IR-Polfilter zur Unterdrückung von Reflexionen


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PDF-Datei mit Daten von IR-Polfiltern,
Spiegelung von Wolken auf Kollektoren/Photovoltaikpaneelen beseitigen

IR-Polfilter lassen sich außer mit Luft nicht reinigen - auch nicht vom Hersteller. Gitterseite zur Kameraoptik bestellen !!!

Wie in der Fotografiet, können Infrarot-Polfilter Reflexionen unterdrücken. Es ist allerdings schwierig und teuer. Man braucht hochtransparente Materialien für das Trägermaterial, auf dem ein µm-Gitter aufgebracht ist, das die schwingenden Wellen nur in einer Richtung (Polarisation) passieren läßt. Merke: Nur Reflexionen sind polarisiert, die Objektstrahlung nicht !
Je nach Wellenlänge der Kamera kommen Zinkselenid (ZnSe 1...15 µm), Germanium (Ge 8-12 µm), Kalziumfluorid (CaF2, 1...10 µm), Bariumfluorid (BaF2 1...12,5 µm) und KRS-5 (2....35 µm) in Frage. Einige davon sind giftig (ZnSe, KRS-5), andere verlieren die Transparenz mit steigender Temperatur (Ge ab 80°C). Alle sind sehr teuer und das holografische Gitter extem empfindlich. Hinweis: NIE die Gitterseite berühren, geschweige reinigen. Letzeres führt unweigerlich zur Unbrauchbarkeit ! Notfalls dünne Folie vor den Filter. Nicht zum Spaß steht "Handle with expert care" auf dem Filterdeckel. Je nach Größe, Material und Händler schwanken die Preise enorm. In Deutschland verteibt die L.O.T.-Oriel GmbH Filter der englischen Fa. Specac Ltd., leider mit heftigem Aufschlag. Bei Specac kann direkt bestellt werden, Ansprechpartner Clive Moss. Vorher bitte zu Ende lesen, sonst gibt es evtl. Verdruß. Für einen Filter mit 50 mm freier Apertur (etwa Innendurchmesser des Filters) muß je nach Material mit 3.000 bis 4.400 Euro gerechnet werden. ZnSe ist günstiger (bei 50 mm ~3.300 €) und überstreicht einen weiten Wellenlängenbereich (1...15 µm). Außerdem ist es weniger temperaturabhängig, dafür aber giftig, was ich bei sachgemäßer Anwendung nicht als Problem ansehe. Im langwelligen IR ist Germanium deutlich transparenter (~90%, ZnSe nur 74%), für Kameras unter 7 µm unbrauchbar. Ein 50 mm Ge-Filter kostet ~4.400 Euro. Germanium wird mit zunehender Temperatur undurchsichtig (bei ~80°C ist Schluß). Die anderen Materialien habe ich nicht getestet, weil für LW-Kamera uninteressant. An Metalloberflächen ist ein IR-Polfilter nur eingeschränkt einsetzbar. Sie reflektieren unipolar. Versuche im Al/Mg-Druckguss und Kunststoff Spritzguss Reflexionen auf den Werkzeugen zu reduzieren schlugen fehl. Weiterhin habe ich festgestellt, daß der geheizte Sensor der Bolometerkamera sich bei niedrigen zu messenden Temperaturen im Filter spiegelt und dadurch zu Meßfehler führt (Beispiele weiter unten). Eine echte Kalibration ist kaum möglich. Für viele Anwendungen ist dies nicht hinderlich. Nachfolgend einige Ergebnisse div. Laborversuche.
Als praktische Anwendung käme bspw. die Eliminierung von reflektierten Wolken bei thermografischen Untersuchungen von Photovoltaikanlagen in Frage. Defekte Zellen und Anschlußdosen sind viel sicherer erkennbar, wenn sich nichts auf dem Glas spiegelt. Siehe hierzu die PDF-Datei oben.

Einsatz eines ZnSe-Polfilters bei Spiegelung auf Silizium 133 kByte
Einsatz eines ZnSe-Polfilters bei Spiegelung auf Silizium 53 kByte
 
Reflexionen auf verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Winkel 188 kByte

Bei variablem Reflexionswinkel kann der Polfilter stets nur eine gut unterdrücken. Auf Metallen ist die
Wirkung minimal !
Es wird also nicht gelingen, in einer prakt. Anwendung alle Reflexionen zu unterdrücken. Siehe
hierzu auch die hinterlegte Videosequenz (656 kByte ZIP-Datei).
Nachfolgend eine GIF-Animation, die die winkelabhängige Unterdrückung der Reflexion auf einer Plexischeibe zeigt.
Wegen der schlechten Bildqualität ist den Bildern unten ebenfalls eine AVI-Sequenz hinterlegt (455 kByte ZIP-Datei)..

Versuchsaufbau zur Untersuchung der Wirkung des Polfilters auf Plexi GIF-Animation - Reflexion auf einer Plexischeibe wird fast vollständig unterdrückt 455 kByte Videosequenz hinterlegt

Polfilter – was ist ein Polarisations-Filter?

Polfilter ist die kurze Form für Polarisationsfilter. Dieser ist ein Polarisator. Er lässt nur Transversalwellen einer bestimmten Richtung “durch” und absorbiert den Rest. Man unterscheidet zwischen: Linear- und Zirkular-Polarisationsfiltern. Der lineare Pol-Filter (die meisten IR-Polfilter) ist ein optisches Gitter, das Licht nur in einer Schwingungsebene durchlässt, welches – wie der Name schon sagt – linear auf den Sensor fällt. Im Gegensatz zum linearen ist beim zirkularen Polarisations-Filter die Schwingungsebene des durchgelassenen Lichtes spiralförmig drehend, also Zirkular.

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