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Filter
Optische Filter selektieren Strahlung nach definierten Kriterien
Für viele Anwendungen in der Optik sind Filterschichten notwendig. Optische Filter werden genutzt, um die einfallende Strahlung nach bestimmten Kriterien zu selektieren. Primäre Einflussgrößen sind dabei die Wellenlänge und der Einfallswinkel. Meist ist ein optischer Filter für einen bestimmten Teilbereich des optischen Spektrums transparent und blockiert andere Teile, d.h. Licht wird abhängig von seiner Wellenlänge entweder transmittiert, absorbiert oder reflektiert.
Um die optischen Eigenschaften für Filter zu realisieren, werden Beschichtungen mit Interferenzschichtsystemen eingesetzt. Dünne Schichten ermöglichen ein definiertes Transmissions-, Absorptions- oder Reflexionsverhalten für Oberflächen und werden meist auf Glassubstraten eingesetzt, aber auch für Silikate, ausgewählte Kunststoffe, wie zum Beispiel Polycarbonate. Die spektralen Charakteristika der Dünnschichtfilter (Wellenlänge, Kantensteilheit, Durchlass- oder Sperrbreite, Blockung) können wir auf kunden- und bauteilspezifische Anforderungen (bspw. Geometrie, Abmessungen, Spezifikationen) abstimmen. Abhängig von der Kundenanwendung verwenden wir verschiedene Beschichtungstechnologien und Beschichtungsmaterialien zur Entwicklung des Schichtdesigns.
Optische Filter werden in verschiedensten Anwendungen wie zum Beispiel in der Sensorik, der Medizintechnologie, der Fluoreszenz-Mikroskopie, der Spektroskopie oder der Machine-Vision-Inspektion und der Fotografie eingesetzt.
Arten von Filtern
Optische Filter werden in Kurzpass- und Langpassfilter, die auch als Kantenfilter bezeichnet werden, sowie in Bandpassfilter (Breitbandfilter, Schmalbandfilter) eingeteilt. Kurz- und Langpassfilter transmittieren festgelegte Spektralbereiche und blocken bzw. reflektieren definierte Wellenlängen. Sie werden oft auch als dichroitischer Strahlteiler bezeichnet. Ein Kurzpassfilter weist eine hohe Transmission auf und lässt dadurch kurze Wellenlängen passieren, während längere durch eine hohe Reflexion gestoppt werden. Ein Langpassfilter hingegen transmittiert lange Wellenlängen und reflektiert kurze Wellenlängen.
Ein Bandpassfilter lässt nur Licht in einem begrenzten Spektralband selektiv passieren und blockt andere Wellenlängenbereiche. Nach der spektralen Breite des Passbandes werden Breitband- und Schmalbandfilter unterschieden.
Auch Neutralfilter sind möglich. Diese schwächen die Strahlung lediglich ab, ohne die spektralen Eigenschaften des durchgehenden Lichtes zu verändern, weshalb sie besonders im gesamten sichtbaren Bereich eine konstante Lichtdurchlässigkeit aufweisen. Diese Filter erscheinen für das menschliche Auge farblos, schwarz oder grau. Meist kommen bei absorbierenden Neutralfiltern oder Neutralteilern metallische Beschichtungen zum Einsatz.
Eine weitere Art von Filtern sind IR-Filter sowie UV-Filter, die je nach Anwendung IR-Strahlung bzw. UV-Strahlung entweder gezielt sperren oder nach Wunsch passieren lassen.
Kurzpassfilter
Bei Kurzpassfiltern werden kurze Wellenlängen transmittiert und langwellige geblockt
Charakteristisch für optische Kanten-Filter sind zwei mehr oder minder scharf getrennte Spektralbereiche in einen Durchlassbereich und einen Sperrbereich. Kurzpass-Filter sind optische Kanten-Filter, die jeweils alle Wellenlängen des spektralen Bereichs vor der Kante transmittieren und nach der Kante reflektieren, d.h. kurzwellige Strahlungsanteile werden von langwelligen Strahlungsanteilen separiert. Unerwünschte Fremdstrahlung wird reduziert. Der Übergang von kurzwelligem Transmissions-Bereich zu langwelligem gesperrten Spektralbereich kann sehr steil ausgelegt werden.
Vorteile Kurzpassfilter:
- Hohe Transmission lässt kurze Wellenlängen transmittieren
- Lange Wellenlängen werden durch hohe Reflexion geblockt
Lage der Kante ist einstellbar
Spektralbereich: UV bis IR
Substrate: Borofloat, B270, Floatglas, ausgewählte Kunststoffe usw.
Langpassfilter
Bei Langpassfiltern werden lange Wellenlängen durchgelassen und kurzwellige gesperrt
Ein Langpassfilter ist ein Kantenfilter, der Spektralbereiche in einen transmittierten und einen gesperrten Bereich unterteilt. Bei Langpassfiltern werden kurzwellige Strahlungsanteile werden von langwelligen Strahlungsanteilen separiert; die langen Wellenlängen werden hier transmittiert, während kurzwellige Wellenlängen gesperrt werden. Unerwünschte Fremdstrahlung wird reduziert, wobei die Lage der Kante einstellbar ist.
Vorteile Langpassfilter:
- Lange Wellenlängen werden transmittiert
- Kurze Wellenlängen werden reflektiert
Spektralbereich: UV bis IR
Substrate: Borofloat, B270, Floatglas, ausgewählte Kunststoffe usw.
Bandpassfilter
Bandpassfilter transmittieren selektiv definierte spektrale Bereiche
Bandpass-Filter dienen der Transmission vordefinierter spektraler Bereiche. Wellenlängen links und rechts des Transmissionsbandes, das bei Bedarf recht schmal konzipiert werden kann (Schmalbandfilter), sind gesperrt und unerwünschte Fremdstrahlung wird reduziert. Ein breites Transmissionsband (Breitbandfilter) hingegen kann durch Kombination von Kurpass-Filter und Langpass-Filter erzeugt werden.
Bandsperrfilter
Mit Bandsperrfiltern werden definierte spektrale Bereiche reflektiert
Bandsperr-Filter, auch Notch-Filter genannt, dienen der Reflexion vordefinierter spektraler Bereiche. Wellenlängen links und rechts des Bandes, das bei Bedarf recht schmal konzipiert werden kann, werden transmittiert. Unerwünschte Fremdstrahlung wird reduziert/gesperrt.
Vorteile Bandsperrfilter:
- Sehr hohe Reflexion (bis fast 100%)
Robust gegen Einflüsse von außen
Spektralbereich: UV bis IR
Substrate: Borofloat, B270, Floatglas, ausgewählte Kunststoffe usw.
Infrarotfilter IR-Filter
Je nach Anwendung sind verschiedene Ausführungen von IR-Filtern möglich
Infrarotfilter (IR-Filter) können Filter mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften sein. Zum einen können das Filter sein, die Infrarot durchlassen (IR-Transmitter), während sie sichtbares Licht absorbieren. Zum anderen gibt es Infrarot sperrende Filter, auch Infrarot-Sperrfilter genannt, die das Einfallen von Infrarotlicht blocken (lange Wellenlängen über 780 nm). IR-Sperrfilter sind Interferenzfilter bzw. dielektrische Filter. Eine weitere Art von Infrarotfiltern sind Wärmeschutzfilter, die IR-Strahlung reflektieren und dadurch Wärmebelastung verringern (z. B. als Displayschutz).
Die Verwendung von Wärmeschutzfiltern, auch Warmlichtspiegeln, in technischen Bauelementen garantiert durch hohe Reflexion im Infrarot-Spektralbereich eine Reduzierung von störender Wärmebelastung. Das Abblocken von Infrarot-Strahlung bei gleichzeitig hoher Transmission im Sichtbaren ermöglicht u.a. ein Versenden von sichtbarer Strahlung ohne erhöhte Temperaturbelastung im Aufbau. Vor allem Anwendungen, die nur unter Verwendung von Lichtquellen mit hoher Leuchtdichte und entsprechender Wärmeentwicklung zu realisieren sind, werden mit Wärmeschutzfiltern ausgestattet.
Wärmeschutzfilter IR1, IR2, IR3
Zur Reduzierung der Wärmebelastung durch Infrarotstrahlung werden in modernen Beleuchtungssystemen Wärmeschutzfilter (Wärmeabsorptionsfilter) eingesetzt. Sie werden auf die spektralen Eigenschaften der Lichtquelle angepasst und reduzieren die Erwärmung beleuchteter Produkte sowie die Temperaturbelastung von Personen, die vor einem Scheinwerfer agieren.
Wärmeschutzfilter IR4, IR5
Wärmeschutzfilter der Klassen IR4 und IR5 kommen v.a. in Operationsleuchten zum Einsatz. Hier spielen hohe Beleuchtungsstärken und eine unverfälschte Farbwiedergabe eine zentrale Rolle. Daher wird diese Art Wärmeschutzfilter bspw. für die Unterdrückung der IR-Strahlung von Halogenlampen sowie einen hohen Farbwiedergabeindex optimiert. Die Wärmebelastung der OP-Patienten (z. B. Gewebe) wird durch den Filter auf ein Minimum reduziert. Gleichzeitig profitiert das OP-Personal von der optimalen Farbwiedergabe.
Ultraviolettfilter / UV-Filter
Zum Blocken von UV-Strahlung werden UV-Filter genutzt
UV-Filter oder UV-Sperrfilter sind Filter, die ultraviolette Strahlungsanteile blockieren und sichtbares Licht sowie infrarote Anteile transmittieren. UV-Sperrfilter blocken das ultraviolette Spektrum unterhalb von ca. 380 nm. Umgekehrt gibt es auch UV-durchlässige, das sichtbare Licht reflektierende Filter (UV-Transmitter), die den ultravioletten Strahlungsanteil durchlassen, den sichtbaren Bereich jedoch nicht. Auch das Filtern definierter UV-Bereiche (z. B. nur UV-B) ist möglich.
