Giải thích về lọc quang học: Các loại, quang phổ và cách chọn bộ lọc phù hợp

Lọc quang học là gì và tại sao nó lại quan trọng?

Một camera thị giác máy trên dây chuyền sản xuất bắt đầu đọc sai số bộ phận khi ánh nắng chiều tràn vào ống kính. Kính hiển vi huỳnh quang mất độ tương phản vì ánh sáng kích thích truyền vào kênh phát xạ. Cảm biến nhiệt độ bị lệch do ánh sáng nhìn thấy được hấp thụ sẽ làm nóng vỏ nhanh hơn phản ứng của phần tử cảm biến. Những hư hỏng này trông có vẻ không liên quan nhưng chúng có chung một nguyên nhân cốt lõi: các bước sóng không mong muốn truyền tới máy dò. Biện pháp khắc phục tiêu chuẩn là lọc quang học - việc lựa chọn có chủ ý các bước sóng đi qua một thành phần và bị chặn hoặc hấp thụ.

Lọc quang học được thực hiện theo hai cách vật lý khác nhau. Các bộ lọc giao thoa xếp chồng lên nhau hàng chục lớp điện môi mỏng để phản xạ các bước sóng đã chọn; chúng cung cấp các cạnh quang phổ sắc nét nhưng thay đổi theo góc tới. Ngược lại, các bộ lọc hấp thụ hoạt động bên trong kính. Các oxit kim loại và các chất pha tạp khác được hòa tan vào chất nóng chảy, do đó vật liệu hấp thụ các năng lượng photon cụ thể trong khi truyền các năng lượng khác. Bởi vì các chất hấp thụ được phân bố rộng rãi nên các bộ lọc thủy tinh màu luôn ổn định ở tần suất không bình thường, dưới nhiệt độ vừa phải và trong thời gian sử dụng lâu dài.

Bài viết này giải thích cách lọc quang học hoạt động trong thực tế, trong đó các bộ lọc thủy tinh màu hoạt động tốt hơn các lựa chọn thay thế được phủ và những điều cần xác minh trước khi bạn chỉ định bộ lọc cho hệ thống của mình.

Lọc quang học làm gì trong hệ thống thực

Lọc thực hiện bốn công việc thực tế trong hệ thống quang học:

Đối với các thiết bị công nghiệp, kính lọc cắt rời thường là lựa chọn hàng đầu vì chúng kết hợp mép chuyển tiếp ổn định với kết cấu đơn giản, chắc chắn. A Bộ lọc cắt tia cực tím chặn dải 100–400 nm khi truyền ánh sáng khả kiến; bộ lọc hấp thụ nhiệt thực hiện điều ngược lại bằng cách truyền ánh sáng khả kiến ​​và hấp thụ tia hồng ngoại. Cả hai đều là giải pháp hàng ngày về thị giác máy, ánh sáng, thiết bị đo đạc và thiết bị an toàn.

Bốn họ bộ lọc chính trong lọc quang học

Hiện có hàng trăm thiết kế bộ lọc, nhưng hầu hết nhu cầu về quang học công nghiệp đều thuộc bốn nhóm, được tóm tắt trong Bảng 1.

Bộ lọc kính cắt

Bộ lọc đường dài chặn các bước sóng ngắn hơn và truyền các bước sóng dài hơn; bộ lọc đường tắt thực hiện ngược lại. Thiết kế được xác định bởi bước sóng chuyển tiếp của nó. Một điển hình Bộ lọc kính cắt UV , ví dụ, triệt tiêu bức xạ dưới khoảng 380–400 nm trong khi truyền qua phổ khả kiến. Phạm vi sản xuất bao gồm kính cắt màu vàng-vàng, cam và đỏ với các vị trí chuyển tiếp trên toàn bộ dải nhìn thấy cũng như các phiên bản tia cực tím và hồng ngoại.

Các nhà sản xuất bộ lọc kính cắt UV tùy chỉnh - Bộ phận quang học Nantong Xiangyang Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. là một công ty và nhà sản xuất bộ lọc thủy tinh cắt tia UV của Trung Quốc, chúng tôi cung cấp các sản phẩm tùy chỉnh ODM/OEM... Xem sản phẩm →

Bộ lọc thủy tinh hấp thụ chọn lọc

Thay vì một cạnh duy nhất, bộ lọc hấp thụ chọn lọc sẽ loại bỏ một dải xác định bên trong quang phổ. Kính hấp thụ nhiệt truyền ánh sáng khả kiến ​​đồng thời hấp thụ bức xạ cận hồng ngoại, đó là lý do tại sao nó phổ biến trong các hệ thống chiếu, chiếu sáng và hiển thị. Cùng một gia đình bao gồm kính lọc cách nhiệt để quản lý nhiệt, cộng với kính hiệu chỉnh màu, hiệu chỉnh bước sóng và hấp thụ tia cực tím cho các ứng dụng phân tích và chụp ảnh.

Các nhà sản xuất kính lọc cách nhiệt tùy chỉnh - Bộ phận quang học Nam Thông Tương Dương Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. là một công ty và nhà sản xuất Kính lọc cách nhiệt Trung Quốc, chúng tôi cung cấp các sản phẩm tùy chỉnh ODM/OEM... Xem sản phẩm →

Bộ lọc mật độ trung tính

Khi mục tiêu là suy giảm thay vì lựa chọn bước sóng, kính mật độ trung tính là công cụ tiêu chuẩn. Bộ lọc ND giảm cường độ ánh sáng một cách đồng đều, cho phép máy ảnh, máy quang phổ và hệ thống laser hoạt động trong phạm vi phản hồi tuyến tính mà không làm thay đổi cân bằng màu. Chúng được xác định bằng mật độ quang học, ánh xạ trực tiếp tới phần trăm ánh sáng truyền qua.

Bộ lọc phân cực

Cuối cùng, các bộ lọc phân cực điều khiển hướng của vectơ điện trường thay vì quang phổ. Chúng rất cần thiết để giảm độ chói trong tầm nhìn của máy, phân tích ứng suất ở các bộ phận trong suốt và tăng cường độ tương phản trong màn hình. Việc kết hợp tỷ lệ tắt, đường truyền và phạm vi bước sóng với ứng dụng quan trọng hơn bất kỳ thông số kỹ thuật đơn lẻ nào; một đánh giá chuyên dụng của bộ lọc phân cực hoạt động như thế nào là một điểm khởi đầu tốt

Đọc đường cong quang phổ: Bộ lọc thực sự làm gì

Không có bộ lọc quang nào có cạnh truyền vuông góc hoàn hảo. Các bộ lọc thực hiển thị một vùng chuyển tiếp trong đó độ truyền qua thay đổi dần dần từ chặn sang truyền. Đối với các bộ lọc đường dài bằng kính màu, quá trình chuyển đổi thường kéo dài vài chục nanomet, trong khi lớp phủ giao thoa có thể đạt đến độ dốc lớn hơn nhiều. Các đường cong sơ đồ bên dưới hiển thị các hình dạng đại diện cho các loại bộ lọc chính.

Ba chi tiết quan trọng khi bạn đọc một đường cong. Đầu tiên, bước sóng cắt - điểm mà độ truyền qua đạt tới 50% tối đa - xác định vị trí thực tế của bộ lọc. Thứ hai, độ dốc chuyển tiếp xác định mức độ tách biệt giữa hai bước sóng của bộ lọc. Thứ ba, độ truyền trong băng tần cho bạn biết hệ thống của bạn mất bao nhiêu tín hiệu. Một bộ lọc thủy tinh màu được chế tạo tốt sẽ có độ truyền cao, đồng đều trên dải thông và không có đặc tính hấp thụ thứ cấp.

Cách chọn bộ lọc quang phù hợp

Chọn bộ lọc bằng cách xử lý ngược từ vấn đề quang học thay vì từ trang danh mục. Bắt đầu với năm câu hỏi:

1. Bước sóng nào phải đi qua và bước sóng nào phải bị chặn?
2. Hệ thống có thể mất bao nhiêu tín hiệu được truyền đi?
3. Bộ lọc sẽ nhìn thấy góc tới nào trong quá trình lắp ráp cuối cùng?
4. Nó sẽ phải đối mặt với nhiệt độ, độ ẩm và mức độ tiếp xúc với tia cực tím như thế nào?
5. Bạn thực sự cần kích thước, hình dạng và khối lượng như thế nào?

Đối với nhiều dự án, sự so sánh trung thực là giữa kính màu hấp thụ và lớp phủ điện môi. Biểu đồ radar bên dưới cho thấy mỗi công nghệ thường vượt trội ở đâu.

Mật độ quang học: Phép toán đơn giản đằng sau bộ lọc mật độ trung tính

Thông số mật độ trung tính sử dụng mật độ quang (OD), được định nghĩa là OD = log10(1/T) , trong đó T là phần được truyền. Thang đo là logarit, vì vậy mỗi bước của 0,3 in OD giảm một nửa ánh sáng truyền qua .

Biểu đồ trên đưa ra tỷ lệ phần trăm được truyền cho các giá trị ND phổ biến. Bộ lọc OD 0.9 truyền khoảng 12,6% của ánh sáng tới và là lựa chọn thường xuyên để bảo vệ cảm biến. Khi các bộ lọc được xếp chồng lên nhau, mật độ quang học của chúng cộng thêm: OD 0,6 cộng với OD 0,3 bằng OD 0,9. Tài sản đó làm cho kính lọc mật độ trung tính thuận tiện cho việc điều chỉnh suy giảm, miễn là việc truyền kết hợp vẫn ở trên mức nhiễu của máy dò.

Các nhà sản xuất kính lọc màu xám trung tính tùy chỉnh - Bộ phận quang học Nam Thông Tương Dương Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. là một công ty và nhà sản xuất Kính lọc màu xám trung tính của Trung Quốc, chúng tôi cung cấp các sản phẩm tùy chỉnh... Xem sản phẩm →

Những điều cần xác minh trước khi bạn đặt hàng

Hiệu suất lọc phụ thuộc vào quá trình sản xuất cũng như công thức thủy tinh. Ba bước kiểm tra quan trọng khi đánh giá một nhà cung cấp. Đầu tiên, hãy yêu cầu đường truyền đo được thay vì bảng dữ liệu danh nghĩa; vị trí cạnh thực và truyền trong băng tần là những gì hệ thống của bạn sẽ thấy. Thứ hai, xác nhận dung sai về độ dày, đường kính và độ hoàn thiện của cạnh; độ lệch cơ học ảnh hưởng đến việc lắp đặt và các khuyết tật bề mặt làm tán xạ ánh sáng. Thứ ba, xác minh hành vi trong môi trường của bạn; nhiệt độ, độ ẩm và sự tiếp xúc với tia cực tím trong thời gian dài đều có thể làm thay đổi khả năng truyền qua của kính được xử lý kém.

Bên trong bộ lọc kính màu: Quá trình hấp thụ hoạt động như thế nào

Biểu đồ đẳng cự bên dưới cho thấy cách bộ lọc thủy tinh màu xử lý chùm ánh sáng trắng. Thân thủy tinh chứa các ion tạp chất hòa tan trong chất tan chảy. Các photon có năng lượng phù hợp với dải hấp thụ dopant được giữ lại bên trong vật liệu và chuyển thành năng lượng dao động – theo thuật ngữ thực tế là nhiệt. Phần còn lại của quang phổ đi qua, chỉ mất đi một vài phần trăm do phản xạ bề mặt.

Cơ chế hấp thụ khối này giải thích tại sao các bộ lọc thủy tinh màu không thể hiện sự dịch chuyển bước sóng phụ thuộc góc điển hình của các lớp phủ giao thoa. Điều đó cũng có nghĩa là chúng có thể được cắt, mài và đánh bóng thành các cửa sổ hình chữ nhật, tấm tròn hoặc các phôi có hình dạng mà không làm thay đổi hành vi quang phổ của chúng — một lợi thế thực sự cho quá trình lọc quang học tùy chỉnh.

Câu hỏi thường gặp về lọc quang học