Durchstimmbarer Flüssigkristallfilter - Liquid crystal tunable filter

LCTFs um 2014 mit integrierten Schaltkreisen für Steuerung und Stromversorgung (links) oder ein älteres Modell mit einer separaten Elektronik-Controller-Box und einem dicken, abgeschirmten Kabel (rechts).

Ein durch Flüssigkristall abstimmbares Filter ( LCTF ) ist ein optisches Filter, das elektronisch gesteuerte Flüssigkristallelemente (LC) verwendet, um eine wählbare Wellenlänge des Lichts zu übertragen und andere auszuschließen. Oft basiert das grundlegende Arbeitsprinzip auf dem Lyot-Filter, es können jedoch auch viele andere Designs verwendet werden. Der Hauptunterschied mit dem Original - Lyot - Filter ist , dass die feststehenden Wellenplatten durch schaltbare Flüssigkristallwellenplatten ersetzt.

Optische Systeme

LCTFs sind dafür bekannt, eine hohe Bildqualität zu ermöglichen und eine relativ einfache Integration hinsichtlich des optischen Systemdesigns und der Softwaresteuerung zu ermöglichen, jedoch aufgrund der Verwendung mehrerer polarisierender Elemente im Vergleich zu herkömmlichen optischen Filtern mit fester Wellenlänge niedrigere Spitzenübertragungswerte zu haben. Dies kann in einigen Fällen durch Verwendung breiterer Bandpassdesigns gemildert werden , da ein breiterer Bandpass dazu führt, dass mehr Licht durch den Filter fließt. Einige LCTFs sind entworfen , um Melodie zu einer begrenzten Anzahl von festen Wellenlängen , wie beispielsweise den roten, grünen und blauen ( RGB ) Farben , während andere in kleinen Schritten über einen weiten Bereich von Wellenlängen wie die abgestimmt werden sichtbaren oder nahen Infrarot - Spektrum von 400 bis zur Stromgrenze von 2450 nm. Die Abstimmgeschwindigkeit von LCTFs variiert je nach Hersteller und Design, beträgt jedoch im Allgemeinen einige zehn Millisekunden, was hauptsächlich durch die Schaltgeschwindigkeit der Flüssigkristallelemente bestimmt wird. Höhere Temperaturen können die Übergangszeit verkürzen, in der sich die Moleküle des Flüssigkristallmaterials ausrichten und der Filter auf eine bestimmte Wellenlänge abstimmt. Niedrigere Temperaturen erhöhen die Viskosität des Flüssigkristallmaterials und die Abstimmzeit des Filters von einer Wellenlänge zur anderen.

Jüngste Fortschritte bei miniaturisierten elektronischen Treiberschaltungen haben die Größenanforderungen von LCTF-Gehäusen reduziert, ohne große Arbeitsöffnungsgrößen zu opfern. Darüber hinaus haben neue Materialien die Erweiterung des effektiven Wellenlängenbereichs auf 2450 nm ermöglicht.

Bildgebung

LCTFs werden aufgrund ihrer hohen Bildqualität und schnellen Abstimmung über einen breiten Spektralbereich häufig in multispektralen Bildgebungs- oder hyperspektralen Bildgebungssystemen verwendet. Mehrere LCTFs in getrennten Bildgebungspfaden können in optischen Designs verwendet werden, wenn der erforderliche Wellenlängenbereich die Fähigkeiten eines einzelnen Filters überschreitet, beispielsweise in Astronomieanwendungen.


LCTFs wurden für die Luft- und Raumfahrtbildgebung verwendet. Ihr geringes Gewicht und ihr geringer Strombedarf machen sie zu guten Kandidaten für Fernerkundungsanwendungen. Sie sind in kompakte, aber leistungsstarke wissenschaftliche digitale Bildkameras sowie in industrielle und militärische Instrumente (multispektrale und hochauflösende Farbbildgebungssysteme ) integriert. LCTFs können eine lange Lebensdauer haben, normalerweise viele Jahre. Umgebungsfaktoren, die zu einer Verschlechterung der Filter führen können, sind eine längere Exposition gegenüber hoher Hitze und Feuchtigkeit, thermischer und / oder mechanischer Schock (die meisten, aber nicht alle LCTFs verwenden Glas als Hauptgrundmaterial) und eine langfristige Exposition gegenüber hoher photonischer Energie, wie z als ultraviolettes Licht, das einige der zum Aufbau der Filter verwendeten Materialien photobleichen kann .

Akustisch optisch abstimmbarer Filter

Eine andere Art von abstimmbarem Festkörperfilter ist das akustooptisch abstimmbare Filter (AOTF), das auf den Prinzipien des akustooptischen Modulators basiert . Im Vergleich zu LCTFs genießen AOTFs eine viel schnellere Abstimmgeschwindigkeit (Mikrosekunden gegenüber Millisekunden) und breitere Wellenlängenbereiche. Da sie jedoch auf dem akustooptischen Effekt von Schallwellen beruhen, um die Lichtfrequenz zu beugen und zu verschieben, ist die Abbildungsqualität vergleichsweise schlecht und die Anforderungen an das optische Design sind strenger. In der Tat sind LCTFs in der Lage, beugungsbegrenzte Bildgebung auf hochauflösenden Bildsensoren durchzuführen. AOTFs haben kleinere Öffnungen und engere Annahmewinkelspezifikationen im Vergleich zu LCTFs, die Arbeitsöffnungsgrößen von bis zu 35 mm aufweisen können und an Positionen platziert werden können, an denen Lichtstrahlen in einem Winkel von über 7 Grad zur Normalen durch den Filter wandern.

Siehe auch

Verweise