Neues Herstellungsverfahren für Infrarotlinsen Wärmebildkameras bald günstiger?

Oben: Wärmebild, aufgenommen mit gepressten Linsen in einer Testkamera. Unten: Gepresste Linsen aus Chalkogenidglas.
Oben: Wärmebild, aufgenommen mit gepressten Linsen in einer Testkamera. Unten: Gepresste Linsen aus Chalkogenidglas.

Wärmebildkameras können Autofahrer bei schlechter Sicht vor Menschen oder Tieren auf der Fahrbahn warnen. Bislang sind sie jedoch noch recht teuer. Grund ist die aufwendige Herstellung der in den Kameras verbauten Infrarotlinsen. Forscher des Fraunhofer Instituts für Werkstoffmechanik IWM haben nun ein Herstellungsverfahren entwickelt, das diese Linsen um bis zu 70 Prozent billiger machen soll.

Wärmebildkameras erfreuen sich in der Automobilindustrie wachsender Beliebtheit. Und das aus gutem Grund, erhöhen sie doch die Sicherheit im Straßenverkehr – vor allem bei schlechten Sichtverhältnissen - ganz erheblich. So genannte Mikro-Bolometer »erweitern« das menschliche Auge, indem sie Infrarotstrahlen – also die Wärme, die ein Lebewesen abgibt – detektieren und den Autofahrer im Gefahrenfall über ein akustisches Signal oder eine Warnlampe warnen. Bislang sind diese Geräte mit etwa 2000 Euro allerdings noch recht teuer und nur in Luxusklasseautos im Einsatz.

Bauteil für Bauteil sollen diese Geräte nun günstiger werden. Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg haben ein Herstellungsverfahren für die in den Kameras integrierten Infrarotlinsen entwickelt, mit dem sich die Kosten für diese Komponenten um mehr als 70 Prozent senken lassen könnten.

Üblicherweise stellt man die Linsen aus kristallinen Materialien wie Germanium, Zinkselenid oder Zinksulfid her. Das Problem: Diese Stoffe sind sehr teuer und lassen sich nur mechanisch bearbeiten – mit Schleifen, Polieren oder Diamantdrehen werden sie in die richtige Form gebracht. Dabei fallen hohe Bearbeitungskosten an. »Wir verwenden statt kristallinen Materialien das amorphe Chalkogenidglas«, sagt Dr. Helen Müller, Wissenschaftlerin am IWM. »Seine Erweichungstemperatur, also die Temperatur, bei der es sich verformen lässt, ist niedrig. Wir können es daher über das nicht-isotherme Heißprägen formen.«

Das Verfahren

Die Forscher legen das Chalkogenidglas zwischen zwei Presswerkzeuge, die die Form der benötigten Linse vorgeben. Anschließend wird es erwärmt und zwischen den beiden Werkzeugen geformt. Nach wenigen Minuten wird das Glas wieder unter die Erweichungstemperatur abgekühlt und entnommen. Und damit ist die Linse bereits perfekt. Im Gegensatz zu herkömmlich gefertigten Optiken muss sie nicht mehr nachbearbeitet werden.

Die so hergestellten Linsen weisen die gleiche gute optische Abbildungsqualität auf wie die polierten. Damit an den Werkzeugen kein Glas hängen bleibt, ist ihre Oberfläche mit antiadhäsiven, nicht haftenden Schichten überzogen. Nun wollen die Wissenschaftler das Verfahren noch weiter in Richtung kostengünstige Massenproduktion verfeinern.

Die Anwendungen für die Mikro-Bolometer – und damit für die kostengünstigen Linsen – beschränken sich nicht auf den Automobilbereich. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Geräte ältere Menschen in ihrer Wohnung unterstützen: Stürzen die Senioren, registriert das Bolometer dies und alarmiert Angehörige oder Nachbarn über ein optisches oder akustisches Signal. In Produktionshallen können Bolometer Herstellungsprozesse verschiedener Produkte überwachen und kontrollieren, ob die benötigte Temperatur eingehalten wird oder Mitarbeiter warnen, die sich in gefährlichen Bereichen aufhalten. In Wohnhäusern spüren die Geräte Energielecks auf, etwa undichte Fenster oder schlecht isolierte Mauern.