Loading article…
液晶可変フィルター（LCTF）は、電子制御された液晶（LC）素子を使用して、選択可能な波長の光を透過させ、他の波長の光を遮断する光学フィルターです。多くの場合、基本的な動作原理はリオフィルターに基づいていますが、他の多くの設計も使用できます。[ 1 ]オリジナルのリオフィルターとの主な違いは、固定波長板が切り替え可能な液晶波長板に置き換えられていることです。
LCTFは、高画質を実現し、光学システム設計やソフトウェア制御に関して比較的容易に統合できます。しかし、複数の偏光素子を使用しているため、従来の固定波長光学フィルターと比較してピーク透過率が低くなります。これは、より広いバンドパス設計を使用することで、フィルターを通過する光量が増えるため、場合によっては軽減できます。LCTFの中には、赤、緑、青（RGB ）などの限られた数の固定波長に調整するように設計されているものもあれば、400 nmから現在の制限である2450 nmまでの可視光または近赤外線スペクトルなどの広い波長範囲で小さな増分で調整できるものもあります。LCTFの調整速度はメーカーや設計によって異なりますが、一般的には数十ミリ秒で、主に液晶素子のスイッチング速度によって決まります。温度が高いと、液晶材料の分子が整列し、フィルターが特定の波長に調整されるまでの遷移時間が短くなります。低温になると液晶材料の粘度が増し、フィルターの波長切り替え時間が長くなる。
小型化された電子ドライバ回路の最近の進歩により、大きな動作開口サイズを犠牲にすることなく、LCTFエンクロージャのサイズ要件が縮小されました。さらに、新しい材料により、有効波長範囲を2450 nmまで拡張することが可能になりました。[ 2 ]
LCTFは、その高い画像品質と広いスペクトル範囲にわたる迅速なチューニングのため、マルチスペクトルイメージングやハイパースペクトルイメージングシステムでよく使用されます。 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]天文学アプリケーションのように、必要な波長範囲が単一のフィルターの能力を超える場合、光学設計では、別々のイメージングパスに複数のLCTFを使用できます。[ 6 ]
LCTFは航空宇宙イメージングに利用されてきました。[ 5 ] [ 7 ] LCTFは、小型ながら高性能な科学用デジタルイメージングカメラや、産業用および軍事用機器（マルチスペクトルおよび高解像度カラーイメージングシステム）に組み込まれています。[ 8 ] LCTFは長寿命で、通常は少なくとも45年まで使用できます。フィルターの劣化を引き起こす環境要因としては、高温多湿への長時間の曝露、熱衝撃や機械的衝撃（ほとんどのLCTFは標準的な窓ガラスを主基材として使用していますが、すべてではありません）、紫外線などの高光子エネルギーへの長期曝露があり、紫外線はフィルターを構成する材料の一部を光退色させる可能性があります。
もう一つの固体可変フィルタは、音響光学変調器の原理に基づく音響光学可変フィルタ（AOTF）です。LCTFと比較すると、AOTFははるかに高速なチューニング速度（ミリ秒ではなくマイクロ秒）と広い波長範囲を誇ります。しかし、音波の音響光学効果を利用して光を回折させ、周波数をシフトさせるため、画像品質は比較的劣り、光学設計の要件もより厳しくなります。実際、LCTFは高解像度イメージングセンサー上に回折限界イメージングを実現できます。AOTFは、最大35mmの動作開口サイズを持ち、法線から7度以上の角度で光線がフィルタを通過する位置に配置できるLCTFと比較して、開口が小さく、受光角の仕様も狭くなっています。[ 9 ] [ 10 ]