Войти
Цветные и фильтры нейтральной плотности 
Составные корпуса фильтров Кокина Оптический фильтр - это устройство, которое выборочно излучает свет с разными длинами волн, обычно реализованное в виде стеклянной плоскости или пластикового устройства в оптический путь, которые либо окрашены в массе, либо имеют интерференционное покрытие. оптические свойства фильтров полностью описываются их частотной характеристикой, которая определяет, как величина и фаза каждой частотной составляющей входящего сигнала изменяется фильтром.
Фильтры в основном относятся к одной из двух категорий. Самым простым физически является поглощающий фильтр; то есть интерференционные или дихроичные фильтры. Многие оптические фильтры используются для оптического формирования изображения и производятся так, чтобы быть прозрачными ; некоторые используемые для источников света могут быть полупрозрачными.
Оптические фильтры выборочно пропускают свет в определенном диапазоне длин волн, то есть цветов, в то время как поглощая остаток. Обычно они могут пропускать только длинные волны (longpass), только короткие длины волн (shortpass) или полосу длин волн, блокируя как более длинные, так и короткие волны (bandpass). Полоса пропускания может быть уже или шире; переход или отсечка между максимальной и минимальной передачей может быть резким или постепенным. Существуют фильтры с более сложной характеристикой пропускания, например, с двумя пиками, а не с одной полосой; это чаще старые дизайны, традиционно используемые для фотографии; фильтры с более регулярными характеристиками используются для научных и технических работ.
Оптические фильтры обычно используются в фотографии (где иногда используются некоторые фильтры со специальными эффектами, а также поглощающие фильтры), во многих оптических инструменты и цвет сценическое освещение. В астрономии оптические фильтры используются для ограничения света, проходящего в интересующую спектральную полосу, например, для изучения инфракрасного излучения без видимого света, который может влиять на пленку или датчики и подавлять желаемый инфракрасный свет. Оптические фильтры также необходимы для флуоресцентных применений, таких как флуоресцентная микроскопия и флуоресцентная спектроскопия..
Фотографические фильтры являются частным случаем оптических фильтров, и здесь применима большая часть материала. Фотографические фильтры не нуждаются в точно контролируемых оптических свойствах и точно определенных кривых пропускания фильтров, разработанных для научной работы, и продаются в больших количествах по соответственно более низким ценам, чем многие лабораторные фильтры. Некоторые фильтры с фотографическими эффектами, например, звездные фильтры, не имеют отношения к научной работе.
Как правило, данный оптический фильтр пропускает определенный процент входящего света при изменении длины волны. Это измеряется с помощью спектрофотометра. Как линейный материал, поглощение для каждой длины волны не зависит от присутствия других длин волн. Очень немногие материалы являются нелинейными, и коэффициент пропускания зависит от интенсивности и комбинации длин волн падающего света. Прозрачные флуоресцентные материалы могут работать как оптический фильтр со спектром поглощения , а также как источник света с спектром излучения.
Также, как правило, непропускаемый свет поглощается ; при интенсивном освещении это может вызвать значительный нагрев фильтра. Однако оптический термин поглощение относится к ослаблению падающего света, независимо от механизма, с помощью которого он ослабляется. Некоторые фильтры, такие как зеркала, интерференционные фильтры или металлические сетки, отражают или рассеивают большую часть непропущенного света.
(безразмерная ) оптическая плотность фильтра на определенной длине волны света определяется как
где T - (безразмерный) коэффициент пропускания фильтра на этой длине волны.
Сначала оптическая фильтрация была выполнена с заполненные жидкостью ячейки со стеклянными стенками; они до сих пор используются для специальных целей. Самый широкий диапазон выбора цвета теперь доступен в виде цветных пленочных фильтров, первоначально сделанных из животного желатина, но теперь обычно термопласта, такого как как ацетат, акрил, поликарбонат или полиэстер в зависимости от области применения. Они были стандартизированы для фотографического использования от Wratten в начале 20 века, а также от производителей цветного геля для театра.
В настоящее время существует множество поглощающих фильтров, изготовленных из стекло, к которому относятся различные неорганические или органические соединения добавлен. Цветные стеклянные оптические фильтры, хотя их сложнее изготовить в соответствии с точными характеристиками пропускания, после изготовления более долговечны и стабильны.
В качестве альтернативы, дихроичные фильтры (также называемые " отражающие »или« тонкопленочные »или« интерференционные »фильтры) могут быть получены путем покрытия стеклянной подложки серией оптических покрытий. Дихроичные фильтры обычно отражают нежелательную часть света и пропускают остаток.
Дихроичные фильтры используют принцип интерференции. Их слои образуют последовательный ряд отражающих полостей, резонирующих с желаемыми длинами волн. Волны других длин разрушительно нейтрализуют или отражают, поскольку пики и впадины волн перекрываются.
Дихроичные фильтры особенно подходят для точной научной работы, поскольку их точный цветовой диапазон может контролироваться толщиной и последовательностью покрытий. Обычно они намного дороже и нежнее абсорбционных фильтров.
Их можно использовать в таких устройствах, как дихроическая призма камеры , для разделения луча света на компоненты разного цвета.
Базовым научным прибором этого типа является интерферометр Фабри – Перо. Он использует два зеркала для создания резонатора. Он пропускает волны с длиной, кратной резонансной частоте полости.
Эталоны - это еще одна разновидность: прозрачные кубы или волокна, полированные концы которых образуют зеркала, настроенные так, чтобы резонировать с определенными длинами волн. Они часто используются для разделения каналов в телекоммуникационных сетях, которые используют мультиплексирование с разделением по длине волны на оптических волокнах большой протяженности .
Монохроматические фильтры допускают только узкий диапазон длин волн (по сути, одного цвета) для передачи.
Термин «инфракрасный фильтр» может быть неоднозначным, так как он может применяться к фильтрам для пропускания инфракрасного излучения (блокирование других длин волн) или блокирования инфракрасного излучения (только).
Фильтры, пропускающие инфракрасное излучение, используются для блокировки видимого света, но пропускают инфракрасный; они используются, например, в инфракрасной фотографии.
Инфракрасные отсечные фильтры предназначены для блокирования или отражения инфракрасных волн, но пропускают видимый свет. Фильтры среднего инфракрасного диапазона часто используются в качестве теплопоглощающих фильтров в устройствах с яркими лампами накаливания (например, слайд и проекторы ) для предотвращения нежелательного нагрева из-за к инфракрасному излучению. Существуют также фильтры, которые используются в твердотельных видеокамерах для блокировки инфракрасного излучения из-за высокой чувствительности многих датчиков камеры к нежелательному свету в ближнем инфракрасном диапазоне.
Ультрафиолетовые (УФ) фильтры блокируют ультрафиолетовое излучение, но пропускают видимый свет. Поскольку фотопленка и цифровые датчики чувствительны к ультрафиолетовому излучению (которого много в просвете), а человеческий глаз - нет, такой свет, если бы не отфильтровывать, заставил бы фотографии выглядеть иначе, чем видимая для людей сцена, например, создавая изображения отдаленных объектов. горы кажутся неестественно туманными. Фильтр, блокирующий ультрафиолетовое излучение, приближает изображения к внешнему виду сцены.
Как и в случае с инфракрасными фильтрами, существует потенциальная двусмысленность между фильтрами, блокирующими УФ-излучение, и фильтрами, пропускающими УФ-лучи; последние встречаются гораздо реже и чаще известны как УФ-фильтры и полосовые УФ-фильтры.
Фильтры нейтральной плотности (ND) имеют постоянное затухание во всем видимом диапазоне. длины волн, и используются для уменьшения интенсивности света путем отражения или поглощения его части. Они задаются оптической плотностью (OD) фильтра, которая является отрицательной величиной десятичного логарифма коэффициента передачи. Они полезны для увеличения фотографических выдержек. Практический пример - размытие изображения водопада при его съемке при ярком свете. В качестве альтернативы фотограф может захотеть использовать большую диафрагму (чтобы ограничить глубину резкости ); добавление фильтра ND позволяет это. ND-фильтры могут быть отражающими (в этом случае они выглядят как частично отражающие зеркала) или поглощающими (выглядят серыми или черными).
Longpass (LP) фильтр - это оптический интерференционный фильтр или фильтр из цветного стекла, который ослабляет более короткие волны и передает (пропускает) более длинные волны в активном диапазоне целевого спектра (ультрафиолет, видимый, или инфракрасный). Длиннопроходные фильтры, которые могут иметь очень крутой наклон (называемые краевыми фильтрами), описываются длиной волны отсечки при 50% пикового пропускания. В флуоресцентной микроскопии длинные фильтры часто используются в дихроичных зеркалах и барьерных (эмиссионных) фильтрах. Использование более старого термина «фильтр нижних частот» для описания длиннопроходных фильтров стало необычным; фильтры обычно описываются с точки зрения длины волны, а не частоты, и «фильтр нижних частот » без уточнения будет пониматься как электронный фильтр.
Полосовые фильтры пропускают только определенный диапазон длин волн и блокируют другие. Ширина такого фильтра выражается в диапазоне длин волн, который он пропускает, и может быть любым, от гораздо меньшего, чем Ангстрема до нескольких сотен нанометров. Такой фильтр может быть создан путем объединения LP- и SP-фильтров.
Примерами полосовых фильтров являются фильтр Лио и интерферометр Фабри – Перо. Оба этих фильтра также можно сделать настраиваемыми, так что центральная длина волны может быть выбрана пользователем. Полосовые фильтры часто используются в астрономии, когда нужно наблюдать определенный процесс с определенными связанными спектральными линиями. Голландский открытый телескоп и Шведский солнечный телескоп - это примеры использования фильтров Лио и Фабри – Перо.
Shortpass (SP) Фильтр - это оптический интерференционный фильтр или фильтр из цветного стекла, который ослабляет более длинные волны и передает (пропускает) более короткие волны в активном диапазоне целевого спектра (обычно ультрафиолетовом и видимый регион). В флуоресцентной микроскопии фильтры с коротким проходом часто используются в дихроматических зеркалах и фильтрах возбуждения.
Относительно новый класс фильтров, представленный примерно в 1990 году. Эти фильтры обычно являются фильтрами отражения, то есть режекторными фильтрами при передаче. Они состоят в своей основной форме из волновода-подложки и субволновой решетки или двумерной матрицы отверстий. Такие фильтры обычно прозрачны, но когда возбуждается направленная мода волновода, они становятся сильно отражающими (рекорд более 99% экспериментально) для определенной поляризации , угловой ориентации и диапазона длин волн. Параметры фильтров определяются правильным выбором параметров решетки. Преимущество таких фильтров заключается в небольшом количестве слоев, необходимых для фильтров со сверхузкой полосой пропускания (в отличие от дихроичных фильтров), и потенциальной развязке между спектральной полосой пропускания и угловым допуском при возбуждении более чем одной моды.
Фильтры для субмиллиметрового и ближнего инфракрасного диапазонов в астрономии - это металлические сетчатые сетки, которые собираются вместе, чтобы сформировать фильтры LP, BP и SP для эти длины волн.
Другой вид оптического фильтра - это поляризатор или поляризационный фильтр, который блокирует или пропускает свет в соответствии с его поляризацией. Они часто изготавливаются из таких материалов, как Polaroid, и используются для солнцезащитных очков и фотографии. Отражения, особенно от воды и мокрых дорожных покрытий, частично поляризованы, а поляризованные солнцезащитные очки блокируют часть этого отраженного света, позволяя рыболову лучше видеть под поверхностью воды и улучшать обзор для водителя. Свет от чистого голубого неба также поляризован, и в цветной фотографии используются регулируемые фильтры для затемнения неба без изменения цвета других объектов, а также в цветной и черно-белой фотографии для управления зеркальными отражениями. от предметов и воды. Намного старше, чем g.m.r.f (чуть выше), эти первые (а некоторые до сих пор) используют мелкую сетку, встроенную в объектив.
Поляризованные фильтры также используются для просмотра определенных типов стереограмм, так что каждый глаз будет видеть отдельное изображение из одного источника.
Источник дуги излучает видимый свет, который может быть вредным для глаз человека. Следовательно, оптические фильтры на сварочных шлемах должны соответствовать ANSI Z87: 1 (спецификация защитных очков) для защиты зрения человека.
Некоторыми примерами фильтров, которые могли бы обеспечить такую фильтрацию, могут быть земные элементы, встроенные или покрытые стеклом, но с практической точки зрения невозможно выполнить идеальную фильтрацию. Идеальный фильтр удалит отдельные волны и оставит много света, чтобы рабочий мог видеть, над чем он / она работает.
Клиновидный фильтр - это оптический фильтр, сконструированный таким образом, что его толщина изменяется непрерывно или ступенчато в форме клина. Фильтр используется для изменения распределения интенсивности в луче излучения. Он также известен как фильтр с линейной переменной (LVF). Он используется в различных оптических датчиках, где требуется разделение длин волн, например в гиперспектральных сенсорах.
