Caméra micro hyperspectraleL'équilibre technologique entre la résolution spatiale (capacité de capture des détails de l'objet) et la résolution spectrale (résolution des détails spectraux) est nécessaire pour répondre à la nécessité d'une analyse conjointe « Espace - spectre» à l'échelle microscopique grâce à une optimisation synergique de la conception optique, de la spectroscopie et de la configuration matérielle. Voici une analyse des principes techniques, des stratégies d'équilibrage et des scénarios d'application:

I. principe technique: contradiction entre l'espace et la résolution spectrale

1. Résolution spatiale

Fait référence à la distance minimale à laquelle une caméra peut distinguer des objets adjacents sur le plan d'imagerie, généralement déterminée par l'ouverture numérique (Na), la taille des pixels et la capacité de correction des aberrations du système optique du microscope. Par exemple, la résolution spatiale sous un objectif 40x peut atteindre 1125 μm, ce qui signifie que les détails de l'objet à l'échelle du micron peuvent être distingués.

2. Résolution spectrale

Se référant àCaméra micro hyperspectraleLa capacité à résoudre les plus petits intervalles spectraux est déterminée par la largeur de la fente de l'élément séparateur (par exemple, une combinaison prisme - réseau), la densité de la ligne de démarcation du réseau et les performances du détecteur. Par exemple, une résolution spectrale de 2,8 nm signifie qu'un pic Spectral avec une différence de longueur d'onde de seulement 2,8 nm peut être distingué.

3. Causes des contradictions

- compétition pour les ressources optiques: l'amélioration de la résolution spectrale nécessite une augmentation de la taille ou de la complexité des éléments séparateurs (par exemple, une réduction de la largeur de la fente), mais disperse l'énergie lumineuse incidente et réduit la résolution spatiale; Inversement, l'optimisation de la résolution spatiale nécessite une mise au point optique plus précise, ce qui peut comprimer l'espace d'analyse spectrale.

- allocation de pixels du détecteur: le nombre total de pixels du détecteur est fixé, si plus de pixels sont alloués à la dimension spectrale (par exemple, l'imagerie Push - to - Sweep), la dimension spatiale pixels sont réduits, ce qui entraîne une diminution de la résolution spatiale.

II. Stratégie d'équilibre: synergie technique et optimisation des paramètres

1. Choix de la technologie de séparation de la lumière

- combinaison prisme - réseau: la lumière pré - dispersée à travers un prisme, puis divisée à travers le réseau, peut combiner une large gamme spectrale (par exemple, 400 - 1000 nm) avec une résolution spectrale plus élevée (par exemple, 2,8 nm), tout en maintenant la résolution spatiale en utilisant les valeurs élevées de Na des objectifs microscopiques.

- Filtre réglable à cristaux liquides (lctf): Accordez la longueur d'onde de manière contrôlée électriquement, sans balayage mécanique, ce qui simplifie la structure du système, mais avec une résolution spectrale inférieure (par exemple 8 nm) pour les scénarios où les exigences de vitesse sont plus élevées que la précision.

2. Détecteur conçu en synergie avec le système optique

- CCD / scmos à matrice de pixels élevée: Comme le détecteur 2048 × 2048 pixels, plus de pixels peuvent être alloués à la dimension spatiale, améliorant la résolution spatiale (par exemple 1125 μm), tout en maintenant la résolution spectrale grâce à l'optimisation des fentes.

- détecteur InGaAs: adapté à la bande proche infrarouge (900 - 1700nm) avec une sensibilité élevée et des caractéristiques de faible bruit, il maintient la résolution spectrale (par exemple 6nm) dans des conditions de faible luminosité, tout en améliorant la résolution spatiale avec une petite taille d'image (par exemple 30µm).

3. Innovation dans le mécanisme de balayage

- Imagerie Push - Sweep: l'imagerie bidimensionnelle est réalisée à l'aide d'une plate - forme de chargement à l'échelle micrométrique, évitant les distorsions introduites par le balayage mécanique, tout en contrôlant la vitesse de balayage à l'aide d'un moteur pas à pas de haute précision, équilibrant l'espace avec le taux d'échantillonnage spectral.

- Imagerie instantanée: avec une conception de spectroscopie multicanaux, un accès unique à l'espace - un cube de données spectrales qui élimine l'impact du temps de balayage sur la résolution, mais nécessite des composants optiques plus coûteux.

Iii. Scénarios d'application: sélection équilibrée axée sur la demande

1. Biomédecine

- besoins: haute résolution spatiale (par exemple, 1 μm) pour observer la structure cellulaire, tandis que la haute résolution spectrale (par exemple, 5 nm) est nécessaire pour distinguer les composants tissulaires.

- Protocole: avec un objectif 40x + prisme - réseau système de spectroscopie, gamme spectrale 400 - 1000nm, résolution spatiale 1.125μm, résolution spectrale 2.8nm, adapté pour l'analyse de coupes pathologiques.

2. Science des matériaux

- besoins:Caméra micro hyperspectraleUne large gamme spectrale (par exemple 900 - 1700 nm) est nécessaire pour détecter les propriétés infrarouges des matériaux, tandis qu'une résolution spatiale moyenne (par exemple 5 μm) est nécessaire pour observer les défauts microscopiques.

- Protocole: avec détecteur InGaAs + spectroscopie à réseau de transmission, résolution spectrale 6nm, résolution spatiale 320x320 pixels, adapté à la détection de plaquettes semi - conductrices.

3. Surveillance de l’environnement

- besoins: accès rapide à une large gamme de données, faible exigence de résolution spatiale (par exemple 10 μm), mais une résolution spectrale élevée (par exemple 3 nm) est nécessaire pour différencier les polluants.

- Protocole: adopte la spectroscopie lctf + détecteur de pixels bas, gamme spectrale 400 - 720nm, résolution spectrale 8nm, approprié pour l'analyse spectrale de la qualité de l'eau.