Bandpass, Langpass, Kurzpass – Sie können sie nicht unterscheiden? Alles, was Sie über die Auswahl von Infrarotfiltern wissen müssen.

Ein noch relativ neuer Einkäufer erzählte uns einmal folgende Geschichte: Sein Team entwickelte ein Infrarot-Temperaturmessmodul. Sie wählten einen Langpassfilter. Bei der Fehlersuche stellten sie ein ungewöhnliches Verhalten bei kurzwelligen Störungen fest. Nach zwei Wochen Codeprüfung fanden sie schließlich heraus, dass der Filter die Ursache war. Sie benötigten eigentlich einen Bandpassfilter, keinen Langpassfilter.

Zwei Wochen.

Diese Art von Fehler kommt in dieser Branche häufiger vor, als die meisten zugeben wollen. Der Grund ist einfach: Bandpass-, Langpass- und Kurzpassfilter klingen zwar ähnlich, unterscheiden sich aber funktional grundlegend. Liegt man bei der Auswahl falsch, hat das schwerwiegende Folgen für die Fehlersuche.

Dieser Artikel erläutert die Logik hinter allen drei Typen und beantwortet einige der am häufigsten gestellten Fragen zur Filterauswahl.

Was ist ein Langpassfilter und wann verwendet man ihn?

A Langpassfilter Es lässt nur Licht mit Wellenlängen oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz durch. Licht mit Wellenlängen unterhalb dieser Grenzfrequenz wird blockiert.

Hier ein konkretes Beispiel: Ein Langpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 700 nm blockiert das gesamte sichtbare Licht unterhalb von 700 nm, während er Nahinfrarot- und Mittel- bis Ferninfrarotlicht oberhalb von 700 nm durchlässt.

Dieser Filtertyp eignet sich für Anwendungen, bei denen kurzwelliges Licht vollständig blockiert und langwelliges Licht ungehindert passieren muss. Typischerweise wird er vor Wärmebildkameras eingesetzt: Das langwellige Infrarotlicht im Bereich von 8–14 µm muss den Detektor erreichen, während sichtbares Licht und Nahinfrarot unerwünscht sind. Ein einfacher Langpassfilter löst dieses Problem.

Die Langpass-Serie von MULTI IR deckt mehrere Grenzwellenlängenbereiche vom Nahinfrarot bis zum mittleren und fernen Infrarot ab und wird in Wärmebildkameras, Pyrometern, Brandmeldeanlagen und anderen Anwendungen regelmäßig eingesetzt.

Der Langpassfilter hat jedoch eine klare Einschränkung: Er blockiert nur kurze Wellenlängen. Lange Wellenlängen werden nicht blockiert. Wenn Ihr System Störungen durch Wellenlängen aufweist, die länger als Ihr Zielband sind, kann der Langpassfilter diese nicht beheben. Hier kommt der Bandpassfilter zum Einsatz.

Was ist ein Kurzpassfilter? Seine Anwendungsfälle sind weniger zahlreich als man vielleicht denkt.

A Kurzpassfilter Es bewirkt das Gegenteil eines Langpassfilters – es lässt nur Licht mit Wellenlängen, die kürzer als die Grenzfrequenz sind, durch, während es alle längeren Wellenlängen blockiert.

Im Infrarotbereich werden Kurzpassfilter deutlich seltener eingesetzt als Langpass- oder Bandpassfilter. Am häufigsten kommen sie zum Einsatz, wenn ein System Infrarotstrahlung oberhalb einer bestimmten Wellenlänge vollständig ausblenden und gleichzeitig das Signal im kurzwelligen Bereich erhalten muss. Beispielsweise verwenden bestimmte Kamerasysteme für sichtbares Licht, die eine Unterdrückung von Nahinfrarotstrahlung erfordern, Kurzpassfilter zur Blockierung.

Der Hauptvorteil eines Kurzpassfilters liegt darin, dass er lange Wellenlängen blockiert. Wenn Sie Licht oberhalb einer bestimmten Wellenlänge vollständig ausblenden möchten, ist ein Kurzpassfilter die einfachste Lösung.

Was ist ein Bandpassfilter und warum ist er der am weitesten verbreitete Filtertyp in Infrarotsensoranwendungen?

A Bandpassfilter besitzt sowohl eine untere als auch eine obere Grenzfrequenz – es lässt nur Licht innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs durch, während es sowohl kürzere als auch längere Wellenlängen blockiert.

Dieser „spezifische Bereich“ ist das Transmissionsband. Das Transmissionsband wird durch seine Anfangs- und Endpunkte beschrieben. Beispielsweise ist ein Transmissionsband von 3000 nm bis 5000 nm, bei dem alle kürzeren und längeren Wellenlängen blockiert werden, ein Bandpassfilter. In der Industrie werden Produkte mit einem Verhältnis von Bandbreite zu Mittenwellenlänge von mehr als 5 % bis 20 % häufig als Breitbandfilter bezeichnet. So lässt beispielsweise ein Bandpassfilter mit einer Mittenwellenlänge von 850 nm und einer Halbwertsbreite von 40 nm nur den Bereich von etwa 830–870 nm passieren und blockiert alle anderen Wellenlängen.

Bandpassfilter werden am häufigsten in der Infrarotsensorik eingesetzt, da die überwiegende Mehrheit der Sensoranwendungen eine gemeinsame Anforderung hat: Es wird nur das Signal aus dem Zielwellenlängenbereich benötigt – alles andere wird ausgeblendet.

Die Gasdetektion benötigt lediglich das Absorptionsmaximum des Zielgases. Die Nahinfrarot-Gesichtserkennung benötigt nur das Emissionsband des Beleuchtungsgeräts. Die Laserentfernungsmessung benötigt die spezifische Emissionswellenlänge des Lasers. Die Laufzeitmessung benötigt das schmale Band, das dem ausgesendeten Puls entspricht. Keines dieser Szenarien wird durch „Abschirmen nur einer Seite“ erfüllt. Sie erfordern die Abschirmung beider Seiten, sodass nur das Zielband übrig bleibt.

Ist ein Schmalbandfilter eine eigene Kategorie? In welchem ​​Verhältnis steht er zum Bandpassfilter?

A Schmalbandfilter ist im Grunde eine Untergruppe der Bandpassfilter. Der einzige Unterschied besteht in der Breite des Übertragungsbandes.

In der Branche werden Produkte mit einem Verhältnis von Bandbreite zu Mittenwellenlänge von weniger als 1–5 % im Allgemeinen als Schmalbandfilter bezeichnet. Diese Grenze ist jedoch kein Branchenstandard – die Definitionen von „Schmalband“ variieren je nach Hersteller. Achten Sie bei der Auswahl daher immer auf den spezifischen FWHM-Wert (Halbwertsbreite) und nicht nur auf die Bezeichnung.

Schmalbandfilter werden in Anwendungen eingesetzt, die eine extrem hohe Wellenlängenreinheit erfordern: Kanaltrennung in der Laserkommunikation, Auswahl charakteristischer Absorptionsmaxima in der Gasanalyse und Trennung von Anregungs- und Emissionswellenlängen in der Fluoreszenzdetektion. In diesen Fällen würde bereits das Durchlassen weniger Nanometer Licht außerhalb des Spektralbereichs das Signal verfälschen. Schmalbandfilter sind daher die einzig praktikable Lösung.

Die Infrarot-Schmalbandfilter von MULTI IR werden mit einer Mittenwellenlängentoleranz von ±2 nm hergestellt – ein Präzisionsniveau, das sich in der Gasdetektion und bei Laseranwendungen bewährt hat.

Wie Sie schnell feststellen, welchen Typ Sie benötigen

Stelle dir drei Fragen – das genügt.

1. Muss ich eine Seite oder beide Seiten blockieren?

Wenn Sie nur kurze Wellenlängen blockieren müssen, wählen Sie einen Langpassfilter. Wenn Sie nur lange Wellenlängen blockieren müssen, wählen Sie einen Kurzpassfilter. Wenn Sie beide Wellenlängen blockieren müssen, wählen Sie einen Bandpassfilter.

2. Wie breit ist mein Zielsignalband?

Ist Ihr Zielband sehr breit (z. B. der gesamte mittlere Infrarotbereich von 8–14 μm), reichen Breitband- oder Langpassfilter möglicherweise aus. Ist Ihr Zielband hingegen sehr schmal (z. B. die CO₂-Absorptionsspitze bei 4,26 μm), ist ein Schmalbandfilter erforderlich.

3. Gibt es Störquellen auf beiden Seiten meines Zielbandes?

Falls ja, ist Bandpass der einzige Filtertyp, der Störungen von beiden Seiten gleichzeitig beheben kann – weder Langpass noch Kurzpass können das.

Sobald Sie diese drei Fragen beantwortet haben, ist der Filtertyp im Wesentlichen bestimmt. Die verbleibende Arbeit besteht nach der Bestätigung des Typs darin, die spezifischen Parameter für Mittenwellenlänge, Bandbreite und Sperrtiefe basierend auf der Quellleistung Ihres Systems, der Detektorempfindlichkeit und der Zielerkennungsgenauigkeit festzulegen.

Eine Frage, die häufig auftaucht:

Bei gleichem Wellenlängenbereich ist Bandpass teurer als Langpass – warum? Woher kommen die Mehrkosten?

Das liegt an der Komplexität der Beschichtung.

Ein Langpassverfahren erfordert lediglich die Beschichtung an einer Grenzkante – vergleichsweise einfach. Ein Bandpassverfahren hingegen erfordert die gleichzeitige Steuerung von Position und Neigung zweier Grenzkanten, was deutlich mehr Beschichtungsschichten und höhere Anforderungen an die Stabilität der Beschichtungsanlage und die Prozesssteuerung mit sich bringt. Je schmaler die Bandbreite, desto komplexer wird die Beschichtungsauslegung – die Anzahl der Schichten kann Dutzende oder sogar Hunderte erreichen, und die Anforderungen an die Vakuumkammer sind entsprechend hoch.

Wenn Sie also zwei Filter mit deutlich unterschiedlichen Preisen sehen, sollten Sie nicht voreilig schlussfolgern, dass einer davon überteuert ist. Prüfen Sie zuerst den Filtertyp und die Bandbreite – diese beiden Parameter allein erklären den größten Teil des Preisunterschieds.

Bandpass-, Langpass- und Kurzpassfilter sind keine Geschwister mit ähnlich klingenden Namen. Es handelt sich um drei grundlegend verschiedene optische Lösungen für drei verschiedene Probleme. Wenn Sie die Grenzen jedes Filtertyps verstehen, treffen Sie bei der Filterauswahl die richtige Wahl.

Wenn Sie sich noch nicht sicher sind, welchen Filter Sie wählen sollen, oder wenn Sie bestehende Systemparameter überprüfen möchten, wenden Sie sich bitte an das technische Team von MULTI IR. Wir führen ein komplettes Sortiment an Bandpass-, Langpass- und Kurzpassfiltern – vom Nahinfrarot bis zum mittleren und fernen Infrarot – und bieten auch kundenspezifische Lösungen mit gemessenen Spektralkurven an.

MULTI-IR
Komplettes Sortiment an Infrarot-Bandpass-, Schmalband-, Langpass- und Kurzpassfiltern ab Lager – deckt das gesamte Spektrum vom Nahinfrarot bis zum mittleren und fernen Infrarot ab. Über 10.000 verschiedene infrarotempfindliche Bauteile erhältlich.
Weltweit unter den Top 3 in Bezug auf die Gesamtstärke.
Nationales „Kleiner Riese“ – ein spezialisiertes und hochentwickeltes Unternehmen.

Webseite: www.mirhz.com
Globale Website: www.miroptech.com