フラウンホーファー IPMS、高感度赤外線センサーを開発

フラウンホーファー光子マイクロシステム研究所（IPMS）は、ハイマン・センサー（Heimann Sensor）およびライプニッツ固体・材料研究所ドレスデン（IFW Dresden）と共同で、新世代の熱電型赤外線センサーアレイの技術基盤の開発を進めています。高効率な熱電材料をCMOS互換の製造技術に初めて統合することで、本プロジェクトは大幅に高性能なセンサーの創出を目指しています。その目標は、45マイクロメートル未満の画素サイズで20ミリケルビン未満の温度分解能を達成することであり、これは医療、産業、モビリティ、セキュリティにおける新たな応用へ向けた重要な一歩となります。

熱電型赤外線センサーは、非接触での温度測定や熱画像の生成を可能にします。これらは現在でも、プロセスモニタリング、ビルオートメーション、セキュリティ技術などの分野ですでに使用されています。しかし、現行システムの性能は、使用されている熱電対材料によって制限されています。今回の新プロジェクトは、大幅に効率を高めた熱電材料と革新的なMEMSデバイスコンセプトを採用することで、この課題に対処します。

高感度化がもたらす新たな応用分野
温度分解能の向上という目標は、数多くの新しい応用分野を切り開きます。医療分野では、がんの早期発見や、外部から視認可能な炎症の検出をサポートする将来的なアプリケーションの開発が期待されます。また、高齢者住宅のコンテキストにおいては、室内での転倒や緊急事態の確実な検知など、新たなソリューションを可能にします。

さらに、自動運転車もセンサーアレイの高感度化による恩恵を受けます。産業用途においては、サーモグラフィやプロセスモニタリングにおける新たな可能性が広がります。加えて、これらのセンサーを非接触温度測定のコスト効率に優れたソリューションに活用することで、さらなる応用分野や市場セグメントへの扉が開かれます。

新材料統合のためのMEMS技術
フラウンホーファーIPMSは、本プロジェクトのMEMS技術開発において重要な役割を担っています。これには、革新的な熱電対層の統合、必要な製造プロセスの開発と最適化、そしてデモンストレータチップの製造が含まれます。さらに、これらの新材料を将来的には同研究所の200mm生産ラインに統合するための戦略構築も進められています。

プロジェクトパートナーは、まずパッシブセンサーアレイを用いて開発技術の実証を行います。その後の開発フェーズでは、これらを利用して、CMOS駆動電子回路を統合したアクティブセンサーアレイを構築する予定です。本プロジェクトで開発されるデモンストレータにおいて、技術成熟度（TRL）4を達成することを目標としています。

追加の背景情報
※このセクションでは、元のニュースリリースには含まれていない技術仕様の詳細について説明します。

140MEのようなモーター保護遮断器（MPSD）の導入には、従来の3コンポーネント構成のモータースターター（独立した手動切替開閉器、短絡分岐ヒューズ、および電気機械式の熱動型過負荷リレーで構成されるもの）を、統合されたソリッドステートユニットに置き換えることが含まれます。国際規格に準拠した140MEは、機械的接点とマイクロプロセッサ制御の計測用変成器を組み合わせることで、高精度で調整可能な保護パラメータを提供します。電子式過負荷検知回路は、3相すべての電流波形を継続的に監視します。非対称な電流低下が発生して欠相状態が示された場合、電子トリップユニットは数ミリ秒以内に作動し、3相誘導モーターの一般的な故障原因である局所的な固定子巻線の過熱を防ぎます。

これらのデバイスをデジタルネットワークに統合するにあたっては、制御盤のレールインフラに直接組み込まれたシングルペア・イーサネット（Single-Pair Ethernet）のバックボーンに依存します。従来のキャビネット内コンポーネントでは、中央の入力モジュールに配線を引き戻すための専用のポイント・ツー・ポイント（1対1）のデジタルおよびアナログ入出力配線が必要であり、これが膨大な労力コストと配線ミスの潜在的要因となっていました。

「EtherNet/IPインキャビネット・ソリューション」は、このレイアウトをODVA認定のフラットメディアケーブルに置き換え、24V DCの制御電源と高速産業用イーサネット通信の両方を単一のバスで配信します。100-Eコンタクタ通信モジュールはローカルネットワークのゲートウェイとして機能し、接続された140MEデバイスから内部データレジスタ（過去のトリップログ、熱利用率、相電流の不平衡、接点摩耗インジケータなど）を読み取ります。このデータは、共通産業プロトコル（CIP）オブジェクトを介してネイティブに、専用のアドオンプロファイル（Add-On Profiles）を使用してスタジオ設計ソフトウェアへと転送されます。これにより、追加のフィールドトランシーバーを必要とすることなく、同期された自動制御およびアセットマネジメントのループが可能になります。

Evgeny Churilovによって編集された、Induportalsメディア-AIによって適応されました。

www.ipms.fraunhofer.de