Перестраиваемый жидкокристаллический фильтр - Liquid crystal tunable filter

LCTF примерно 2014 года с интегральной схемой для управления и питания (слева) или более старая модель с отдельным блоком электронного контроллера и толстым экранированным кабелем (справа).

А жидкокристаллический перестраиваемый фильтр (LCTF) - это оптический фильтр с электронным управлением. жидкокристаллический (LC) элементы для передачи выбираемого длина волны света и исключить других. Часто основной принцип работы основан на Фильтр Лио но можно использовать и многие другие конструкции.[1] Основное отличие от оригинального фильтра Лио состоит в том, что фиксированный волновые пластины заменяются переключаемыми жидкокристаллическими волновыми пластинами.

Оптические системы

LCTF известны тем, что обеспечивают высокое качество изображения и позволяют относительно простую интеграцию в отношении конструкции оптической системы и программного управления, но имеют более низкие пиковые значения пропускания по сравнению с обычными оптическими фильтрами с фиксированной длиной волны из-за использования нескольких поляризационных элементов. В некоторых случаях это можно смягчить, используя более широкие Bandpass конструкции, так как 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 можно настраивать с небольшими приращениями в широком диапазоне длин волн, таких как видимый или же ближний инфракрасный спектр от 400 до предела тока 2450 нм. Скорость настройки LCTF зависит от производителя и конструкции, но обычно составляет несколько десятков миллисекунд, в основном определяемых скоростью переключения жидкокристаллических элементов. Более высокие температуры могут уменьшить время перехода молекул жидкокристаллического материала для выравнивания и настройки фильтра на определенную длину волны. Более низкие температуры увеличивают вязкость жидкокристаллического материала и увеличивают время настройки фильтра от одной длины волны к другой.

Последние достижения в области миниатюрных электронных схем драйверов позволили снизить требования к размеру корпусов LCTF без ущерба для больших размеров рабочей апертуры. Кроме того, новые материалы позволили расширить эффективный диапазон длин волн до 2450 нм.[нужна цитата ]

Изображения

LCTF часто используются в мультиспектральная съемка или же гиперспектральное изображение систем из-за их высокого качества изображения и быстрой настройки в широком спектральном диапазоне.[2][3][4] Несколько LCTF в разных трактах формирования изображения могут использоваться в оптических конструкциях, когда требуемый диапазон длин волн превышает возможности одного фильтра, например, в астрономических приложениях.[5]


LCTF использовались для аэрокосмической съемки.[4][6] Их легкий вес и низкое энергопотребление делают их хорошими кандидатами для приложений дистанционного зондирования. Их можно найти интегрированными в компактные, но высокопроизводительные научные цифровые фотоаппараты, а также в промышленные и военные инструменты (мультиспектральные и с высоким разрешением). системы цветного изображения ).[7] LCTF могут иметь длительный срок службы, обычно много лет. К факторам окружающей среды, которые могут вызвать деградацию фильтров, относятся длительное воздействие высокой температуры и влажности, термический и / или механический удар (в большинстве, но не во всех, LCTFs используют стекло в качестве основного основного материала) и длительное воздействие высокой фотонной энергии, например в качестве ультрафиолетовый свет, который может фотообесцвечивание некоторые материалы, из которых изготовлены фильтры.

Акустооптический перестраиваемый фильтр

Другой тип твердотельного перестраиваемого фильтра - это акустооптический перестраиваемый фильтр (AOTF), основанный на принципах акустооптический модулятор. По сравнению с LCTF, AOTF обладают гораздо более высокой скоростью настройки (микросекунды по сравнению с миллисекундами) и более широким диапазоном длин волн. Однако, поскольку они полагаются на акустооптический эффект звуковых волн для дифракции и изменения частоты света, качество изображения сравнительно низкое, а требования к оптической конструкции более строгие. Действительно, LCTF способны формировать изображения с дифракционным ограничением на датчики изображения с высоким разрешением. AOTF имеют меньшую апертуру и более узкие характеристики угла приема по сравнению с LCTF, которые могут иметь размер рабочей апертуры до 35 мм и могут быть размещены в местах, где световые лучи проходят через фильтр под углами более 7 градусов от нормали.[8][9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Бекман, Дж; Нейтс, К. и Ванбрабант, П. (2011). «Жидкокристаллические фотонные приложения». Оптическая инженерия. 50 (081202): 081202–081202–17. Bibcode:2011ОптЭн..50х1202Б. Дои:10.1117/1.3565046. HDL:1854 / LU-1265564.
  2. ^ Пэн, Янкун и Лу, Жэньфу. «Система мультиспектральной визуализации на основе LCTF для оценки плотности плодов яблони: Часть II: Выбор оптимальных длин волн и разработка моделей прогнозирования». Министерство сельского хозяйства США. Получено 2010-07-06.
  3. ^ Моррис, H; Хойт, С. и Тредо, П. (1994). «Спектрометры формирования изображений для флуоресцентной и рамановской микроскопии: акустооптические и жидкокристаллические перестраиваемые фильтры». Прикладная спектроскопия. 48 (7): 857. Bibcode:1994ApSpe..48..857M. Дои:10.1366/0003702944029820. Получено 2010-07-06.
  4. ^ а б Ясухиро, Сёдзи; Такаши, Йошикава; Юдзи, Сакамото; Юкихиро, Такахаши и Казуя, Ёсида (2009). «Разработка многоспектрального формирователя изображения для ракеты-носителя С-520». Сделки космических технологий Японии. 7: Тн_7. Bibcode:2009TrSpT ... 7..Tn7S. Дои:10.2322 / tstj.7.Tn_7. Получено 2010-07-06.[мертвая ссылка ]
  5. ^ Джеркатис, Каннет (2006). «Система спектральной визуализации AEOS» (PDF). Конференция Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference: E21. Bibcode:2006amos.confE..21J. Получено 2013-05-30.
  6. ^ Майкл П. Доэрти; Сьюзен М. Мотил; Джон Х. Снид и Дайан К. Маларик. «Эксперименты по физике жидкости в жидкостной среде и установке для сжигания на МКС с использованием микроскопа» (PDF). NASA / TM - 2000-210248. Архивировано из оригинал (PDF) 14 октября 2006 г.. Получено 2010-07-06.
  7. ^ Ричард М. Левенсон; Дэвид Т. Линч; Хисатака Кобаяси; Джозеф М. Бэкер; Марина В. Бэкер. «Мультиплексирование с мультиспектральной визуализацией: от мышей до микроскопии» (PDF). Журнал ILAR частично поддержан грантом на исследования в области биоинженерии (1RO1 CA108468-01) и механизмом SBIR (1R44 CA88684), как через Национальные институты здравоохранения. Архивировано из оригинал (PDF) 18 июля 2011 г.. Получено 2010-07-06.
  8. ^ 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. Bibcode:2001ApSpe..55..999S. Дои:10.1366/0003702011953144. Получено 2010-07-06.
  9. ^ Гебхарт, Стивен С.; Стоукс, Дэвид Л .; Во-Динь, Туан; Махадеван-Янсен, Анита (2005). «Аппаратные соображения в спектральной визуализации для демаркации тканей: сравнение трех методов спектрального разрешения». Труды SPIE. Спектральная визуализация: приборы, приложения и анализ III. 5694: 41. Bibcode:2005SPIE.5694 ... 41G. Дои:10.1117/12.611351.