Microbolometeren

Microbolometeren zijn een type ongekoelde infrarooddetectoren die veel voorkomen in thermografie en draagbare infraroodcamera’s. Ze bestaan uit een netwerk van microscopisch kleine bolometers, weerstandselementen die IR-straling absorberen en daardoor in temperatuur veranderen. De weerstand van elk element wijzigt daardoor, en deze verandering wordt met een leescircuit uitgelezen om een beeld te vormen als een focal plane array.

Het werkingsprincipe berust op omgevingswarmte die door de absorberende laag van de bolometer wordt opgenomen. De temperatuursverandering leidt tot een verandering in weerstand van het sensorelement; een biasstroom of -spanning wordt gebruikt om dit signaal te lezen, waarna de gegevens worden gecorrigeerd voor drift en niet-uniformiteit. Microbolometeren opereren bij of nabij kamertemperatuur en vereisen geen cryogene koeling, wat bijdraagt aan lagere kosten en compacte implementaties.

Qua technologie maken bolometerenselementen gebruik van materialen zoals VOx (vanadiumoxide) of amorf silicium (a-Si), vaak op een dun membranair, thermisch geïsoleerd substraat. De sensorelementen bevinden zich op MEMS-achtige bruggen of membranes die warmte isoleren van de bulksubstrate, waardoor temperatuurveranderingen beter kunnen worden vastgesteld. De arrays worden gecombineerd met CMOS-leesoutcircuits om realtime beelden te genereren. Belangrijke prestatie-indicatoren zijn de NETD (netto-thermische detectie), responsie, ruis en dynamisch bereik, evenals pixelaantal, pixelpitch en frame rate.

Voordelen van microbolometeren zijn onder andere operationele vrijheid bij kamer- of omgevingstemperatuur, lagere kosten en compacte integratie. Nadelen zijn onder meer lagere gevoeligheid dan gekoelde detektoren, drift en niet-uniformiteit die calibratie vereisen, en een beperkter dynamisch bereik.

Toepassingen omvatten beveiliging en surveillance, bouw- en industrieel inspectie, firefighting en automotive nachtvisie. De technologie heeft zich sinds de jaren negentig ontwikkeld tot een gangbare oplossing voor betaalbare infraroodbeelden.