Optik filtre - Optical filter

Yığılmış Cokin filtre kutuları

Bir optik filtre seçici bir cihazdır iletir ışık farklı dalga boylarında , genellikle bir cam düzlemine ya da uygulanan plastik cihazın optik yol ya da vardır, boyalı toplu olarak veya sahip parazit kaplamaları. Optik özellikleri filtreler tamamen kendi tarif edilmektedir frekans yanıtı , gelen sinyalin IN her frekans bileşeninin büyüklüğü ve faz filtre ile modifiye nasıl belirler.

Filtreler çoğunlukla iki kategoriden birine aittir. Fiziksel olarak en basiti, emici filtredir; o zaman girişim veya dikroik filtreler vardır . Optik görüntüleme için birçok optik filtre kullanılır ve şeffaf olarak üretilir ; ışık kaynakları için kullanılan bazıları yarı saydam olabilir .

Optik filtreler, ışığı belirli bir dalga boyu aralığında , yani renkleri seçici olarak iletirken , kalanını emer. Genellikle yalnızca uzun dalga boylarını (uzun geçiş), yalnızca kısa dalga boylarını (kısa geçiş) veya hem daha uzun hem de daha kısa dalga boylarını (bant geçişi) bloke eden bir dalga boyu bandını geçebilirler. Geçiş bandı daha dar veya daha geniş olabilir; maksimum ve minimum aktarım arasındaki geçiş veya kesinti keskin veya kademeli olabilir. Daha karmaşık iletim karakteristiğine sahip filtreler vardır, örneğin tek bir bant yerine iki tepe noktası; bunlar genellikle fotoğrafçılık için geleneksel olarak kullanılan eski tasarımlardır; bilimsel ve teknik çalışmalar için daha düzenli özelliklere sahip filtreler kullanılır.

Optik filtreler, fotoğrafçılıkta (soğurucu filtrelerin yanı sıra bazı özel efekt filtrelerinin zaman zaman kullanıldığı yerlerde), birçok optik alette ve sahne aydınlatmasını renklendirmek için yaygın olarak kullanılır . Gelen astronomi optik filtreler film veya sensörler etkiler ve istenilen kızılötesi alt edebilecek görünür ışık olmaksızın enfraruj radyasyon çalışma, örneğin ilgi konusu bir spektral bantta geçirilir ışık sınırlamak için kullanılır. Optik filtreler, floresan mikroskopisi ve floresan spektroskopisi gibi floresan uygulamalarında da gereklidir .

Fotoğraf filtreleri , optik filtrelerin özel bir durumudur ve buradaki malzemenin çoğu geçerlidir. Fotoğraf filtreleri , bilimsel çalışma için tasarlanmış filtrelerin hassas bir şekilde kontrol edilen optik özelliklerine ve kesin olarak tanımlanmış iletim eğrilerine ihtiyaç duymazlar ve birçok laboratuvar filtresinden daha düşük fiyatlarla daha büyük miktarlarda satarlar. Yıldız efekti filtreleri gibi bazı fotoğrafik efekt filtreleri bilimsel çalışmayla ilgili değildir.

Ölçüm

Genel olarak, belirli bir optik filtre, dalga boyu değiştikçe gelen ışığın belirli bir yüzdesini iletir. Bu bir spektrofotometre ile ölçülür . Doğrusal bir malzeme olarak, her bir dalga boyu için absorpsiyon, diğer dalga boylarının varlığından bağımsızdır. Çok az malzeme doğrusal değildir ve geçirgenlik , gelen ışığın yoğunluğuna ve dalga boylarının kombinasyonuna bağlıdır. Şeffaf floresan malzemeler, ile, bir optik filtre olarak çalışabilir emme bir şekilde, aynı zamanda spektrumu ve ışık kaynağı , bir ile emisyon spektrumu .

Ayrıca genel olarak iletilmeyen ışık emilir ; Filtrenin önemli ölçüde ısınmasına neden olabilecek yoğun ışık için. Bununla birlikte, optik soğurma terimi, zayıflatıldığı mekanizmadan bağımsız olarak, gelen ışığın zayıflamasını ifade eder . Aynalar , girişim filtreleri veya metal ağlar gibi bazı filtreler, iletilmeyen ışığın çoğunu yansıtır veya dağıtır .

Belirli bir ışık dalga boyunda bir filtrenin ( boyutsuz ) Optik Yoğunluğu şu şekilde tanımlanır:

burada T, filtrenin bu dalga boyunda (boyutsuz) geçirgenliğidir .

emici

Optik filtreleme ilk olarak sıvı dolu, cam duvarlı hücrelerle yapıldı; hala özel amaçlar için kullanılıyorlar. En geniş renk seçimi yelpazesi, orijinal olarak hayvan jelatinden yapılmış, ancak şimdi genellikle uygulamaya bağlı olarak asetat , akrilik , polikarbonat veya polyester gibi bir termoplastikten yapılmış renkli film filtreleri olarak mevcuttur . 20. yüzyılın başlarında Wratten tarafından fotoğrafik kullanım için ve ayrıca tiyatro kullanımı için renkli jel üreticileri tarafından standartlaştırıldılar .

Artık , çeşitli inorganik veya organik bileşiklerin eklendiği camdan yapılmış birçok emici filtre var. Renkli cam optik filtreler, hassas geçirgenlik spesifikasyonlarını yapmak daha zor olsa da, üretildikten sonra daha dayanıklı ve kararlıdır.

dikroik filtre

Alternatif olarak, dikroik filtreler ("yansıtıcı" veya "ince film" veya "parazit" filtreler olarak da adlandırılır), bir cam substratı bir dizi optik kaplama ile kaplayarak yapılabilir . Dikroik filtreler genellikle ışığın istenmeyen kısmını yansıtır ve geri kalanını iletir.

Dikroik filtreler girişim ilkesini kullanır . Katmanları, istenen dalga boylarında rezonansa giren sıralı bir dizi yansıtıcı boşluk oluşturur. Diğer dalga boyları, dalgaların tepeleri ve çukurları üst üste bindikçe yıkıcı bir şekilde iptal edilir veya yansıtılır.

Dikroik filtreler, kesin renk aralıkları kaplamaların kalınlığı ve sırası ile kontrol edilebildiğinden, hassas bilimsel çalışmalar için özellikle uygundur. Genellikle absorpsiyon filtrelerinden çok daha pahalı ve hassastırlar.

Bir ışık demetini farklı renkli bileşenlere ayırmak için bir kameranın dikroik prizması gibi cihazlarda kullanılabilirler .

Bu tipteki temel bilimsel alet bir Fabry-Pérot interferometresidir . Bir rezonans boşluğu oluşturmak için iki ayna kullanır. Boşluğun rezonans frekansının katı olan dalga boylarını geçer.

Etalonlar başka bir varyasyondur: cilalı uçları belirli dalga boylarıyla rezonansa girecek şekilde ayarlanmış aynalar oluşturan şeffaf küpler veya lifler. Bunlar genellikle uzun mesafeli optik fiberlerde dalga boyu bölmeli çoğullamayı kullanan telekomünikasyon ağlarındaki kanalları ayırmak için kullanılır .

tek renkli

Monokromatik filtreler, yalnızca dar bir dalga boyu aralığının (esas olarak tek bir renk) geçmesine izin verir.

Kızılötesi

"Kızılötesi filtre" terimi, kızılötesi geçmek (diğer dalga boylarını bloke etmek) veya kızılötesini engellemek (yalnızca) için filtrelere uygulanabileceğinden belirsiz olabilir.

Kızılötesi geçiş filtreleri, görünür ışığı engellemek, ancak kızılötesini geçmek için kullanılır; örneğin kızılötesi fotoğrafçılıkta kullanılırlar .

Kızılötesi kesme filtreleri , kızılötesi dalga boylarını bloke etmek veya yansıtmak, ancak görünür ışığı geçmek için tasarlanmıştır . Orta kızılötesi filtreler, kızılötesi radyasyon nedeniyle istenmeyen ısınmayı önlemek için genellikle parlak akkor ampullü cihazlarda ( slayt ve tepegöz projektörleri gibi) ısı emici filtreler olarak kullanılır . Ayrıca, birçok kamera sensörünün istenmeyen yakın kızılötesi ışığa karşı yüksek hassasiyeti nedeniyle IR'yi engellemek için katı hal video kameralarda kullanılan filtreler de vardır .

ultraviyole

Ultraviyole (UV) filtreleri ultraviyole radyasyonu engeller, ancak görünür ışığın geçmesine izin verir. Fotoğraf filmi ve dijital sensörler ultraviyoleye duyarlı olduğundan (ki bu ışıkta bol miktarda bulunur), ancak insan gözü değildir, bu tür bir ışık filtrelenmediği takdirde, fotoğrafların sahneden farklı görünmesini sağlar, örneğin uzak mesafelerin görüntülerini yapmak gibi. dağlar doğal olmayan bir şekilde puslu görünür. Ultraviyole engelleme filtresi, görüntüleri sahnenin görsel görünümüne daha yakın hale getirir.

Kızılötesi filtrelerde olduğu gibi, UV engelleme ve UV geçirme filtreleri arasında potansiyel bir belirsizlik vardır; ikincisi çok daha az yaygındır ve daha genel olarak açıkça UV geçiren filtreler ve UV bant geçiren filtreler olarak bilinir.

Nötr yoğunluk

Nötr yoğunluk (ND) filtreleri , görünür dalga boyları aralığında sabit bir zayıflamaya sahiptir ve ışığın bir kısmını yansıtarak veya emerek yoğunluğunu azaltmak için kullanılır. Bunlar tarafından belirtilen optik yoğunluk negatif olan filtre (OD) ortak logaritma bir aktarma katsayısı . Fotoğrafik pozları daha uzun yapmak için kullanışlıdırlar. Pratik bir örnek, parlak ışıkta fotoğraflandığında bir şelalenin bulanık görünmesini sağlamaktır. Alternatif olarak, fotoğrafçı daha büyük bir diyafram kullanmak isteyebilir (alan derinliğini sınırlamak için ); bir ND filtresi eklemek buna izin verir. ND filtreleri yansıtıcı (bu durumda kısmen yansıtıcı aynalar gibi görünürler) veya emici (gri veya siyah görünen) olabilir.

uzun geçit

Uzun geçişli (LP) Filtre, daha kısa dalga boylarını azaltan ve daha uzun dalga boylarını hedef spektrumun aktif aralığı (ultraviyole, görünür veya kızılötesi) üzerinden ileten (geçen) bir optik girişim veya renkli cam filtredir. Çok keskin bir eğime sahip olabilen uzun geçiş filtreleri (kenar filtreleri olarak adlandırılır), tepe iletiminin yüzde 50'sinde kesme dalga boyu ile tanımlanır. Floresan mikroskopisinde, dikroik aynalarda ve bariyer (emisyon) filtrelerinde uzun geçiren filtreler sıklıkla kullanılır. Uzun geçiren filtreleri tanımlamak için eski 'düşük geçiş' teriminin kullanımı yaygın değildir; filtreler genellikle frekanstan ziyade dalga boyu cinsinden tanımlanır ve bir " düşük geçiş filtresi ", niteliksiz bir elektronik filtre olarak anlaşılır .

bant geçişi

Bant geçiren filtreler yalnızca belirli bir dalga boyu bandını iletir ve diğerlerini engeller. Böyle bir filtrenin genişliği, izin verdiği dalga boyu aralığında ifade edilir ve bir Ångström'den çok daha azdan birkaç yüz nanometreye kadar herhangi bir şey olabilir . Böyle bir filtre, bir LP- ve bir SP filtresinin birleştirilmesiyle yapılabilir.

Bant geçiren filtre örnekleri Lyot filtresi ve Fabry-Pérot interferometresidir . Bu filtrelerin her ikisi de ayarlanabilir hale getirilebilir, böylece merkezi dalga boyu kullanıcı tarafından seçilebilir. Bant geçiren filtreler genellikle astronomide, belirli bir süreci belirli ilişkili spektral çizgilerle gözlemlemek istendiğinde kullanılır . Hollanda Açık Teleskop ve İsveçli Güneş Teleskop Lyot ve Fabry-Perot filtreler kullanılmakta olan örnekler vardır.

Kısa pas

Kısa geçiş (SP) Filtresi, daha uzun dalga boylarını azaltan ve daha kısa dalga boylarını hedef spektrumun aktif aralığı (genellikle ultraviyole ve görünür bölge) üzerinden ileten (geçen) bir optik girişim veya renkli cam filtredir. Floresan mikroskobunda, kısa geçiş filtreleri, dikromatik aynalarda ve uyarma filtrelerinde sıklıkla kullanılır.

Kılavuzlu mod rezonans filtreleri

1990 civarında tanıtılan nispeten yeni bir filtre sınıfı. Bu filtreler normalde yansıma filtreleridir, yani iletimdeki çentik filtreleridir . Bir alt-dalga kılavuzu ve bir alt dalga boyu ızgarası veya 2D delik dizisinin en temel biçiminden oluşurlar . Bu tür filtreler normalde şeffaftır, ancak dalga kılavuzunun sızdıran kılavuzlu modu uyarıldığında , belirli bir polarizasyon , açısal yönelimler ve dalga boyu aralığı için oldukça yansıtıcı hale gelirler (deneysel olarak %99'un üzerinde bir kayıt) . Filtrelerin parametreleri, ızgara parametrelerinin doğru seçimi ile tasarlanır. Bu tür filtrelerin avantajı, ultra dar bant genişliği filtreleri için gereken birkaç katman (dikroik filtrelerin aksine) ve 1'den fazla mod uyarıldığında spektral bant genişliği ile açısal tolerans arasındaki potansiyel ayrıştırmadır.

Metal örgü filtreler

Astronomide milimetre altı ve yakın kızılötesi dalga boyları için filtreler, bu dalga boyları için LP, BP ve SP filtreleri oluşturmak üzere bir araya yığılmış metal ağ ızgaralarıdır .

polarizör

Diğer bir optik filtre türü, ışığı polarizasyonuna göre bloke eden veya ileten bir polarizör veya polarizasyon filtresidir . Genellikle Polaroid gibi malzemelerden yapılırlar ve güneş gözlüğü ve fotoğrafçılık için kullanılırlar . Özellikle su ve ıslak yol yüzeylerinden gelen yansımalar kısmen polarizedir ve polarize güneş gözlükleri bu yansıyan ışığın bir kısmını engelleyerek balıkçının su yüzeyinin altını daha iyi görmesini ve sürücü için daha iyi görüş sağlar. Berrak mavi bir gökyüzünden gelen ışık da polarizedir ve ayarlanabilir filtreler, renkli fotoğrafçılıkta diğer nesnelere renk vermeden gökyüzünün görünümünü karartmak için ve hem renkli hem de siyah-beyaz fotoğrafçılıkta nesnelerden aynasal yansımaları kontrol etmek için ve ayarlanabilir filtreler kullanılır. Su. gmrf'den (hemen üstte) çok daha eski olan bu ilkler (ve bazıları hala) lense entegre edilmiş ince ağ kullanır.

Polarize filtreler ayrıca belirli stereogram türlerini görüntülemek için kullanılır , böylece her göz tek bir kaynaktan farklı bir görüntü görür.

Ark kaynağı

Bir ark kaynağı , insan gözü için zararlı olabilecek görünür ışık yayar. Bu nedenle, insan görüşünü korumak için kaynak kasklarındaki optik filtrelerin ANSI Z87:1'i (güvenlik gözlüğü spesifikasyonu) karşılaması gerekir.

Bu tür filtrelemeyi sağlayacak filtrelere örnek olarak cam üzerine gömülü veya kaplanmış toprak elementleri verilebilir, ancak pratikte mükemmel bir filtreleme yapmak mümkün değildir. Mükemmel bir filtre, belirli dalgaları ortadan kaldıracak ve bir işçinin ne üzerinde çalıştığını görebilmesi için bol miktarda ışık bırakacaktır.

kama filtre

Kama filtre, kalınlığı sürekli veya kademeli olarak kama şeklinde değişecek şekilde yapılmış bir optik filtredir . Filtre, bir radyasyon ışınındaki yoğunluk dağılımını değiştirmek için kullanılır . Doğrusal değişken filtre (LVF) olarak da bilinir. Dalga boyu ayrımının gerekli olduğu çeşitli optik sensörlerde, örneğin hiperspektral sensörlerde kullanılır.

Ayrıca bakınız

Referanslar