Der physikalische Hintergrund

Das Licht des nahen Infrarot (NIR, 800-1000 nm) liegt im Bereich zwischen dem sichtbaren Licht und der Wärmestrahlung der natürlichen Umgebung. Aufgrund seiner physikalischer Vorteile bietet sich zur Analyse von Oberflächenstrukturen in stark streuenden Materialien an. Biologisches Gewebe oder Zahnhartsubstanzen sind solche stark streuenden Materialien.

Im Bereich des sichtbaren Lichtes stören oft Farbstoffeffekte, z. B. als Blaugrün-Absorber Haemoglobin oder Hautpigmente. Zu noch kürzeren Wellenlängen (UV) beträgt die Eindringtiefe des Lichts typischerweise weniger als einen Mikrometer. Man spricht hier von der "oberen Grenze eines optischen Fensters".

Im gesamten optischen Fenster findet sogenannte "elektronische Absorption" statt. Im Bereich dieser elektronischen Absorption beträgt die typische Eindringtiefe von Licht in Material 1-2 mm. Die Absorption nimmt mit 1/lambda zu, entsprechend sind größere Wellenlängen also tendenziell günstiger zur Durchleuchtung.

Beim Übergang zum NIR wächst die Eindringtiefe langsam aber sicher an, zugleich verbessert sich bei längeren Wellenlängen aber auch das Streuungverhalten (Eintrübung des Bildes durch Ablenken und Aufweiten der Lichtrichtung).

Die untere Grenze dieses optischen Fensters liegt bei etwa 1000 nm (vgl. 1064 nm NYAG-Laser). Die bis dorthin noch nachlassende Absoptionswirkung durch Schwingungen der Wassermoleküle steigt dort wieder stark an (Infrarot-typische Schwingungs- und Rotationsbanden).

Deshalb zeigen Gewebe und viele andere wasserhaltige Stoffe im NIR zwischen 800 und 1000 nm ihr günstigstes Verhalten (Streu- und Absorptionsminimum). Streulicht-Strukturen werden also im NIR am besten sichtbar. Wegen der Ungefährlichkeit dieses Lichts gestattet die NIR-Kamera es, oberflächennahe Streulichtaufnahmen beliebig lang und häufig auch an lebenden Substanzen zu machen.