バンドパスフィルタ

バンドパス フィルターは、特定の範囲の波長を通過させ、他の波長をブロックするコンポーネントです。マシン ビジョン、ライダー、蛍光、分光法、天文学、太陽シミュレーションで広く使用されています。

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バンドパスフィルターを使用する理由は何ですか?

バンドパス フィルターは、光源に関連する課題に対処するためによく使用されます。特に、光源を直接操作するとコストがかかったり、非現実的になったりする場合に使用されます。

Specifying a Bandpass Filter

  • Center Wavelength(CWL)

    CWL stands for Center Wavelength. It refers to the specific wavelength that is located at the midpoint of the filter's passband, which is the range of wavelengths that the filter allows to transmit while blocking others. The CWL is a critical parameter in determining the filter's performance, as it indicates where maximum transmission occurs within the specified bandwidth

  • FWHM (Bandwidth)

    Full Width at Half Maximum(FWHM) is a critical parameter in the characterization of optical bandpass filters. It defines the width of the filter's passband at half of its maximum transmission value.

  • Peak Transmission (Tpk)

    Peak Transmission (Tpk) is a key specification in the context of optical bandpass filters. It represents the maximum percentage of light that can pass through the filter at its most effective wavelength, typically located at or near the Center Wavelength (CWL).

  • Blocking Region

    The blocking region, also known as the blocking band or stopband, refers to the range of wavelengths or frequencies that an optical filter effectively attenuates or completely blocks. This region is crucial for ensuring that unwanted light does not interfere with the desired signal in various optical applications.

  • Optical Density

    Optical Density (OD) is a measure of how much light is absorbed or blocked by a material as it passes through. It quantifies the attenuation of light and is defined mathematically as the logarithm (base 10) of the ratio of incident light intensity to transmitted light intensity.

バンドパスフィルタを使用する利点

バンドパス フィルターは、複雑なアルゴリズムの調整や大規模な照明の変更に比べて、より実用的でコスト効率の高いソリューションを提供することがよくあります。

  • アルゴリズムの制限:難しい画像条件 (変化する照明、複雑な背景、微妙な欠陥) に直面すると、アルゴリズムは、広範囲にわたる微調整や特定のシナリオのハードコーディングを行わないと、望ましい結果を達成するのが困難になる場合があります。
  • コスト効率:バンドパス フィルターを変更する方が、一般的に照明の設定を変更する場合よりも迅速かつ安価です。特に、ダウンタイムのコストがかさむ産業環境ではこれが当てはまります。

バンドパスフィルタの特性

光バンドパスフィルタの主な特性:

  • 中心波長 (CWL):フィルターの透過率が最大となる波長。
  • 帯域幅 (FWHM):ピーク透過率の半分で測定されたフィルターの通過帯域の幅。
  • ピーク透過率:フィルターを通過する光の最大割合。
  • 遮断範囲:フィルターが光を遮断する通過帯域外のスペクトル領域。

バンドパスフィルタの共通製品コード:

例えばBP532-10

  • BP: 「バンドパス」の略で、フィルターが特定の範囲の波長を透過することを示します。
  • 532:フィルターの中心波長をナノメートル (nm) 単位で表します。このフィルターの中心波長は 532nm で、緑色です。
  • 10:フィルターの通過帯域の半値全幅 (FWHM) をナノメートルで示します。これは、フィルターが 527nm から 537nm (532nm ± 5nm) の波長で最大強度の 50% を透過することを意味します。

ヒント: この種のコードを使用して、当社の Web サイトや Google でバンドパス フィルターを検索することもできます。

バンドパスフィルタの選択

1. アプリケーションを定義する

  • 具体的な目的を特定する:フィルターで何を達成したいのか? (例: 色分離、スペクトル分析、蛍光イメージング)
  • 光源を決定する:光源の特性 (種類、波長範囲、強度) を理解します。
  • 対象となる材料または物体について検討します。作業する材料の光学特性は何ですか? (例: 吸収、反射、発光スペクトル)

2. フィルターパラメータを指定する

  • 中心波長 (CWL):フィルターの通過帯域の目的の中心波長を特定します。
  • 帯域幅 (FWHM):通過帯域の許容幅を決定します。
  • ピーク透過率:フィルターを通過する必要な光透過率を指定します。
  • ブロッキング範囲:ブロックする必要がある通過帯域外のスペクトル領域を定義します。
  • 光学密度:不要な波長の減衰に必要なレベルを決定します。

3. その他の要因

  • 入射角を考慮する:入射角が異なるとフィルターのパフォーマンスがどのように変化するかを確認する必要がある場合があります。
  • 温度安定性を評価する:温度の変化によってフィルターの特性が変化するかどうかを確認します。
  • レーザー損傷しきい値を評価する:該当する場合は、フィルターがレーザー出力レベルに耐えられることを確認します。

4. テストと反復

  • プロトタイプのテスト:在庫のバンドパス フィルターを使用すると、通常は最初は安価になります。
  • 反復プロセス:テスト結果に基づいてフィルター パラメータを改良し、必要に応じて調整します。システムが安定した状態に達したら、フィルターを一括注文する必要があります。これにより、フィルターの価格が大幅に下がります。

バンドパスフィルタの限界

スペクトル純度

  • 不完全な遮断:高品質のバンドパス フィルターであっても、必要な通過帯域外の光がいくらか透過してしまう場合があります。
  • サイドバンド:不要なスペクトル成分が通過帯域の両側に現れることがあり、画像の品質や測定精度に影響を及ぼします。

伝送損失

  • 光強度の低下:バンドパス フィルターは、通過する光の全体的な強度を本質的に低下させます。
  • 角度に依存する透過率:フィルターの性能は入射光の角度によって変化し、画像の均一性に影響を及ぼします。

コストと複雑さ

  • 高性能フィルター:帯域幅が狭いフィルターや特定のスペクトル要件を持つフィルターは高価になる可能性があります。
  • 複数のフィルター:一部のアプリケーションでは、望ましい結果を得るために複数のフィルターが必要になる場合があり、コストと複雑さが増します。

物理的な制約

  • サイズと重量:大型フィルターや高性能フィルターは物理的にかさばる場合があります。
  • 環境に対する感受性:特定のフィルター材料は、温度、湿度、またはその他の環境要因の影響を受けやすい場合があります。

さまざまな業界でのバンドパスフィルタの使用

マシンビジョンと検査

  • 品質管理:スペクトル特性に基づいて欠陥、汚染物質、異物を検出します。
  • 色の分類:色の違いに基づいて材料またはオブジェクトを分類します。
  • 材料識別:スペクトル特性に基づいて材料の構成を分析します。

分光法

  • ラマン分光法:レーザー励起光をフィルタリングしてラマン散乱光を分離します。
  • 赤外線分光法:化学分析のために特定のスペクトル領域を分離します。
  • 紫外線分光法:紫外線吸収スペクトルまたは紫外線発光スペクトルに基づいて材料を分析します。

レーザー技術

  • レーザーキャビティ:不要なレーザー モードまたは高調波を除去します。
  • 光通信:データ伝送用に特定の波長を分離します。
  • レーザーの安全性:有害なレーザー放射から目とセンサーを保護します。

医療用途

  • 蛍光顕微鏡:生物学的イメージングのために励起波長と発光波長を分離します。
  • 光学診断:スペクトル特性に基づいて生物学的サンプルを分析します。
  • レーザー手術:不要なレーザー波長をフィルタリングして周囲の組織を保護します。

通信

  • 光ファイバー通信:データ伝送用に特定の波長を分離します。
  • 光変調器:不要な周波数成分を除去します。

その他のアプリケーション

  • 天文学:天文学的観測のために特定の波長をフィルタリングします。
  • 環境モニタリング:スペクトル測定に基づいて空気と水質を分析します。
  • ディスプレイ技術:色域を拡大し、ディスプレイのグレアを軽減します。