Infrarotlinsen kostengünstig produzieren

Forschung Kompakt / 1.8.2012

Wärmekameras können Autofahrer bei schlechter Sicht vor Menschen oder Tieren auf der Straße warnen. Doch bislang sind die Geräte sehr teuer. Ein wichtiger Schritt, um sie günstiger zu produzieren, ist nun getan: Die Infrarotlinsen – Bestandteil der Kameras – werden durch ein neues Verfahren bis zu 70 Prozent billiger.

Bild: Wärmebild mit gepressten Linsen
© Foto Fraunhofer IWM

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

Der Regen prasselt auf das Autodach, in der Dunkelheit ist nur wenig zu erkennen. Das Reh, das aus dem Wald auf die Fahrbahn läuft, taucht aus dem Nichts auf, der Autofahrer kann nicht mehr rechtzeitig reagieren. Eine Möglichkeit, die menschlichen Augen zu »erweitern« und solche gefährlichen Situationen zu entschärfen, sind Mikro-Bolometer: Sie detektieren Infrarotstrahlen – also die Wärme, die ein Lebewesen abgibt – und warnen den Autofahrer im Gefahrenfall über ein akustisches Signal oder eine Warnlampe. Bislang sind diese Geräte mit etwa 2000 Euro allerdings noch recht teuer und nur in Luxusklasseautos im Einsatz.

Herstellungskosten um über 70 Prozent senken

Bauteil für Bauteil sollen diese Geräte nun günstiger werden. Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg haben sich die Infrarotlinsen vorgenommen, die sich in den Kameras befinden: »Wir haben ein Herstellungsverfahren für die Linsen entwickelt, mit dem wir die Kosten für diese Komponenten um mehr als 70 Prozent senken können. Dadurch kann sich letztendlich der Preis für die Mikro-Bolometer reduzieren«, sagt Dr. Helen Müller, Wissenschaftlerin am IWM. 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. Es fallen daher hohe Bearbeitungskosten an. »Wir verwenden statt kristallinen Materialien das amorphe Chalkogenidglas. Seine Erweichungstemperatur, also die Temperatur, bei der es sich verformen lässt, ist niedrig. Wir können es daher über das nicht-isotherme Heißprägen formen«, sagt Müller. Dieses Verfahren erinnert an das Waffelbacken mit einem Waffeleisen: 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 – das »Waffeleisen« klappt also zu. 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, ähnlich der Teflon-Beschichtung beim Waffeleisen. 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.