Hochauflösende SWIR-Zeilenkamera in InGaAs-Technik Xenics: 2048 Pixel im 12,5-µm-Raster

Die »Lynx-1,7-2048« bietet laut Hersteller Xenics die höchste Auflösung aller SWIR-Zeilenkameras.
Die »Lynx-1,7-2048« bietet laut Hersteller Xenics die höchste Auflösung aller SWIR-Zeilenkameras.

Die Zeilenkamera »Lynx-1,7-2048« in InGaAs-Technik erreicht laut Hersteller Xenics die höchste Auflösung aller SWIR-Zeilenkameras (short wave infrared). Das Gerät bietet eine Zeilenlänge von 2048 Bildpunkten im besonders kleinen 12,5-µm-Pixelraster und eine Bildrate von bis zu 10 kHz.

»Mit seiner Zeilenkamera 'Lynx-1,7-2048’ erobert Xenics den nahen Infrarotbereich zwischen 0,9 und 1,7 µm Wellenlänge für hochauflösende Zeilenkameras«, erläutert Myriam Gillisjans, Marketing Specialist bei Xenics. Das Gerät zeigt eine hohe optische Empfindlichkeit und einen weiten Dynamikbereich, so dass es sich für industrielle Bildverarbeitung, Medizinelektronik, Spektroskopie und hyperspektrale Bildgebung eignet. Seine Bildrate beträgt bis zu 10 kHz. Verschiedene Konfigurationen sind programmierbar - von einem High-Sensitivity- bis zu einem HDR-Modus (High Dynamic Range).

Die Kamera beruht auf der Linearsensor-Serie »Xlin« von Xenics. Sie bietet eine Zeilenlänge von 2048 Bildpunkten im Pixelraster 12,5 oder 25 µm und bei Pixelhöhen von 12,5 oder 250 µm. »Verglichen mit früheren komplexen Mehrkamera-Konfigurationen ermöglicht sie einfachere und preisgünstigere Lösungen für anspruchsvolle Applikationen«, führt Gillisjans aus.

Prinzipiell ermöglicht die InGaAs-Technik laut Xenics einen Betrieb bei Raumtemperatur für den Wellenlängenbereich bis 1,7 µm. Dennoch ist die Kamera standardmäßig mit einer einstufigen thermoelektrischen Kühlung ausgestattet, die sich für ein noch höheres Signal/Rausch-Verhältnis zu einer dreistufigen erweitern lässt. Auf diese Weise sind die schwachen Signale der Raman- oder Photolumineszenz-Spektroskopie ohne weiteres messbar. Die Kamera lässt sich an Spektrometer anflanschen oder mit C-Mount-kompatiblen Optiken und Filtern bestücken.

Die analogen Ausgangssignale der InGaAs-Photodioden werden noch im Sensor von zwei Auswerteschaltungen (ROIC, read out IC) in CMOS-Technik vorverarbeitet. Die ROICs sind mit fünf zuschaltbaren Integrationskapazitäten ausgestattet, die während des Betriebs einzeln oder zu mehreren ausgewählt werden können. Dies ermöglicht viele verschiedene Wandlungsweisen zur Anpassung an die nötige Pixel-Größe und die jeweilige Anwendung. Correlated Double Sampling (CDS) kompensiert Offset- und Reset-Rauschen, während die darauffolgende Sample/Hold-Stufe das Auslesen von der Integration entkoppelt. Ein analoger Multiplexer und Pad-Treiber überträgt alle Pixel-Werte nacheinander über den Bauteilausgang zum externen A/D-Wandler in der Kamera-Elektronik.

Im High-Sensitivity-Modus bietet die Kamera einen Gain von 3,6 Elektronen pro A/D-Wandler-Inkrement. In Anwendungen, die einen weiten Dynamikbereich erfordern, erreicht sie im HDR-Modus ein Signal/Rausch-Verhältnis von 3200:1, mit dem sie kontrastreiche Szenen sicher beherrscht.

Die hohe Zeilenrate der »Lynx-1,7-2048« von 10 kHz erlaubt eine Erfassung schnell bewegter Objekte. Dank ihrer flexiblen Anwenderschnittstelle lässt sich die Kamera leicht in Systeme integrieren. Sie liefert 14 Bit breite Bilddaten über einen CameraLink-Ausgang oder eine GigE-Vision-kompatible Gigabit-Ethernet-Verbindung. Die Steuerung der Kamera und die Parametereinstellung erfolgen über eine serielle Schnittstelle. Für eine Synchronisation der Aufnahmen mit ausgewählten externen Ereignissen sorgen Trigger-Ein- und -Ausgänge. Eine General-Purpose-I/O-Schnittstelle mit je zwei Ein- und Ausgängen ermöglicht die dynamische Verbindung mit SPS- oder PWM-Systemen.

Durch ihre besonderen Leistungsmerkmale eignet sich die Kamera vor allem für Spektroskopie und Bildverarbeitung im nahen Infrarot. Weil Infrarotwellen tief in Materie eindringen, ermöglichen sie einen Blick hinter die Oberfläche von Objekten und helfen dadurch, die Fertigung von Mehrschicht-Strukturen zu überwachen. Zudem analysieren hochempfindliche SWIR-Kameras auch die schwache Elektrolumineszenz von Solarmodulen und vergrößern damit die Fertigungsausbeute.

Eine interessante und zukunftsträchtige Anwendung der Spektroskopie ist die optische Kohärenztomographie (OCT), die laut Xenics jährliche Zuwachsraten von 60 Prozent verspricht. Mit OCT im nahen Infrarotbereich lassen sich ohne einen Schnitt Querschnittsbilder der menschlichen Haut gewinnen. Damit bietet sich die Kamera für die Integration in Systeme zur Hautkrebserkennung an.