שיקולים בבחירת פילטרים אופטיים

היסטוריית הפילטרים

במשך יותר ממאה שנים, צלמים השתמשו בפילטרים כדי להפחית השתקפויות, לאזן את הצבעים ולהעצים את הניגודיות בתמונות בשחור-לבן. בתקווה להשיג תוצאות דומות ניסו אינטגרטורים ברחבי העולם להשתמש במסנני צילום במערכות ראייה תעשייתיות. ניתן לראות שיפורים מסוימים בסוגי המסננים הללו. עם זאת, הם מיועדים במיוחד למצלמות קולנוע, והתגובה הספקטראלית (רגישות) של רוחב הסרט הינה בין 400 ל- 700 ננומטר, הידועה גם בשם הספקטרום הנראה לעין.

מצלמות דיגיטליות המשמשות במערכות ראייה של מכונות (Machine Vision Systems) אינן מסוגלות לתפקד ברמה מתקדמת של פילטרים לצילום מכיוון שיש להם חיישנים אלקטרואופטיים מסוג CCD (Charged Coupled Device) וחיישני מוליכים למחצה מסוג CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) הרגישים בתחומי האולטרה-סגול, התחום הנראה והאינפרא- אדום בספקטרום. על מנת להשתלט על תנאי התאורה ואיכות התמונה, נדרשים פילטרים אשר מבצעים ביצועים טובים לאורך כל טווח הרגישות. יצרני פילטרים, כגון MidOpt, מציעים מגוון אפשרויות ויכולים לעזור לכם לקבוע איזה פילטר הוא המתאים ביותר למערכת הראייה שלכם.

מה לחפש כאשר בוחרים פילטר אופטי להדמיה תעשייתית

בכדי לבחור את המסנן הטוב ביותר ליישום שלכם, יהיה עליכם לאתר את המטרה או את בעיית ההדמיה שיש לכם. אחד המסננים הנפוצים היותר המשמשים לשיפור מערכות הראייה הינו פילטר Bandpass. כדי למצוא את הפילטר הטוב ביותר ליישום שלכם, השתמשו בתאורה “רחבה” של הספקטרום (אור לבן) וערכת בדיקת מסננים (FILTER TEST KIT) על מנת להדגיש אורכי גל שונים. בעת הבדיקה, כל פילטר (Bandpass) משיג תוצאה דומה לזו שאורך הגל התואם שה- LED יניב. שיטה זו מסייעת בקביעת אורך הגל המתאים ליישום שלכם.
על ידי בחינת תוצאת המדידה המתקבלת שכל פילטר מספק, תוכלו לקבוע את הצבע הטוב ביותר למיקסום הניגודיות ולהפחתת האור המפריע.

שליטה באורך הגל

הסטה קצרה (Short Shift) מתרחשת כאשר מסננים קונבנציונליים ממוקמים מול עדשות הדמיה תעשייתיות עם אורך מוקד של 12מ”מ ומטה. מסנני StableEDGE מחברת MidOpt משתמשים בזכוכית פילטר סופגת כיד ליצור את הקצה המוביל של רוחב פס המסנן וכך ניתן לוודא ששום שינוי יתבצע באזור זה. גם כאשר שדה הראיה של העדשות עולה על 100 מעלות.

השגת ביצועים מיטביים

לחלק מהפילטרים הקיימים בשוק יש פרופיל העברה גבוה ושטוח. בעזרת תכנון זה, כמות עצומה של אור הסביבה מסוגל לעבור בקצוות הזנב החלשים יותר של עקומת הפלט הספקטראלית של LED. כדי להבטיח ביצועים מרביים, המיקום, הגובה והרוחב של ה- Passband צריכים לחקות את עקומת הפלט הספקטראלית בצורת הפעמון שתאורת ה- LED משמשת.

כאשר קרן אור עוברת במשטח זכוכית, חלק מהאור משתקף, וכתוצאה מכך ישנו אובדן הולכה של כ- 4% למשטח. מסנני חברת MidOpt, למשל, משתמשים בציפוי נגד השתקפות בכל תכנוני המסננים, ומפחיתים את השתקפות השטח לפחות מ- 1%. תכונה זו משפרת את היעילות של מערכת הראייה של ידי הגדלת השידור, שיפור הניגודיות וחיסול תמונות רפאים.

מבט על ביצועים ויכולת החזרה

כאשר בוחרים פילטר עבור מערכת ראייה, חשוב לבחור אחד עם איכות אופטית יוצאת דופן. עם ההתקדמות בטכנולוגיית חיישנים וברזולוציית המצלמות, יש ביקוש מוגבר למסננים נטולי עיוות. עליכם לחפש פילטר שמלוטש משני צדדיו כדי להשיג שטיחות אופטימלית (Optimal Flatness).

איכות המשטח חשובה גם לתוצאות תמונה מיטבית. מסנני MidOpt כמעט ללא פגמים ועולים על תקן בדיקת השטח בתעשייה עם יחס שריטות / חפירה (scratch / dig ratio) של 40/20 (מרבית היצרנים עומדים בקריטריוני שריטות / חפירה של 50/80). ביישומים שבהם המסנן ממוקם לפני החיישן – שם הפגמים בולטים יותר. MidOpt מציעים תקן של 10/5.

הרכבה ובדיקה עקבית

תחנת הרכבה רובוטית מבטיחה עקביות ואחידות בעת בדיקת שריטות, חפירות וליקויים קוסמטיים אחרים ומפחיתה את ההזדמנות לטעות אנוש. תכונה זו גם מאפשרת בקרת מומנט (Torque control) אידיאלית בעת הרכבת פילטרים למציבי (Mounts) פילטרים תוך כדי ביטול מתחים ועיוותים אופטיים.

עקומת העברה גאוסית

הפלט הספקטרלי ממקור LED צבעוני בודד המשמשת בכל יישום ראייה, בדרך כלל עוקב אחרי פרופיל גאוסי (Gaussian) או “צורת פעמון”. על מנת שהפילטר Bandpass של המכונה יהיה היעיל ביותר, המיקום הגובה והרוחב של ה- bandpass צריכים להיות בקירוב לעקומת הפעמון.
בחירה בפילטר “רחב” מדי יכולה לאפשר לאור סביבה בלתי רצוי לעבור דרך המסנן, ואילו בחירה בפילטר “צר” מדי עלולה לגרום לאובדן חלק משמעותי של התאורה הרצויה ולהכהות כללית של התמונה. שניהם יכולים לגרום להפחתה חדה בניגוד.

באופן דומה, ביישום פלואורסצנטי (Fluorescence) תעשייתי, לרוב זה לא רצוי אם הפילטר יעביר את מרבית האור באזורים שבהם פליטת הארה או הפליטה הפלואורסצנטית מספקים רק אות חלש מאוד, במיוחד כאשר אור הסביבה או מקור האור מסוגל “להציף” את היישום.
בניגוד למחשבה זו, חלק מספקי מסנני Bandpass מתכננים את המסננים שלהם כך שיהיה להם “פרופיל שידור גבוה ושטוח”, וטוענים כי הדבר יספק תאורה אחידה. במקום זאת, תורה זו מובילה לאפקטים לא רצויים. עם מסננים אלה, קצוות הזנב של עקומת הפלט הגאוסית הספקטלית של LED (שבהם מסופק רק אות חלש מאוד) מותרת כדי להכתיב את התאמת ה- Passband, ומאפשרת לאור סביבתי רב מידי לעבור ביחסית לכמות הקטנה מאוד של אור באזורים ספקטראליים אלה הנפלט על ידי ה- LED.