영상 분광계

Imaging spectrometer
뉴호라이즌스의 앨리스 자외선 이미징 분광계

촬상분광계는 초분광 이미징 [1][2]및 촬상분광학에서 사용되는 장치로, 데이터의 3차원 표현으로 인해 종종 데이터큐브라고 불린다.화상의 2축은 수직 및 수평 거리에 대응하고, 3축은 파장에 대응합니다.작동 원리는 단순 분광계와 동일하지만, 더 나은 화질을 위해 광학적인 이상을 방지하기 위해 각별한 주의를 기울여야 합니다.

예를 들어, 영상 분광계 유형으로는 필터 처리된 카메라, 위스크룸 스캐너, 푸시룸 스캐너, 일체형 필드 분광계(또는 관련 치수 재포맷 기술), 웨지 영상 분광계, 푸리에 변환 이미징 분광계, 컴퓨터 단층 촬영 이미징 분광계(CTIS), 영상 복제 이미징 분광계(IRIS), 코드화된 ap 등이 있습니다.스냅숏 스펙트럼 이미저(CASSI) 및 영상 매핑 분광계(IMS)가 있습니다.

원칙

이미징 분광계는 빛과 전자기광의 스펙트럼 성분을 측정하기 위해 특별히 사용됩니다.수집된 스펙트럼 데이터는 방사선 선원에 대한 운영자의 통찰력을 제공하기 위해 사용된다.프리즘 분광계는 굴절 소자로서 프리즘에 의한 방사선을 분산시키는 고전적인 방법을 사용한다.

이미징 분광계는 소스 이미저를 사용하여 방사선 소스를 "슬릿"이라고 하는 곳에 이미징하는 방식으로 작동합니다.콜리메이터는 굴절 프리즘에 의해 분산되어 검출 시스템에 재촬영된 빔을 재촬영하여 콜리메이트한다.슬릿에 가능한 한 최상의 소스 이미지를 생성하기 위해 각별한 주의를 기울여야 합니다.콜리메이터 및 재촬영 광학 장치의 목적은 슬릿의 최상의 이미지를 촬영하는 것입니다.이 단계에서 요소의 영역 배열이 검출 시스템을 채웁니다.소스 이미지는 검출기 배열 컬럼으로 불리는 라인 스펙트럼으로 모든 포인트에서 이미지 재작성됩니다.검출기 어레이 신호는 특히 선원 영역 내에서 공간적으로 분해된 선원점과 관련된 데이터를 제공한다.이러한 소스 포인트는 슬릿에 이미징된 후 검출기 어레이에 다시 이미징됩니다.동시에 시스템은 소스 영역과 공간적으로 분해된 점의 라인에 대한 스펙트럼 정보를 제공한다.그런 다음 스펙트럼 [3]내용에 대한 정보의 데이터베이스를 구축하기 위해 라인을 스캔한다.

적용들

행성 관측

영상 분광계의 실용적 적용은 궤도를 도는 위성에서 지구를 관측하는 데 사용된다.분광계는 사진에 모든 색점을 기록하는 기능을 하기 때문에 분광계는 지구 표면의 특정 부분에 초점을 맞춰 데이터를 기록한다.스펙트럼 함량 데이터의 이점에는 식물 식별, 물리적 조건 분석, 잠재적 채굴 목적을 위한 광물 식별, 해양, 해안 지대 및 내륙 수로의 오염수 평가가 포함된다.

프리즘 분광계는 넓은 스펙트럼 범위를 적절하게 측정하기 때문에 지구 관측에 이상적입니다.분광계는 항공기와 위성을 통해 지구를 관측할 수 있는 과학자들의 관심을 끄는 400nm에서 2,500nm까지의 범위를 포함하도록 설정할 수 있다.프리즘 분광계의 스펙트럼 분해능은 대부분의 과학적 용도에 적합하지 않다. 따라서 그 목적은 공간 변화가 [3]큰 영역의 스펙트럼 내용을 기록하는 데 특화되어 있다.

금성 궤도를 도는 비너스 익스프레스는 NIR-vis-UV를 커버하는 다수의 영상 분광계를 가지고 있었다.

단점들

프리즘 스펙트로미터의 렌즈는 콜리메이션과 재이미징에 모두 사용되지만, 콜리메이터와 재이미저에 의해 제공되는 영상 품질에 따라 성능이 제한됩니다.각 파장에서 슬릿 이미지의 분해능은 공간 분해능을 제한합니다. 마찬가지로 각 파장에서 슬릿 이미지를 가로지르는 광학 분해능은 스펙트럼 분해능을 제한합니다.또한 각 파장에서의 슬릿 화상의 왜곡은 스펙트럼 데이터의 해석을 복잡하게 할 수 있다.

영상 분광계에 사용되는 굴절 렌즈는 렌즈의 축방향 색수차에 의해 성능을 제한합니다.이러한 색수차는 포커스의 차이를 만들어 분해능의 향상을 방해하기 때문에 나쁘지만, 범위를 제한하면 분해능이 향상될 수 있습니다.또, 2개 이상의 굴절재를 전가시범위에 걸쳐 사용함으로써 색수차를 보정할 수 있다.더 이상의 [3]광학적 복잡성 없이 더 넓은 스펙트럼 범위에 걸쳐 색수차를 보정하는 것은 더 어렵다.

시스템들

매우 넓은 스펙트럼 범위를 위한 분광계는 올 미러 시스템을 사용하는 경우 가장 좋다.이러한 특정 시스템은 색수차가 없기 때문에 선호됩니다.한편, 싱글 포인트 또는 선형 어레이 검출 시스템이 있는 분광계에는 보다 단순한 미러 시스템이 필요합니다.면적 배열 검출기를 사용하는 분광기는 좋은 분해능을 제공하기 위해 더 복잡한 미러 시스템이 필요하다.모든 수차를 방지하는 콜리메이터를 만들 수 있지만, 이 설계는 비구면 거울을 사용해야 하기 때문에 비용이 많이 든다.

작은 2-미러 시스템은 수차를 보정할 수 있지만, 분광계 영상촬영에는 적합하지 않습니다.3개의 미러 시스템은 콤팩트하고 정확한 수차이지만 적어도 2개의 아스퍼럴 성분이 필요합니다.4개 이상의 거울이 있는 시스템은 크기가 크고 훨씬 더 복잡합니다.반사광 시스템은 Imagine Spectrometer에 사용되며 소형이지만, 콜리메이터 또는 이미저는 두 개의 곡선 거울과 세 개의 굴절 요소로 구성되므로 시스템이 매우 복잡합니다.

그러나 효과는 모든 광학 표면을 산란시키고 반사 부스러기를 일으키기 때문에 광학 복잡도는 좋지 않다.산란 방사선은 검출기에 들어가 기록된 스펙트럼에 오류를 일으켜 검출기에 간섭할 수 있다.부유 방사선을 부유광이라고 한다.산란에 기여할 수 있는 총 표면 수를 제한함으로써 방정식에 유광의 유입을 제한합니다.

영상 분광기는 잘 분해된 영상을 생성하기 위한 것입니다.이를 위해서는 광학 표면이 거의 없고 비구면 [3]광학 표면이 없는 이미징 분광계를 만들어야 합니다.

예

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ William L. Wolfe (1997). Introduction to Imaging Spectrometers. SPIE Press. ISBN 978-0-8194-2260-6.
  2. ^ Freek D. van der Meer; S.M. de Jong (29 March 2011). Imaging Spectrometry: Basic Principles and Prospective Applications. Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4020-0194-9.
  3. ^ a b c d "Google Patents". Retrieved 5 March 2012.

외부 링크