Bandpass, Longpass, Shortpass – geen onderscheid? Alles wat je moet weten over de selectie van infraroodfilters.

Een inkoopspecialist die nog relatief nieuw was in het vakgebied vertelde ons eens een verhaal. Zijn team was bezig met de ontwikkeling van een infrarood temperatuurmeetmodule. Ze kozen voor een longpassfilter. Tijdens het debuggen ontdekten ze een afwijkende reactie op kortgolvige interferentie. Na twee weken code controleren, vonden ze eindelijk de oorzaak van het probleem: het filter. Wat ze eigenlijk nodig hadden, was een bandpassfilter, geen longpassfilter.

Twee weken.

Dit soort fouten komt in deze branche vaker voor dan de meeste mensen willen toegeven. De reden is simpel: bandpass, longpass en shortpass klinken misschien wat vergelijkbaar, maar hun functionele verschillen zijn fundamenteel. Als je de verkeerde keuze maakt, zul je daar later de gevolgen van ondervinden tijdens het debuggen.

Dit artikel legt de logica achter alle drie de typen uit en beantwoordt een aantal van de meest gestelde vragen tijdens het selecteren van een filter.

Wat is een longpassfilter en wanneer gebruik je het?

A langdoorlaatfilter Het laat alleen licht door met golflengten langer dan een bepaalde grenswaarde. Al het licht met golflengten korter dan de grenswaarde wordt geblokkeerd.

Hier is een concreet voorbeeld: een longpassfilter met een afsnijgolflengte van 700 nm blokkeert al het zichtbare licht onder de 700 nm, terwijl het nabij-infrarood en midden- tot ver-infrarood licht boven de 700 nm doorlaat.

Dit type filter is geschikt voor toepassingen waarbij kortgolvig licht volledig moet worden geblokkeerd en langere golflengten vrij moeten worden doorgelaten. De meest voorkomende toepassing is aan de voorkant van thermische beeldvormingssystemen: het langgolvige infraroodlicht van 8-14 μm moet de detector bereiken, terwijl zichtbaar licht en nabij-infrarood volledig ongewenst zijn. Een enkel langdoorlaatfilter lost dit probleem op met een eenvoudige constructie.

De longpass-serie van MULTI IR omvat meerdere afsnijgolflengten, van nabij-infrarood tot midden- en ver-infrarood, met stabiele leveringen voor thermische beeldvorming, pyrometers, branddetectie en andere toepassingen.

Een longpassfilter heeft echter een duidelijke beperking: het blokkeert alleen korte golflengten. Lange golflengten worden niet geblokkeerd. Als uw systeem last heeft van interferentie door golflengten die langer zijn dan uw beoogde frequentieband, kan een longpassfilter dit niet verhelpen. Dat is waar een bandpassfilter van pas komt.

Wat is een shortpassfilter? De toepassingsmogelijkheden zijn beperkter dan je misschien denkt.

A kortdoorlaatfilter Het doet het tegenovergestelde van een longpassfilter: het laat alleen licht door met golflengten korter dan het afsnijpunt, terwijl het alle langere golflengten blokkeert.

In het infraroodgebied worden shortpassfilters aanzienlijk minder vaak gebruikt dan longpass- of bandpassfilters. Het meest voorkomende scenario is wanneer een systeem infraroodstraling boven een bepaalde golflengte volledig moet isoleren, terwijl het signaal in de kortegolfband behouden blijft. Bepaalde camerasystemen voor zichtbaar licht die nabij-infrarood moeten onderdrukken, gebruiken bijvoorbeeld shortpassfilters om dit te blokkeren.

De belangrijkste waarde van een shortpassfilter is dat het lange golflengten blokkeert. Als u al het licht boven een bepaalde golflengte wilt elimineren, is een shortpassfilter de meest voor de hand liggende keuze.

Wat is een banddoorlaatfilter en waarom is het het meest gebruikte type in infraroodsensoren?

A banddoorlaatfilter Het heeft zowel een onder- als een bovengrens voor de lichtdoorlaatbaarheid – het laat alleen licht door binnen een specifiek golflengtebereik, terwijl het zowel kortere als langere golflengten blokkeert.

Dit "specifieke bereik" is de transmissieband. De transmissieband wordt beschreven door de begin- en eindpositie. Een transmissieband van 3000 nm tot 5000 nm, waarbij alle kortere en langere golflengten worden geblokkeerd, is bijvoorbeeld een banddoorlaatfilter. In de industrie worden producten met een bandbreedte-tot-middengolflengteverhouding van meer dan 5%–20% vaak breedbandfilters genoemd. Een banddoorlaatfilter met een middengolflengte van 850 nm en een halve bandbreedte van 40 nm laat bijvoorbeeld ruwweg alleen het bereik van 830–870 nm door, terwijl al het andere wordt geblokkeerd.

Banddoorlaatfilters worden het meest gebruikt in infraroodsensoren, omdat de overgrote meerderheid van de sensorapplicaties één gemeenschappelijke eis heeft: alleen het signaal uit de beoogde golflengteband is nodig – al het andere wordt onderdrukt.

Gasdetectie vereist alleen de absorptiepiek van het doelgas. Gezichtsherkenning met nabij-infrarood vereist alleen de emissieband van de lichtbron. Laser-afstandsmeting vereist de specifieke emissiegolflengte van de laser. Time-of-flight-afstandsmeting vereist de smalle band die overeenkomt met de uitgezonden puls. Geen van deze scenario's is mogelijk door "slechts één kant te blokkeren". Ze vereisen dat beide kanten worden geblokkeerd, waardoor alleen de doelband overblijft.

Is een smalbandfilter een aparte categorie? Wat is de relatie tussen een smalbandfilter en een banddoorlaatfilter?

A smalbanddoorlaatfilter Het is in principe een subset van banddoorlaatfilters. Het enige verschil is de breedte van de transmissieband.

In de industrie worden producten met een bandbreedte-tot-middengolflengteverhouding van minder dan 1%–5% over het algemeen smalbandfilters genoemd. Deze grens is echter geen industriestandaard; de definitie van "smalband" verschilt per leverancier. Let bij de selectie altijd op de specifieke FWHM-waarde (Full Width at Half Maximum), en niet alleen op de benaming.

Smalbandfilters worden gebruikt in toepassingen die een extreem hoge golflengtezuiverheid vereisen: kanaalisolatie in lasercommunicatie, selectie van karakteristieke absorptiepieken bij gasdetectie en scheiding van excitatie- en emissiegolflengten bij fluorescentiedetectie. In deze scenario's zou het toelaten van slechts een paar nanometer extra licht buiten de bandbreedte het signaal vervuilen. Smalbandfilters zijn de enige haalbare optie.

De smalband infraroodfilters van MULTI IR worden geproduceerd met een tolerantie van de middengolflengte binnen ±2 nm – een precisieniveau dat is gevalideerd in gasdetectie- en lasertoepassingen.

Hoe u snel kunt bepalen welk type u nodig heeft

Stel jezelf drie vragen – dat is genoeg.

1. Moet ik één kant of beide kanten afschermen?

Als u alleen korte golflengten hoeft te blokkeren, kies dan voor een longpassfilter. Als u alleen lange golflengten hoeft te blokkeren, kies dan voor een shortpassfilter. Als u beide kanten moet blokkeren, kies dan voor een bandpassfilter.

2. Hoe breed is de bandbreedte van mijn beoogde signaal?

Als uw doelband erg breed is (bijvoorbeeld het gehele midden-infraroodbereik van 8–14 μm), kan een breedbandfilter of een longpassfilter volstaan. Als uw doelband erg smal is (bijvoorbeeld de CO₂-absorptiepiek bij 4,26 μm), is een smalbandfilter vereist.

3. Zijn er storingsbronnen aan weerszijden van mijn beoogde frequentieband?

Indien ja, dan is bandpass het enige type filter dat interferentie van beide kanten tegelijkertijd kan aanpakken – noch longpass noch shortpass kan dat.

Zodra u deze drie vragen hebt beantwoord, is het filtertype in principe bepaald. De resterende taak, na bevestiging van het type, is het definiëren van de specifieke parameters voor de centrale golflengte, bandbreedte en blokkeringsdiepte op basis van het vermogen van de lichtbron, de gevoeligheid van de detector en de nauwkeurigheid van de doeldetectie van uw systeem.

Een vraag die vaak gesteld wordt:

Voor dezelfde golflengteband is een bandpassfilter duurder dan een longpassfilter – waarom? Waar komen die extra kosten vandaan?

Dat komt door de complexiteit van de coating.

Bij een longpass-filter is het coatingontwerp slechts op één afsnijrand nodig – relatief eenvoudig. Een bandpass-filter vereist gelijktijdige controle van de positie en helling van twee afsnijranden, met aanzienlijk meer coatinglagen en hogere eisen aan de stabiliteit van de coatingapparatuur en de procesbeheersing. Hoe smaller de bandbreedte, hoe complexer het coatingontwerp – het aantal lagen kan oplopen tot tientallen of zelfs honderden, en de eisen voor de vacuümkameromgeving worden steeds veeleisender.

Als je twee filters ziet met aanzienlijk verschillende prijzen, trek dan niet meteen de conclusie dat de ene te duur is dan de andere. Controleer eerst het type en de bandbreedte – deze twee parameters verklaren namelijk al het grootste deel van het prijsverschil.

Bandpass-, longpass- en shortpassfilters zijn geen drie broers en zussen met gelijkklinkende namen. Het zijn drie fundamenteel verschillende optische oplossingen voor drie verschillende problemen. Begrijp de beperkingen van elk type, en je zult geen foute filterkeuze maken.

Als u nog steeds niet zeker weet welk filter u moet kiezen, of als u bestaande systeemparameters wilt controleren, neem dan contact op met het technische team van MULTI IR. We hebben een complete reeks filters op voorraad voor banddoorlaat-, langdoorlaat- en kortdoorlaatfilters – van nabij-infrarood tot midden- en ver-infrarood – en ondersteunen maatwerk met gemeten spectrale curves.

MULTI-IR
Een compleet assortiment infrarood banddoorlaat-, smalband-, langdoorlaat- en kortdoorlaatfilters op voorraad – voor het gehele spectrum van nabij-infrarood tot midden- en ver-infrarood. Meer dan 10.000 soorten infraroodgevoelige componenten beschikbaar.
Wereldwijd in de top 3 qua algehele sterkte.
Een gespecialiseerd en geavanceerd bedrijf, een "kleine reus" op nationaal niveau.

Website: www.mirhz.com
Wereldwijde website: www.miroptech.com