SCHOTT solutions Nr. 2/2013 > Filtergläser

Infrarot-Laser werden zunehmend in der Medizin und der Industrie eingesetzt. Um die Augen vor Verletzungen zu schützen, braucht man spezielles Filterglas. Der nur 1 mm dünne VG20 Bandpassfilter von SCHOTT bietet starke Absorption im nahen Infrarot (NIR). Foto: SCHOTT/C. Costard

Nicht blenden lassen


Das neue Filterglas VG20 von SCHOTT schützt Menschen und Geräte bestmöglich vor schädlicher Infrarot-Strahlung.


Bernhard Gerl

Die kleine grünbläuliche Glasscheibe, die Dr.-Ing. Ralf Biertümpfel, Application Manager Filter Glass bei SCHOTT Advanced Optics, in der Hand hat, erinnert unwillkürlich an die weltberühmten blauen Chagall-Glasfenster der Kirche St. Stephan in Mainz nicht weit vom Firmensitz von SCHOTT entfernt. Doch das neue Filterglas VG20 des Unternehmens ist Hightech, denn kein anderes schützt so gut vor schädlicher Infrarotstrahlung. Es absorbiert bereits ab 565 Nanometer, einem Gelbgrün, 50 Prozent der Strahlung. Bei einer Infrarot-Wellenlänge von 850 Nanometer blockt es sogar tausendmal besser als herkömmliche Gläser. Intensive Strahlung in diesem Frequenzbereich kann sehr gefährlich für das menschliche Auge sein, etwa wenn sie aus GaAlAs-, InGaAs- oder Nd:YAG-Lasern kommt, wie sie in der Industrie oder Medizin eingesetzt werden. In beiden Fällen ist es wichtig, dass der Anwender geschützt, aber durch die Brille möglichst wenig behindert wird. Aufgrund der hervorragenden Filterwirkung des VG20 kann das Glas um ein Drittel dünner sein als bei herkömmlichen Filtergläsern. So wird eine Schutzbrille leichter und komfortabler zu tragen. Wichtiger aber ist, dass der Anwender weiter farbecht sehen kann, was vor allem in der Medizin eine Rolle spielt. Natürlich dunkelt das bläuliche Glas alle Farben des Spektrums ein wenig ab, verfälscht sie aber nicht. Beim Blick durch die Brille erkennt man alle Farben und eine weiße Fläche auch wirklich als weiß.
Bei der Verwendung von Restlichtverstärkern können beleuchtete Anzeigen stören, weil deren intensive Infrarotstrahlung ebenso verstärkt wird wie die von entfernten Personen oder Tieren. Werden die Anzeigen z. B. eines Flugzeugcockpits (Bild) mit einem Filterglas VG20 abgedeckt, können diese hingegen problemlos abgelesen werden. Foto: iStockphoto

Klimabeständig unter rauen Bedingungen

Die hervorragende Filterwirkung wird durch in der Glasmatrix gelöste Kupferionen gewährleistet. „Eigentlich ist Glas eine
Flüssigkeit, deshalb können dort Salze ähnlich wie Kochsalz in Wasser gelöst werden”, erklärt Dr. Biertümpfel. Kupfer findet man natürlich auch in einfachen blaugefärbten Fenstergläsern. Aber es ist ganz und gar nicht einfach, Glas vollkommen gleichmäßig einzufärben. Gibt man nämlich Farbstoffe in die Glasschmelze, bilden sich sehr schnell Schlieren. Diese beeinträchtigen die optische Qualität. Vermeiden konnte man das bisher nur, indem man weitere Stoffe zugibt, die aber wiederum die Eigenschaften negativ beeinflussen und teilweise ökologisch bedenklich sind. Es gelang SCHOTT aber nach einer komplexen Weiterentwicklung der Produktionstechnologie das Glas trotz hoher Farbstoffkonzentrationen extrem homogen und schlierenfrei zu machen.

Es ist, eben auch weil störende, reaktionsfreudige Zusätze fehlen, sehr klimabeständig. Selbst nach Hunderten von Stunden in einer Umgebung von 85 Grad Celsius und 85 Prozent Luftfeuchtigkeit bleibt es transparent und korrodiert nicht. Damit ist es auch für Umgebungsbedingungen geeignet, die härter sind als die in einem Operationssaal, etwa im rauen Außeneinsatz im Zusammenspiel mit Restlichtverstärkern. Diese Geräte werden immer häufiger von Jägern, Polizisten, Rettungskräften oder Hubschrauberpiloten verwendet. Der im Infraroten besonders empfindliche Restlichtverstärker hilft dem Träger, sich auch ohne Tageslicht zu orientieren bzw. Wild oder Personen zu suchen.

Doch die beleuchteten Anzeigen seiner Geräte, selbst das Licht einer Uhr, eines Handys oder einer Taschenlampe, können schnell zum Problem werden, weil deren intensive Infrarotstrahlung ebenso proportional verstärkt wird wie die einer entfernten Person. Der Restlichtverstärker macht daraus einen grellen blendenden Fleck. Werden aber die Uhr des Jägers oder die Anzeigen des Hubschraubers mit dem Filterglas VG20 abgedeckt, können diese weiter problemlos abgelesen werden.

Einen effektiven Infrarotfilter wie den VG20 benötigen auch die CCD-/CMOS-Sensoren, die Fotos in Digitalkameras und Handys aufzeichnen, denn sie reagieren empfindlicher als das menschliche Auge auf rote und infrarote Strahlung, so dass heiße Gegenstände in einer falschen Farbe dargestellt würden. Weil das VG20 rote Strahlung ein wenig und infrarote vollständig blockt, wird die spektrale Empfindlichkeit des Sensors der des Auges angepasst. Ein positiver Nebeneffekt ist dabei, dass aufgrund der starken Filterwirkung des VG20 die schützenden Glasschichten dünn und die optischen Systeme damit immer kompakter gebaut werden können. Was dem Wunsch der Elektronikindustrie nach immer stärkerer Miniaturisierung entgegenkommt. Das neue Glas von SCHOTT ist nicht nur als polierter Filter, sondern ebenfalls mit einer für die jeweilige Applikation optimierten Interferenzbeschichtung erhältlich. <

SCHUTZ IM NAHEN INFRAROT (NIR)

Die Grafik zeigt die Reintransmission des optischen Filterglases VG20 als Funktion der Wellenlänge. Die sichtbaren Anteile des Spektrums können den Filter passieren und ermöglichen farbechtes Sehen, während der Anteil im nahen Infrarot absorbiert wird. Das Filterglas VG20 schützt vor roter und naher Infrarot-(NIR)-Strahlung in einem Wellenbereich ab 650 nm, wie sie in Lasern oder intensiven Lichtquellen (ILS) eingesetzt wird. < Quelle: SCHOTT

Im Dunkeln sehen

Restlichtverstärker ermöglichen das Sehen in der Nacht, indem sie die noch spärlich vorhandene sichtbare und infrarote Strahlung verstärken. Dazu projiziert ein Objektiv das einfallende Licht auf eine Fotokathode, wo es Elektronen freisetzt. Diese werden, teilweise über mehrere Stufen, durch eine hohe Spannung von 10 bis 17 kV in Richtung eines Leuchtschirms beschleunigt. Dort erzeugen sie ein deutlich helleres monochromes Abbild, dessen Intensität proportional zur Eingangsbeleuchtung ist und über das der Anwender die Umgebung im Dunkeln beobachten kann. <

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VG20