Przestrajalny filtr ciekłokrystaliczny - Liquid crystal tunable filter

LCTF z około 2014 roku ze zintegrowanym układem sterowania i zasilania (po lewej) lub starszy model z oddzielną skrzynką kontrolera elektroniki i grubym, ekranowanym kablem (po prawej).

Ciekłokrystaliczny strojony filtr ( LCTF ) jest filtrem optycznym, który używa sterowany elektronicznie ciekłokrystalicznych (LC), elementy do przesyłania selekcji długości fali światła i nie innych. Często podstawowa zasada działania opiera się na filtrze Lyota, ale można zastosować wiele innych konstrukcji. Główną różnicą w stosunku do oryginalnego filtra Lyota jest to, że stałe płytki falowe są zastępowane przełączalnymi płytkami ciekłokrystalicznymi.

Systemy optyczne

LCTF są znane z tego, że zapewniają wysoką jakość obrazu i umożliwiają stosunkowo łatwą integrację w zakresie projektowania systemu optycznego i sterowania oprogramowaniem, ale mają niższe wartości szczytowe transmisji w porównaniu z konwencjonalnymi filtrami optycznymi o stałej długości fali dzięki zastosowaniu wielu elementów polaryzacyjnych. W niektórych przypadkach można to złagodzić, stosując szersze pasmo , ponieważ szersze pasmo powoduje, że przez filtr przepływa więcej światła. Niektóre LCTF są zaprojektowane tak, aby dostroić się do ograniczonej liczby stałych długości fal, takich jak kolory czerwony, zielony i niebieski ( RGB ), podczas gdy inne mogą być dostrajane w małych krokach w szerokim zakresie długości fal, takich jak widmo widzialne lub bliskiej podczerwieni z 400 do obecnego limitu 2450 nm. Szybkość strojenia LCTF różni się w zależności od producenta i projektu, ale zwykle wynosi kilkadziesiąt milisekund, głównie zależy to od szybkości przełączania elementów ciekłokrystalicznych. Wyższe temperatury mogą skrócić czas przejścia cząsteczek materiału ciekłokrystalicznego do wyrównania się i dostrojenia filtra do określonej długości fali. Niższe temperatury zwiększają lepkość materiału ciekłokrystalicznego i wydłużają czas dostrajania filtra z jednej długości fali na drugą.

Ostatnie postępy w zminiaturyzowanych obwodach elektronicznych sterowników zmniejszyły wymagania dotyczące rozmiarów obudów LCTF bez poświęcania dużych rozmiarów otworów roboczych. Ponadto nowe materiały umożliwiły rozszerzenie efektywnego zakresu długości fal do 2450 nm.

Obrazowanie

LCTF są często używane w obrazowaniu wielospektralnym lub w systemach obrazowania hiperspektralnego ze względu na ich wysoką jakość obrazu i szybkie dostrojenie w szerokim zakresie widmowym. Wiele LCTF w oddzielnych ścieżkach obrazowania może być używanych w projektach optycznych, gdy wymagany zakres długości fal przekracza możliwości pojedynczego filtra, na przykład w zastosowaniach astronomicznych.


LCTF zostały wykorzystane do obrazowania lotniczego. Ich niewielka waga i niskie zapotrzebowanie na moc czynią je dobrymi kandydatami do zastosowań teledetekcyjnych. Można je znaleźć w kompaktowych, ale wysokowydajnych naukowych cyfrowych kamerach obrazowych, a także w instrumentach przemysłowych i wojskowych (wielospektralne i kolorowe systemy obrazowania o wysokiej rozdzielczości ). LCTF mogą mieć długą żywotność, zwykle wiele lat. Czynniki środowiskowe, które mogą powodować degradację filtrów, to przedłużone narażenie na wysoką temperaturę i wilgotność, szok termiczny i / lub mechaniczny (większość, ale nie wszystkie, LCTF wykorzystuje szkło jako główny materiał bazowy) oraz długotrwałe narażenie na wysoką energię fotoniczną, np. jako światło ultrafioletowe, które może fotowybielać niektóre materiały użyte do budowy filtrów.

Przestrajalny filtr optyczny Acousto

Innym rodzajem przestrajalnego filtra półprzewodnikowego jest przestrajalny filtr akustyczno-optyczny (AOTF), oparty na zasadach modulatora akustooptycznego . W porównaniu z LCTF, AOTF cieszą się znacznie większą prędkością strojenia (mikrosekundy w porównaniu z milisekundami) i szerszymi zakresami długości fal. Ponieważ jednak polegają one na efekcie akustooptycznym fal dźwiękowych w celu ugięcia i przesunięcia częstotliwości światła, jakość obrazu jest stosunkowo słaba, a wymagania dotyczące konstrukcji optycznej są bardziej rygorystyczne. Rzeczywiście, LCTF są zdolne do obrazowania ograniczonego dyfrakcją na czujnikach obrazowania o wysokiej rozdzielczości. AOTF mają mniejsze apertury i mają węższe specyfikacje kąta akceptacji w porównaniu z LCTF, które mogą mieć roboczą aperturę do 35 mm i mogą być umieszczane w pozycjach, w których promienie światła przechodzą przez filtr pod kątem ponad 7 stopni od normalnego.

Zobacz też

Bibliografia