Das Tapetum lucidum befindet sich im Auge hinter der Netzhaut. Es ist eine reflektierende Gewebeschicht, die das einfallende Licht zurückwirft. Man kann den Effekt beobachten, wenn nachts die Autoscheinwerfer in die Pupillen einer Katze strahlen: Die Augen leuchten dann wie kleine Lampen hell auf. Beim Tier selbst führt die Spiegelung dazu, dass das Licht die Netzhaut zweimal passiert und intensiver wahrgenommen wird.
Elektronenbeschuss oder Wärmebild
Damit der Mensch im Dunkeln gut sehen kann, benötigt er technische Unterstützung. Das kann beispielsweise durch einen technischen Restlichtverstärker ermöglicht werden. Dieser fängt Restlicht ein, leitet es in eine Elektronenröhre und erzeugt durch beschleunigte Elektronen eine erhöhte Leuchtdichte auf einem Leuchtschirm. So entstehen die charakteristischen grünen Bilder in nächtlichen Aufnahmen, die in nächtlichen Aufnahmen in Action- und Dokumentarfilmen zu sehen sind.
Der Restlichtverstärker braucht – wie sein Name sagt – ein Mindestmaß an gegebenem Lichteinfall. Dafür kann etwa das Flimmern der Sterne ausreichen. In stockfinsterer Nacht bei wolkenverhangenem Himmel oder bei einem Feuerwehreinsatz in einem unbeleuchteten geschlossenen Raum nützt diese Technik jedoch nichts. In solchen Situationen kommt die wärmeabhängige Infrarotstrahlung ins Spiel. Wärmebildkameras nutzen meist mittleres und langwelliges Infrarotlicht für die bildliche Darstellung von Objekten. Sie sind im Prinzip genau so aufgebaut wie eine gewöhnliche digitale Kamera für sichtbares Licht, nur dass ihre lichtempfindlichen Sensoren auf den infraroten Spektralbereich ausgelegt sind. Auf ihrem Bild entspricht die „Lichtintensität“ dem Temperaturverlauf: Je wärmer das Objekt, desto stärker und deutlicher ist es zu sehen. Solche Bilder können daher auch dazu genutzt werden, die Quellen von Wärmeverlust an Gebäuden zu entdecken.
Verschiedene Techniken für die Infrarot-Bildgebung
Neben dem Verfahren, das der gewöhnlichen Lichtfotografie ähnelt, gibt es weitere physikalische Methoden, um Infrarotstrahlung auszuwerten. Die „thermische“ oder IR-Bildgebung erkennt den Temperaturunterschied zwischen dem Hintergrund und Vordergrund eines Objekts und natürlich zwischen Bereichen mit unterschiedlichen Temperaturen. Das Mikrobolometer etwa ist ein thermischer Sensor, der ein sehr breites Spektrum – von Millimeterwellen über UV und Infrarot bis zur Röntgen-Strahlung – erfassen kann. In der Wärmebildgebung wird es hauptsächlich zur Detektion von mittlerer und langwelliger Infrarotstrahlung oberhalb von drei Mikrometer Wellenlänge eingesetzt.
Der Quantentopf-Infrarot-Photodetektor, auch bekannt als QWIP, besteht aus dünnen Schichten von Halbleitern, die abwechselnd angeordnet sind. Diese Schichten begrenzen die quantenmechanischen Zustände, die ein Teilchen in ihnen einnehmen kann. Wenn Infrarotwellen auf den Detektor treffen, reagiert er darauf, was es ermöglicht, aussagekräftige Bilder zu erzeugen. Diese Bilder sind besonders detailliert und bieten eine hohe Auflösung, vergleichbar mit Farben. Die Technologie wird in verschiedenen Bereichen wie der Atmosphären- und Weltraumforschung eingesetzt.
Eine andere Anwendung ist die aktive Beleuchtung, bei der eine Wärmebildkamera mit einer Infrarot-Lichtquelle kombiniert wird. Ähnlich wie bei einem herkömmlichen Scheinwerfer beleuchtet diese Lichtquelle die Szene, die dann mit einem entsprechenden Nachtsichtgerät betrachtet werden kann. Dieses Verfahren eignet sich beispielsweise für die Beobachtung dunkler Räume.
Optimierung der Bildgebung durch Technologiekombination
Oftmals werden verschiedene technische Ansätze miteinander kombiniert, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Durch die Kombination von Restlichtverstärkung, Wärmebildtechnologie und aktiver Beleuchtung werden mehr Bildinformationen generiert, die Auflösung erhöht und die Tiefenschärfe der Bilder verbessert. Eventuelle Störeinflüsse, die sich negativ auf eine der Methoden auswirken könnten, werden durch andere Methoden kompensiert. Dennoch ist es in jedem Fall notwendig, Lichtwellen einzufangen, zu bündeln und zu lenken, um die Bilder zu erstellen. Dieser Prozess ähnelt grundsätzlich der konventionellen Fotografie im Bereich des sichtbaren Lichts für das menschliche Auge. Daher werden auch hier bekannte optische Elemente wie Linsen zur Fokussierung und zum Zoomen, Blenden zur Einstellung der Lichtmenge, Filter zur Anpassung und Verschlüsse zur Steuerung der Belichtung verwendet.
Für Fokus und Zoom in konventionellen und auch Nachtsichtgeräten werden häufig DC-Kleinstmotoren der Serien 1516...SR und 1524...SR mit Edelmetallkommutierung eingesetzt. Die DC-Kleinstmotoren der SR-Serie mit 10 und 13 mm Durchmesser sind ebenfalls sehr beliebt. Sie passen in kleine Objektive dank minimalem Volumen – ohne Verlust bei den hohen Leistungswerten. Die Schrittmotoren vom Typ AM1020 eignen sich in Verbindung mit einer Spindel besonders für die Positionierung von Filtern und Blenden.
Dank der Variantenvielfalt und der zahlreichen Kombinationsmöglichkeiten der FAULHABER-Antriebskomponenten lässt sich für fast jede optische Anwendung die optimale Lösung finden.
