توضیح فیلتر نوری: انواع، طیف و نحوه انتخاب فیلتر مناسب

فیلتر نوری چیست و چرا اهمیت دارد؟

هنگامی که نور خورشید بعد از ظهر به لنز می رسد، یک دوربین بینایی ماشین در خط تولید شروع به اشتباه خواندن شماره قطعات می کند. یک میکروسکوپ فلورسانس کنتراست را از دست می دهد زیرا نور تحریک به کانال انتشار می رسد. یک سنسور دما جابجا می شود زیرا نور مرئی جذب شده سریعتر از واکنش عنصر حسگر محفظه را گرم می کند. این خرابی‌ها نامرتبط به نظر می‌رسند، اما یک علت مشترک دارند: رسیدن طول موج‌های ناخواسته به آشکارساز. راه حل استاندارد، فیلتراسیون نوری است - انتخاب عمدی طول موج هایی که از یک جزء عبور می کنند و کدامیک مسدود یا جذب می شوند.

فیلتراسیون نوری به دو روش فیزیکی متفاوت اجرا می شود. فیلترهای تداخل ده ها لایه دی الکتریک نازک را روی هم می چینند تا طول موج های انتخاب شده را منعکس کنند. آنها لبه های طیفی تیز ارائه می دهند اما با زاویه تابش تغییر می کنند. در مقابل، فیلترهای جذبی درون خود شیشه کار می کنند. اکسیدهای فلزی و سایر مواد ناخالص در مذاب حل می‌شوند، بنابراین مواد انرژی‌های فوتون خاصی را در حین انتقال انرژی‌های دیگر جذب می‌کنند. از آنجایی که گونه‌های جذب‌کننده از طریق توده توزیع می‌شوند، فیلترهای شیشه‌ای رنگی در شرایط غیرعادی، در دمای متوسط ​​و در طول عمر طولانی پایدار می‌مانند.

این مقاله توضیح می‌دهد که فیلتر نوری در عمل چگونه کار می‌کند، جایی که فیلترهای شیشه‌ای رنگی بهتر از جایگزین‌های پوشش‌داده‌شده عمل می‌کنند، و قبل از اینکه فیلتری برای سیستم خود تعیین کنید، چه مواردی را باید تأیید کنید.

آنچه که فیلتر نوری در یک سیستم واقعی انجام می دهد

فیلتراسیون چهار کار عملی را در یک سیستم نوری انجام می دهد:

برای تجهیزات صنعتی، فیلترهای شیشه ای برش اغلب اولین انتخاب هستند زیرا لبه انتقال پایدار را با ساختار ساده و ناهموار ترکیب می کنند. الف فیلتر قطع کننده UV باند 100-400 نانومتر را در حین عبور نور مرئی مسدود می کند. یک فیلتر جاذب گرما با انتقال نور مرئی و جذب مادون قرمز برعکس عمل می کند. هر دو راه حل های روزمره در بینایی ماشین، روشنایی، ابزار دقیق و تجهیزات ایمنی هستند.

چهار خانواده فیلتر اصلی در فیلتراسیون نوری

صدها طرح فیلتر وجود دارد، اما بیشترین تقاضا در اپتیک صنعتی به چهار خانواده تقسیم می شود که در جدول 1 خلاصه شده است.

فیلترهای شیشه ای برش

یک فیلتر طولانی گذر، طول موج های کوتاه تر را مسدود می کند و طول موج های بلندتر را ارسال می کند. یک فیلتر کوتاه برعکس عمل می کند. طراحی با طول موج انتقال آن تعریف می شود. معمولی فیلتر شیشه ای برش UV به عنوان مثال، در حین عبور از طیف مرئی، تابش را در زیر حدود 380 تا 400 نانومتر سرکوب می کند. محدوده‌های تولید شامل شیشه‌های برش طلایی-زرد، نارنجی و قرمز با موقعیت‌های انتقال در سراسر نوار مرئی، و همچنین نسخه‌های فرابنفش و مادون قرمز است.

تولیدکنندگان فیلتر شیشه ای برش UV سفارشی - Nantong Xiangyang Optical Element شرکت Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. یک شرکت و تولید کننده فیلتر شیشه ای برش UV در چین است، ما ODM/OEM سفارشی سازی شده را ارائه می دهیم. مشاهده محصول →

فیلترهای شیشه ای جذبی انتخابی

به جای یک لبه، یک فیلتر جذب انتخابی یک باند تعریف شده در داخل طیف را حذف می کند. شیشه جاذب گرما، نور مرئی را در حالی که تابش مادون قرمز نزدیک را جذب می کند، منتقل می کند، به همین دلیل است که در سیستم های پروجکشن، نورپردازی و نمایش رایج است. همین خانواده شامل شیشه فیلتر عایق حرارت برای مدیریت حرارتی، به‌علاوه عینک‌های تصحیح رنگ، کالیبراسیون طول موج، و شیشه‌های جاذب مرئی UV برای کاربردهای تحلیلی و عکاسی.

تولید کنندگان شیشه فیلتر عایق سفارشی - عنصر نوری Nantong Xiangyang شرکت Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. یک تولید کننده و شرکت شیشه فیلتر عایق چین است، ما ODM/OEM سفارشی سازی شده را ارائه می دهیم. مشاهده محصول →

فیلترهای چگالی خنثی

هنگامی که هدف به جای انتخاب طول موج تضعیف است، شیشه با چگالی خنثی ابزار استاندارد است. فیلترهای ND شدت نور را به طور یکنواخت کاهش می‌دهند و به دوربین‌ها، طیف‌سنج‌ها و سیستم‌های لیزری اجازه می‌دهند در محدوده پاسخ خطی خود بدون تغییر تعادل رنگ عمل کنند. آنها با چگالی نوری مشخص می شوند که مستقیماً به درصد نور عبوری نگاشت می شود.

فیلترهای پلاریزه

در نهایت، فیلترهای پلاریزه، جهت بردار میدان الکتریکی را به جای طیف کنترل می کنند. آنها برای کاهش تابش نور در بینایی ماشین، تجزیه و تحلیل استرس در قطعات شفاف و افزایش کنتراست در نمایشگرها ضروری هستند. تطبیق نسبت انقراض، انتقال و محدوده طول موج با کاربرد، بیش از هر مشخصات واحدی اهمیت دارد. بررسی اختصاصی از چگونه فیلترهای پلاریزه کار می کنند نقطه شروع خوبی است

خواندن منحنی طیفی: یک فیلتر واقعی چه می کند

هیچ فیلتر نوری لبه انتقال کاملا مربعی ندارد. فیلترهای واقعی یک منطقه انتقال را نشان می دهند که در آن انتقال به تدریج از مسدود کردن به انتقال تغییر می کند. برای فیلترهای شیشه‌ای رنگی، این انتقال معمولاً چند ده نانومتر است، در حالی که پوشش‌های تداخلی می‌توانند به شیب‌های بسیار تندتری برسند. منحنی های شماتیک زیر، اشکال معرف انواع فیلترهای اصلی را نشان می دهد.

وقتی یک منحنی را می خوانید سه جزئیات مهم است. اول، طول موج قطع - نقطه ای که انتقال به آن می رسد 50% حداکثر - موقعیت واقعی فیلتر را مشخص می کند. دوم، شیب انتقال تعیین می‌کند که فیلتر چقدر دو طول موج را تمیز می‌کند. سوم، انتقال درون باند به شما می گوید که سیستم شما چقدر سیگنال از دست می دهد. یک فیلتر شیشه ای رنگی خوش ساخت باید انتقال بالا و یکنواخت را در سراسر باند عبور نشان دهد و هیچ ویژگی جذب ثانویه ای نداشته باشد.

نحوه انتخاب فیلتر نوری مناسب

یک فیلتر را با کار کردن به عقب از مشکل نوری به جای صفحه کاتالوگ انتخاب کنید. با پنج سوال شروع کنید:

1. کدام طول موج باید عبور کند و کدام باید مسدود شود؟
2. سیستم چقدر سیگنال ارسالی را می تواند از دست بدهد؟
3. فیلتر در مونتاژ نهایی چه زاویه برخوردی را خواهد دید؟
4. با چه دما، رطوبت و قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش مواجه خواهد شد؟
5. در واقع به چه اندازه، شکل و حجمی نیاز دارید؟

برای بسیاری از پروژه ها، مقایسه صادقانه به شیشه رنگی جذبی در مقابل پوشش دی الکتریک ختم می شود. نمودار رادار زیر نشان می دهد که هر فناوری معمولاً کجا برتر است.

چگالی نوری: ریاضیات ساده پشت فیلترهای چگالی خنثی

مشخصات چگالی خنثی از چگالی نوری (OD) استفاده می کند که به صورت تعریف شده است OD = log10 (1/T) ، که در آن T کسر ارسال شده است. مقیاس لگاریتمی است، بنابراین هر مرحله از 0.3 در OD نور عبوری را به نصف کاهش می دهد .

نمودار بالا درصد ارسال شده برای مقادیر رایج ND را نشان می دهد. یک فیلتر OD 0.9 در مورد 12.6٪ نور فرودی است و یک انتخاب مکرر برای محافظت از سنسور است. وقتی فیلترها روی هم قرار می گیرند، چگالی نوری آنها اضافه می شود: OD 0.6 به اضافه OD 0.3 برابر OD 0.9 است. آن ملک می سازد شیشه فیلتر چگالی خنثی برای تضعیف قابل تنظیم مناسب است، مشروط بر اینکه انتقال ترکیبی بالای کف سر و صدای آشکارساز باقی بماند.

تولیدکنندگان شیشه فیلتر خاکستری سفارشی - Nantong Xiangyang Optical Eleme شرکت Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. یک تولید کننده و شرکت شیشه فیلتر خاکستری خنثی چین است، ما ODM/OEM سفارشی ارائه می دهیم... مشاهده محصول →

قبل از سفارش چه چیزی را تأیید کنید

عملکرد فیلتراسیون به همان اندازه که به فرمول شیشه بستگی دارد به فرآیند تولید نیز بستگی دارد. هنگام ارزیابی تامین کننده، سه چک مهم است. ابتدا، یک منحنی انتقال اندازه گیری شده به جای یک برگه داده اسمی درخواست کنید. موقعیت لبه واقعی و انتقال درون باند چیزی است که سیستم شما خواهد دید. دوم، ضخامت، قطر و تلورانس‌های پایان لبه را تأیید کنید. انحرافات مکانیکی بر نصب تأثیر می گذارد و نقص سطح نور را پراکنده می کند. سوم، بررسی رفتار در محیط خود. دما، رطوبت و قرار گرفتن طولانی مدت در معرض اشعه ماوراء بنفش همگی می توانند انتقال را در شیشه های بد پردازش شده تغییر دهند.

داخل فیلتر شیشه ای رنگی: نحوه جذب

نمودار ایزومتریک زیر نشان می دهد که چگونه یک فیلتر شیشه ای رنگی با پرتوی از نور سفید برخورد می کند. بدنه شیشه ای حاوی یون های ناخالص حل شده در مذاب است. فوتون‌هایی که انرژی آنها با نوارهای جذب ناخالصی مطابقت دارد، در داخل ماده جذب شده و به انرژی ارتعاشی تبدیل می‌شوند - در عمل، گرما. بقیه طیف از آن عبور می کند و تنها چند درصد از بازتاب سطحی را از دست می دهد.

این مکانیسم جذب حجیم توضیح می‌دهد که چرا فیلترهای شیشه‌ای رنگی تغییر طول موج وابسته به زاویه معمولی پوشش‌های تداخلی را نشان نمی‌دهند. همچنین به این معنی است که می‌توان آن‌ها را بدون تغییر رفتار طیفی به پنجره‌های مستطیلی، صفحات گرد، یا صفحات شکلی برش داد، آسیاب کرد و صیقل داد – یک مزیت واقعی برای فیلتراسیون نوری سفارشی.

سوالات متداول در مورد فیلتر نوری