ASi vs VOx Wärmebildtechnologien Optinova Solutions.de

Wir freuen uns unsere Besucher mit einem neuen Beitrag zu begrüßen! Dieses Mal möchten wir unsere Meinung zu einigen im Internet oft zu lesenden Aussagen zum Thema ASi und VOx Wärmebildtechnologien äußern. Es geht uns dabei nicht um die Frage „Was ist besser?“, sondern um die Darlegung der Sachverhalte, wie sie aus unserer Sicht der Wahrheit am nächsten kommen.

 Zur Aussage: „Der europäische und osteuropäische Markt ist dominiert von Herstellern die ASi-Detektoren verbauen, während in den USA hingegen die VOx Technologie marktdominierend ist.“

 An dieser recht mutigen Behauptung lässt sich vor allem deswegen zweifeln, da sowohl VOx Sensoren und andere Bauteile als auch fertige VOx Wärmebildgeräte in letzter Zeit vermehrt aus China auf den europäischen Markt drängen. Hier finden sie ihre Käufer zuallererst durch ihren günstigen Preis und meistens gute Qualität.

Die unkomplizierten Importe und preisliche Flexibilität der Lieferanten führen dazu, dass VOx Technologien auf dem europäischen Markt quantitativ die Oberhand gewinnen. Diese Tatsache verleitet andererseits zur Vermutung, dass die verbreiteten Behauptungen über „deutliche“ Vorteile der VOx gegenüber dem ASi Technologie zumindest teilweise auf diesen Umstand zurück zu führen sind.

Zur Aussage: „Die ASi Detekorenherstellung ist einfacher und somit preiswerter. Vanadium als Rohstoff ist seltener und somit teurer als Silizium.“

Zunächst wenden wir uns in diesem Kontext der kontrovers diskutierten Frage der Herstellkosten zu. Kunden, die im Begriff sind sich ein Gerät mit ASi-Technologie zu kaufen, wird häufig suggeriert, die Geräte seien vollkommen überteuert, denn die VOx wäre in der Beschaffung der nötigen Ausgangsmaterialien zur Thermalsicht schon viel teurer und müsse somit quasi besser sein. Es wird der Eindruck erweckt, als würde man durch überteuerte Geräte mit ASi-Technologie von den Händlern und Herstellern betrogen.

Das Argument, welches häufig angeführt wird, das amorphes Silizium (ASi) im Verhältnis zu Vanadiumoxid (VOx) als Ausgangsmaterial teurer ist, ist schlichtweg nicht haltbar.

Die extrem dünne Schicht, die die Detektionseigenschaften verbessen soll, ist materialtechnisch so „billig“, dass das sich kaum auf dem Preis eines einzelnen Bolometers niederschlägt. Man kann zudem noch anführen, dass auch bei Geräten mit ASi-Technologie Zwischenschichten aus wärmeleitenden Elementen verwendet werden, die in der Kostenfrage dem VOx in Nichts nachstehen.

Man muss sich auch vor Augen halten, dass sich die Technologien zum Herstellen beider Sensortypen stark ähneln! Man verwendet nahezu identische Werkstoffe unter anderem auch für die Membran – einer Siliziumplatte mit extrem kleinen Bohrungen. In allen diesen Sachen ist die Fa. ULIS aus Frankreich (ein Bolometerhersteller) den amerikanischen und chinesischen VOx-Bolometern in Nichts nachstehend.

Klar, die Arbeitskosten in China sind geringer als in Europa, natürlich. Andererseits, die teuersten Smartphones werden auch in China hergestellt, deswegen ist dieses Argument nicht wirklich stichhaltig, zumal die Herstellung von Bolometern sehr kapitalintensiv ist.

Wenn wir zum Thema „Vergleich zwischen ASi und VOx“ zurückkehren, werden wir feststellen, dass die Plättchen, auf die das amorphe Silizium (ASi) oder das Vanadiumoxid (VOx) aufgebracht werden, ebenfalls aus dem durch die VOx-Anhänger stark kritisiertem… Silizium bestehen! Warum einzelne „Spezialisten“ dann auch noch die außerordentliche Härte von Vanadium positiv hervorheben ist völlig unklar, denn an sich ist Vanadiumoxid ein Pulver, das sich schon in leichten Säuren und sogar Wasser auflösen lässt.

Zur Aussage: „Alle US Rüstungsprogramme verwenden VOx Detektoren, dies ist oft ein Indiz dafür, dass es sich um die technisch bessere Wahl handelt. US Exportrestriktionen limitieren jedoch die Verwendung von US VOx Sensoren.“

Das Thema Exportrestriktionen und Patenten werden wir an dieser Stelle gar nicht diskutieren, vor allem wegen dem Ursprung der VOx-basierten Geräte, die heute in Europa auf dem Wärmebildtechnikmarkt angeboten werden. Wenn man der Logik der obenstehenden Aussage bis zum Schluss folgt, könnte man zumindest annehmen, dass der Export von ASi-Technologie und der darauf basierenden Sensoren und Geräten von Europa in die USA auch ähnlichen Beschränkungen unterliegen müsste. Selbes gilt auch für das Patentecht, denn Entwicklungsarbeiten zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des amorphen Siliziums (ASi) mit unterschiedlichen Zusätzen, Katalysatoren und Legierungselementen laufen schon lang, und ihre Ergebnisse übertreffen die Charakteristika von VOx Geräten zum Teil bei Weitem.

Aber lasst uns doch noch zu den vermutlich bewusst verzerrten Fakten kommen. Hier ein Zitat:

«VOx verfügt über einen besseren Wärmeleitkoeffizient gegenüber ASi und kann somit Photonen schneller weiterleiten, verfügt somit über eine bessere Leistungsfähigkeit.»

Die Bestrebung der Autoren, eine solch komplizierte technologische Problematik mit solch stark vereinfachten Thesen zu beschreiben, lässt sich nur mit dem Wunsch, dem unbedarften Leser mit dem für den Autor notwendigen und vom Umfang günstigen „Informationsgehalt“ auszustatten, erklären. Nun denn, lasst uns damit mal aufräumen.

Ein für die Infrarotstrahlung stark empfindliches Material, welches die Detektionsschicht bildet, ist das wesentliche, wenn nicht wesentlichste, Element eines Sensors (Bolometers). Denn genau diese Schicht bildet das für die Bildgebung notwendige elektrische Signal, welches beim Temperaturunterschied generiert wird. Dieses Material muss über einen möglichst geringen elektrischen Widerstand verfügen, damit ein ständig präsentes „Rauschen“ (Johnson-Rauschen) möglichst gering ausfällt. Zudem erlaubt der geringe Widerstand ein leichteres Ablesen der Informationen für die weitere Signalverarbeitung. Gleichzeitig muss diese Schicht aber auch einen sehr hohen Wärmeleitwiderstand haben. Je höher dieser Koeffizient, desto höherer Widerstand wird im Material bei geringsten Temperaturänderungen erzeugt – was wiederum sich leichter ablesen lässt! Eine ähnliche Eigenschaft ist die hohe Aktivierungsenergie des Materials der Detektionsschicht.

VOx – basierte Bolometer haben in der Tat einen hohen Koeffizienten des Temperaturwiderstandes. Leider ist Vanadiumoxid ein Material, welches sich nicht gut mit Silizium verträgt – wie wir bereits wissen, die VOx-Technologie kommt ohne Silizium nicht aus. Aus diesem Grund sind die Platten aus Silizium, mit darauf aufgebrachten Schichten aus Vanadiumoxid auf eine recht niedrige Aushärtetemperatur angewiesen, sonst schlagen jegliche Versuche, elektrische Signale davon abzulesen (optische Transmission), fehl.

Als Detektierungsschicht auf ASi Basis wird hydrogenisiertes, amorphes Silizium verwendet, welches eine hohe Aktivierungsenergie hat, nebst einem hohen Wärmeleitwiderstand. Leider hat dieses Material eine „Nebenwirkung“: einen etwas höheren elektrischen Widerstand. Um sich dieser unerwünschten Nebenwirkung zu entledigen, verwendet man einen Mix aus amorphen Silizium, Katalysatoren sowie weiterer Oxide, die nebst Senkung des elektrischen Widerstandes die Aktivierungsenergie und den Wärmeleitwiderstand auf und über das Niveau von VOx-Technologie erhöhen.

Zur Aussage: „Vergleichen wir eine ASi mit einer VOx Optik, die über identische Linsen (f-Nummer) und Auflösung verfügen, stellen wir fest (auch rechnerisch), dass die VOx Optik um 3-fach höhere Temperatursensibilität verfügt. (VOx = 0,039 Kelvin zu 0,1 Kelvin = ASi, bei 25C° und f=1).“

Hier fällt es einem schwer zu klären, wie veraltet die hier angeführten Daten sind, die zu dieser Ausgangsrechnung beitrugen. In der heutigen Zeit ist das „Wärmerauschen“, also das Niveau eines Levels, ab welchem das ASi-Bolometer die Temperaturänderung erfassen kann, bei ca. 0,05 Kelvin (K) oder 50 mK (bei Raumtemperatur) angekommen. In Blogs und Artikeln ist hin und wieder der Begriff NETD zu finden (die Größe, die die kleinste erfassbare Temperaturänderung darstellt), die speziell für ASi-Bolometer um 2-3 Mal größer genannt wird, als es der Fall für VOx-Bolometer angeblich ist. Dies ist definitiv falsch, zumindest für die ASi Sensoren namhafter Hersteller. Der tatsächliche Unterschied beträgt ca. 25% – 40% was sich überhaupt nicht mit Äußerungen einiger europäischer Blogger deckt. Zudem ist jeder, der Celsius in Kelvin umrechnen kann selbst in der Lage zu überprüfen, wie gering und unkritisch sich dieser Unterschied auswirkt. Beim Vergleich der NETD-Daten ist es wichtig (korrekt!), den gleichen Objektivdurchmesser zu haben. Je größer die Linse am Objektiv – desto besser sind die Detektierungseigenschaften (zum Teil sogar drastisch besser!).

Welche Tendenzen beobachten wir nun in den letzten Jahren und welche Kennzahlen der Geräte, die ASi- und VOx-Bolometer verwenden, steigen? Die Evolution ist klar ersichtlich – die Steigerung der Pixelanzahl und die Senkung der Pixelgröße, das Größerwerden des OLED-Displays und eine Verbesserung seiner Auflösung, das „Wärmefeedback“ wird schneller und die Bildgebung an sich nimmt rasant zu. Übrigens: das „Wärmefeedback“ ist bei ASI-Bolometern in der Regel deutlich besser als bei den anderen Geräten.

Zum Schluss möchte ich mich noch zum klaren und unwiderlegbaren Vorteil der ASi-Technologie gegenüber der VOx-Technologie äußern. Die Letztere ist vielen Nutzern aus diesen enttäuschenden Momenten bekannt, in denen das Bild mit der Zeit „einfriert“. Dieser störende Nachteil entsteht durch die niedrige Stabilität der Pixelkalibrierung. Die Linearität der Kalibrierung bei ASi-basierten Geräten ist extrem hoch, eine manchmal notwendige Zwischenkalibrierung findet gar statt, ohne vom Nutzer wahrgenommen zu werden – in VOx-basierten Geräten ist eine regelmäßige, zeitraubende (und beim Ansitz auch noch recht laute) Zwischenkalibrierung zwingend erforderlich – und dass alle paar Minuten. Ansonsten sinkt die Linearität der Kalibrierung, sprich – Qualität der dargestellten Bildinformationen – sehr schnell bis man gar nichts mehr erkennen kann.

Deswegen kann man Aussagen, die behaupten, dass VOx-Technologie eindeutig besser ist als ASi-Technologie, schlichtweg nicht für voll nehmen. Ein jeder Nutzer wählt sein Gerät sehr sorgfältig aus, und ich hoffe, dass diese kritische und wichtige Information ihm dabei helfen. Denn leider ist in den Blogs bisher eine recht einseitige, unvollständige und tendenziöse Informationsverbreitung zu sehen, die mit Vorsicht zu genießen sein dürfte.

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