Grenzen heutiger Spektroradiometer

Spektroradiometer werden in vielen wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen eingesetzt, wo die spektralen Eigenschaften von Licht präzise analysiert werden müssen – von der HDR-Display- und Projektorherstellung und Beleuchtungsindustrie über die Photovoltaik, Materialwissenschaft und Umwelttechnik bis hin zur Lebensmittelindustrie, Pharmazie, Medizin und Diagnostik.

Das Projekt PANDIA hat das Ziel, eine neue Generation von Spektroradiometern zu entwickeln, die deutlich empfindlicher, schneller und robuster sind als heutige Geräte. Bisher setzen Hersteller auf international zugekaufte Standard-Zeilensensoren. Diese sind durch hohen Dunkelstrom, lange Messzeiten und den Einsatz mechanischer Shutter begrenzt. Zudem fehlen maßgeschneiderte Lösungen für die wachsenden Anforderungen, etwa in der HDR-Displayproduktion, Beleuchtungstechnik oder pharmazeutischen Qualitätskontrolle.

Neuartige integrierte Sensorik für Spektroradiometer

Die Innovation von PANDIA liegt in der Entwicklung applikationsspezifischer CMOS-Zeilensensor-ICs in Thüringen. Dabei werden zwei neuartige Ansätze verfolgt. Erstens werden Photodioden-basierte Sensoren mit integrierter elektronischer Dunkelreferenz entwickelt, die den mechanischen Shutter ersetzen, die Messzeit halbieren und die Robustheit erhöhen. Zweitens werden photonenzählende Sensoren auf Basis von Single-Photon-Avalanche-Dioden (SPADs) entwickelt, die selbst extrem schwache Lichtquellen zuverlässig erfassen und so den Dynamikbereich erheblich erweitern. Ergänzend werden in beiden Ansätzen Analog-Digital-Wandler (ADCs) und Temperatursensoren direkt in den Chip integriert, um die Messgenauigkeit zu steigern und externe Elektronik zu reduzieren.

IMMS-Beitrag

Das IMMS bringt seine Expertise in Entwurf, Simulation, Layout, Inbetriebnahme und Charakterisierung integrierter optoelektronischer Schaltungen ein. Es entwickelt die Sensor-ICs, optimiert Dunkelstromkompensation und Binning-Strategien und unterstützt die Integration in Labormuster.

Alleinstellungsmerkmal

Die im Projekt entstehenden Lösungen sind technologisch einzigartig: Sie kombinieren hohe Empfindlichkeit, kurze Messzeiten und robuste Elektronik in einem kompakten, gekühlten Sensormodul. Damit entsteht ein Alleinstellungsmerkmal für Thüringen – eine geschlossene regionale Wertschöpfungskette von der Halbleiterfertigung bis zum marktreifen Spektroradiometer.