Überlegene Wahrnehmung

Autos, die selbständig vor Verkehrshindernissen bremsen. High-Tech Kameras, die für Menschen unzugängliche Umgebungen überwachen. Drohnen, die Verschmutzungen aufspüren und vermessen. Neue optische Technologien ermöglichen eine Sicht auf Dinge, die das menschliche Auge nicht leisten kann.

Challenge

Die Grenzen des menschlichen Auges

Ob wir arktische Eisformationen oder Feldfrüchte begutachten, ob wir Nahrungs- oder Arzneimittel kontrollieren, ob wir Industriemaschinen warten oder die Isolierung von Häusern inspizieren – unsere Augen erfassen dabei nur einen Bruchteil der vorhandenen Informationen.

Mit modernen Gläsern und entsprechenden optischen Systemen hingegen erschließen sich neue Möglichkeiten. Sie erlauben die Erfassung einer größeren Vielzahl von Daten. Davon können u.a. die Landwirtschaft, die Archäologie, die Lebensmittelüberwachung und viele andere Disziplinen profitieren.

Das menschliche Auge ist bezüglich seines Auflösungsvermögens und seiner spektralen Empfindlichkeit auf den Bereich des sichtbaren Lichtes be­schränkt. Schon lange benutzt der Mensch daher optische Systeme zur Bildgebung, um weiter und vor allem mehr sehen zu können. Bisher hatten diese optischen Systeme jedoch ihre Grenzen: Sie öffneten beispielsweise nur die ultraviolette Welt, schlossen dabei aber den Infrarotbereich aus – und umgekehrt.

Innovation

Unsichtbares sichtbar machen

Im Fokus der Weiterentwicklung stehen heute hyperspektrale und multispektrale Bildgebungssysteme. Diese Systeme erfassen einen weit über das sichtbare Spektrum hinausgehenden Spektralbereich. Mittels Bildverarbeitung werden die Informationen aus den Wellenlängenbereichen, die dem Auge nicht zugänglich sind, in optisch wahrnehmbare Informationen gewandelt, sodass diese auch von Menschen erfasst werden können.

An die optischen Komponenten dieser multispektralen Systeme werden sehr hohe Anforderungen gestellt: Um Größe und Gewicht zu sparen, müssen die optischen Materialien über das sichtbare Licht hinaus auch transparent für Infrarot- (IR) und Ultraviolettstrahlung (UV) sein.

So kann etwa in der Landwirtschaft mit Flugdrohnen die Ernte per Wärmebild überwacht werden.

Um höchste Abbildungstreue zu erzielen, muss eine abgestimmte Palette verschiedener Materialien bereitgestellt werden. Wissenschaftler bei SCHOTT entwickeln maßgeschneiderte optische Materialien für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete.

In jeder dieser Anwendungen müssen die optischen Werkstoffe auf die jeweilige Aufgabe zugeschnitten sein. Denn Transmission, Brechungsindex und sogar die thermomechanischen Eigenschaften von Glas können je nach Anwendung und Einsatzort sehr unterschiedlich sein.

  • Landwirtschaft
  • Automobilbereich
  • Sicherheitsüberwachung
  • Produktionskontrolle
  • Lebensmittelkontrolle

Eine Nachtsichtbrille beispielsweise benötigt eine hohe Durchlässigkeit von Infrarot- oder sichtbarem Licht. Die Optik einer Drohne, die die Arktis erforscht, braucht hingegen andere Glaseigenschaften als eine, die Ruinen in einem feuchten südamerikanischen Dschungel aufspürt.

People

„Unsere IR-Gläser weisen eine Transparenz für sichtbares Licht
bis hin zu langwelligem Infrarot auf. In IR-Sensoren angewendet ermög­licht dies miniaturisierte Infrarot­bildge­bungslösungen – etwa Infrarot-Chalkogenid-Optiken mit 200 mm Durchmesser. Das Entwicklungsteam ist gut vorbereitet, die gestiegene Marktnachfrage nach IR-Materialien der nächsten Generation zu erfüllen.“

— William James, Head of Materials Development North America

Next

Grenzen überwinden

Selbstfahrende Autos stellen eine Herausforderung an die Bilderfassung dar. Denn autonomes Fahren erfordert eine Vielzahl an Sensoren, um andere Verkehrsteilnehmer, den Straßenzustand oder Wetterbedingungen zu erkennen und dazu beizutragen, unerwartete Situationen zu meistern. Je nach Witterung und Lichtbedingungen ist man auf Informationen im sichtbaren und im Infrarot- und Nahinfrarotlicht angewiesen, um die Gefahren zu unterscheiden. Und jede Funktion braucht ein anderes optisches System, um die korrekten Daten zu ermitteln.

Außer im Automobilbereich gibt es auch immer mehr solcher anspruchsvollen Bildgebungssysteme in Anwendungen des täglichen Lebens, sei es in der Gesichtserkennung als Sicherheitsmerkmal oder der medizinischen Diagnostik in leichten tragbaren Geräten für jedermann. Mit dem richtigen Material gelingt es auch hier, die natürlichen Grenzen des menschlichen Auges zu überwinden.

Gemeinsam verbessern wir die Sicht.

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Kontakt

William James
Research & Development
SCHOTT North America, Inc.

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