奧林巴斯顯微鏡，光過濾的基本內容

 大多數常見的天然和人造光源發出的大范圍覆蓋整個可見光光譜的波長，具有一定延伸到紫外和紅外區以及。 對于簡單的照明應用，如室內房間的燈，手電筒，現貨和汽車前燈，和許多其他消費，商業和技術應用，在較寬的波長范圍是可以接受的，相當有用。

然而，在許多情況下，需要縮小光為需要的顏色或頻率的選定區域的具體應用的波長范圍內。 這個任務可以通過使用該發送某些波長專門的過濾器很容易地完成，并有選擇地吸收，反射，折射，衍射或不需要的波長。 過濾器被構建成各種各樣的形狀和物理尺寸，并且可以被用來從幾百納米除去或通過波長帶的大小不等，下降到一個單一的波長。 換言之，光的排除或限制通過過濾器的數量可以是窄的小頻帶的波長或一樣寬，在整個可見光譜。

許多過濾器通過吸收光的工作，而另一些不必要的反射光，但通過波長的選定區域。 光的色溫可以微調與過濾器，以產生具有明亮的日光，黃昏的天空，室內鎢絲燈照明，或者兩者之間的一些變化的特性光的光譜。過濾器是用來調節顏色的區域的對比度，因為它們代表了黑白攝影或添加在彩色攝影的特殊效果非常有用。專門二向色濾光片可用于極化光，而吸熱過濾器可以限制紅外線波長（和熱），只允許可見光通過。 有害紫外線可以從可見光被完全除去的過濾器，或所有波長（紫外線，可見光和紅外光）的強度可以通過中性密度濾光片降低至特定范圍。 *復雜的篩選操作的干擾的原理，可以進行調整，以通過狹窄的頻帶（或什至一個單一的波長，見圖1）的光，同時反射所有其它在特定方向上。

吸收濾波器

直到二十世紀初，液體過濾器，染色玻璃大塊是過濾光線的主要手段。 許多芳香有機化工原料生產色彩鮮艷的解決方案溶解于酒精或水時，和早期的攝影師和科學家這些提供了范圍廣泛的吸收過濾器。 1856年，英國化學家威廉·珀意外地發現了一種天然物質，被稱為苯胺紫紅或mauveine，試圖合成從煤焦油中的藥物奎寧。 他發現，化學制作漂亮的深紫******解決方案溶于酒精時，實現其巨大潛力使染料產品。 珀的努力導致了許多合成染料，從而催生了一個產業，是負責生產幾乎所有的染料目前使用的。

今天，吸收過濾器是由有色濾光玻璃或合成凝膠主要由和表示*大的一類，*廣泛使用的類型的過濾器的應用程序，不需要傳輸波長的精確定義。 常用的分離波長的寬波段（見圖2），吸附過濾器也有助于阻止短的波長而透射較長的。 這些過濾器通常是可獲得的在玻璃的形式，對已涂，混合，或浸漬有從天然和合成來源獲得的有機和無機染料的塑料膜的玻璃，乙酸鹽，明膠或堿。 其中在玻璃和聚合物的過濾器所用的材料是稀土過渡元素，膠體染料（如硒化物），以及具有能產生相當尖銳的吸收變高消光系數的其它分子。

玻璃或在過濾器的制造中使用的聚合物的質量是重要的，并且應該是光學級，并提供密度和顏色在過濾器的整個表面上的均勻性。 過濾器的玻璃或塑料僅通過吸收光衰減，所以光譜性能取決于厚度和過濾材料的光學密度。 增加厚度會產生不想要的波長的阻塞電平的相應增加，同時也降低了峰值的帶內傳輸，引起衰減的吸收帶的端部。

明膠過濾器是*符合成本效益和良好的光學過濾器可以買到，使得這種選擇的過濾材料用于各種各樣的應用程序（包括光學顯微鏡），盡管所需要的柔和處理。 光學玻璃濾光片，也是極好的，不過一般都是無法滿足所有的消費，工業，科學應用。 乙酸酯過濾器通常用于非成象應用中，需要對質量和精度是不重要的是有用的。 通常，乙酸過濾器用于在舞臺照明，照片放大，投影裝置，以及類似的目的。 塑料涂層的過濾器也限于在使用中適于醋酸纖維過濾嘴的那些應用程序。

有幾個優點玻璃和聚合物的吸收濾波器，包括其相對較低的成本和穩定性下的多種氣候條件和操作條件。 此外，該過濾器與光吸收的化學物質在整個過濾材料，而不是沉積在表面上混合構成，因此它們不容易破壞輕微劃傷或擦傷。 玻璃吸收過濾器還具有耐腐蝕性油的指紋和危險的煙霧和污染其他來源的化學侵蝕，而聚合物為基礎的過濾器一般不享受這種豁免權。 *后，玻璃和聚合物的過濾器是不敏感的入射照明光的角度，并且由于當過濾器被安置在遠離所述垂直增加的有效厚度提供均勻的光譜特性，除了在吸收微小變化。

玻璃和聚合物過濾器的主要缺點是它們對熱和易感性在長時間使用修改過的光傳輸特性的靈敏度。 還有一種選擇有限的眼鏡可用于那些需要特定的光學級玻璃，而不是基于聚合物材料的應用。 時相比，干涉濾光片帶通濾波器吸收通常具有較差的斜坡的特點，而且往往顯示低峰值透過率值。 此外，因為它們依賴于厚度來支配的頻譜性能，玻璃和聚合物過濾器比其它類型的濾波器設計的專門應用用處不大。 此外，多數長通濾光片眼鏡是由高自發熒光，這有時可避免與自身熒光水平低于其玻璃對口代聚合物為基礎的過濾器的困擾。

過濾器專門術語

使用由不同制造商描述的濾波器特性的術語可能會造成混淆，主要是因為過濾器按產品編號或由他們過濾性能的某些方面經常提到。 很少有全行業的過濾器的命名標準。 然而，過濾器可以根據在過濾操作和波長透射或吸收曲線的描述中使用的術語進行分類。 一般而言，有兩種基本類型的調節特定波長的發射濾波器，如下所述。

帶通濾波器（圖3）發射波長的能帶和塊的上面和下面指定的傳輸范圍內的所有的光。 這些過濾器的特征在于相對于由它們的中心波長（CWL）和帶寬 ，也被稱為全寬半高傳輸（FWHM）的光學性能。 的中心波長從波長的算術平均值計算峰值發送的50％，而帶寬（FWHM）是波長的帶通曲線，其中光傳輸是其峰值的50％的邊緣之間測得的范圍（納米）或*大值。

邊緣過濾器也通常被稱為長通和短通過濾器（以下簡稱LP和SP，分別），并根據它們的切口上或截止波長的峰值發送的50％進行編目（參見圖3）。 長波通濾波器傳輸較長的波長和塊短的波長，而短通濾波器具有傳遞或傳送短的波長，同時阻止其他人的相反的特性。 邊緣過濾器，在一般情況下，有一個很陡的斜率與從光的發射和堵塞的過渡區域中的效率（傳輸和阻斷域之間的邊界）來計算平均傳輸值，而不是以上的波長的整個范圍通過或由過濾器傳輸。 在過去，術語高通和低通常被用于表示邊緣的過濾器，但現在氣餒，因為它們更準確地是指頻率，而不是波長。

過濾器的吸收或傳輸特性文件，在定義過濾器作用的關鍵因素，通常呈現在一個波長的曲線的形式（在納米;見圖1-4）與光密度，吸收，或過濾器的傳輸特性。 光密度被定義為吸光度，根據公式（透射率的倒數）的對數（基數為10）：

其中：

和，因此：

其中T是光的通過過濾器被發射的百分比，OD為光學密度，A是在過濾器中的染料或其他吸光物質的吸光度值。 當指帶通或截止的區域中的過濾器，大多數制造商繪出傳輸值，它是波長的透射率，除以100，與波長產生的光譜特性。 然而，由于過濾器可以通過除吸收其他阻擋光，光密度是由哪一個更準確的方法，以評估濾波器傳輸訪問，并且是*常用的標準由科學調查。 為了避免混淆，仔細辨別是否吸收或發射值被雇用*過被檢查的波長范圍來表征篩選器操作是很重要的。 這些應該在頻譜圖的縱坐標明確界定。

二向色濾光片是通過涂覆或光學級或低質量的基片，包括聚合物和玻璃，用薄膜以類似于干涉濾光器的方式，以實現特定的波長傳輸特性的制造。 然而，二向色濾光片是不敏感于入射照明角度為干涉濾光器，并且它們也不是作為波長選擇性。 在大多數情況下，該術語分色為具有100納米或更通帶濾波器反射波段為大約兩倍寬和含有包括波長的互補色保留。 因此，二向色濾光器的特點是，它們產生不同的顏色時，通過反射或透射的光照亮。 這些過濾器通常用作無論是增加或減少的彩色濾光片的對比度增強，機器視覺，或分色。 在一般情況下，二向色濾光片提供比窄帶通干涉濾光器一個較大的光圈和更適合于應用在不涉及圖像形成時，如傳統的攝影照明，印刷，和舞臺燈光。

測定光密度單位，一個濾光器的阻塞電平 （也稱為衰減電平 ）是其波長不在于濾波器的通帶被抑制過度的頻譜擴展范圍的程度的一種度量。 在這個概念相結合， 阻斷范圍 （或衰減范圍 ）是指波長在其中一個過濾器保持一個指定的阻塞電平（參見圖3）的范圍內。 還涉及一種過濾器的衰減電平，是這種現象稱為串擾 ，它定義了兩個過濾器放置在一起以串聯（堆疊后端到背面）與光束的*小衰減電平。 重疊（參見圖4（a）），疊濾波器的傳輸頻帶之間可能變得重要時吸收或發射波長的光譜由串擾影響到顯著程度。

一個濾波器的傳輸頻帶的斜率被用來確定通過波長和那些阻止了過濾器之間的過渡的陡度。 此配置文件是尤其重要的，邊緣過濾器，依賴于非常尖銳的斜坡定義分開傳輸波長不同于封鎖過濾器的窄波長邊界區域。 作為一個例子，圖4中的光譜（b）表示2的邊緣的過濾器具有顯著不同道具有不相等的尺寸的相關聯的邊界區域，但是相似的通頻帶。 在不存在的光譜圖中，一個濾光器的斜率可以通過識別的波長在指定的阻擋或衰減電平進行說明。

切斷和切上值指的是窄波長區域指定從一個高的傳輸速率低的傳輸（衰減）率，反之亦然的轉換。 截止常常用來表示一個短通濾波器的波長位置，而截止點通常是保留來表示一個長通濾光片的波長位置。 在這兩種情況下，50％的*傳輸的波長是用來指示開始的過渡。

過濾器的光軸和入射光束之間的角度被稱為入射角 ，并且可以對過濾器性能的一個顯著影響，特別是對于干擾濾波器。 大多數的過濾器被設計成用于具有零度入射角，被稱為垂直入射 ，其中所述過濾器被定位成其光束的光路上的光軸重合的應用程序。 然而，幾種類型的干擾的濾波器，包括分束器和二色鏡，被設計，以便正確地執行它們的功能也可以設置在相對于所述光束成45度角（入射等于45度的角度）。 玻璃和聚合物的吸收過濾器可以不考慮入射角被利用，但幾種類型的濾波器被稱為角度敏感并且具有非常依賴于照明的入射角度的性能特點。 這些過濾器，主要是薄膜干涉及聲光濾波器，不應該被用來以比由制造商指定的其它任何角度。

色彩補償，轉換和平衡濾波器

屬于的吸收濾波器，顏色補償，轉換和光均衡濾波器的類別是*經常用來修改鎢和鎢 - 鹵素燈照明的色溫。柯達制造的雷登系列顏色補償和均衡器，它是專為廣泛的實驗室和工業應用的頻譜。 這些過濾器包括用合適的染料混合并分散在明膠中以達到所需的光譜特性的膠體碳。 色彩補償濾鏡的色彩平衡和轉換過濾器，因為它們通過衰減可見光光譜，而不是微調整體頻譜性能的主要是紅色，綠色和/或藍色區域控制顏色不同。 它們被簡稱為前綴CC，為Color Compensating，接著過濾標稱峰值密度范圍從約0.025至0.5，再乘以100，并與過濾器的顏色的大寫首字母結尾（例如：M代表品紅色）。 因此，縮寫為0.3標稱峰值密度的黃******彩補償濾鏡將是：CC30Y。 除了柯達系列，各種其他制造商的類似的過濾器可作為染色凝膠，丙烯酸聚合物，或二色性玻璃。

在一個系列中的每個顏色補償濾波器控制單個顏色的量，而通過1其余兩種顏色的一個或兩個。 在這種方式中，顏色補償濾波器能夠引入任何細微變化到光源的色平衡的，或者它們可以補償在光譜輸出的不足。 為一系列的藍色（通過CC50B CC025B）補償濾波器的可見吸收光譜示于圖5。 主要*小值出現在范圍380-490納米的過濾器都在這個系列中，它傳遞一個廣大的藍色波長和過濾器不同的綠色，黃色和紅色波長金額。

干涉濾光片

在帶通濾波器設計的*新技術成果，導致了價格相對低廉的建設薄膜干涉濾光片具有波長選擇和傳輸性能的重大改進。 這些過濾器操作通過發送一個選擇的波長區域具有效率高，同時又拒絕，通過反射和相消干涉，所有其他的波長。 現代的干擾濾波器的建模法布里 - 珀羅干涉儀，由查爾斯·法布里和阿爾弗雷德·佩羅設計在19世紀末期后，與應用于光學平面的透明玻璃表面薄膜的多層構造。 原來的干涉儀包括具有由一個小的空氣間隙，其大小可以通過平移1反射鏡的一個或兩個可以改變分離的兩個部分透明鏡的裝置。 今天，更復雜的干涉儀利用多種機制來測量光束之間的干擾，并且通常采用的干涉濾光器和反射鏡制造過程中監測薄膜厚度。

干涉濾光片就可以生產出非常尖銳的傳輸斜坡，從而導致陡峭的截止點和截止的過渡邊界，大大*過這些標準所吸附過濾展出。 以生產現代干涉濾光片，電介質材料的連續層，與厚度值的四分之一和二分之一的目標波長之間的范圍內，沉積在光學平玻璃或聚合物表面在真空中。 光入射在多層電介質表面上或者通過過濾器以建設性的加固傳送或反射，并通過破壞性干擾減小的幅度（參見圖6）。 的帶通濾波器，它是由多層介電表面的性質決定的，確定光被允許發送和乘通過過濾器時，反射的波長。 那未加強和由濾波器傳遞阻斷波長的光被反射掉，并從光路取出。

用于制造干涉濾光器的介電材料通常是具有特定折射率的非導電材料。 傳統的帶通干涉濾光器是使用硫化鋅，硒化鋅，氟化鋁鈉（也稱為冰晶石制造），但這些涂層具有吸濕性，必須從環境中通過一個保護涂層絕緣。 此外，鋅和冰晶石鹽從低通濾波器的傳輸特性和溫度不穩定，這進一步降低了它們的性能受到影響，即使它們是簡單和相對便宜的制造。 該薄膜的鹽層的沉積之后，玻璃或氧化硅的耐磨保護涂層的*后一層被添加。

引入的金屬氧化物（也稱為硬涂層 ）的半透明層的成薄膜涂層技術已經減輕了許多與干涉濾波器相關聯的環境問題，并顯著提高其溫度穩定性。 薄涂層的金屬和鹽，每一個**的折射率，被應用于具有交替的高和低折射率的值的連續層。 這種設計的關鍵因素是不同的折射率的兩種電介質材料（其中一個比另一個高得多），這是負責部分反射入射光的向前和向后的通過過濾器和產生的干擾效果，結果在波長選擇之間的界面。 鋼筋和發送波長值是由散布的電介質層的厚度和折射率決定。 即使薄涂層本身是透明的，光波反射，并通過介電材料傳輸的干擾，以產生色彩艷麗，似乎是從過濾器表面發出。

介電涂層通常捆綁成單位稱為腔 ，其被構造為三至五個交替的鹽和金屬氧化物（有時是純金屬的）層由氟化鎂更寬層分開地稱為襯墊 （參見圖7）。 隔板生產皆對應到連四分之一或二分之一波長的整數倍，以反射或透射的光在與所述電介質層的注冊的厚度。 增加模腔用于建立一個干涉濾光器的數量產生一個比例增加切口上的斜率和截止波長的傳輸邊界。 過濾器具有高達15疊腔可有總數*過75個人的介電層和顯示帶寬只有幾納米大小的。

幾乎任何類型的濾波器可以被設計和使用薄膜干涉涂層的技術，包括帶通，shortpass，長通，二向色分束器，中性密度，以及各種反射鏡構成。 如上所討論的，層和腔的數量被用來控制，具有非常高的精度，標稱波長，帶寬，和過濾器的阻塞程度。 過濾器具有多個傳輸頻帶，如復雜的三頻帶的濾波器，以便流行熒光顯微鏡（見圖1）中，可以制造使用了這種技術。

用的薄膜干涉濾光器阻斷得到的高度僅適用于有限的波長范圍，*出該有效阻擋脫落顯著。 的范圍內可以通過添加輔助成分，如寬帶阻滯劑在峰值傳輸值的妥協進行擴展，但往往。 另外，在薄膜的生產中使用的涂層材料中的透明性的范圍是有限的。 一旦*出范圍，這些涂層可以變得高度吸收，而不是高度反射或透射，從而降低了過濾器的效率。 涂層的吸收特性也可以是波長相關的，所以用于長通濾波器相同的涂層通常不會在紫光和紫外線區域的波長下進行充分的。 *后，干涉薄膜涂層是照明的入射角敏感。 作為該角度的增加，涂層的光譜特性傾向于移向較短的波長（光譜為藍移 ）。 另一個缺點是，干涉涂層往往產生偏振光在高入射角，效果并不總是理想的。 不管在薄膜涂層中發現的缺陷，這種技術仍然是用于在各種各樣的應用波長選擇*合適的一個。

中性密度濾光片

在各種應用中廣泛使用，中性密度過濾器是在彩色的（似煙色玻璃）中性灰色，并設計跨越任一小的波長或在整個波長范圍，以減少透射光強度均勻而不改變照明的頻譜分布。 中性密度過濾器是理想的，用于控制在光學顯微鏡下，在那里它們被普遍采用明場，微分干涉相襯和熒光照明（其中高強度弧光燈不能用一個可調電源，以控制電壓調節照明的強度）。

中性密度過濾器分為兩類：吸收和反射，通過吸收或反射波長（或整個可見光光譜）的所選擇的頻帶中工作，分別。 吸收的中性密度濾波器是從整個玻璃浸漬稀土類元素的乳液構成，并且能夠在相對于所述照明源的任何方位使用。 這些過濾器不受劃痕，并且不需要必要的明膠，聚合物，反射，和其他較彈性的過濾器小心處理技術。 反射型中性密度過濾器由一薄的金屬涂層蒸發到玻璃表面中的一個制成，并且必須插入到面向照明源的反射面的光路。 因為表面涂層容易出現劃痕和擦傷，這些過濾器應小心處理。

示于圖8是一系列共同的中性密度濾光片的可見光吸收的訪問。 如可在圖中可以看出，這些濾波器在整個可見光（400?700納米）光譜范圍內顯示相對恒定的消光系數。 該系列中的每個中性密度過濾器，從ND-0.3-ND-70在圖8中，有一個增量下的消光系數。 這個過濾器設置統稱為調節光照強度均勻的一系列的過濾器。

吸收型中性密度過濾器使用的明膠，聚合物，或已浸漬的或溶解的材料，以減少透明度的玻璃基板制成。 柯達雷登中性密度濾光片很受歡迎，并且均采用了專有的明膠薄膜的這些過濾器是已知的。 含有有機染料的選定補體的膠體碳懸浮液中混合液體明膠，直到所需的中性密度。 然后這個組合涂覆到支撐玻璃基板上，直到它形成一個非常薄的厚度均勻的膜。 干燥后，將膜從基板剝離，并涂有漆來保護。請注意，即使中性密度，顏色補償，以及其他雷登過濾器是由一個漆罩面層的保護，但它們仍然容易受到損害（特別是從劃痕），并且應僅在邊緣處或在彎道中進行處理。另一種方法是把它們放到一個簡單的金屬框架，由多個廠商提供保護的明膠濾鏡。切勿將明膠濾鏡溫度*過50攝氏度長時間。同樣重要的是，這些過濾器不能靠得太近顯微鏡的鎢 - 鹵燈，或其他工具，以避免熱損傷。

規格為*常用的中性密度過濾器示于表1。每個中性密度過濾器是由一個字母數字代碼，指定ND-XX，其中XX是由過濾器所發送的平均透光率。因此，一個ND-60過濾器發送（或傳送）60％的來自光源的入射光，以及ND-0.1濾光器透射入射光的0.1％。

中性密度濾鏡可堆疊在一起，實現對其中有沒有可用的過濾器的密度值。 這些過濾器的堆積是一種添加劑的效果，使放置ND-50（密度= 0.3）和ND-60（密度= 0.2）過濾入光路相當于一個ND-30（密度= 0.5）這樣放置篩選。 為0.30的密度的過濾器具有50％（ND-50，表1）的透射率，因此，它可以用來通過兩個因素來降低照明亮度。 同樣地，具有0.6的密度（ND-25，表1）的過濾器具有25％的透射率值（由四個因子減少照明強度），和密度1.0（ND-10.0，表1）的過濾器可以通過10倍（10％的透射率值）降低強度。

較舊的中性密度濾鏡可獲取微黃色調隨著年齡的增長，以及一些較便宜的過濾器也可以顯示某種程度的背景顏色。 如果引入的中性密度過濾器進入光學路徑的結果不正確的色彩平衡，使用顏色補償濾波器的光源返回到其適當的平衡。 其它因素，如內部散射和光學系統中的反射，可以改變的中性密度過濾器的有效密度，使它們從預期的密度值會發生變化。 出于這個原因，它以校準中性密度過濾器，關鍵測量是重要的。

紫外線和紅外線過濾器

高能量的電弧燈，閃光管，和其他照明源經常會產生可能會干擾成像，或者使用傳統的照相底片或捕捉數字圖像時顯著量的紫外線。 紫外線過濾器可以被插入到顯微鏡等光學系統的光路中，以除去殘留的下方那些在可見光光譜（低于400納米）的不需要的波長。 *常見的紫外線過濾器被設計為在攝影機鏡頭或CCD傳感器前安裝的，但是顯微鏡，望遠鏡，和廠家售后也提供這些過濾器適用于各種特定的應用程序。 大部分的紫外線過濾器是由特種玻璃制成的配方，但新的聚合物材料也可提供。 從透明柔性薄膜制成的光學級紫外長通濾波器可以切割成一定的尺寸，并與其他的帶通濾波器結合使用。

紅外截止濾波器被設計成通過可見光波長400和700納米之間，同時阻止較高波長延伸到紅外區（700?2500 +納米）。 這些過濾器通常用于保護紅外線敏感的電荷耦合器件（CCD）和互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器的紅外波長。 與此相反，紅外長通濾波器被用于需要阻擋可見光的應用，同時通過近紅外波長。 正在開發新的聚合物材料具有用于發射紅外線的選擇的波段的優良特性。 特別是，熱固性ADC濾波器具有非常高的傳輸值和低霧度，具有顯著的耐磨性和耐化學性，使他們的理想shortpass和紅外應用長通濾波器。 圖9示出這兩種紫外線濾波器，衰減波長幾乎完全低于400納米的光譜響應，以及紅外截止濾光器的波長以上700納米的非常強烈的吸收。

幾乎90％的鎢或鎢 - 鹵燈發射的輻射發生在紅外波長，這與生產相關聯的熱量的形式。 汞和氙弧燈也產生相當多的熱量。 紅外線吸收或熱的過濾器可用于除去不需要的紅外波長和保護顏色校正凝膠劑，中性密度過濾器，昂貴的干涉濾光器，和被拍攝的對象，不受熱損傷。

成功利用過濾器需要注意吸收和透射光譜，以及其他公布的濾波器特性的技術細節。關鍵是要建立圍繞光源的物理特性，數字成像和傳統的攝影標準，同時獲得與真實世界的應用方面有扎實的經驗中獲得的過濾器的作用的事實了堅實的基礎。有些濾鏡純粹用于技術應用，而另一些實施他們的藝術素質。不管目標函數，正確使用過濾器將極大地提高使用傳統膠片攝影的質量，以及電子數碼影像。