Hyperspektrale Bildgebung durch integrierte Interferenzfilter

Hyperspektrale Bildgebung galt lange als aufwändig und platzintensiv. Neue Technologien ebnen nun den Weg für kompakte und leistungsfähige Lösungen. Interferenzfilter, die direkt in CMOS-Bildsensoren integriert werden können, ermöglichen maßgeschneiderte spektrale Analysen auf kleinstem Raum. Sie eröffnen damit neue Anwendungsmöglichkeiten in der Umweltüberwachung, Landwirtschaft und industriellen Qualitätssicherung.

Hochpräzise Interferenzfilter dank Sputterverfahren

Einen Einblick in die Schlüsseltechnologie der optischen Sensorik gab das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST der diesjährigen LASER 2025 in München. Im Zentrum des Messeauftritts standen hochpräzise Interferenzfilter, die mittels modernster Sputterverfahren hergestellt wurden. Damit ließen sich sowohl linear variable Filter mit außergewöhnlich großer spektraler Bandbreite als auch pixelgenau strukturierte Filterstapel für spezifische Wellenlängenbereiche realisieren – vom sichtbaren (VIS) bis in den nahen Infrarotbereich (NIR).

Am Fraunhofer IST stehen dafür hochmoderne Anlagen wie die EOSS-Sputterplattform (Enhanced Optical Sputtering System) zur Verfügung. Die hohe Präzision bei der Filterherstellung erlaubt eine maßgeschneiderte spektrale Selektion direkt auf dem Kamerachip – ganz ohne komplexe optische Aufbauten.

„Mit der zunehmenden Digitalisierung gewinnen optische Anwendungen immer mehr an Bedeutung. Unseren Kunden bieten wir anwendungsnahe Lösungen für optische Systeme auf dem Gebiet der Schicht- und Oberflächentechnik.“ Dr. Michael Vergöhl (Abteilungsleiter am Fraunhofer IST)

Durch den Wegfall externer Filtereinheiten reduzieren sich Größe, Gewicht und Kosten der Systeme erheblich – ein entscheidender Vorteil etwa für den mobilen Einsatz. Das Vorgehen lässt sich überall dort anwenden, wo kompakte Spektroskopieinstrumente benötigt werden. Bereits heute werden so die mittels Sputterverfahren hergestellte Interferenzfilter erfolgreich in der hyperspektralen Bildgebung eingesetzt, beispielsweise in der Umweltanalytik zur Schadstoffüberwachung oder in der Landwirtschaft zur Überprüfung von Pflanzenzuständen.

Zudem ist die Integration der Filter in bestehende Systeme unkompliziert, da keine aufwändigen Integrationsprozesse erforderlich sind. Für die Zukunft ergeben sich weitere Anwendungsfelder im Rahmen der satellitenbasierten Fernerkundung, Klimaforschung oder auch des Umweltmonitorings. Perspektivisch sind Systeme denkbar, die – je nach Detektor – den gesamten Spektralbereich von Ultraviolett (UV) bis Mittelinfrarot (MIR) abdecken.

Für die unterschiedlichsten Anwendungen von optischen Komponenten leisten Dünnschichttechnologien einen wichtigen Beitrag, um innovative Lösungen zu entwickeln. Über alle Branchen hinweg werden optische Komponenten für automatisierte Produktionsprozesse ebenso benötigt wie für die Anwendungen selbst. Notwendig sind einzelne bis hin zu mehreren Hundert gegenüber Umwelteinflüssen stabile optische Funktionsschichten, die jeweils auf wenige Atomlagen genau abgeschieden werden müssen.

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