Vysvetlenie optickej filtrácie: Typy, spektrá a ako si vybrať správny filter

Čo je to optická filtrácia a prečo na nej záleží?

Kamera strojového videnia na výrobnej linke začne nesprávne čítať čísla dielov, keď poobedné slnečné svetlo zaplaví šošovku. Fluorescenčný mikroskop stráca kontrast, pretože excitačné svetlo preniká do emisného kanála. Snímač teploty sa posúva, pretože absorbované viditeľné svetlo ohrieva kryt rýchlejšie, ako reaguje snímací prvok. Zdá sa, že tieto poruchy nesúvisia, ale majú jednu hlavnú príčinu: nežiaduce vlnové dĺžky dosahujúce detektor. Štandardným liekom je optická filtrácia — zámerný výber vlnových dĺžok, ktoré prechádzajú komponentom a ktoré sú blokované alebo absorbované.

Optická filtrácia sa realizuje dvoma fyzicky odlišnými spôsobmi. Interferenčné filtre ukladajú desiatky tenkých dielektrických vrstiev, aby odrážali zvolené vlnové dĺžky; ponúkajú ostré spektrálne hrany, ale posúvajú sa s uhlom dopadu. Absorpčné filtre naopak pracujú vo vnútri samotného skla. Oxidy kovov a iné dopujúce látky sú rozpustené v tavenine, takže materiál absorbuje špecifické fotónové energie, zatiaľ čo iné prenáša. Pretože absorbujúce látky sú distribuované v celom objeme, filtre z farebného skla zostávajú stabilné pri nenormálnom dopade, pri miernej teplote a počas dlhej životnosti.

Tento článok vysvetľuje, ako funguje optická filtrácia v praxi, kde filtre s farebným sklom prekonávajú potiahnuté alternatívy a čo je potrebné overiť predtým, ako určíte filter pre váš systém.

Čo robí optická filtrácia v skutočnom systéme

Filtrácia vykonáva štyri praktické úlohy v optickom systéme:

Pre priemyselné zariadenia sú odrezané sklenené filtre často prvou voľbou, pretože kombinujú stabilnú prechodovú hranu s jednoduchou, robustnou konštrukciou. A UV cut-off filter blokuje pásmo 100–400 nm pri prechode viditeľného svetla; filter pohlcujúci teplo to robí naopak tým, že prepúšťa viditeľné svetlo a absorbuje infračervené. Obidve sú každodenné riešenia v oblasti strojového videnia, osvetlenia, prístrojového vybavenia a bezpečnostného vybavenia.

Štyri hlavné rodiny filtrov v optickej filtrácii

Existujú stovky návrhov filtrov, ale najväčší dopyt po priemyselnej optike spadá do štyroch skupín, ktoré sú zhrnuté v tabuľke 1.

Odrezané sklenené filtre

Dlhopriepustný filter blokuje kratšie vlnové dĺžky a prepúšťa dlhšie; krátkopriepustný filter robí pravý opak. Dizajn je definovaný jeho prechodovou vlnovou dĺžkou. Typický Sklenený filter s UV odrezaním , napríklad potláča žiarenie pod zhruba 380–400 nm, pričom prechádza cez viditeľné spektrum. Výrobný sortiment zahŕňa zlatožlté, oranžové a červené sklo s brúsením s prechodovými polohami cez celé viditeľné pásmo, ako aj ultrafialové a infračervené verzie.

Výrobcovia vlastných UV cut-off sklenených filtrov - Nantong Xiangyang Optical Element Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. je čínsky výrobca a spoločnosť s UV cut-off sklenenými filtrami, poskytujeme ODM / OEM prispôsobené s... Zobraziť produkt →

Selektívne absorpčné sklenené filtre

Namiesto jednej hrany odstraňuje selektívny absorpčný filter definovaný pás vo vnútri spektra. Sklo absorbujúce teplo prenáša viditeľné svetlo a zároveň absorbuje blízke infračervené žiarenie, a preto je bežné v projekčných, osvetľovacích a zobrazovacích systémoch. Do rovnakej rodiny patrí tepelne izolačné filtračné sklo pre tepelný manažment, plus okuliare na korekciu farieb, kalibráciu vlnových dĺžok a UV absorbujúce okuliare pre analytické a fotografické aplikácie.

Výrobcovia vlastných izolačných filtračných skiel - Optický prvok Nantong Xiangyang Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. je čínsky výrobca izolačných filtračných skiel a spoločnosť, poskytujeme ODM / OEM prispôsobené s... Zobraziť produkt →

Filtre s neutrálnou hustotou

Ak je cieľom skôr útlm než výber vlnovej dĺžky, štandardným nástrojom je sklo s neutrálnou hustotou. ND filtre rovnomerne znižujú intenzitu svetla a umožňujú kamerám, spektrometrom a laserovým systémom pracovať v rámci ich lineárneho rozsahu odozvy bez zmeny vyváženia farieb. Sú špecifikované optickou hustotou, ktorá sa mapuje priamo na percento prepusteného svetla.

Polarizačné filtre

Nakoniec polarizačné filtre riadia skôr smer vektora elektrického poľa než spektrum. Sú nevyhnutné na zníženie oslnenia v strojovom videní, analýzu napätia v priehľadných častiach a zlepšenie kontrastu displejov. Prispôsobenie extinkčného pomeru, prenosu a rozsahu vlnových dĺžok k aplikácii je dôležitejšie ako akákoľvek jednotlivá špecifikácia; venovaná recenzia ako fungujú polarizačné filtre je dobrým východiskovým bodom.

Čítanie spektrálnej krivky: Čo robí skutočný filter

Žiadny optický filter nemá dokonale štvorcovú priepustnú hranu. Skutočné filtre zobrazujú prechodovú oblasť, kde sa priepustnosť postupne mení z blokovania na vysielanie. Pri dlhopriepustných filtroch s farebným sklom prechod zvyčajne pokrýva niekoľko desiatok nanometrov, zatiaľ čo interferenčné povlaky môžu dosiahnuť oveľa strmšie sklony. Schematické krivky nižšie zobrazujú reprezentatívne tvary pre hlavné typy filtrov.

Pri čítaní krivky sú dôležité tri detaily. Po prvé, medzná vlnová dĺžka - bod, kde dosahuje priepustnosť 50 % z maxima — definuje aktuálnu polohu filtra. Po druhé, sklon prechodu určuje, ako čisto filter oddeľuje dve vlnové dĺžky. Po tretie, vnútropásmová priepustnosť vám povie, koľko signálu váš systém stratí. Dobre vyrobený farebný sklenený filter by mal vykazovať vysokú, rovnomernú priepustnosť cez priepustné pásmo a žiadne sekundárne absorpčné vlastnosti.

Ako si vybrať správny optický filter

Vyberte si filter tak, že budete postupovať odzadu od optického problému a nie podľa katalógovej stránky. Začnite piatimi otázkami:

1. Ktoré vlnové dĺžky musia prejsť a ktoré musia byť blokované?
2. Koľko prenášaného signálu si môže systém dovoliť stratiť?
3. Aký uhol dopadu uvidí filter v konečnej montáži?
4. Akej teplote, vlhkosti a UV žiareniu bude čeliť?
5. Akú veľkosť, tvar a objem vlastne potrebujete?

Pri mnohých projektoch sa úprimné porovnanie týka absorpčného farebného skla a dielektrických povlakov. Radarová tabuľka nižšie ukazuje, kde každá technológia zvyčajne vyniká.

Optická hustota: Jednoduchá matematika za filtrami neutrálnej hustoty

Špecifikácie neutrálnej hustoty používajú optickú hustotu (OD), definovanú ako OD = log10(1/T) , kde T je prenášaný zlomok. Stupnica je logaritmická, takže každý krok 0,3 v OD znižuje prepustené svetlo na polovicu .

Vyššie uvedená tabuľka uvádza prenášané percento pre bežné hodnoty ND. Filter OD 0,9 prepúšťa cca 12,6 % dopadajúceho svetla a je častou voľbou na ochranu senzorov. Keď sú filtre naskladané, ich optická hustota sa pridáva: OD 0,6 plus OD 0,3 sa rovná OD 0,9. Táto vlastnosť robí filtračné sklo s neutrálnou hustotou vhodné pre laditeľný útlm za predpokladu, že kombinovaný prenos zostane nad úrovňou šumu detektora.

Výrobcovia vlastných neutrálnych šedých filtračných skiel - Nantong Xiangyang Optical Eleme Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. je čínsky výrobca neutrálnych šedých filtračných skiel a spoločnosť, poskytujeme ODM / OEM prispôsobené ... Zobraziť produkt →

Čo si overiť pred objednávkou

Výkon filtrácie závisí od výrobného procesu rovnako ako od zloženia skla. Pri hodnotení dodávateľa sú dôležité tri kontroly. Najprv si vyžiadajte nameranú krivku prenosu namiesto nominálneho údajového listu; skutočný okraj a prenos v pásme sú to, čo váš systém uvidí. Po druhé, potvrďte tolerancie hrúbky, priemeru a okraja; mechanické odchýlky ovplyvňujú montáž a povrchové chyby rozptyľujú svetlo. Po tretie, overte správanie vo vašom prostredí; teplota, vlhkosť a dlhodobé vystavenie UV žiareniu môžu zmeniť prenos v zle spracovanom skle.

Vo vnútri filtra z farebného skla: Ako funguje absorpcia

Izometrický diagram nižšie ukazuje, ako farebný sklenený filter spracováva lúč bieleho svetla. Sklenené teleso obsahuje dopujúce ióny rozpustené v tavenine. Fotóny, ktorých energia sa zhoduje s absorpčnými pásmi dopantu, sú zachytené vo vnútri materiálu a premenené na vibračnú energiu – v praxi teplo. Zvyšok spektra prechádza, pričom na povrchový odraz stráca len niekoľko percent.

Tento mechanizmus hromadnej absorpcie vysvetľuje, prečo farebné sklenené filtre nevykazujú posun vlnovej dĺžky závislý od uhla typický pre interferenčné povlaky. Znamená to tiež, že ich možno rezať, brúsiť a leštiť na obdĺžnikové okná, okrúhle platne alebo tvarované polotovary bez zmeny ich spektrálneho správania – čo je skutočná výhoda pre vlastnú optickú filtráciu.

Často kladené otázky o optickej filtrácii