmen är beroende av detektorns temperatur; ju lägre temperatur, desto lägre mörkerström. Men kylning innebär problem. Dels är det dyrt på grund av den ökade effektförbrukningen, dels tar kylningsenheten plats och gör kameran tyngre. Acreos detektor kyls med hjälp av en Stirlingkylare, som kyler med hjälp av en gas som absorberar värme när den expanderar och avger värme när den komprimeras. Detektorn sitter tillsammans med kylaren i en modul som är vakuumkapslad för att ha så bra termisk isolering som möjligt. |
Acreos detektormatris kallas för qwip, Quantum Well Infrared Photodetector. Det är en kvantbrunnsdetektor för infraröd strålning, uppbyggd av infrarödkänsliga bildelement (pixlar) i matrisform.
Nu har Acreo tagit fram en högupplösande qwip (HR-QWIP) med 640 x 480 bildpunkter. En qwip med lägre upplösning (LR-QWIP), som den i Flirs IR-kamera från 1999, har 320 x 240 bildpunkter.
Trots det har detektorn inte blivit fyra gånger så stor, utan bara något större än lågupplösningsvarianten. En LR-QWIP, med ett pixelavstånd som är 38 μm, har en chipsstorlek på 14 x 11 mm, och en HR-QWIP är 18 x 14 mm. Det beror på att man genom förbättrade processer fått bildpunkterna tätare packade, och dessutom något mindre så att de bara är 25 μm x 25 μm stora.
Det är främst här forskningsinsatsen på Acreo legat de senaste åren, på att ta fram nyare processteknologi som är användbar för produktion.
Bernhard Hirschauer, ansvarig för qwiputvecklingen på Acreo, vill inte gå närmare in på hur processen går till, men säger att i korthet kan man beskriva det som att pixlarna fått skarpare kanter så att de kan ligga närmare varandra.
- Dessutom har vi fått upp operabiliteten hos våra qwipar till 99,96 procent. Det betyder att i snitt är bara 0,04 procent av pixlarna döda, säger Bernhard Hirschauer.
För en LR-QWIP innebär det i snitt 30 döda pixlar. Acreo har uppnått det i sammanhanget sensationella resultatet tre döda pixlar på en qwipmatris med 76 800 bildpunkter.
Måste kylas
Nackdelen med qwiptekniken är att den kräver kylning, fördelen är att komponenterna är snabba och känsliga. Okylda IR-detektorer blir billigare, men qwip är en teknologi som används där hög bildkvalitet och temperaturkänslighet är ett krav. Exempel på användningsområden är övervakning, räddningsuppdrag, militärtillämpningar, processtyrning och kontroll.
- Flir Systems har idag fem produkter med vår detektor, säger Bernhard Hirschauer.
- Jag tror att störst potential idag finns inom medicintekniken. Tänk dig bara att varje sjukhus skulle skaffa sig en IR-kamera för cancerdiagnos!
Qwipens våglängdskänslighet kan anpassas genom att man skräddarsyr materialsammansättningen i kvantbrunnarna. Därför går den även att använda till andra tillämpningar än IR-detektion, som exempelvis att hitta gasläckor.
Från travhästar till hjärtoperationer
Svenska Flir Systems drömmer om en värld fylld av värmekameror. De siktar bokstavligt talat mot stjärnorna, med värmekameror som övervakar raketbränslet vid rymdfärder på repertoaren.
Här följer ett axplock av tilllämpningar, saxat från www.flir.se:
o Vid rökdykning kan brandmannen med värmekamerans hjälp upptäcka såväl eldhärdar som innestängda människor, trots kompakt brandrök.
o Kraftbolagen och storförbrukarna av el kontrollerar ledningar och kopplingar och upptäcker brister innan avbrottet är ett faktum.
o Inom travsporten används värmekameran till att inspektera hästarnas tillstånd. En led som inte är i perfekt kondition upptäcks genast.
o Monterad över operationsbordet vid by-passoperationer registrerar värmekameran blodflödet i kärlen.
o 14 värmekameror övervakar Nasas rymdskyttel. Raketbränslet är mycket lättantändligt och brinner med osynliga lågor, men värmekamerorna upptäcker onormala temperaturer i tid.
Torun Bager
