光学フィルターとは何ですか?

光学フィルター 異なる波長の光を選択的に透過するデバイスで、通常は光路にある平らなガラスまたはプラスチックのデバイスで、染色または干渉コーティングが施されています。 フィルターの光学特性は、その周波数応答によって完全に記述されます。これは、入力信号の各周波数成分の振幅と位相がフィルターを通じて変更されることを示します。

光学フィルターは、特定の波長範囲の光、つまり異なる色の光を選択的に透過し、残りの波長を遮断します。 通常、長波長および短波長 (バンドパス) をブロックできるのは、長波長 (ロングパス)、短波長 (ショートパス)、または波長帯域だけです。 通過帯域は狭くても広くても構いません。 最大ピークと最小ピークの間の移行は、急峻な場合もあれば、緩やかな場合もあります。

これらは、写真 (特殊効果フィルターや吸収フィルターが使用される場合もあります)、多くの光学機器、およびカラー舞台照明で一般的に使用されます。 天文学では、光学フィルターは対象のスペクトル帯域の光の透過を制限するために使用されます。フィルターは、蛍光顕微鏡や蛍光分光法などの蛍光用途でも必要です。

光学フィルターの分類

さまざまな方法で作ることができます。 フィルターもその一つです。 フィルターはガスまたは溶液で作ることもできます。 フィルタは一般的なフィルタで、スペクトル特性に応じて通過帯域フィルタとカットオフフィルタに分けられます。 スペクトル分析は吸収フィルターと干渉フィルターに分けられます。 これは主に、低次のスペクトルの重なりを除去するスペクトル レベル分離器として使用される回折格子分光計などで、補助分散として使用されます。 モノクロメーターは干渉フィルターを使用して、非常に狭い帯域範囲の光を分離します。

吸収フィルター

吸収フィルターは通常、ガラスにさまざまな無機または有機化合物を添加して作られています。 これらの化合物は、光の一部の波長を吸収し、他の波長を透過します。 化合物をプラスチック (通常はポリカーボネートまたはアクリル) に添加して、ガラスベースのフィルターよりも軽量で安価なゲルフィルターを製造することもできます。

ダイクロイックフィルター（干渉フィルター）

ダイクロイック フィルター (「反射」「薄膜」または「干渉」フィルターとしても知られています) は、ガラス基板を一連の光学コーティングでコーティングすることによって作成できます。 ダイクロイック フィルターは通常、光の不要な部分を反射し、残りを透過します。

ダイクロイックフィルターは干渉の原理を採用しています。 それらの層は、所望の波長と共鳴する一連の連続した反射空洞を形成します。 山と谷が重なると、他の波長は破壊的に除去または反射されます。

ダイクロイック フィルターは、その正確な色の範囲がコーティングの厚さと次数によって制御できるため、精密な科学的作業に特に適しています。 これらは通常、吸収フィルターよりもはるかに高価で、より繊細です。 これらは、光ビームを異なる色の成分に分離するために、カメラのダイクロイック プリズムなどのデバイスで使用できます。

ファブリペロー干渉計はこの原理に基づいています。 2 つのミラーを使用して共振器を作成します。 通過する波長は空洞共振周波数の倍数です。 別のバリエーションは、透明な立方体またはファイバーで、その研磨された端が特定の波長と共振するように調整されたミラーを形成します。 これらは、長距離光ファイバー上で WDM を使用する電気通信ネットワークでチャネルを分離するために一般的に使用されます。

バンドパスフィルター

バンドパス フィルターは 1 つの波長帯域のみを透過し、他の波長帯域を遮断します。 フィルターの幅は、通過が許可される波長の範囲として表され、オングストローム未満から数百ナノメートルまでの範囲で指定できます。 このフィルタは、LP フィルタと SP フィルタを組み合わせて作成できます。

バンドパス フィルターの例には、リオ フィルターやファブリ ペロー干渉計があります。 2 つのフィルターを調整可能なフィルターにして、ユーザーが中心波長を選択できるようにすることもできます。 バンドパス フィルターは、関連性のあるスペクトル線を観察しやすくするために、天文学でよく使用されます。

ショートパスフィルター

ショートパス (SP) フィルターは、ターゲット スペクトルの有効範囲 (通常は紫外線および可視領域) 内の長い波長を減衰し、短い波長を透過 (通過) させる光学干渉フィルターまたは色ガラス フィルターです。 蛍光顕微鏡では、ダイクロイックミラーや励起フィルターにショートパスフィルターがよく使用されます。

ロングパスフィルター

ロングパス (LP) フィルターは、ターゲット スペクトル (紫外、可視、または赤外) の有効範囲にわたって、短い波長を減衰し、長い波長を透過 (透過) する光学干渉フィルターまたは色ガラス フィルターです。 蛍光顕微鏡では、ロングパスフィルターが色ミラーやブロッキング（発光）フィルターによく使用されます。

フィルターはスペクトル帯域によって区別されます

フィルターは次のように分類されます。スペクトル分布の長さによる(つまり、スペクトルの領域):

紫外線フィルター

可視光フィルター

近赤外線フィルター

赤外線フィルター

遠赤外線フィルター

スペクトル波長範囲は次のとおりです。

UVフィルター 180~400nm

可視光フィルター 400~700nm

近赤外線フィルター 700～3000nm

赤外フィルター 3000nm～10um

ビジュアルイメージングにおけるフィルターの役割

1. 色の認識と物体の識別を向上させます。

2. コントラストを強化して、必要な機能を見やすくします。

3. 撮像波長範囲を短くすることでレンズの解像度を向上させます。

4、高反射表面によって生じる明るい光とホットスポットを排除できます。

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