(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチチャネルイメージング分光器であって、
入射の電磁放射を受けると共にコリメートするために及びコリメートされた出力ビームを提供するために構成された複光路の反射性のトリプレットの光学的なサブシステムと、
前記反射性のトリプレットへ前記入射の電磁放射を向けるために構成された少なくとも一つの入り口のスリットと、
前記反射性のトリプレットから前記コリメートされた出力ビームを受けるために及び複数のスペクトルのチャネルへと前記コリメートされた出力ビームを分離するために構成された少なくとも一つのビームスプリッターと、
各々が前記複数のスペクトルのチャネルのそれぞれ一つのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された少なくとも二つの分散性の素子と
を有し、分散性の素子の数は、対応する数の分散させられた出力を提供し、
前記反射性のトリプレットは、さらに、複数の前記分散させられた出力からイメージを生じさせるために前記少なくとも一つの入り口のスリットと共に位置させられた少なくとも一つの焦点面へと前記複数の分散させられた出力を集束させるために構成され、
前記分散性の素子の数は、前記焦点面の数を超過し、
当該マルチチャネルイメージング分光器は、前記少なくとも一つの焦点面に位置決めされ且つ前記複光路の反射性のトリプレットへ光学的に結合されたイメージセンサーをさらに有し、該イメージセンサーは、第一の分散させられた出力に感受性がある第一の活性なエリアと、第二の分散させられた出力に感受性がある第二の活性なエリアと、前記第一の活性なエリア及び前記第二の活性なエリアを互いから空間的に分離するガードバンドとを有する単一の焦点面アレイ検出器である、マルチチャネルイメージング分光器。
【請求項２】
前記反射性のトリプレットは、
前記入り口のスリットから前記入射の電磁放射を受けるために及び前記焦点面へと前記第一の分散させられた出力及び前記第二の分散させられた出力を集束させるために構成された正の光学的なパワーの一次の対物系のミラーと、
前記一次の対物系のミラーへ光学的に結合させられた負の光学的なパワーの二次の対物系のミラーと、
前記二次の対物系のミラーへ及び前記少なくとも一つのビームスプリッターへ光学的に結合させられた正の光学的なパワーの三次の対物系のミラーと
を含む、請求項１に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項３】
前記複数のスペクトルチャネルは、少なくとも三つのスペクトルのチャネルを含み、前記少なくとも一つのビームスプリッターは、前記反射性のトリプレットへ光学的に結合され、第一のスペクトルのチャネル及び残留する波長の範囲へと前記コリメートされた出力ビームを分離するために構成された第一のビームスプリッターと、該第一のビームスプリッターへ光学的に結合され、第二のスペクトルのチャネル及び第三のスペクトルのチャネルへと前記残留する波長の範囲を分離するために構成された第二のビームスプリッターとを含み、
前記少なくとも二つの分散性の素子は、前記第一のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第一の分散性の素子と、前記第二のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第二の分散性の素子と、前記第三のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第三の分散性の素子とを含む、
請求項１に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項４】
前記第一の分散性の素子、前記第二の分散性の素子、及び前記第三の分散性の素子は、回折格子である、
請求項３に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項５】
前記少なくとも一つの入り口のスリットは、第一の入り口のスリット及び第二の入り口のスリットを含み、
前記少なくとも一つの焦点面は、前記第一の入り口のスリットと整列させられた第一の焦点面と、前記第二の入り口のスリットと整列させられた第二の焦点面とを含む、
請求項３に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項６】
前記第二のビームスプリッターへ光学的に結合され、第四のスペクトルのチャネルを提供するために前記第三のスペクトルのチャネルを受けると共に分離するために構成された第三のビームスプリッターと、
前記第四のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第四の分散性の素子と
をさらに具備する、
請求項５に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項７】
前記少なくとも一つの入り口のスリットは、前記反射性のトリプレットへ第一の波長の範囲の前記入射の電磁放射を向けるために構成された第一の入り口のスリットと、前記反射性のトリプレットへ第二の波長の範囲の前記入射の電磁放射を向けるために構成された第二の入り口のスリットとを含む、
請求項１に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項８】
前記複数のスペクトルのチャネルは、四つのスペクトルのチャネルを含み、
前記少なくとも一つのビームスプリッターは、一緒に光学的に結合され、前記四つのスペクトルのチャネルへと前記コリメートされた出力ビームを分離するために構成された三つのビームスプリッターを含み、
前記少なくとも二つの分散性の素子は、各々が前記四つのスペクトルのチャネルの一つを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された四つの回折格子を含み、
前記少なくとも一つの焦点面は、前記第一の入り口のスリットと整列させられた第一の焦点面と、前記第二の入り口のスリットと整列させられた第二の焦点面とを含む、
請求項７に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項９】
前記複数のスペクトルのチャネルは、三つのスペクトルのチャネルを含み、
前記少なくとも一つのビームスプリッターは、前記反射性のトリプレットへ光学的に結合され、第一のスペクトルのチャネル及び残留する波長の範囲へと前記コリメートされた出力ビームを分離するために構成された第一のビームスプリッターと、前記第一のビームスプリッターへ光学的に結合され、第二のスペクトルのチャネル及び第三のスペクトルのチャネルへと前記残留する波長の範囲を分離するために構成された第二のビームスプリッターとを含み、
前記少なくとも二つの分散性の素子は、前記第一のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第一の分散性の素子と、前記第二のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第二の分散性の素子と、前記第三のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第三の分散性の素子とを含み、
前記少なくとも一つの焦点面は、前記第一の入り口のスリットと整列させられた第一の焦点面と、前記第二の入り口のスリットと整列させられた第二の焦点面とを含む、
請求項７に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項１０】
マルチチャネルイメージング分光器であって、
関心のあるスペクトルのバンドにおいて入射の電磁放射を受けると共にコリメートするために及びコリメートされた出力ビームを提供するために構成された複光路の反射性のトリプレットと、
前記反射性のトリプレットへ前記入射の電磁放射を向けるために構成された単一の入り口のスリットと、
前記反射性のトリプレットから前記コリメートされた出力ビームを受けるために及び少なくとも第一のサブバンド及び第二のサブバンドへと前記コリメートされた出力ビームを分離するために構成されたビームスプリッターと、
第一の分散させられた出力を提供するために前記第一のサブバンドを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第一の分散性の素子と、
第二の分散させられた出力を提供するために前記第二のサブバンドを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第二の分散性の素子と、
イメージセンサーと
を有し、
前記反射性のトリプレットは、さらに、前記第一の分散させられた出力及び前記第二の分散させられた出力からイメージを生じさせるために前記入り口のスリットと共に位置させられた焦点面へと前記第一の分散させられた出力及び前記第二の分散させられた出力を集束させるために構成され、
前記イメージセンサーは、前記焦点面に位置決めされ且つ前記複光路の反射性のトリプレットへ光学的に結合され、前記イメージセンサーは、前記第一の分散させられた出力に感受性がある第一の活性なエリアと、前記第二の分散させられた出力に感受性がある第二の活性なエリアと、前記第一の活性なエリア及び前記第二の活性なエリアを互いから空間的に分離するガードバンドとを有する単一の焦点面アレイ検出器である、マルチチャネルイメージング分光器。
【請求項１１】
前記反射性のトリプレットは、
前記入り口のスリットから前記入射の電磁放射を受けるために並びに前記焦点面へと前記第一の分散させられた出力及び前記第二の分散させられた出力を集束させるために構成された正の光学的なパワーの一次の対物系のミラーと、
前記一次の対物系のミラーへ光学的に結合させられた負の光学的なパワーの二次の対物系のミラーと、
前記二次の対物系のミラーへ及び前記ビームスプリッターへ光学的に結合させられた正の光学的なパワーの三次の対物系のミラーと
を含む、
請求項１０に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項１２】
前記関心のあるスペクトルのバンドは、おおよそ０．４μｍから２．５μｍまでの波長の範囲を含む、
請求項１０に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項１３】
前記ビームスプリッターと前記第二の分散性の素子との間に光学的に位置決めされ、前記ビームスプリッターから前記第二の分散性の素子まで前記第二のサブバンドを向けるために構成された折りたたみミラー
をさらに具備する、請求項１０に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項１４】
前記第一の分散性の素子及び前記第二の分散性の素子は、各々が単一のブレーズ角度を備えた第一の回折格子及び第二の回折格子である、
請求項１０に記載のマルチチャネルイメージング分光器。
【請求項１５】
分光方法であって、
反射性の光学的なシステムへ入り口のスリットを通じて関心のあるスペクトルのバンドにおける電磁放射を向けるステップと、
コリメートされた出力ビームを提供するために前記反射性の光学的なシステムを使用することで前記電磁放射をコリメートするステップと、
第一のサブバンド及び第二のサブバンドへと前記コリメートされた出力ビームをスペクトル的に分けるステップと、
第一の分散させられた出力を提供するために第一の反射性の分散性の素子を使用することで前記第一のサブバンドをスペクトル的に分散させるステップと、
第二の分散させられた出力を提供するために第二の反射性の分散性の素子を使用することで前記第二のサブバンドをスペクトル的に分散させるステップと、
前記第一の分散させられた出力及び前記第二の分散させられた出力から焦点面にイメージを生じさせるために前記反射性の光学的なシステムを使用することで前記入り口のスリットと共に位置させられた前記焦点面へと前記反射性の光学的なシステムを介して前記第一の分散させられた出力及び前記第二の分散させられた出力を集束させるステップと
を具備し、
前記反射性の光学的なシステムは、前記焦点面に位置決めされたイメージセンサーへ光学的に結合され、該イメージセンサーは、第一の分散させられた出力に感受性がある第一の活性なエリアと、第二の分散させられた出力に感受性がある第二の活性なエリアと、前記第一の活性なエリア及び前記第二の活性なエリアを互いから空間的に分離するガードバンドとを有する単一の焦点面アレイ検出器である、分光方法。
【請求項１６】
前記第一のサブバンド及び前記第二のサブバンドへと前記コリメートされた出力ビームをスペクトル的に分けるステップは、ビームスプリッターを使用することで達成され、
当該分光方法は、前記ビームスプリッターを使用することで前記第一の分散させられた出力及び前記第二の分散させられた出力を再結合させるステップをさらに具備する、
請求項１５に記載の分光方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
幅広い範囲のスペクトルのバンドにおいて高い解像度のイメージを形成するイメージング分光器は、科学的な、軍事の、及びリモートセンシングの用途に使用される。イメージング分光器は、イメージ及びまた関心のある選択された波長のバンドにおけるイメージのスペクトルの分析を提供するために使用される。分光器は、分光器の光学部品の焦点面に組み立てられた一つの又はより多くのイメージセンサーへと一つの又はより多くのスリットを通過させられる電磁放射をイメージングすることがある。複光路の分光器のような、いくつかの分光器において、スリット及びイメージセンサーは、焦点面で互いに隣接して位置決めされることがある。
【０００２】
リモートセンシングの用途に幅広く使用される分光器の一つの例は、オフナー（Offner）分光器である。オフナー分光器の形態は、スリット、二つの凹面のミラー、及び二つの凹面のミラーの間に位置決めされた凸面のミラーに配された回折格子を含む同心の構造を有する。オフナー分光器は、小さい視野にわたって少数の光学的な素子で非常に低い歪曲を提供する。しかしながら、構造のサイズは、視野が増加する際に極度に大きいものになる。追加として、多重の分光器は、各々が、幅広い波長の範囲又は別個のスペクトルの領域をカバーすることが必要とされるような、別個のスペクトルのバンドをカバーするために構成されたものである。結果として、これらのシステムは、典型的には、多重の分光器の光学部品及び多重のイメージセンサーのせいで、大きいサイズ、重量、及びパワーの要件を有する。
【０００３】
米国特許第５２６０７６７号は、それの全体においてここに参照によって組み込まれるものであるが、複光路の反射性のトリプレットの形態を使用する全ての反射性のイメージング分光器の例を記載する。分光器は、それの対物系として作用する三つのミラーのアナスチグマート及び分光器のコリメーター及びイメージャーを提供する分散性の素子を備えた反射性のトリプレットを含む。米国特許第６１２２０５１号は、それの全体においてここに参照によって組み込まれたものであるが、数個の対象の同時のスペクトルの分析を可能とするための二次元の検出器アレイを使用する単一のバンドのマルチスリットの分光器を記載する。デュアルバンドの二重のスリットのイメージング分光器の例は、米国特許第７３８２４９８号に記載されるが、それは、それの全体においてここに参照によって組み込まれる。米国特許第７３８２４９８号に従って、二つのチャネルの分光器は、共有された対物系及び共通のイメージの平面における一対のスリットを有する。スリットの各々は、共有された対物系の出力ビームの一部分を受けると共に異なる波長を伝達するために最適化される。共有された複光路の反射性のトリプレットは、スリットの出力ビームを受ける。反射性のトリプレットの出力は、第一の分散性の素子へ第一の波長のコリメートされた第一の反射性のトリプレットの出力及び第二の分散性の素子へ第二の波長のコリメートされた第二の反射性のトリプレットの出力を送る、ビームスプリッターに入射するものである。分散性の素子の出力は、共通のイメージの平面の二つの異なる場所に位置決めされたイメージング検出器へビームスプリッター及び反射性のトリプレットへ逆戻りに向けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５２６０７６７号
【特許文献２】米国特許第６１２２０５１号
【特許文献３】米国特許第７３８２４９８号
【発明の概要】
【０００５】
発明の概要
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
態様及び実施形態は、線形の分散を備えた広いスペクトルのバンドにわたって高い信号対雑音比を備えたイメージング分光器を提供することに向けられたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの実施形態に従って、マルチチャネルイメージング分光器は、入射の電磁放射を受けると共にコリメートするために及びコリメートされた出力ビームを提供するために構成された複光路の反射性のトリプレットの光学的なサブシステム、反射性のトリプレットへ入射の電磁放射を向けるために構成された少なくとも一つの入り口のスリット、反射性のトリプレットからコリーメートされた出力ビームを受けるために及び複数のスペクトルのチャネルへとコリメートされた出力ビームを分離するために構成された少なくとも一つのビームスプリッター、並びに、各々が複数のチャネルのそれぞれの一つのものを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された少なくとも二つの分散性の素子、ある数の分散性の素子が対応する数の分散させられた出力を提供することを具備すると共に、反射性のトリプレットは、さらに、複数の分散させられた出力からイメージを生じさせるために少なくとも一つの入り口のスリットと共に位置させられた少なくとも一つの焦点面へと複数の分散させられた出力を集束させるために構成されたものであると共に、分散性の素子の数は、焦点面の数を超過する。
【０００８】
一つの例において、反射性のトリプレットは、入り口のスリットから入射の電磁放射を受けるために並びに焦点面へと第一の及び第二の分散させられた出力を集束させるために構成された正の光学的なパワーの一次の対物系のミラー、一次の対物系のミラーへ光学的に結合させられた負の光学的なパワーの二次の対物系のミラー、並びに、二次の対物系のミラーへ及び少なくとも一つのビームスプリッターへ光学的に結合させられた正の光学的なパワーの三次の対物系のミラーを含む。マルチチャネルイメージング分光器は、さらに、少なくとも一つの焦点面に位置決めされた及び複光路の反射性のトリプレットへ光学的に結合させられたイメージセンサーを具備する。
【０００９】
マルチチャネルイメージング分光器の一つの例において、複数のスペクトルのチャネルは、少なくとも三つのスペクトルのチャネルを含むと共に、少なくとも一つのビームスプリッターは、反射性のトリプレットへ光学的に結合させられた並びに第一のスペクトルのチャネル及び残留する波長の範囲へとコリメートされた出力ビームを分離するために構成された第一のビームスプリッター並びに第一のビームスプリッターへ光学的に結合させられた並びに第二のスペクトルのチャネル及び第三のスペクトルのチャネルへと残留する波長の範囲を分離するために構成された第二のビームスプリッターを含むと共に、少なくとも二つの分散性の素子は、第一のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第一の分散性の素子、第二のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第二の分散性の素子、及び第三のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第三の分散性の素子を含む。一つの例において、第一の、第二の、及び第三の分散性の素子は、回折格子である。別の例において、少なくとも一つの入り口のスリットは、第一の入り口のスリット及び第二の入り口のスリットを含むと共に、少なくとも一つの焦点面は、第一の入り口のスリットと整列させられた第一の焦点面及び第二の入り口のスリットと整列させられた第二の焦点面を含む。別の例において、マルチチャネルイメージング分光器であって、さらに、第二のビームスプリッターへ光学的に結合させられた及び第四のスペクトルのチャネルを提供するために第三のスペクトルのチャネルを受けると共に分離するために構成された第三のビームスプリッター、並びに、第四のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第四の分散性の素子を具備する。
【００１０】
マルチチャネルイメージング分光器の別の例に従って、少なくとも一つの入り口のスリットは、反射性のトリプレットへ第一の波長の範囲の入射の電磁放射を向けるために構成された第一の入り口のスリット及び反射性のトリプレットへ第二の波長の範囲の入射の電磁放射を向けるために構成された第二の入り口のスリットを含む。一つの例において、複数のスペクトルのチャネルは、四つのスペクトルのチャネルを含むと共に、少なくとも一つのビームスプリッターは、一緒に光学的に結合させられた及び四つのスペクトルのチャネルへとコリメートされた出力ビームを分離するために構成された三つのビームスプリッターを含むと共に、少なくとも二つの分散性の素子は、各々が四つのスペクトルのチャネルの一つを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された四つの回折格子を含むと共に、少なくとも一つの焦点面は、第一の入り口のスリットと整列させらた第一の焦点面及び第二の入り口のスリットと整列させられた第二の焦点面を含む。別の例において、少なくとも比卒の入り口のスリットは、さらに、第三の入り口のスリット及び第四の入り口のスリットの少なくとも一つを含む。さらなる例において、複数のスペクトルのチャネルは、三つのスペクトルのチャネルを含むと共に、少なくとも一つのビームスプリッターは、反射性のトリプレットへ光学的に結合させられた並びに第一のスペクトルのチャネル及び残留する波長の範囲へとコリメートされた出力ビームを分離するために構成された第一のビームスプリッター並びに第一のビームスプリッターへ光学的に結合させられた並びに第二のスペクトルのチャネル及び第三のスペクトルのチャネルへと残留する波長の範囲を分離するために構成された第二のビームスプリッターを含むと共に、少なくとも二つの分散性の素子は、第一のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第一の分散性の素子、第二のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第二の分散性の素子、及び、第三のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第三の分散性の素子を含むと共に、少なくとも一つの焦点面は、第一の入り口のスリットと整列させられた第一の焦点面及び第二の入り口のスリットと整列させられた第二の焦点面を含む。
【００１１】
別の実施形態に従って、マルチチャネルイメージング分光器は、関心のあるスペクトルのバンドにおいて入射の電磁放射を受けると共にコリメートするために及びコリメートされた出力ビームを提供するために構成された複光路の反射性のトリプレット、反射性のトリプレットへ入射の電磁放射を向けるために構成された単一の入り口のスリット、反射性のトリプレットからコリーメートされた出力ビームを受けるために及び少なくとも第一のサブバンド及び第二のサブバンドへとコリメートされた出力ビームを分離するために構成されたビームスプリッター、第一の分散させられた出力を提供するために第一のサブバンドを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第一の分散性の素子、並びに第二の分散させられた出力を提供するために第二のサブバンドを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第二の分散性の素子、前記反射性のトリプレットがさらに第一の及び第二の分散させられた出力からイメージを生じさせるために入り口のスリットと共に位置させられた焦点面へと第一の及び第二の分散させられた出力を集束させるために構成されたものであることを具備する。
【００１２】
一つの例において、反射性のトリプレットは、入り口のスリットから入射の電磁放射を受けるために並びに焦点面へと第一の及び第二の分散させられた出力を集束させるために構成された正の光学的なパワーの一次の対物系のミラー、一次の対物系のミラーへ光学的に結合させられた負の光学的なパワーの二次の対物系のミラー、並びに、二次の対物系のミラーへ及びビームスプリッターへ光学的に結合させられた正の光学的なパワーの三次の対物系のミラーを含む。マルチチャネルイメージング分光器は、さらに、焦点面に位置決めされた及び複光路の反射性のトリプレットへ光学的に結合させられたイメージセンサーを具備することがある。一つの例において、イメージセンサーは、第一の分散させられた出力に敏感な第一の活性なエリア及び第二の分散させられた出力に敏感な第二の活性なエリアを有する単一の焦点面アレイ検出器である。第一の及び第二の活性なエリアは、ガードバンドによって互いのものから空間的に分離されたものであることがある。一つの例において、関心のあるスペクトルのバンドは、おおよそ０．４μｍから２．５μｍまでの波長の範囲を含む。マルチチャネルイメージング分光器は、さらに、ビームスプリッター及び第二の分散性の素子の間に光学的に位置決めされた並びにビームスプリッターから第二の分散性の素子まで第二のサブバンドを向けるために構成された折りたたみミラーを具備することがある。一つの例において、第一の及び第二の分散性の素子は、各々が単一のブレーズ角度を備えた第一の及び第二の回折格子である。
【００１３】
別の実施形態に従って、分光学の方法は、反射性の光学的なシステムへ入り口のスリットを通じて関心のあるスペクトルのバンドにおける電磁放射を向けること、コリメートされた出力ビームを提供するために反射性の光学的なシステムを使用することで電磁放射をコリメートすること、第一のサブバンド及び第二のサブバンドへとコリメートされた出力ビームをスペクトル的に分裂させること、第一の分散させられた出力を提供するために第一の反射性の分散性の素子を使用することで第一のサブバンドをスペクトル的に分散させること、第二の分散させられた出力を提供するために第二の反射性の分散性の素子を使用することで第二のサブバンドをスペクトル的に分散させること、並びに、第一の及び第二の分散させられた出力から焦点面にイメージを生じさせるために反射性の光学的なシステムを使用することで入り口のスリットと共に位置させられた焦点面へと反射性の光学的なシステムを介して第一の及び第二の分散させられた出力を集束させることの行為を具備する。
【００１４】
一つの例において、第一のサブバンド及び第二のサブバンドへとコリメートされた出力ビームをスペクトル的に分裂させることは、ビームスプリッターを使用することで達成されると共に、方法は、さらに、ビームスプリッターを使用することで第一の及び第二の分散させられた出力を再結合させることを具備する。別の例において、方法は、さらに、イメージを生じさせるために焦点面に位置決めされたイメージセンサーへと第一の及び第二の分散させられた出力をイメージングすることを具備する。
【００１５】
これらの例示的な態様及び実施形態のなおも他の態様、実施形態、及び利点は、以下に詳細に議論される。ここに開示された実施形態は、ここに開示された原理の少なくとも一つと整合するいずれの様式においても他の実施形態と組み合わせられることがあると共に、“ある実施形態”、“いくつかの実施形態”、“代替の実施形態”、“様々な実施形態”、“一つの実施形態”等への参照は、必ずしも相互に排他的なものではないものであると共に、記載された特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも一つの実施形態に含まれることがあることを指し示すことが意図されたものである。ここにおけるそのような用語の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を参照するものであるとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、発明の態様に従ったイメージング分光器の一つの例の光線追跡である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのイメージング分光器の第一のチャネルのみを図示する光線追跡である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａのイメージング分光器の第二のチャネルのみを図示する光線追跡である。
【図２】図２は、発明の態様に従った、図１のイメージング分光器との組み合わせにおける使用のためのイメージング検出器の一つの例の線図である。
【図３】図３は、（ナノメートルにおける）波長の関数としての格子の回折効率のグラフである。
【図４】図４は、（ナノメートルにおける）波長の関数としての信号対雑音比（ＳＮＲ）のグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、発明の態様に従った三つのチャネルのイメージング分光器の一つの例の光線追跡である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａのイメージング分光器の第三のチャネルのみを例示する光線追跡である。
【図６】図６は、発明の態様に従った四つのチャネルのイメージング分光器一つの例の光線追跡である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面の手短な記載
少なくとも一つの実施形態の様々な態様は、一定の縮尺で描かれることが意図されたものではない、付随する図を参照して以下に議論される。図は、様々な態様及び実施形態の図示及びさらなる理解を提供することが含まれると共に、この明細書の一部に組み込まれると共にそれを構成するが、発明の限定の定義として意図されるものではない。図において、様々な図に図示される各々の同一の又はほぼ同一の構成要素は、同様の数字によって表される。明瞭さの目的のために、必ずしもあらゆる構成要素が、あらゆる図においてラベリングされるとは限らないことがある。図において、
図１Ａは、発明の態様に従ったイメージング分光器の一つの例の光線追跡である、
図１Ｂは、図１Ａのイメージング分光器の第一のチャネルのみを図示する光線追跡である、
図１Ｃは、図１Ａのイメージング分光器の第二のチャネルのみを図示する光線追跡である、
図２は、発明の態様に従った、図１のイメージング分光器との組み合わせにおける使用のためのイメージング検出器の一つの例の線図である、
図３は、（ナノメートルにおける）波長の関数としての格子の回折効率のグラフである、
図４は、（ナノメートルにおける）波長の関数としての信号対雑音比（ＳＮＲ）のグラフである、
図５Ａは、発明の態様に従った三つのチャネルのイメージング分光器の一つの例の光線追跡である、
図５Ｂは、図５Ａのイメージング分光器の第三のチャネルのみを例示する光線追跡である、及び、
図６は、発明の態様に従った四つのチャネルのイメージング分光器一つの例の光線追跡である。
【００１８】
詳述された記載
態様及び実施形態は、小型のマルチバンドイメージング分光器に、及び、多重のスペクトルの領域をカバーするための単一のそのような分光器の使用に向けられる。特に、ある一定の態様及び実施形態は、単一の入り口のスリット、単一のイメージセンサー（例．焦点面アレイイメージング検出器）、及び、さらに以下に議論されるような、多重の回折格子又はプリズムのような、多重の分散性の素子を備えた共有された光学部品を使用するデュアルバンドイメージング分光器を提供する。様々な実施形態は、イメージング分光器の技術における長いフェルトの必要性に対する、すなわち、一つのシステムにおいて多重の分光器を使用することなく非常に高い信号対雑音比を達成するための、解決手段を提供することがある。
【００１９】
高い信号対雑音比を備えたイメージング分光器を提供することに対する従来のアプローチは、分散性の素子としてのプリズムの使用を含むものでありつづけている。プリズムは、指定されたスペクトルの分解能で与えられたスペクトルのバンドをカバーするために多数のより多くの焦点面のピクセル及びより大きい分光器の視野を要求する、非線形の分散を有する。マルチバンド検出のための他のアプローチは、異なるスペクトルのバンドを空間的に分離するために多重の入り口のスリットを備えたマルチバンド分光器を使用することを含むものでありつづけている。例えば、上に議論されるように、一つのアプローチは、米国特許第７３８２４９８号に記載されたデュアルバンドの二重のスリットの分光器を含む。しかしながら、このアプローチは、第二のスリット、選択された波長の領域を通過させると共に他のスリットによって通過させられたものをブロックするためのそれぞれのスリットにおけるブロッキングフィルター、及び、スリットからスリットまでのスペーシングに適応するための相対的に大きい分光器の視野、各々のスリットに対するイメージセンサー、並びに、自由選択の第二のイメージセンサーを要求する。
【００２０】
反対に、態様及び実施形態は、イメージセンサーにわたって異なるスペクトルの領域をオフセットさせるために異なる回折格子が使用される小型のマルチバンドイメージング分光器に向けられる。一つの実施形態において、単一の入り口のスリットは、全てのスペクトルのバンドからスペクトルの空間的な共同の位置合わせを提供すると共にバンド対バンドの位置ずれを回避するために使用されることがある。しかしながら、他の実施形態において、多重の入り口のスリットは、以下にさらに議論されるように、使用されることがある。ここに開示されたイメージング分光器の実施形態は、匹敵する単一の格子の分光器と比べて顕著により高い信号対雑音比を提供することがあると共に、デュアルバンドのイメージングを成し遂げるために二つの分光器を使用するシステムに対比してはるかにより小さいものであると共により良好にスペクトル的に整列させられる。追加として、イメージング分光器の実施形態は、視野において反射性のトリプレットの形態の利益を保有することがある。結果として、イメージング分光器び実施形態は、同じＦ数における従来のオフナー（Ｏｆｆｎｅｒ）又はダイソン（Ｄｙｓｏｎ）の形態と比べてより良好な性能を提供することがあると共に、プリズムに基づいた、しかし、回折格子の線形の分散を備えた、設計に匹敵するスループットを有することがある。追加として、イメージング分光器は、プリズムに基づいた設計と対比された同じスペクトルの領域をカバーするためにはるかにより小さい視野の要件を有することがある。
【００２１】
ここに議論された方法及び装置の実施形態が、後に続く記載に述べられた又は付随する図面に図示された構成要素の構築及び配置の詳細への適用に限定されるものではないことは、認識されることである。方法及び装置は、他の実施形態における実施の及び様々な方式で実践されることの又は実行されることの可能なものである。具体的な実施の例は、図示の目的のためにのみここに提供されると共に限定するものであることが意図されるものではない。また、ここに使用された語句及び用語は、記載の目的のためのものであると共に、限定するものとみなされるべきものではない。“を含む”、“を具備する”、“を有する”、“を含有する”、“を伴う”、及びそれらの語尾変化のここにおける使用は、その後に列挙されたアイテム及び追加的なアイテムのみならずそれらの均等物を包含することが意味され
る。“又は”に対する参照は、“又は”を使用することで記載されたいずれの用語も記載された用語の単一のもの、一つと比べてより多くのもの、及び全てのもののいずれをも指し示すことがあるように、包括的なものとして解されることがある。
【００２２】
図１Ａを参照すると、図示されるものは、イメージング分光器１００の一つの例の光線追跡である。分光器１００は、以下にさらに議論されるように、コリメーション、分散、及びイメージングについての分光器の機能を行うための光学的な素子を含む。一つの実施形態に従って、単一の小型のマルチバンドイメージング分光器システム１００は、多重のスペクトルのバンドのカバレッジを提供する。一つの例において、多重のスペクトルのバンドは、可視のバンド（例．０．３９から０．７５μｍまで）の少なくとも一部分のみならず、自由選択でＶＮＩＲ−ＳＷＩＲ（例．０．５から２．５μｍまで）、ＭＷＩＲ（例．３．３から３．５μｍまで）、及びＬＷＩＲ（例．７．７から８．２μｍまで）のバンドのような、可視の及び赤外のバンドを含む。一つの実施形態に従って、イメージング分光器１００は、複光路の反射性のトリプレット１１０を含むと共にトリプレットの光学部品へ電磁放射１３０を伝達する単一の入り口のスリット１２０を使用する。（示されたものでではない）前方の光学部品は、入り口のスリット１２０を通じて電磁放射１３０を集束させると共にそれを向けるために使用されることがある。電磁放射１３０が、反射性のトリプレット１１０を通過した後に、それは、第一の反射性の分散性の素子１５０へスペクトルの一部を反射させると共に第二の反射性の分散性の素子１６０へスペクトルの残りを伝達する二色性のビームスプリッター１４０に入射するものである。分散性の素子１５０、１６０は、それの構成要素の色又は波長へと入射する電磁放射を分散させる。一つの例において、分散性の素子１５０、１６０は、回折格子である。別の例において、分散性の素子１５０、１６０は、プリズムである。折りたたみミラー１７０は、小型の構造を達成するために第二の反射性の分散性の素子１６０へ電磁放射を向け直すために使用されることがある。電磁放射は、ビームスプリッター１４０によって再結合させられると共に逆戻りに反射性のトリプレット１１０を通過すると共に、入り口のスリット１２０と共に位置させられた焦点面１８０へとイメージングされる。
【００２３】
一つの実施形態に従って、イメージング分光器１００は、それの対物系として反射性のトリプレット１１０を使用する。反射性のトリプレット１１０の例は、米国特許第７３８２４９８号に開示される。図１に図示された例において、反射性のトリプレット１１０は、正の光学的なパワーを有する一次のミラー１１２、負の光学的なパワーを有する二次のミラー１１４、及び正の光学的なパワーを有する三次のミラー１１６を含む。反射性のトリプレット１１０の三つのミラーは、分光器１００のためのコリメートする光学的な形態として役に立つ。一次のミラー１１２、二次のミラー１１４、及び三次のミラー１１６の光学的なパワーの和は、おおよそゼロであることがあるが、それによってゼロのペッツバール（Ｐｅｔｚｖａｌ）和又は平坦な視野の条件を満足する。
【００２４】
反射性のトリプレット１１０の三つのミラー１１２、１１４、及び１１６は、入り口のスリット１２０を介して受光された入射する電磁放射をコリメートすると共に、二色性のビームスプリッター１４０にコリメートされた反射性のトリプレットの出力ビーム１３２を提供する。上に議論されるように、ビームスプリッター１４０は、第一の波長を有する第一の反射性のトリプレットの出力ビーム１４２及び第二の波長を有する第二の反射性のトリプレットの出力ビーム１４４へとコリメートされた反射性のトリプレットの出力ビーム１３２を分離する。ここで使用されるように、用語“波長”又は“チャネル”は、単一の不連続の波長を又は波長の範囲を指すことがある。第一の分散性の素子１５０は、第一の波長の第一の反射性のトリプレットの出力ビーム１４２を受光すると共に第一の分散させられた出力１５２を生じさせる。類似して、第二の分散性の素子１６０は、第二の波長の第二の反射性のトリプレットの出力ビーム１４４を受光すると共に第二の分散させられた出力１６２を生じさせる。上で議論したように、ビームスプリッター１４０は、分散性の素子から第一の及び第二の分散させられた出力１５２、１６２を受光すると共に再結合させると共に、焦点面１８０に入射するものであるために複光路の反射性のトリプレット１１０を通じて逆戻りに分散させられた電磁放射１４６を向ける。このように、電磁放射が、反射性のトリプレット１１０を通じて伝わると共に分散性の素子１５０、１６０への過程でコリメートされると共にその次に戻りの経路で反射性のトリプレットを通じて逆戻りに伝わると共に焦点面１８０にイメージングされるので、分光器１００の反射性のトリプレット１１０は、“複光路の”光学的な構成部品と称される。
【００２５】
図１Ｂは、イメージング分光器１００の第一のチャネルの光学的な経路を図示する光線追跡である。図１Ｂにおいて、光学的なビーム１３２ａは、図１Ａのコリメートされた反射性のトリプレットの出力ビーム１３２の第一の波長の範囲に対応すると共に、光学的なビーム１４６ａは、図１Ａの分散させられた電磁放射１４６の第一の波長の範囲に対応する。図１Ｃは、イメージング分光器１００の第二のチャネルの光学的な経路を図示する光線追跡である。図１Ｃにおいて、光学的なビーム１３２ｂは、図１Ａのコリメートされた反射性のトリプレットの出力ビーム１３２の第二の波長の範囲に対応すると共に、光学的なビーム１４６ｂは、図１Ａの分散させられた電磁放射１４６の第二の波長の範囲に対応する。
【００２６】
一つの実施形態に従って、イメージセンサー又はイメージング検出器は、焦点面１８０に位置させられる。多重の分散性の素子を使用することによって、多重のスペクトルのバンドは、焦点面１８０に位置させられた単一のイメージセンサーへとイメージングされることがある。イメージセンサーは、パンクロのイメージング検出器であることがある。一つの例において、検出器は、一つの又はより多くの光検出器及び関連した読み出しの集積回路を含む、単一の焦点面アレイを含む。焦点面アレイは、二つの部分、すなわち、検出器及び読み出しの集積回路（ＲＯＩＣ）、で構成される。検出器は、光を受容すると共に電流を発生させる光に敏感な材料を含む。ＲＯＩＣは、露出の間に電流を捕獲すると共にその次に（例．記憶のための）他の電子機器へ信号を移す電子的な回路である。焦点面アレイは、関心のある特定のスペクトルのバンドを支持するために検出器の材料及び／又はＲＯＩＣのいずれの組み合わせをも含むことがある。
【００２７】
図２を参照すると、一つの実施形態において、単一の焦点面アレイのイメージセンサー２００は、各々の格子から電磁放射を収集する。イメージセンサー２００は、スリット１２０に対して平行に延びる第一の軸に位置決めされると共にそれに沿って延長されることがある。図示された例において、焦点面アレイ２００は、（第一の分散性の素子１５０から受光された）第一の波長の電磁放射に敏感な第一の活性なエリア２１０及び（第二の分散性の素子１６０から受光された）第二の波長の電磁気的なものに敏感な第二の活性なエリア２２０を含む。第一の及び第二の活性なエリア２１０、２２０は、小さい“ガードバンド”２３０によって互いのものから分離されることがある。活性な領域及びガードバンドは、焦点面アレイのパッケージング２４０の上に又はそれの内に配置されことがある。一つの実施形態において、第一の及び第二の分散性の素子１５０、１６０は、それらがそれぞれの分散させられた領域が、焦点面アレイのイメージセンサー２００においてガードバンド２３０によって分離されるように、整列させられる。
【００２８】
分光学的な目的のために、イメージセンサー２００は、スリット１２０に平行な軸に沿って整列させられた空間的な寸法２５０及びスペクトルの寸法２６０を有する、図２に示されたような、一般に矩形のものであることがある。イメージセンサー２００は、空間的な寸法２５０において延長させられることがある。イメージセンサー２００の第一の及び第二の活性なエリア２１０及び２２０は、各々、空間的な及びスペクトルの寸法２５０、２６０に沿ってアレイに配置された複数の光検出器素子を含むことがある。ガードバンドは、複数の不活性な検出器を含むことがある。活性な領域は、選択された波長について、構成されると共に自由選択で最適化されることがある。例えば、第一の活性な領域２１０は、約０．４から１．４μｍまでの範囲における波長（λ１−λ１ｎ）に敏感なものであることがあると共に、第二の活性な領域２２０は、約１．４μｍから２．５μｍまでの範囲における波長（λ２−λ２ｎ）に敏感なものであることがある。イメージセンサー２００の構築及び構成は、異なる実施形態にわたって変動することがある。例えば、一つの実施形態において、イメージセンサー２００は、テルル化カドミウム水銀に基づいたものであることがある。他の例において、イメージセンサー２００は、インジウム、アンチモン化物、ケイ素、砒化ガリウムインジウム、等のような、しかしそれらに限定されたものではない、他の材料に基づいたものであることがある。イメージセンサー２００のサイズは、例えば、個々の検出器（又はピクセル）のサイズ、ピクセル密度、等を含む、数多くの因子に依存することがある。
【００２９】
一つの実施形態に従って、分光器１００は、ＶＮＩＲ−ＳＷＩＲのスペクトルのバンド（上の例におけるもののような、おおよそ０．４から２．５μｍまで）にわたって動作するように構成される。これは、しばしば検知されたスペクトルの領域である。単一の入り口のスリット１２０は、他の色を拒絶することの必要性無しにＶＮＩＲ−ＳＷＩＲの電磁放射を受け入れることがある。上で議論されたように、全ての電磁放射は、コリメートする反射性のトリプレットの光学部品１１０の単一のセットを通過すると共にその次に二色性のビームスプリッター１４０によって構成要素のスペクトルの領域（サブバンド）へと分離されることがある。一つの実施形態において、二色性のビームスプリッター１４０は、強い大気の吸収のバンドである、おおよそ１．４μｍにセンタリングされる。一つの実施形態において、電磁放射（１４２、１４４）の各々のサブバンドは、単一のブレーズの反射性の回折格子（１５０、１６０）へ伝達される。各々の格子の選択されたピークの効率は、それぞれの格子の各々のブレーズのピーク付近にあるものであることがある。
【００３０】
従来の単一の格子の分光器のシステムにおいて、格子の効率は、一つと比べてより多くのオクターブだけ延ばされたとき、選択的に低減される。反対に、分散性の素子１５０及び１６０が回折格子である一つの実施形態に従って、各々の格子の効率は、ＶＮＩＲ−ＳＷＩＲのスペクトルの領域にわたって（平均で）単一の二重のブレーズ化された格子の効率のほとんど二倍であることがある。一つの例において、各々の回折格子は、単一の二重のブレーズ化された格子と比べてより高いピークの効率、例えば、６９％と対比されたおおよそ９５％、及び、サブバンドにわたってピークの効率から離れて大いに低減されたロールオフを有することがある。この効率は、ＶＮＩＲ／ＳＷＩＲのスペクトルの領域をカバーするための二つの別個の分光器を使用するシステムと匹敵するものである。
【００３１】
例えば、図３を参照すると、図解されるものは、様々な格子の構成を備えた分光器の相対的なスループット（効率）を示すグラフである。図３において、追跡３１０は、単一の格子のシステムの効率を表すと共に、追跡３２０は、二重のブレーズ角度を備えた単一の格子のシステムを有するシステムの効率を表す。図３を参照して見ることができるように、単一の格子のシステムは、狭いスペクトルの範囲にわたって相対的に高い効率、しかし、他の波長では相対的に乏しい効率、を有する。二重のブレーズ角度のシステムは、幅広いスペクトルの範囲にわたっていっそうより多くの効率を有するが、しかし全体の相対的な効率は、低いものである。追跡３３０及び３３５は、一つの実施形態に従った二つの格子の分光器システムについての効率を表す。上に議論されたように、二つの格子の“重なり合う”領域（又はビームスプリッターにおける分裂）は、（バンド３４０によって図３に表された）強い大気の吸収の領域であると共に従って分光法に典型的には使用されるものではない、おおよそ１．４μｍに位置させられることがある。各々の格子の効率が、個々に調整されると共に最適化されることがあるので、全体の効率は、上に議論されたように、幅広いスペクトルの範囲にわたって相対的に高いものであることがある。例えば、一つの実施形態において、各々の格子が、それのサブバンドについて個々に最適化されることがあるので、平均の格子の効率は、おおよそ８０−１２０％だけ増加させられることがある。このように、効率は、（追跡３１０によって示されたような）単一の格子のシステムについての場合におけるもののように、相対的に狭いバンドに限定されるというよりもむしろ、各々の格子についての波長の範囲にわたって“広げられる”ことがある。
【００３２】
追加として、効率を増加させると共に個々に格子を調整するための能力は、顕著により大きい信号対雑音比に至ることになる。例えば、ある一定の実施形態の二つの格子の構築物を使用することで、結果として生じるスペクトルは、従来の単一の格子の分光器と比べて４０−６０％だけより高い信号対雑音比を有することがある。追加として、各々の格子の分散は、集団のバンドにわたってスペクトルの分解能を最適化するために選択されることがある。
【００３３】
図４を参照すると、図示されるものは、一つの実施形態に従った二重の格子の分光器及び従来の単一の（二重のブレーズの）格子の分光器についてのナノメートル（ｎｍ）における波長の関数としての信号対雑音比（ＳＮＲ）のグラフである。以下の表１は、図４に図示された対応するデータを含有する。二重の格子の分光器について、二重の格子は、上に議論されたように、１．４μｍで分裂させられる。図４において、データ点４１０は、二重の格子の分光器の例に対応すると共に、データ点４２０は、従来の単一の格子（二重のブレーズ）の分光器に対応する。
【００３４】
【表１】
0005925965.tif 000002
表１及び図４に与えられたデータは、平均の信号対雑音比が、ＶＮＩＲ−ＳＷＩＲのスペクトルの領域にわたっておおよそ１６０％の平均だけ従来の単一の格子の分光器よりも改善されることがあることを図示する。
【００３５】
一つの実施形態に従って、分光器１００は、多様なパラメーターにおいて調整可能なものである。例えば、異なる格子へビームスプリッター１４０によって反射させられた及び伝達させられた波長の範囲の間における“分裂”のスペクトルの場所は、最適化されることがある。各々のサブバンドにおける、及び、分散性の素子が回折格子である例における、波長の数は、各々の格子について格子の効率のスペクトルのピークは、また調整されることがある。加えて、各々の格子のブレーズ角度は、選択されたスペクトルのバンドにおいて信号対雑音比に重みを付けるために調整されることがある。別個の格子（例．１５０及び１６０）の各々が、個々に調整されると共に最適化されることがあるので、この調整する能力の程度は、単一の格子のシステムのものと比べてはるかにより大きいものであることがある。
【００３６】
このように、態様及び実施形態は、従来のイメージング分光器システムにわたって数多くの利益又は利点を提供することがある小型の調整可能な効率的な二つの又はより多くのチャネルのイメージング分光器を提供することがある。上で議論されたように、二重の格子の分光器の実施形態は、従来の単一の格子の分光器システムと対比された大いに増加させられた信号対雑音比を提供することがある。他の例において、二重の格子の分光器は、匹敵する単一の格子の分光器として同じ又は類似の信号対雑音比を、しかし大いに低減された地上の試料の距離（ＧＳＤ）又はより速いデータフレーム率と共に、提供することある。加えて、多重のチャネルのために単一の入り口のスリットを使用することの能力のおかげで、分光器の実施形態は、米国特許第７３８２４９８号に開示されたもののような、他のマルチチャネルの分光器、又は、非線形の分散を有する、プリズムの分散機に適応するものでなければならないシステム、と比べてはるかにより小さい視野を有する（なおも同じスペクトルの領域をカバーする）ことがある。いくつかの例において、それの非線形の分散のせいで、プリズムに基づいた分光器は、ハードウェア及びデータ率において高価なものであると共により大きい視野を要求する二重の格子の分光器の実施形態と比べてイメージセンサーのスペクトルの寸法に沿っておおよそ５０−１００％だけより多いイメージセンサーのピクセルを要求することがある。
【００３７】
このように、態様及び実施形態は、二つの又はより多くのスリットというよりもむしろ、デュアルバンドのデバイスのための一つのスリットのみの製作、及び、より小さい全体の視野に帰着する、より大きい有用な視野のエリアを含む、従来の分光器よりも顕著な費用の節約及び他の設計の利点を提供することがある。例えば、二重のスリットの設計は、スリットからスリットまでのスペーシング及びスリットからイメージセンサーまでのスペーシングに適応するために１００％と比べてより多く、及び、別個のイメージセンサーが各々のスリット及びチャネルについて使用されるとすればいっそうより多く、より多く有効な視野を必要とすることがある。追加として、二重のスリットの設計は、各々のスリットが、それの設計されたスペクトルのバンドの波長を受け入れると共に他のスペクトルのバンドの波長を拒絶するように、スリットの基体にコーティングを要求することがある。反対に、ある一定の実施形態に従った単一のスリットの二重の格子の分光器については、スリットは、全ての波長に適応するが、それによっていくつかの例におけるコーティングの必要性を取り除く。
【００３８】
上に議論された例が、主として、二つの分散性の素子１５０、１６０を含む二つのチャネルの分光器を参照してきたとはいえ、分光器の実施形態は、マルチバンド（又はマルチチャネル）の分光法を提供するためにＮ個の分散性の素子（Ｎは正の整数である）へ拡張されることがある。例えば、図５Ａを参照すると、図示されるものは、第二のビームスプリッター５１０及び第三の分散性の素子５３０を含む三つのチャネルのイメージング分光器５００の一つの例の光線追跡である。分散性の素子１５０、１６０に関して、第三の分散性の素子５３０は、例えば、回折格子又はプリズムであることがある。第二のビームスプリッター５１０は、第二の分散性の素子１６０へ向けられた第二のチャネル５１２及び第三の分散性の素子５３０に向けられた第三のチャネル５１４へと第一のビームスプリッター１４０によって通過させられた電磁放射５２０を分離する。上で議論されたように、分散性の素子１５０、１６０、及び５３０は、それぞれ、第一の、第二の、及び第三の分散させられた出力を生じさせるためにそれらのそれぞれのチャネル又は波長において電磁放射を分散させる。分散させられた出力は、戻りの経路でビームスプリッター５１０及び１４０によって再結合させられると共に、分散させられた電磁放射は、上に議論されたように、焦点面１８０に入射するものであるために複光路の反射性のトリプレット１１０を通じて逆戻りに向けられる。図５Ｂは、第三のチャネルのみについて対応する光線追跡を図示する。
【００３９】
図５Ａ及び５Ｂに図示された例は、折りたたみミラーを含むものではないが、しかしながら、当業者は、この開示の利益が与えられたとすれば、一つの又はより多くの折りたたみミラーが、ビームスプリッター１４０、５１０及び分散性の素子の様々な配置及び位置決めをすることに適応するために分散性の素子１５０、１６０、及び５３０へ電磁放射のいずれのものをも向け直すために使用されることがあることを、認識することになる。
【００４０】
いくつかの実施形態が、上に議論されたように、単一の入り口のスリットを使用する一方で、分光器の他の実施形態は、例えば、米国特許第７３８２４９８号に開示されたシステムのような、二つの又はより多くの入り口のスリットを備えたデュアルバンド又はマルチバンドのシステムへと統合されることがある。そのような実施形態において、各々の入り口のスリットは、二つの又はより多くの回折格子へ電磁放射を向けることがある。
【００４１】
図６を参照すると、図示されるものは、二つのスリット、四つの分散性の素子（例．回折格子）、及び二つのイメージング検出器（例．焦点面アレイ）を含む四つのチャネルのイメージング分光器６００の一つの例の光線追跡である。この例において、反射性のトリプレット１１０は、イメージング分光器６００の全ての四つのチャネルの間で共有される。入射の電磁放射は、入り口のスリット６１０、６１５の一つを通じて反射性のトリプレット１１０へ伝達させられる。上に議論されたように、反射性のトリプレット１１０は、入り口のスリット６１０、６１５を介して受容された入射する電磁放射をコリメートすると共に、第一の二色性のビームスプリッター６２２でコリメートされた反射性のトリプレットの出力ビームを提供する。第一の二色性のビームスプリッター６２２は、二つの部分へと反射性のトリプレットの出力ビームを分裂させるが、それらの各々は、さらなるビームスプリッターへ向けられる。例えば、第一のビームスプリッター６２２によって反射させられた第一の波長範囲電磁放射は、第一の反射性の分散性の素子６３２に入射する第一のチャネルへ及び第二の反射性の分散性の素子６３４に入射する第二のチャネルへと電磁放射を分裂させる第二のビームスプリッター６２４へ向けられる。類似して、第一のビームスプリッター６２２によって通過させられた第二の波長範囲電磁放射は、第三の反射性の分散性の素子６３６に入射する第三のチャネルへ及び第四の反射性の分散性の素子６３８に入射する第四のチャネルへと電磁放射を分裂させる第三のビームスプリッター６２６へ向けられる。分散性の素子６３２、６３４、６３６、及び６３８は、上に議論されたように、ビームスプリッター６２２、６２４、及び６２６によって再結合させられると共に図６に図示されたような入り口のスリット６１０、６１５を備えた平面に位置させられたイメージセンサー６４０、６４５に入射するものであるために反射性のトリプレット１１０を通じて逆戻りに向け直される分散させられた出力を生じさせるために、それらのそれぞれのチャネルにおいて電磁放射を分散させる。このように、小型の効率的なマルチチャネルのイメージング分光器は、提供されることがある。
【００４２】
上で議論された実施形態におけるもののように、分散性の素子６３２、６３４、６３６、及び６３８は、例えば、回折格子又はプリズムであることがある。さらには、図６に図示された例が、折りたたみミラーを含むものではない一方で、当業者は、この開示の利益が与えられたとすれば、一つの又はより多くの折りたたみミラーが、ビームスプリッター６２２、６２４、及び６３６並びに分散性の素子の様々な配置及び位置決めをすることに適応するために、分散性の素子６３２、６３４、６３６、及び６３８へ電磁放射のいずれのものをも向け直すために使用されることがあることを認識することになる。
【００４３】
いくつかの実施形態において、分光器１００又は５００は、単一のイメージセンサー２００におけるイメージングを超える幅広い視野を有することがある。それに応じて、別の実施形態において、分光器１００、５００は、非常に幅広い視野にわたって超高信号対雑音比を提供するために、それの全体において参照によってここに組み込まれる２０１１年７月２７日に出願された及び“ＬＯＷ  ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮ  ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲ”と題された同時係属する共同で所有された米国特許出願第１３／１９１，７８２号に開示された“ギャップフィラー”のイメージ平面組み立て品の実施形態と組み合わせられることがある。例えば、一つの実施形態において、米国特許出願第１３／１９１，７８２号に詳細に記載されたイメージ平面組み立て品は、分光器のスリット１２０／焦点面１８０で適応させられることがある。
【００４４】
別の実施形態に従って、分光器１００の入り口のスリット１２０は、波長の関数として異なる寸法を有するように見えてくるために構成されることがある。例えば、スリット１２０は、ＶＮＩＲ−ＳＷＩＲのスペクトルのバンドについての長さにおいておおよそ２０μｍであるように見えてくることがあると共に、ＬＷＩＲのスペクトルのバンドについての長さにおいておおよそ４０μｍであるように見えてくることがある。幅におけるこの明白な変化は、スリットの基体においてコーティングを使用することによって、又は、スリットの基体に使用された誘電体の材料の注意深い選抜を通じて成し遂げられることがある。
【００４５】
少なくとも一つの実施形態の数個の態様を上に記載してきたが、様々な変形、変更、及び改善が、当業者にとって容易に生ずることは、認識されることである。そのような変形、変更、及び改善は、この開示の一部であることが意図されると共に発明の範囲内にあるものであることが意図される。それに応じて、先行する記載及び図面は、例のみの方式によるものであると共に、発明の範囲は、添付されたクレーム及びそれらの均等物の適切な構築から決定されるべきものである。
【００４６】
クレーム：
１．  マルチチャネルイメージング分光器であって、
入射の電磁放射を受けると共にコリメートするために及びコリメートされた出力ビームを提供するために構成された複光路の反射性のトリプレットの光学的なサブシステム、
前記反射性のトリプレットへ前記入射の電磁放射を向けるために構成された少なくとも一つの入り口のスリット、
前記反射性のトリプレットから前記コリーメートされた出力ビームを受けるために及び複数のスペクトルのチャネルへと前記コリメートされた出力ビームを分離するために構成された少なくとも一つのビームスプリッター、並びに、
各々が前記複数のチャネルのそれぞれ一つのものを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された少なくとも二つの分散性の素子、前記ある数の分散性の素子が対応する数の分散させられた出力を提供すること
を具備する、マルチチャネルイメージング分光器において、
前記反射性のトリプレットは、さらに、前記複数の分散させられた出力からイメージを生じさせるために前記少なくとも一つの入り口のスリットと共に位置させられた少なくとも一つの焦点面へと前記複数の分散させられた出力を集束させるために構成されたものであると共に、
前記分散性の素子の数は、前記焦点面の数を超過する、
マルチチャネルイメージング分光器。
【００４７】
２．  クレーム１のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記反射性のトリプレットは、
前記入り口のスリットから前記入射の電磁放射を受けるために並びに前記焦点面へと第一の及び第二の分散させられた出力を集束させるために構成された正の光学的なパワーの一次の対物系のミラー、
前記一次の対物系のミラーへ光学的に結合させられた負の光学的なパワーの二次の対物系のミラー、並びに、
前記二次の対物系のミラーへ及び前記少なくとも一つのビームスプリッターへ光学的に結合させられた正の光学的なパワーの三次の対物系のミラー
を含む、マルチチャネルイメージング分光器。
【００４８】
３．  クレーム１のマルチチャネルイメージング分光器であって、さらに、
前記少なくとも一つの焦点面に位置決めされた及び前記複光路の反射性のトリプレットへ光学的に結合させられたイメージセンサー
を具備する、マルチチャネルイメージング分光器。
【００４９】
４．  クレーム１のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記複数のスペクトルのチャネルは、少なくとも三つのスペクトルのチャネルを含むと共に、前記少なくとも一つのビームスプリッターは、前記反射性のトリプレットへ光学的に結合させられた並びに第一のスペクトルのチャネル及び残留する波長の範囲へと前記コリメートされた出力ビームを分離するために構成された第一のビームスプリッター並びに前記第一のビームスプリッターへ光学的に結合させられた並びに第二のスペクトルのチャネル及び第三のスペクトルのチャネルへと前記残留する波長の範囲を分離するために構成された第二のビームスプリッターを含むと共に、
前記少なくとも二つの分散性の素子は、前記第一のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第一の分散性の素子、前記第二のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第二の分散性の素子、及び前記第三のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第三の分散性の素子を含む、
マルチチャネルイメージング分光器。
【００５０】
５．  クレーム４のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記第一の、第二の、及び第三の分散性の素子は、回折格子である、マルチチャネルイメージング分光器。
【００５１】
６．  クレーム４のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記少なくとも一つの入り口のスリットは、第一の入り口のスリット及び第二の入り口のスリットを含むと共に、
前記少なくとも一つの焦点面は、前記第一の入り口のスリットと整列させられた第一の焦点面及び前記第二の入り口のスリットと整列させられた第二の焦点面を含む、
マルチチャネルイメージング分光器。
【００５２】
７．  クレーム６のマルチチャネルイメージング分光器であって、さらに、
前記第二のビームスプリッターへ光学的に結合させられた及び第四のスペクトルのチャネルを提供するために前記第三のスペクトルのチャネルを受けると共に分離するために構成された第三のビームスプリッター、並びに、
前記第四のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第四の分散性の素子
を具備する、マルチチャネルイメージング分光器。
【００５３】
８．  クレーム１のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記少なくとも一つの入り口のスリットは、前記反射性のトリプレットへ第一の波長の範囲の前記入射の電磁放射を向けるために構成された第一の入り口のスリット及び前記反射性のトリプレットへ第二の波長の範囲の前記入射の電磁放射を向けるために構成された第二の入り口のスリットを含む、マルチチャネルイメージング分光器。
【００５４】
９．  クレーム８のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記複数のスペクトルのチャネルは、四つのスペクトルのチャネルを含むと共に、
前記少なくとも一つのビームスプリッターは、一緒に光学的に結合させられた及び前記四つのスペクトルのチャネルへと前記コリメートされた出力ビームを分離するために構成された三つのビームスプリッターを含むと共に、
前記少なくとも二つの分散性の素子は、各々が前記四つのスペクトルのチャネルの一つを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された四つの回折格子を含むと共に、
前記少なくとも一つの焦点面は、前記第一の入り口のスリットと整列させらた第一の焦点面及び前記第二の入り口のスリットと整列させられた第二の焦点面を含む、
マルチチャネルイメージング分光器。
【００５５】
１０．  クレーム８のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記複数のスペクトルのチャネルは、三つのスペクトルのチャネルを含むと共に、
前記少なくとも一つのビームスプリッターは、前記反射性のトリプレットへ光学的に結合させられた並びに第一のスペクトルのチャネル及び残留する波長の範囲へと前記コリメートされた出力ビームを分離するために構成された第一のビームスプリッター並びに前記第一のビームスプリッターへ光学的に結合させられた並びに第二のスペクトルのチャネル及び第三のスペクトルのチャネルへと前記残留する波長の範囲を分離するために構成された第二のビームスプリッターを含むと共に、
前記少なくとも二つの分散性の素子は、前記第一のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第一の分散性の素子、前記第二のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第二の分散性の素子、及び、前記第三のスペクトルのチャネルを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第三の分散性の素子を含むと共に、
前記少なくとも一つの焦点面は、前記第一の入り口のスリットと整列させられた第一の焦点面及び前記第二の入り口のスリットと整列させられた第二の焦点面を含む、
マルチチャネルイメージング分光器。
【００５６】
１１．  マルチチャネルイメージング分光器であって、
関心のあるスペクトルのバンドにおいて入射の電磁放射を受けると共にコリメートするために及びコリメートされた出力ビームを提供するために構成された複光路の反射性のトリプレット、
前記反射性のトリプレットへ前記入射の電磁放射を向けるために構成された単一の入り口のスリット、
前記反射性のトリプレットから前記コリーメートされた出力ビームを受けるために及び少なくとも第一のサブバンド及び第二のサブバンドへと前記コリメートされた出力ビームを分離するために構成されたビームスプリッター、
第一の分散させられた出力を提供するために前記第一のサブバンドを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第一の分散性の素子、並びに
第二の分散させられた出力を提供するために前記第二のサブバンドを受けると共にスペクトル的に分散させるために構成された第二の分散性の素子、
前記反射性のトリプレットがさらに前記第一の及び第二の分散させられた出力からイメージを生じさせるために前記入り口のスリットと共に位置させられた焦点面へと前記第一の及び第二の分散させられた出力を集束させるために構成されたものであること
を具備する、マルチチャネルイメージング分光器。
【００５７】
１２．  クレーム１１のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記反射性のトリプレットは、
前記入り口のスリットから前記入射の電磁放射を受けるために並びに前記焦点面へと第一の及び第二の分散させられた出力を集束させるために構成された正の光学的なパワーの一次の対物系のミラー、
前記一次の対物系のミラーへ光学的に結合させられた負の光学的なパワーの二次の対物系のミラー、並びに、
前記二次の対物系のミラーへ及び前記ビームスプリッターへ光学的に結合させられた正の光学的なパワーの三次の対物系のミラー
を含む、マルチチャネルイメージング分光器。
【００５８】
１３．  クレーム１１のマルチチャネルイメージング分光器であって、さらに、
前記焦点面に位置決めされた及び前記複光路の反射性のトリプレットへ光学的に結合させられたイメージセンサー
を具備する、マルチチャネルイメージング分光器。
【００５９】
１４．  クレーム１３のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記イメージセンサーは、前記第一の分散させられた出力に敏感な第一の活性なエリア及び前記第二の分散させられた出力に敏感な第二の活性なエリアを有する単一の焦点面アレイ検出器である、マルチチャネルイメージング分光器。
【００６０】
１５．  クレーム１４のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記第一の及び第二の活性なエリアは、ガードバンドによって互いのものから空間的に分離されたものである、マルチチャネルイメージング分光器。
【００６１】
１６．  クレーム１４のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記関心のあるスペクトルのバンドは、おおよそ０．４μｍから２．５μｍまでの波長の範囲を含む、マルチチャネルイメージング分光器。
【００６２】
１７．  クレーム１１のマルチチャネルイメージング分光器であって、さらに、
前記ビームスプリッター及び前記第二の分散性の素子の間に光学的に位置決めされた並びに前記ビームスプリッターから前記第二の分散性の素子まで前記第二のサブバンドを向けるために構成された折りたたみミラー
を具備する、マルチチャネルイメージング分光器。
【００６３】
１８．  クレーム１１のマルチチャネルイメージング分光器において、
前記第一の及び第二の分散性の素子は、各々が単一のブレーズ角度を備えた第一の及び第二の回折格子である、マルチチャネルイメージング分光器。
【００６４】
１９．  分光学の方法であって、
反射性の光学的なシステムへ入り口のスリットを通じて関心のあるスペクトルのバンドにおける電磁放射を向けること、
コリメートされた出力ビームを提供するために前記反射性の光学的なシステムを使用することで前記電磁放射をコリメートすること、
第一のサブバンド及び第二のサブバンドへと前記コリメートされた出力ビームをスペクトル的に分裂させること、
第一の分散させられた出力を提供するために第一の反射性の分散性の素子を使用することで前記第一のサブバンドをスペクトル的に分散させること、
第二の分散させられた出力を提供するために第二の反射性の分散性の素子を使用することで前記第二のサブバンドをスペクトル的に分散させること、並びに、
前記第一の及び第二の分散させられた出力から前記焦点面にイメージを生じさせるために前記反射性の光学的なシステムを使用することで前記入り口のスリットと共に位置させられた焦点面へと前記反射性の光学的なシステムを介して前記第一の及び第二の分散させられた出力を集束させること
を具備する、分光学の方法。
【００６５】
２０．  クレーム１９の分光学の方法において、
前記第一のサブバンド及び前記第二のサブバンドへと前記コリメートされた出力ビームをスペクトル的に分裂させることは、ビームスプリッターを使用することで達成されると共に、さらに、
前記ビームスプリッターを使用することで前記第一の及び第二の分散させられた出力を再結合させること
を具備する、分光学の方法。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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