液(ye)晶可(ke)調(tiao)諧(xie)濾(lv)波(bo)器(LCTF)與推(tui)掃式高(gao)光(guang)譜(pu)相(xiang)機的對比

液(ye)晶可(ke)調(tiao)諧(xie)濾(lv)波(bo)器(LCTF)與推(tui)掃式高(gao)光(guang)譜(pu)相(xiang)機的對比

本(ben)推(tui)文從速度(du)、靈(ling)敏(min)度(du)、光(guang)學(xue) étendue(光(guang)擴(kuo)展量)以及對靜(jing)態和(he)動態目標(biao)的適(shi)用(yong)性(xing)方(fang)面(mian)，對基於液(ye)晶可(ke)調(tiao)諧(xie)濾(lv)波(bo)器(LCTF)的高光(guang)譜(pu)相(xiang)機和(he)推(tui)掃式高(gao)光(guang)譜(pu)相(xiang)機進(jin)行(xing)了(le)全面(mian)對比。

Ø                      速度(du)對比

液(ye)晶可(ke)調(tiao)諧(xie)濾(lv)波(bo)器相(xiang)機

l                      速度(du)限(xian)制(zhi)：受液(ye)晶濾波(bo)器調(tiao)諧(xie)速度(du)限(xian)制(zhi)，通(tong)常(chang)每(mei)個波(bo)長(chang)的調諧(xie)時(shi)間(jian)在(zai)毫(hao)秒(miao)到數(shu)秒(miao)範圍(wei)內。

l                      全光(guang)譜(pu)采(cai)集：需要(yao)對每(mei)個波(bo)長(chang)進(jin)行(xing)順序(xu)掃(sao)描，增加(jia)了(le)采集(ji)時(shi)間(jian)。

l                      幀率：較(jiao)低(di)(約(yue) 10-100 Hz)

l                      應用(yong)場景(jing)：適(shi)用(yong)於靜(jing)態目標(biao)。

推(tui)掃式相(xiang)機

l                      速度(du)優(you)勢(shi)：可(ke)同(tong)時(shi)采(cai)集(ji)壹(yi)整行(xing)的所(suo)有(you)光譜(pu)信息

l                      全光(guang)譜(pu)采(cai)集：因(yin)同(tong)時(shi)進(jin)行(xing)光(guang)譜(pu)探(tan)測(ce)，采(cai)集(ji)速度(du)快(kuai)。

l                      幀率：可(ke)超過(guo)數百(bai)至(zhi)數(shu)千 Hz。

l                    應用(yong)場景(jing)：非(fei)常(chang)適(shi)合高(gao)速動態目標(biao)。

l                      速度(du)勝(sheng)出者(zhe)：推(tui)掃式相(xiang)機

Ø                      靈敏度(du)對比

液(ye)晶可(ke)調(tiao)諧(xie)濾(lv)波(bo)器相(xiang)機

l                      光學通量：因(yin)采(cai)用(yong)順序(xu)濾(lv)波(bo)方(fang)法(fa)，光(guang)學通量受限(xian)。

l                      光(guang)效率：除(chu)選(xuan)定(ding)波(bo)長(chang)外(wai)，大部(bu)分(fen)入(ru)射光被(bei)阻擋(dang)。

l                      量子(zi)效率：因(yin)液(ye)晶光學器件(jian)的損耗(hao)，量子(zi)效率較(jiao)低(di)。

l                     性(xing)能(neng)：需(xu)要(yao)高(gao)強度(du)光(guang)源。

推(tui)掃式相(xiang)機

l                      光學通量：更(geng)優(you)，色散元件(jian)可(ke)zui大化光(guang)學(xue)收集(ji)效率。

l                      光(guang)效率：可(ke)高(gao)效利用(yong)整個入射光譜(pu)。

l                      量子(zi)效率：更(geng)高(gao)，尤其(qi)是搭配xian進(jin)傳(chuan)感(gan)器(qi)(如sCMOS、InGaAs 傳感器)時(shi)。

l                      性(xing)能(neng)：在(zai)低光(guang)條件(jian)下表現(xian)良(liang)好。

l                      靈敏度(du)勝(sheng)出者(zhe)：推(tui)掃式相(xiang)機

Ø                      靜態與動(dong)態目標(biao)的性(xing)能(neng)對比

l                      動(dong)態目標(biao)勝(sheng)出者(zhe)：推(tui)掃式相(xiang)機

l                      靜態目標(biao)勝(sheng)出者(zhe)：LCTF相(xiang)機

Ø                      光擴(kuo)展量對比

液(ye)晶可(ke)調(tiao)諧(xie)濾(lv)波(bo)器相(xiang)機

l                      像素相(xiang)關(guan)角(jiao)度(du)接受度(du)：波(bo)長(chang)透(tou)射(she)率取決(jue)於入(ru)射角(jiao)，需(xu)要(yao)嚴格的準直(zhi)。

l                      順序(xu)波(bo)長(chang)掃(sao)描：壹次(ci)僅(jin)測(ce)量壹(yi)個波(bo)長(chang)，丟(diu)棄(qi)大部(bu)分(fen)入(ru)射光。

l                      有(you)限(xian)視(shi)場(FOV)：窄(zhai)角(jiao)度(du)接受度(du)降(jiang)低了(le)étendue。

推(tui)掃式相(xiang)機

l                      全光(guang)譜(pu)捕獲(huo)：所(suo)有(you)光子(zi)都(dou)被(bei)高(gao)效利用(yong)，zui大化光(guang)通(tong)量。

l                      更(geng)大接受角(jiao)度(du)：可(ke)接受更(geng)寬(kuan)角(jiao)度(du)範(fan)圍(wei)的光線(xian)，增加(jia)étendue。

l                      線(xian)照明(ming)：捕獲(huo)壹(yi)整行(xing)，顯(xian)著提高(gao)光子(zi)收集(ji)效率。

l                      光(guang)擴(kuo)展量勝(sheng)出者(zhe)：推(tui)掃式相(xiang)機

Ø                      直(zhi)接光擴(kuo)展對比表

l                      綜合(he)勝(sheng)出者(zhe)：推(tui)掃式相(xiang)機

Ø                      液晶可(ke)調(tiao)諧(xie)濾(lv)波(bo)器在(zai)哪些(xie)情(qing)況(kuang)下仍(reng)然(ran)適(shi)用(yong)?

盡(jin)管推(tui)掃式相(xiang)機通常(chang)在(zai)光擴(kuo)展量、靈(ling)敏(min)度(du)和(he)速度(du)方(fang)面(mian)優於 LCTF，但(dan)在(zai)以下場景(jing)中(zhong),LCTF 仍(reng)具優(you)勢(shi)：

l                      僅(jin)需幾個關(guan)鍵(jian)波(bo)長(chang)的應用(yong)(例(li)如醫學成像(xiang)、熒(ying)光檢測(ce))。

l                      掃(sao)描(miao)時(shi)間(jian)不受限(xian)制(zhi)的可(ke)控靜(jing)態環境。

l                      對成本(ben)敏(min)感的應用(yong)，因(yin)為(wei)LCTF 通(tong)常(chang)比推(tui)掃式系(xi)統略(lve)便宜。

不過(guo)，對於實(shi)時(shi)、高(gao)速或(huo)高靈敏度(du)的應用(yong)，推(tui)掃式相(xiang)機是更優選(xuan)擇(ze)。

Ø                      系(xi)統設(she)計(ji)建(jian)議(yi)

高(gao)速動態應用(yong)：

l                      使(shi)用(yong)配備(bei)高(gao)速CMOS或(huo)InGaAs傳感器的推(tui)掃式相(xiang)機。

l                      采用(yong)優(you)化的照明(ming)光(guang)源以zui大化信噪(zao)比。

l                      確保(bao)目標(biao)與成像(xiang)系(xi)統之(zhi)間的運動(dong)同(tong)步(bu)，避免(mian)光譜(pu)錯(cuo)位(wei)。

靜態或(huo)實驗(yan)室(shi)應用(yong)：

l                      當(dang)需(xu)要(yao)可(ke)變多光(guang)譜(pu)選(xuan)擇(ze)而(er)非(fei)追求(qiu)速度(du)時(shi)，使(shi)用(yong)LCTF 相(xiang)機

l                      集成高(gao)強(qiang)度(du)光(guang)源以補償(chang)光損(sun)失(shi)

l                      若需(xu)要(yao)獲(huo)取空間分(fen)辨(bian)的高光(guang)譜(pu)圖(tu)像(xiang)，可(ke)利(li)用(yong)機械平移(yi)臺(tai)

經濟高(gao)效型(xing)部(bu)署：

如果速度(du)不是關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)，基於LCTF的解決(jue)方(fang)案可(ke)能(neng)降(jiang)低整體(ti)系(xi)統成本(ben)，但(dan)這並非(fei)jue對

zui大化光(guang)擴(kuo)展量和(he)靈敏(min)度(du)：

l                      為(wei)推(tui)掃式相(xiang)機配備(bei)高(gao)光(guang)擴(kuo)展量光(guang)學(xue)器件(jian)(更大光(guang)圈、高效準直(zhi)器(qi))

l                      對於 LCTF 和(he)推(tui)掃式系(xi)統，均(jun)選(xuan)擇(ze)高(gao)效光學(xue)塗(tu)層(ceng)以減(jian)少損(sun)耗(hao)

總(zong)而(er)言之(zhi)，推(tui)掃式高(gao)光(guang)譜(pu)相(xiang)機在(zai)以下方(fang)面(mian)優於LCTF 相(xiang)機：

n                      速度(du)(通(tong)過(guo)同(tong)時(shi)捕獲(huo)光(guang)譜(pu)實(shi)現(xian)更(geng)快(kuai)采(cai)集(ji))

n                      靈敏度(du)(更(geng)高(gao)的量子(zi)效率和(he)更好的光通(tong)量)

n                      光(guang)擴(kuo)展量(更(geng)大的接受角(jiao)度(du)和(he)更高(gao)的光效率)

n                      動(dong)態目標(biao)性(xing)能(neng)(非(fei)常(chang)適(shi)合運動(dong)場景(jing))

然(ran)而(er)，LCTF相(xiang)機在(zai)靜態應用(yong)以及采(cai)集速度(du)並非(fei)首(shou)要(yao)考(kao)慮因(yin)素(su)的經濟(ji)高效型(xing)解(jie)決(jue)方(fang)案中(zhong)仍(reng)具實(shi)用(yong)性(xing)。

對於追求(qiu)光(guang)譜(pu)成像(xiang)性(xing)能(neng)的需求(qiu)，在(zai)大多(duo)數(shu)高速和(he)高靈(ling)敏度(du)應用(yong)中(zhong)，推(tui)掃式相(xiang)機是shou選。