Жидкокристаллический перестраиваемый фильтр

( Перестраиваемый жидкокристаллический фильтр LCTF ) — это оптический фильтр, в котором используются жидкокристаллические (LC) элементы с электронным управлением для передачи выбираемой длины волны света и исключения других. Часто основной принцип работы основан на фильтре Лио , но можно использовать и многие другие конструкции. ^[1] Основное отличие от оригинального фильтра Лио состоит в том, что фиксированные волновые пластины заменены переключаемыми жидкокристаллическими волновыми пластинами.

Оптические системы

LCTF обеспечивают высокое качество изображения и относительно простую интеграцию с точки зрения проектирования оптической системы и программного управления. Однако они излучают более низкие пиковые значения пропускания по сравнению с обычными оптическими фильтрами с фиксированной длиной волны из-за использования нескольких поляризующих элементов. В некоторых случаях это можно смягчить, используя конструкции с более широкой полосой пропускания , поскольку более широкая полоса пропускания приводит к тому, что через фильтр проходит больше света. Некоторые LCTF предназначены для настройки на ограниченное количество фиксированных длин волн, таких как красный, зеленый и синий ( RGB ) цвета, в то время как другие могут настраиваться с небольшими приращениями в широком диапазоне длин волн, таких как видимый или ближний инфракрасный спектр от 400 до текущего предела 2450 нм. Скорость настройки LCTF варьируется в зависимости от производителя и конструкции, но обычно составляет несколько десятков миллисекунд и в основном определяется скоростью переключения жидкокристаллических элементов. Более высокие температуры могут уменьшить время перехода, необходимое для выравнивания молекул жидкокристаллического материала и настройки фильтра на определенную длину волны. Более низкие температуры увеличивают вязкость жидкокристаллического материала и увеличивают время перестройки фильтра с одной длины волны на другую.

Недавние достижения в области миниатюрных электронных схем драйверов позволили снизить требования к размерам корпусов LCTF, не жертвуя при этом большими размерами рабочих апертур. Кроме того, новые материалы позволили расширить эффективный диапазон длин волн до 2450 нм. ^[2]

Визуализация

LCTF часто используются в системах мультиспектральной визуализации или гиперспектральной визуализации из-за их высокого качества изображения и быстрой настройки в широком спектральном диапазоне. ^[3]^[4]^[5] Несколько LCTF в отдельных путях формирования изображений можно использовать в оптических конструкциях, когда требуемый диапазон длин волн превышает возможности одного фильтра, например, в астрономических приложениях. ^[6]

LCTF использовались для аэрокосмической визуализации. ^[5]^[7] Их можно найти встроенными в компактные, но высокопроизводительные научные цифровые фотокамеры, а также в приборы промышленного и военного назначения (многоспектральные системы цветного формирования изображений с высоким разрешением). ^[8] LCTF могут иметь длительный срок службы, обычно не менее 45 лет. Факторами окружающей среды, которые могут вызвать деградацию фильтров, являются длительное воздействие высокой температуры и влажности, термический и/или механический удар (в большинстве, но не во всех, LCTF в качестве основного основного материала используется стандартное оконное стекло) и длительное воздействие высоких фотонных воздействий. энергия, такая как ультрафиолетовый свет, который может фотообесцвечивать некоторые материалы, используемые для изготовления фильтров.

Акустооптический перестраиваемый фильтр

Другим типом твердотельного перестраиваемого фильтра является акустооптический перестраиваемый фильтр (AOTF), основанный на принципах акустооптического модулятора . По сравнению с LCTF, AOTF имеют гораздо более высокую скорость настройки (микросекунды против миллисекунд) и более широкий диапазон длин волн. Однако, поскольку они полагаются на акустооптический эффект звуковых волн для дифракции и смещения частоты света, качество изображения сравнительно низкое, а требования к оптической конструкции более строгие. Действительно, LCTF способны создавать изображения с ограниченной дифракцией на датчиках изображения высокого разрешения. AOTF имеют меньшие апертуры и более узкие характеристики угла приема по сравнению с LCTF, которые могут иметь рабочие размеры апертуры до 35 мм и могут быть размещены в положениях, где световые лучи проходят через фильтр под углами более 7 градусов от нормали. ^[9]^[10]

См. также

Ссылки

^ Бекман, Дж; Нейтс, К. и Ванбрабант, П. (2011). «Применение фотоники на жидких кристаллах» . Оптическая инженерия . 50 (81202): 081202–081202–17. Бибкод : 2011OptEn..50х1202B . дои : 10.1117/1.3565046 . hdl : 1854/LU-1265564 .
^ «Жидкокристаллические перестраиваемые полосовые фильтры» . www.thorlabs.com . Проверено 1 апреля 2022 г.
^ Пэн, Янькунь и Лу, Ренфу. «Система мультиспектральной визуализации на основе LCTF для оценки твердости плодов яблони: Часть II: Выбор оптимальных длин волн и разработка моделей прогнозирования» . Министерство сельского хозяйства США . Проверено 6 июля 2010 г.
^ Моррис, Х; Хойт, К. и Тредо, П. (1994). «Визуализирующие спектрометры для флуоресцентной и рамановской микроскопии: акустооптические и жидкокристаллические перестраиваемые фильтры» . Прикладная спектроскопия . 48 (7): 857. Бибкод : 1994ApSpe..48..857M . дои : 10.1366/0003702944029820 . S2CID 93578607 . Проверено 6 июля 2010 г.
^ Jump up to: ^а ^б Ясухиро, Сёдзи; Такаси, Ёсикава; Юджи, Сакамото; Юкихиро, Такахаши и Казуя, Ёсида (2009). «Разработка многоспектрального тепловизора для зондирующей ракеты С-520» . Сделки космических технологий Японии . 7 : Тн_7–Тн_12. Бибкод : 2009ТрСпТ...7..Тн7С . дои : 10.2322/tstj.7.Tn_7 . Проверено 6 июля 2010 г. ^{[ мертвая ссылка ]}
^ Джеркатис, Каннет (2006). «Система спектральной визуализации AEOS» (PDF) . Конференция по передовым технологиям оптического и космического наблюдения Мауи : E21. Бибкод : 2006amos.confE..21J . Проверено 30 мая 2013 г.
^ Майкл П. Доэрти; Сьюзан М. Мотиль; Джон Х. Снид и Дайан К. Маларик. «Эксперименты по физике жидкостей на основе микроскопа в жидкостях и установках сгорания на МКС» (PDF) . НАСА/ТМ — 2000-210248. Архивировано из оригинала (PDF) 14 октября 2006 г. Проверено 6 июля 2010 г.
^ Ричард М. Левенсон; Дэвид Т. Линч; Хисатака Кобаяши; Джозеф М. Бэкер; Марина Владимировна Бэкер. «Мультиплексирование с помощью мультиспектральной визуализации: от мышей до микроскопии» (PDF) . Журнал ILAR частично поддерживается грантом на биоинженерные исследования (1RO1 CA108468-01) и механизмом SBIR (1R44 CA88684), оба через Национальные институты здравоохранения. Архивировано из оригинала (PDF) 18 июля 2011 года . Проверено 6 июля 2010 г.
^ Димитра Н. Стратис; Кристин Л. Эланд; Дж. Ченс Картер; Сэмюэл Дж. Томлинсон и С. Майкл Энджел (2001). «Сравнение акустооптических и жидкокристаллических перестраиваемых фильтров для спектроскопии лазерного пробоя» . Прикладная спектроскопия . 55 (8): 999. Бибкод : 2001ApSpe..55..999S . дои : 10.1366/0003702011953144 . S2CID 56118629 . Проверено 6 июля 2010 г.
^ Гебхарт, Стивен С.; Стоукс, Дэвид Л.; Во-Динь, Туан; Махадеван-Янсен, Анита (2005). Бирман, Грегори Х; Махадеван-Янсен, Анита; Левенсон, Ричард М. (ред.). «Аспекты приборов для спектральной визуализации для демаркации тканей: сравнение трех методов спектрального разрешения». Труды SPIE . Спектральная визуализация: приборы, приложения и анализ III. 5694 : 41. Бибкод : 2005SPIE.5694...41G . дои : 10.1117/12.611351 . S2CID 120372420 .

[1] Бекман, Дж; Нейтс, К. и Ванбрабант, П. (2011). «Применение фотоники на жидких кристаллах» . Оптическая инженерия . 50 (81202): 081202–081202–17. Бибкод : 2011OptEn..50х1202B . дои : 10.1117/1.3565046 . hdl : 1854/LU-1265564 .

[2] «Жидкокристаллические перестраиваемые полосовые фильтры» . www.thorlabs.com . Проверено 1 апреля 2022 г.

[3] Пэн, Янькунь и Лу, Ренфу. «Система мультиспектральной визуализации на основе LCTF для оценки твердости плодов яблони: Часть II: Выбор оптимальных длин волн и разработка моделей прогнозирования» . Министерство сельского хозяйства США . Проверено 6 июля 2010 г.

[4] Моррис, Х; Хойт, К. и Тредо, П. (1994). «Визуализирующие спектрометры для флуоресцентной и рамановской микроскопии: акустооптические и жидкокристаллические перестраиваемые фильтры» . Прикладная спектроскопия . 48 (7): 857. Бибкод : 1994ApSpe..48..857M . дои : 10.1366/0003702944029820 . S2CID 93578607 . Проверено 6 июля 2010 г.

[autogenerated1-5] Jump up to: ^а ^б Ясухиро, Сёдзи; Такаси, Ёсикава; Юджи, Сакамото; Юкихиро, Такахаши и Казуя, Ёсида (2009). «Разработка многоспектрального тепловизора для зондирующей ракеты С-520» . Сделки космических технологий Японии . 7 : Тн_7–Тн_12. Бибкод : 2009ТрСпТ...7..Тн7С . дои : 10.2322/tstj.7.Tn_7 . Проверено 6 июля 2010 г. ^{[ мертвая ссылка ]}

[6] Джеркатис, Каннет (2006). «Система спектральной визуализации AEOS» (PDF) . Конференция по передовым технологиям оптического и космического наблюдения Мауи : E21. Бибкод : 2006amos.confE..21J . Проверено 30 мая 2013 г.

[7] Майкл П. Доэрти; Сьюзан М. Мотиль; Джон Х. Снид и Дайан К. Маларик. «Эксперименты по физике жидкостей на основе микроскопа в жидкостях и установках сгорания на МКС» (PDF) . НАСА/ТМ — 2000-210248. Архивировано из оригинала (PDF) 14 октября 2006 г. Проверено 6 июля 2010 г.

[8] Ричард М. Левенсон; Дэвид Т. Линч; Хисатака Кобаяши; Джозеф М. Бэкер; Марина Владимировна Бэкер. «Мультиплексирование с помощью мультиспектральной визуализации: от мышей до микроскопии» (PDF) . Журнал ILAR частично поддерживается грантом на биоинженерные исследования (1RO1 CA108468-01) и механизмом SBIR (1R44 CA88684), оба через Национальные институты здравоохранения. Архивировано из оригинала (PDF) 18 июля 2011 года . Проверено 6 июля 2010 г.

[9] Димитра Н. Стратис; Кристин Л. Эланд; Дж. Ченс Картер; Сэмюэл Дж. Томлинсон и С. Майкл Энджел (2001). «Сравнение акустооптических и жидкокристаллических перестраиваемых фильтров для спектроскопии лазерного пробоя» . Прикладная спектроскопия . 55 (8): 999. Бибкод : 2001ApSpe..55..999S . дои : 10.1366/0003702011953144 . S2CID 56118629 . Проверено 6 июля 2010 г.

[10] Гебхарт, Стивен С.; Стоукс, Дэвид Л.; Во-Динь, Туан; Махадеван-Янсен, Анита (2005). Бирман, Грегори Х; Махадеван-Янсен, Анита; Левенсон, Ричард М. (ред.). «Аспекты приборов для спектральной визуализации для демаркации тканей: сравнение трех методов спектрального разрешения». Труды SPIE . Спектральная визуализация: приборы, приложения и анализ III. 5694 : 41. Бибкод : 2005SPIE.5694...41G . дои : 10.1117/12.611351 . S2CID 120372420 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]