Vysvětlení optické filtrace: Typy, spektra a jak vybrat správný filtr

Co je to optická filtrace a proč na ní záleží?

Kamera se strojovým viděním na výrobní lince začne špatně číst čísla dílů, když čočku zalije odpolední sluneční světlo. Fluorescenční mikroskop ztrácí kontrast, protože excitační světlo proniká do emisního kanálu. Teplotní snímač se posunuje, protože absorbované viditelné světlo ohřívá pouzdro rychleji, než reaguje snímací prvek. Tyto poruchy se zdají nesouvisející, ale sdílejí jednu hlavní příčinu: nežádoucí vlnové délky dosahující detektoru. Standardním prostředkem je optická filtrace — záměrný výběr vlnových délek, které komponentou procházejí a které jsou blokovány nebo absorbovány.

Optická filtrace je realizována dvěma fyzicky odlišnými způsoby. Interferenční filtry skládají desítky tenkých dielektrických vrstev, aby odrážely zvolené vlnové délky; nabízejí ostré spektrální hrany, ale posouvají se s úhlem dopadu. Absorpční filtry naopak pracují uvnitř samotného skla. Oxidy kovů a další příměsi jsou rozpuštěny v tavenině, takže materiál absorbuje specifické fotonové energie, zatímco jiné přenáší. Vzhledem k tomu, že absorbující látky jsou distribuovány v celém objemu, barevné skleněné filtry zůstávají stabilní při nenormálním dopadu, při mírné teplotě a po dlouhou životnost.

Tento článek vysvětluje, jak funguje optická filtrace v praxi, kde filtry z barevného skla překonávají alternativy s povlakem a co je třeba ověřit, než pro svůj systém určíte filtr.

Co dělá optická filtrace v reálném systému

Filtrace provádí čtyři praktické úlohy v optickém systému:

Pro průmyslová zařízení jsou často první volbou odříznuté skleněné filtry, protože kombinují stabilní přechodovou hranu s jednoduchou, robustní konstrukcí. A UV cut-off filtr blokuje pásmo 100–400 nm při průchodu viditelného světla; filtr pohlcující teplo dělá opak tím, že propouští viditelné světlo a absorbuje infračervené. Oba jsou každodenními řešeními v oblasti strojového vidění, osvětlení, přístrojového vybavení a bezpečnostního vybavení.

Čtyři hlavní rodiny filtrů v optické filtraci

Existují stovky návrhů filtrů, ale největší poptávka po průmyslové optice spadá do čtyř skupin, které jsou shrnuty v tabulce 1.

Odříznuté skleněné filtry

Longpass filtr blokuje kratší vlnové délky a propouští delší; krátký propust dělá opak. Design je definován jeho přechodovou vlnovou délkou. Typické Skleněný filtr s UV filtrem , například potlačuje záření pod zhruba 380–400 nm, zatímco prochází viditelným spektrem. Výrobní řady zahrnují zlatožlutá, oranžová a červená skla s odřezáváním s přechodovými polohami v celém viditelném pásmu a také ultrafialové a infračervené verze.

Vlastní UV cut-off skleněný filtr Výrobci - Nantong Xiangyang Optical Element Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. je čínský výrobce a společnost s UV cut-off skleněnými filtry, poskytujeme ODM/OEM přizpůsobené s... Zobrazit produkt →

Selektivní absorpční skleněné filtry

Místo jedné hrany odstraňuje selektivní absorpční filtr definovaný pás uvnitř spektra. Sklo pohlcující teplo propouští viditelné světlo a zároveň absorbuje blízké infračervené záření, proto je běžné v projekčních, osvětlovacích a zobrazovacích systémech. Do stejné rodiny patří tepelně izolační filtrační sklo pro tepelný management, plus brýle pro korekci barev, kalibraci vlnové délky a UV-viditelné absorbující brýle pro analytické a fotografické aplikace.

Zakázkoví výrobci izolačního filtračního skla - Optický prvek Nantong Xiangyang Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. je čínský výrobce izolačního filtračního skla a společnost, poskytujeme ODM / OEM přizpůsobené s... Zobrazit produkt →

Filtry s neutrální hustotou

Pokud je cílem spíše útlum než výběr vlnové délky, je standardním nástrojem sklo s neutrální hustotou. ND filtry rovnoměrně snižují intenzitu světla a umožňují kamerám, spektrometrům a laserovým systémům pracovat v rámci jejich lineárního rozsahu odezvy bez posunu vyvážení barev. Jsou specifikovány optickou hustotou, která se mapuje přímo na procento procházejícího světla.

Polarizační filtry

Nakonec polarizační filtry řídí směr vektoru elektrického pole spíše než spektrum. Jsou nezbytné pro snížení oslnění ve strojovém vidění, analýzu napětí v průhledných částech a zvýšení kontrastu na displejích. Přizpůsobení extinkčního poměru, přenosu a rozsahu vlnových délek dané aplikaci je důležitější než jakákoliv jednotlivá specifikace; specializovaná recenze jak fungují polarizační filtry je dobrým výchozím bodem.

Čtení spektrální křivky: Co dělá skutečný filtr

Žádný optický filtr nemá dokonale čtvercovou propustnou hranu. Reálné filtry ukazují přechodovou oblast, kde se propustnost postupně mění od blokování k vysílání. U barevných skleněných dlouhých propustných filtrů přechod obvykle zabírá několik desítek nanometrů, zatímco interferenční povlaky mohou dosáhnout mnohem strmějších sklonů. Níže uvedené schematické křivky ukazují reprezentativní tvary pro hlavní typy filtrů.

Při čtení křivky záleží na třech detailech. Za prvé, mezní vlnová délka — bod, kde dosahuje propustnost 50 % z maxima — definuje skutečnou polohu filtru. Za druhé, sklon přechodu určuje, jak čistě filtr odděluje dvě vlnové délky. Za třetí, vnitropásmová propustnost vám říká, kolik signálu váš systém ztrácí. Dobře vyrobený filtr z barevného skla by měl vykazovat vysokou, rovnoměrnou propustnost napříč propustným pásmem a žádné sekundární absorpční vlastnosti.

Jak vybrat správný optický filtr

Vyberte filtr zpětným postupem od optického problému spíše než ze stránky katalogu. Začněte pěti otázkami:

1. Které vlnové délky musí projít a které musí být blokovány?
2. Kolik přenášeného signálu si může systém dovolit ztratit?
3. Jaký úhel dopadu uvidí filtr v konečné montáži?
4. Jaké teplotě, vlhkosti a UV záření bude čelit?
5. Jakou velikost, tvar a objem vlastně potřebujete?

U mnoha projektů se poctivé srovnání týká absorpčního barevného skla versus dielektrické povlaky. Radarová tabulka níže ukazuje, kde každá technologie obvykle vyniká.

Optická hustota: Jednoduchá matematika za filtry neutrální hustoty

Specifikace neutrální hustoty používají optickou hustotu (OD), definovanou jako OD = log10(1/T) , kde T je přenášený zlomek. Stupnice je logaritmická, takže každý krok 0,3 v OD snižuje procházející světlo na polovinu .

Výše uvedený graf uvádí přenášené procento pro běžné hodnoty ND. Filtr OD 0,9 propouští cca 12,6 % dopadajícího světla a je častou volbou pro ochranu senzorů. Když jsou filtry naskládány, jejich optické hustoty se sčítají: OD 0,6 plus OD 0,3 se rovná OD 0,9. Tato vlastnost dělá filtrační sklo neutrální hustoty vhodné pro laditelný útlum za předpokladu, že kombinovaný přenos zůstane nad úrovní šumu detektoru.

Výrobci filtračních skel na zakázku – Nantong Xiangyang Optical Eleme Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. je čínský výrobce neutrálního šedého filtračního skla a společnost, poskytujeme ODM / OEM přizpůsobené ... Zobrazit produkt →

Co si ověřit před objednávkou

Výkon filtrace závisí na výrobním procesu stejně jako na složení skla. Při hodnocení dodavatele jsou důležité tři kontroly. Nejprve si vyžádejte naměřenou křivku přenosu spíše než nominální datový list; skutečný okraj a přenos v pásmu jsou tím, co váš systém uvidí. Za druhé, ověřte tolerance tloušťky, průměru a okraje; mechanické odchylky ovlivňují montáž a povrchové vady rozptylují světlo. Za třetí, ověřte chování ve vašem prostředí; teplota, vlhkost a dlouhodobé vystavení UV záření mohou změnit propustnost ve špatně zpracovaném skle.

Uvnitř filtru z barevného skla: Jak funguje absorpce

Níže uvedený izometrický diagram ukazuje, jak barevný skleněný filtr zachází s paprskem bílého světla. Skleněné těleso obsahuje dopující ionty rozpuštěné v tavenině. Fotony, jejichž energie odpovídá absorpčním pásům dopantu, jsou zachyceny uvnitř materiálu a přeměněny na vibrační energii – v praxi teplo. Zbytek spektra prochází, ztrácí jen několik procent na povrchový odraz.

Tento mechanismus hromadné absorpce vysvětluje, proč barevné skleněné filtry nevykazují úhlově závislý posun vlnové délky typický pro interferenční povlaky. To také znamená, že je lze řezat, brousit a leštit do obdélníkových oken, kulatých desek nebo tvarovaných polotovarů, aniž by se změnilo jejich spektrální chování – skutečná výhoda pro vlastní optickou filtraci.

Často kladené otázky o optické filtraci