Was ist ein optischer Filter?
Optische Filter sind optische Elemente, die selektiv nur bestimmte Wellenlängen des einfallenden Lichts durchlassen können.
Optische Filter blockieren bestimmte Wellenlängen des Lichts, indem sie sie absorbieren oder reflektieren und sind je nach ihrer Leistung in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Wenn Sie die Funktionsweise der optischen Filter verstehen und den richtigen optischen Filter für Ihre Anwendung auswählen, können Sie das Beste aus Ihrer Anwendung herausholen.
Anwendungen von optischen Filtern
Optische Filter werden verwendet, um den Kontrast einzustellen oder nur bestimmte Wellenlängen des Lichts durchzulassen und sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich.
Bekannte Beispiele sind Projektoren und andere Projektionsgeräte, Kameras und andere Videogeräte, bei denen sie eine Vielzahl von Funktionen erfüllen, z. B. die Einstellung der Lichtintensität und des Kontrasts, die Anpassung der Farben und die Kontrolle der Überbelichtung.
Andere Beispiele sind weit verbreitet in Vermessungsinstrumenten und optischen Geräten, insbesondere Mikroskopen und Messgeräten, die bei der Herstellung von Halbleitern und anderen Präzisionsgeräten verwendet werden.
1. Filter, die Licht mit bestimmten Wellenlängen selektieren
Zu den Filtern, die Licht mit bestimmten Wellenlängen selektieren, gehören Bandpass- und Kerbfilter. Bandpassfilter sind optische Filter, die nur Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich selektieren und übertragen können.
Kerbfilter hingegen können Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich selektiv blockieren. Beide werden häufig bei Experimenten mit Lasern verwendet. Kerbfilter sind nützlich, wenn man Laserlicht mit hoher Intensität und einer einzigen Wellenlänge schneiden möchte.
2. Filter zur Auswahl bestimmter Wellenlängenbereiche
Zu den Filtern, die einen bestimmten Wellenlängenbereich auswählen, gehören Langpass- und Kurzpassfilter. Bei Langpassfiltern handelt es sich um optische Filter, die Wellenlängen, die kürzer als eine bestimmte Wellenlänge sind, blockieren und das Licht auf der längeren Wellenlängenseite durchlassen können.
Kurzpassfilter hingegen blockieren Licht mit höheren Wellenlängen als eine bestimmte Wellenlänge und lassen Licht mit kürzeren Wellenlängen durch. Langpassfilter werden für die Messung von Emissionsspektren verwendet, die in einem Wellenlängenbereich auftreten, der länger ist als die Anregungswellenlänge.
Das Licht der Anregungslichtquelle usw. wird ausgesperrt, so dass nur das zu messende Emissionsspektrum erfasst werden kann. Durch die Kombination von Langpass- und Kurzpassfiltern können diese auch wie Bandpassfilter verwendet werden.
3. Filter zur Auswahl von hell und dunkel
Zu den Filtern, die zwischen hell und dunkel wählen, gehören die ND-Filter (Neutral Density), die die Lichtmenge anpassen können, indem sie die Menge des einfallenden Lichts um einen bestimmten Prozentsatz abschwächen.
Optische Filter dienen der Reduzierung der Lichtintensität und werden je nach Produkt und Anwendung häufig in der Fotografie eingesetzt. Sie weisen bei allen Wellenlängen des sichtbaren Spektrums ungefähr das gleiche Lichtreduktionsverhältnis auf. Wenn Sie z. B. Landschaften fotografieren wollen, insbesondere fließende Flüssigkeiten (z. B. Wasserfälle, Flüsse), müssen Sie die Belichtungszeit verlängern, um ein Gefühl der Flüssigkeit zu erzeugen.
Eine längere Belichtungszeit kann jedoch zu einer größeren Lichtmenge als nötig führen, wodurch einige Teile des Bildes überstrahlt werden können. In solchen Fällen kann ein ND-Filter verwendet werden, um die Lichtmenge absichtlich zu reduzieren.
Funktionsweise von optischen Filtern
Die Funktionsweise von optischen Filtern lässt sich je nach Filtermethode grob in zwei Typen unterteilen: den Absorptionstyp und den dichroitischen Typ.
1. Absorptionstyp (Farbglasfilter)
Absorptionsfilter nutzen die lichtabsorbierenden Eigenschaften von Glassubstraten, um bestimmte Wellenlängen des Lichts zu absorbieren und zu blockieren und nur bestimmte Wellenlängen des Lichts durchzulassen.
Diese auch als Farbglasfilter bezeichneten Filter können je nach Material in ihrer Absorptionswellenlänge variieren und werden hauptsächlich als Langpassfilter eingesetzt. Im Vergleich zu dichroitischen Filtern sind sie billiger und haben eine größere Fläche, sind aber in Bezug auf die Leistung, z. B. die Durchlässigkeit, schlechter. Außerdem kann bei einer hohen Intensität des einfallenden Lichts die Emission des Glases als Hintergrund erscheinen, wenn das Durchlicht erfasst wird.
2. Dichroitischer Typ (dichroitischer Filter)
Der dichroitische Filter ist eine Filtermethode, die Licht bestimmter Wellenlängen reflektiert und blockiert und nur Licht bestimmter Wellenlängen durchlässt. Die Filterung erfolgt durch den Interferenzeffekt mehrerer Schichten dünner Filme mit unterschiedlichen Brechungsindizes.
Weitere Informationen zu optischen Filtern
Begriffe im Zusammenhang mit optischen Filtern
Die folgenden Begriffe werden verwendet, um die Leistung von optischen Filtern zu definieren und sind für das Verständnis und die Auswahl eines optischen Filters erforderlich.
1. Zentrale Wellenlänge
Die Mittenwellenlänge wird verwendet, um die Eigenschaften eines Bandpassfilters zu definieren und bezieht sich auf die Mitte des Spektralbandes, durch das das Filter hindurchläuft.
2. Bandbreite
Die Bandbreite ist die Breite des vom Bandpassfilter übertragenen Spektrums und wird durch die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) definiert. Sie ist die Breite der Wellenlänge, bei der der Transmissionsgrad 50 % erreicht, wenn man das Diagramm in Richtung der kurzen Wellenlänge vom Ausgangspunkt des maximalen Transmissionsgrads aus betrachtet, und die Breite der Wellenlänge, bei der der Transmissionsgrad 50 % erreicht, wenn man das Diagramm in Richtung der langen Wellenlänge betrachtet.
3. Blockierender Bereich
Dieser definiert den Wellenlängenbereich, in dem das Licht durch den Filter gedämpft (blockiert) wird. Die Blockierungskapazität wird durch die optische Dichte definiert. Die optische Dichte ist ein logarithmischer Ausdruck für den Grad, in dem Licht nicht durchgelassen oder reflektiert wird, wobei der Mindestwert 0 ist (alles durchgelassen oder reflektiert) und je höher die Zahl, desto höher die Sperrleistung.