ES2323204B2 - Espectrometro de imagen y metodo de espectroscopia de imagen. - Google Patents
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- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
Abstract
Espectrómetro de imagen y método de
espectroscopía de imagen.
El espectrómetro de imagen comprende un módulo
de formación de imagen (1) para proyectar una imagen de un objeto
sobre un módulo de dispersión (2) configurado para captar una
franja de dicha imagen y descomponerla en una pluralidad de
componentes espectrales, que son detectadas por un módulo de
detección (3). Asociado al módulo de formación de imagen (1) hay al
menos un dispositivo dispersor (D, D41, D51) configurado para formar
un conjunto de imágenes del objeto desplazadas lateralmente, cada
una de ellas correspondiente a una banda espectral diferente, de
manera que la franja captada por el módulo (2) de dispersión
comprende una pluralidad de componentes espectrales que cada una
corresponde a una franja espacial distinta del objeto. La invención
también se refiere a un método de espectroscopia de imagen.
Description
Espectrómetro de imagen y método de
espectroscopía de imagen.
La presente invención se enmarca en el ámbito de
la espectroscopia de imagen, técnica con la que se pretende
determinar el contenido espectral de una escena bidimensional.
Los espectrómetros de imagen, también
denominados sensores hiperespectrales, son detectores de radiación
que proporcionan el espectro de cada uno de los puntos que
conforman una escena no homogénea. Dicho de otra forma, proveen una
colección continua de imágenes de una escena, cada una de ellas
correspondiente a una diferente banda espectral. En su conjunto,
esta colección de imágenes se denomina imagen hiperespectral.
Para entender en qué consiste una imagen
hiperespectral se la puede comparar con una imagen en color
convencional. Una imagen en color puede considerarse como la
superposición de tres imágenes tomadas en tres bandas diferentes
del espectro visible, típicamente las bandas roja, verde y azul.
En cambio, una imagen hiperespectral consiste en un conjunto
(decenas o centenas) de imágenes distintas tomadas en bandas
espectrales contiguas y estrechas (habitualmente < 10 nm si se
toma la longitud de onda como parámetro espectral y se considera el
rango espectral visible). Por lo tanto, una imagen hiperespectral
corresponde a un cubo de datos con dos dimensiones espaciales y una
dimensión espectral. Cada dato de este cubo representa la energía
detectada procedente de un punto particular de la escena y
correspondiente a una banda espectral determinada.
Los espectrómetros de imagen son ampliamente
utilizados en aplicaciones que implican detección remota, pero
también se pueden usar en la industria, en medicina o en
colorimetría, por citar algunos ejemplos. Con ellos se pueden
llevar a cabo tareas tan diversas como cartografías de zonas
amplias, identificación y reconocimiento de objetos, detección de
blancos, procesos de monitorización y control, diagnosis clínica
por imagen o gestión medio-
ambiental.
ambiental.
En la actualidad existe una gran variedad de
sensores hiperespectrales. Se puede realizar una clasificación de
los mismos atendiendo a diversos parámetros, por ejemplo,
atendiendo al método que utilizan para adquirir la información
espectral y/o al método que utilizan para adquirir la información
espacial (R.G. Sellar, G. D. Boreman, Optical Engineering 44,
013602, 2005).
Atendiendo a la adquisición de la información
espectral se pueden distinguir tres tipos de sensores:
1. Espectrómetro de filtrado espectral
2. Espectrómetro dispersivo
3. Espectrómetro interferométrico, también
denominado espectrómetro de transformada de Fourier
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Atendiendo a la adquisición de la información
espacial se pueden distinguir cuatro tipos de sensores:
1. Espectrómetro de barrido con campo visual
puntual (o cero dimensional)
2. Espectrómetro de barrido con campo visual
lineal (o unidimensional)
3. Espectrómetro de barrido con campo visual
bidimensional
4. Espectrómetro estático, también denominado
espectrómetro de visión fija
Esta nomenclatura puede diferir según la fuente
que se consulte.
Basándose en estos dos parámetros, se pueden
considerar hasta 12 tipos diferentes de espectrómetros de imagen.
Los más frecuentes corresponden o bien al tipo dispersivo y de
barrido con campo visual lineal, o bien al tipo de filtrado
espectral y de visión fija.
En la patente
US-B-6211906 se describe un
espectrómetro de imagen de filtrado espectral y de barrido con
campo visual bidimensional que contiene dos filtros
interferenciales variables, el primero de ellos en el rango visible
y el segundo en el rango infrarrojo cercano, acoplados a sendos
módulos de imagen.
En la solicitud de patente
US-A-2005/0030545 se presenta otro
espectrómetro de filtrado espectral y, en este caso, estático,
basado en un filtro óptico de Fabry-Perot
sintonizable.
En la solicitud de patente
EP-A-0509770 se describe un
espectrómetro de imagen dispersivo y de barrido con campo de visión
puntual que utiliza como dispositivo de muestreo un polígono
rotatorio.
En la patente
US-A-5768040 se describe un
espectrómetro de imagen dispersivo y de barrido con campo de visión
lineal constituido principalmente por elementos ópticos
concéntricos.
En la patente
US-A-5777736 se presenta un
espectrómetro de imagen interferométrico y de barrido con campo de
visión bidimensional basado en un interferómetro tipo Mach
Zehnder.
En la solicitud de patente
WO-A-99/06807 se presenta un
espectrómetro de imagen interferométrico y estático que contiene un
dispositivo birrefringente para variar la diferencia de camino
entre los dos brazos del interferómetro.
En otras patentes y documentos se describen
numerosos espectrómetros de imagen de uno u otro tipo. No obstante,
no se conocen ejemplos de espectrómetros de imagen de filtrado y
de barrido con campo visual lineal ni tampoco de espectrómetros de
imagen dispersivos y de barrido con campo de visión
bidimensional.
La invención se puede considerar como un
desarrollo basado en un espectrómetro dispersivo y de barrido con
campo visual lineal. En la figura 1 se muestra un dibujo
esquemático de este tipo de espectrómetro, que desde un punto de
vista operativo consta de tres módulos: un módulo de formación de
imagen (1), un módulo de dispersión (2) y un módulo detector
(3).
El módulo de formación de imagen (1) está
configurado para formar o proyectar una imagen de la muestra sobre
el módulo de dispersión (en este contexto, términos como
"muestra" u "objeto" deben interpretarse de forma amplia,
ya que pueden referirse a una muestra, a un objeto, a una zona, a
una escena o a cualquier cosa cuya imagen se está captando y
analizando con el dispositivo)). En la entrada del módulo de
dispersión se sitúa una rendija (R), u otro dispositivo de
selección similar, que solamente transmite o deja pasar la
radiación procedente de una línea (o, en realidad, de una franja
muy estrecha) de la muestra.
En el módulo de dispersión (2) se separan las
diferentes componentes espectrales (\lambda_{1}, ...,
\lambda_{n}) de la radiación de forma que cada una de ellas es
focalizada en una posición diferente del módulo detector (3). El
módulo detector comprende un detector de radiación bidimensional
junto con los dispositivos o componentes necesarios para visualizar
y procesar la imagen detectada. La rendija (R) está orientada
perpendicularmente a la dirección en la que se produce la
descomposición espectral, de modo que la imagen en el módulo
detector (3) tiene un eje espacial y un eje espectral. Por ejemplo,
en la figura 1, la descomposición espectral se produce en el plano
del dibujo mientras que la rendija es perpendicular a dicho
plano.
El espectrómetro debe realizar un barrido en la
otra dimensión espacial de la muestra para construir el cubo de
datos. Para ello puede disponer de medios para realizar el barrido,
por ejemplo, de un módulo de barrido que puede comprender, por
ejemplo, un espejo rotatorio. No obstante, el propio movimiento de
la plataforma en la que se sitúa el sensor (por ejemplo, un
satélite o un avión) o el movimiento de la escena u objeto cuya
imagen se está captando (por ejemplo, en una cadena de producción)
puede proveer la acción necesaria para realizar el barrido. Por lo
tanto, muchas veces se considera el módulo de barrido como una
parte opcional del espectrómetro.
Un primer aspecto de la invención se refiere a
un espectrómetro de imagen, que comprende:
un módulo de formación de imagen configurado
para recibir radiación proveniente de un objeto (en este contexto,
"objeto" se entiende en un sentido amplio, es decir, como
cualquier elemento, muestra, zona o similar sobre la que se desea
extraer información y cuya imagen se desea captar y procesar) y
para proyectar una correspondiente imagen del objeto sobre un
módulo de dispersión; y
dicho módulo de dispersión, configurado para
captar una franja (básicamente, una franja estrecha, en el caso
"ideal", una "línea") de dicha imagen y para descomponer
dicha franja en una pluralidad de componentes espectrales de la
franja.
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En este contexto, el término "módulo" debe
entenderse en sentido funcional y no como algo que necesariamente
esté estructuralmente separado de los demás módulos.
De acuerdo con la invención, el espectrómetro de
imagen comprende además, asociado al módulo de formación de imagen
(por ejemplo, de forma separada del módulo de formación de imagen o
de forma integrada en el mismo, por ejemplo, constituyendo el
módulo de formación de imagen), al menos un dispositivo dispersor
(o medio dispersor) configurado para formar un conjunto de imágenes
del objeto desplazadas lateralmente, cada una de ellas
correspondiente a una banda espectral diferente, de manera que la
franja captada por el módulo de dispersión comprenda una pluralidad
de componentes espectrales que cada una corresponda a una franja
espacial distinta del objeto.
\newpage
Además, el módulo de dispersión puede
configurarse para que dicha franja captada sea perpendicular a la
dirección de desplazamiento de las imágenes.
En este contexto, un dispositivo dispersor es un
dispositivo que actúa sobre la radiación que recibe de un modo que
depende de la longitud de onda de la misma.
Para obtener y procesar información del objeto
muestreado, el espectrómetro de imagen arriba descrito debe
adicionalmente comprender o complementarse con un módulo de
detección configurado para detectar las componentes espectrales
procedentes del módulo de dispersión y para componer (por ejemplo,
electrónicamente) un conjunto de datos a partir de dichas
componentes espectrales, representando dichos datos información
espectral y espacial de la imagen. Este conjunto de datos puede
formar parte del "cubo" de datos, con dos dimensiones
espaciales y una dimensión espectral, descrito más arriba. El cubo
de datos propiamente dicho se obtiene mediante la toma de múltiples
imágenes según un barrido, por ejemplo, mediante espejo giratorio,
movimiento de plataforma, movimiento del objeto observado, etc.
Dentro de la clasificación mencionada
anteriormente, se podría decir que la presente invención se refiere
a un espectrómetro de imagen dispersivo y de barrido con campo
visual bidimensional. No obstante, tal y como se desprende de lo
que se ha indicado más arriba, la configuración del sistema puede
ser similar a la del tipo dispersivo y de barrido con campo visual
lineal. De hecho, se podría pasar de una configuración a otra,
según convenga, sin más que realizar una pequeña modificación
(típicamente, quitar o poner, respectivamente, el dispositivo
dispersor). Esto puede representar una ventaja de la invención, ya
que se dispondría de "dos tipos de espectrómetros en uno".
El dispositivo dispersor asociado al módulo de
formación de imágenes puede comprender cualquier medio dispersor
adecuado para la finalidad, por ejemplo, el dispositivo dispersor
puede comprender una red de difracción y/o un prisma, o puede
incluso estar constituido por una red de difracción o por un
prisma. El dispositivo dispersor puede formar parte del módulo de
formación de imagen e incluso constituir el módulo de formación de
imagen, por ejemplo, consistir en una red de difracción que realiza
tanto la función del dispositivo dispersor como la función de
formación de imagen.
El módulo de dispersión puede comprender
elementos ópticos refractivos, y/o elementos ópticos reflectantes,
y/o elementos ópticos difractivos.
El módulo de dispersión puede comprender una
rendija (por ejemplo, una rendija recta con un ancho del orden de
20 \mum) configurada para dejar pasar la franja de la imagen que
se proyecta sobre el módulo de dispersión. El módulo de dispersión
puede estar configurado para descomponer dicha franja en dicha
pluralidad de componentes espectrales de la franja de manera que
dichas componentes espectrales se distribuyan según un eje
perpendicular a la dirección en la que se extiende dicha
rendija.
El módulo de formación de imagen puede
comprender al menos un sistema óptico (por ejemplo, un grupo de
elementos ópticos o un solo elemento óptico, por ejemplo, incluido
el elemento o dispositivo dispersor) sustancialmente idéntico a un
sistema óptico del módulo de dispersión. Estos dos sistemas ópticos
pueden estar dispuestos de forma simétrica con respecto a la
rendija. Esta "igualdad" y simetría puede ser utilizada para
que el segundo sistema óptico compense algunas aberraciones ópticas
introducidas por el primer sistema.
El espectrómetro de imagen puede además
comprender un módulo de barrido (por ejemplo, un espejo giratorio)
configurado para realizar un barrido del objeto, para permitir la
captación de una serie consecutiva de imágenes espacialmente
desplazadas entre sí. De esta manera, se puede obtener información
espacial y espectral completa del objeto.
Otro aspecto de la invención se refiere a un
método de espectroscopia de imagen, que comprende:
recibir radiación proveniente de un objeto
(entendido en sentido amplio, como cualquier elemento, zona o
similar sobre la que se desea extraer información) y proyectar una
correspondiente imagen del objeto sobre un módulo de
dispersión;
en dicho módulo de dispersión, captar una franja
(por ejemplo, una franja estrecha, por ejemplo, casi
unidimensional, en el caso "ideal", una "línea") de dicha
imagen y descomponer dicha franja en una pluralidad de componentes
espectrales de la franja; y
detectar dichas componentes espectrales y
componer un conjunto de datos a partir de dichas componentes
espectrales, de manera que dichos datos representen información
espectral y espacial de la imagen, por ejemplo, correspondiente a
una parte del "cubo" de datos arriba comentado (el "cubo
completo" se puede obtener realizando un "barrido" del
objeto, captando una serie de imágenes sucesivas).
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De acuerdo con la invención, antes de proyectar
la imagen sobre el módulo de dispersión, se somete la imagen a un
paso de dispersión de manera que la imagen se proyecta en forma de
un conjunto de imágenes del objeto desplazadas lateralmente, cada
una de ellas correspondiente a una banda espectral diferente, de
manera que la franja captada por el módulo de dispersión comprenda
una pluralidad de componentes espectrales que cada una corresponde
a una franja espacial distinta del objeto.
Lo que se ha indicado más arriba con respecto al
espectrómetro también es aplicable al método, mutatis
mutandis.
Por ejemplo, el paso de dispersión se puede
realizar con un dispositivo dispersor que comprende una red de
difracción, un prisma o ambos. También se puede realizar con un
dispositivo dispersor que consiste en una red de difracción o un
prisma.
Se puede usar un módulo de dispersión que
comprende una rendija configurada para dejar pasar dicha franja de
dicha imagen. En el módulo de dispersión, se puede descomponer
dicha franja en dicha pluralidad de componentes espectrales de la
franja de manera que dichas componentes espectrales se distribuyan
según un eje perpendicular a la dirección en la que se extiende
dicha rendija. Se pueden usar una pluralidad de elementos ópticos
organizadas como una o más parejas de elementos ópticos
sustancialmente idénticos dispuestas de forma simétrica con
respecto a la rendija.
Para complementar la descripción y con objeto de
ayudar a una mejor comprensión de las características de la
invención, de acuerdo con unos ejemplos preferentes de realización
práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de la
descripción, un juego de figuras en el que con carácter ilustrativo
y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista esquemática de
los módulos funcionales de un espectrómetro dispersivo y de barrido
con campo visual lineal, según el estado de la técnica.
La figura 2.- Muestra una vista esquemática de
los módulos funcionales de un espectrómetro de acuerdo con una
posible realización de la invención.
La figura 3.- Muestra esquemáticamente la
diferencia entre las imágenes tomadas mediante un espectrómetro de
imagen dispersivo y de barrido con campo visual lineal y un
espectrómetro de imagen dispersivo y de barrido con campo visual
bidimensional.
Las figuras 4 y 5.- Muestran de forma
esquemática la constitución de dos posibles realizaciones de la
invención, incluyendo los elementos ópticos que forman parte de los
diferentes módulos funcionales.
De acuerdo con una realización preferida de la
invención, el espectrómetro de imagen incorpora un dispositivo
dispersor de radiación (D) en el módulo (1) formador de imagen, tal
y como se muestra en la figura 2 (que, básicamente, refleja los
principios fundamentales de funcionamiento de la invención).
Ejemplos de tales dispositivos son una red de difracción, un prisma
o una combinación de ambos. Con este dispositivo, el módulo (1)
formador de imagen forma un conjunto de imágenes de la escena
desplazadas lateralmente en el plano de la rendija (R) del módulo
(2) de dispersión (que puede ser un módulo de dispersión
convencional, como el que ya se describió en relación con la figura
1), cada una de ellas correspondiente a una longitud de onda
"\lambda" (o a una banda espectral) diferente. Es decir, se
realiza una recombinación de la información espacial y espectral en
la rendija de entrada (R) del módulo de dispersión, pero
manteniendo una correlación entre la dirección de incidencia de la
radiación en el instrumento y la longitud de onda transmitida.
Mientras que en el espectrómetro de campo de visión lineal
representado en la figura 1 sólo alcanza la rendija radiación
procedente de una línea de la escena, en la presente invención
llega y atraviesa la rendija radiación procedente de una zona
bidimensional de la escena. Además, de toda la radiación procedente
de una línea espacial dada, sólo aquella correspondiente a una
estrecha banda espectral es transmitida o captada por la rendija,
mientras que de la radiación procedente de otra línea espacial se
transmite otra banda espectral, etc.
Por lo tanto, en un momento dado, por la rendija
(R) pasa radiación que es combinación de distintas componentes
espectrales (\lambda_{1}, ..., \lambda_{n}), cada una de
estas componentes procedentes de una parte diferente de la muestra
u objeto (por ejemplo, de una "línea" o "franja" espacial
del objeto). Esta radiación se descompone espectralmente en el
módulo (2) de dispersión del espectrómetro y se focaliza en el
módulo (3) de detección, el cual en cada momento puede
"captar" una "imagen" bidimensional correspondiente,
guardando información sobre el objeto distribuida tanto espacial
como espectralmente.
Dado que las radiaciones procedentes de
diferentes líneas del objeto y que son transmitidas por la rendija
corresponden a longitudes de onda diferentes, se dirigirán a
posiciones distintas en el detector. Para obtener una información
espectral completa de cada línea de la muestra, se toman una
colección de imágenes mientras se realiza un barrido continuo en la
dirección espacial perpendicular a estas líneas (por ejemplo, con
ayuda de un espejo giratorio (4), ilustrado de forma esquemática en
la figura 2). De este modo, en imágenes sucesivas el sensor recoge
una banda espectral diferente para una misma "línea" o
"franja" del objeto o muestra.
\newpage
En la figura 3 se muestra la diferencia entre
las imágenes tomadas mediante un espectrómetro de imagen dispersivo
y de barrido con campo visual lineal y un espectrómetro de imagen
dispersivo y de barrido con campo visual bidimensional. Tanto en la
figura 3a como en la figura 3b se muestra el cubo de datos
correspondiente a una secuencia de imágenes bidimensionales
obtenidas mediante el barrido espacial en la dimensión espacial
denominada También se muestran diferentes cortes del cubo
correspondientes a imágenes individuales. La figura 3a corresponde
al sensor de campo visual lineal y cada uno de los cortes
corresponde a coordenada "y" constante. Los ejes
correspondientes a un corte dado son "x" (dimensión espacial
de la escena perpendicular a "y" y correspondiente a la
dirección de la extensión de la rendija (R)) y "\lambda"
(dimensión espectral). En la figura 3b se muestran los cortes
correspondientes a imágenes individuales correspondientes al sensor
de campo de visión bidimensional. Si se considera un corte
determinado, uno de los ejes corresponde a la dimensión espacial
"x" (la extensión de la rendija (R)), mientras que el otro
corresponde a una combinación de la dimensión espacial "y"
(dimensión de barrido) y la dimensión espectral
"\lambda".
"\lambda".
Este tipo de corte correspondiente a la figura
3b es característico de todos los sensores de barrido con campo
visual bidimensional y no solamente de los dispersivos, a los que
se refiere la presente invención. Por ejemplo, en un espectrómetro
de filtrado espectral y de barrido con campo visual bidimensional
este corte corresponde a una imagen obtenida situando un filtro
espectral variable (dependiente de la posición) delante del sensor
de una cámara convencional. Ahora bien, a diferencia del
espectrómetro de la presente invención, este sistema requiere de
una tecnología compleja que permita diseñar un filtro con una
resolución espectral aceptable y situarlo adecuadamente sobre el
sensor de la cámara. Otra ventaja de la presente invención es que
este espectrómetro puede transformarse cuando convenga en un
espectrómetro de barrido con campo visual lineal: solamente es
necesario extraer el dispositivo dispersor (D) del módulo de
formación de imagen y, si es necesario, reorientar el
espectrómetro.
Existen muchas diferentes configuraciones
posibles para el diseño de un espectrómetro como el de la presente
invención, dos de las cuales se describirán en los siguientes
ejemplos.
La figura 4 refleja un espectrómetro de imagen
constituido esencialmente por elementos ópticos refractivos. Los
dispositivos dispersores (D41, D42) corresponden cada uno a una
combinación de un prisma y una red de difracción plana por
transmisión. Con un diseño adecuado esta configuración de los
dispersores permite que la radiación correspondiente a una
determinada banda del espectro (típicamente el centro de la región
de interés) no cambie de dirección al atravesar el dispositivo. El
módulo de formación de imagen (1) está constituido por un elemento
dispersor (D41) y un objetivo (O41) que proyectan un conjunto de
imágenes del objeto sobre la rendija de entrada (R) del módulo de
dispersión (2), tal y como se explicó en relación a la figura 2. En
este módulo de dispersión la radiación transmitida por la rendija
(R) se colima mediante un segundo objetivo (O42) e incide sobre un
segundo elemento dispersor (D42) que separa sus diferentes
componentes espectrales según un eje perpendicular a la extensión
de la rendija (R). Un tercer objetivo (O43) focaliza la radiación
sobre el sensor de una cámara CCD (31) del módulo de detección (3).
La imagen obtenida por la cámara CCD (31) se visualiza y procesa
mediante un ordenador personal (32).
En este ejemplo se considera que los tres
objetivos (O41, O42 y O43) son iguales y también se consideran
iguales los dos dispositivos dispersores (D41 y D42). Los dos
primeros objetivos (O41 y O42) y los elementos dispersores (D41 y
D42) están dispuestos de forma simétrica con respecto a la rendija
(R) del módulo de dispersión. La igualdad de distancias focales de
los dos primeros objetivos (O41 y O42) y de la dispersión angular de
los dispositivos dispersores (D41 y D42) permite que la escala de
la imagen sea la misma para las dos dimensiones del sensor CCD
(31). Además, su disposición simétrica permite que para escenas
lejanas las posibles aberraciones ópticas originadas en el módulo
de formación de imagen (1) sean compensadas por los elementos del
módulo de dispersión (2). La igualdad de la distancia focal de los
dos últimos objetivos (042 y 043) implica que el aumento de la
imagen en la cámara CCD (31) respecto a la imagen en la rendija (R)
sea unidad.
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En este ejemplo el espectrómetro está
constituido esencialmente por elementos ópticos reflectantes como
se muestra en la figura 5. El módulo de formación de imagen (1)
está constituido únicamente por una red de difracción cóncava
(D51). El módulo de dispersión (2) está constituido por cuatro
elementos: una rendija (R), un espejo cóncavo (E51), una red de
difracción convexa (D52) y un segundo espejo cóncavo (E52). El
módulo de detección (3) es similar al del ejemplo 1. Está formado
por una cámara CCD (31) y un ordenador personal (32). La red de
difracción (D51) del módulo de formación de imagen (1) forma una
imagen de la escena deseada sobre el plano de la rendija (R) y, al
mismo tiempo, descompone espectralmente la radiación procedente de
la escena tal y como se explicó en relación con la figura 2. Si se
dispone la red de difracción (D51) de modo que el rayo central de
la radiación que recibe se refleje siguiendo uno de sus radios
hacia la rendija (R), se obtiene un montaje de red de Wadsworth (H.
Beutler, J. Opt. Soc. Am. 35, 311-350, 1945). La
ventaja de esta configuración radica en que la imagen proporcionada
por la red de difracción (D51) sobre la rendija (R) no presenta
las aberraciones ópticas de astigmatismo y coma. No obstante esta
imagen sí tiene aberración cromática longitudinal, que podría ser
corregida mediante elementos ópticos refractivos. El módulo de
dispersión (2) descompone espectralmente la radiación que transmite
la rendija (R) y la focaliza en el plano donde está situado el
sensor de la cámara CCD (31). Una configuración que proporciona una
buena calidad de imagen es aquella en la que los espejos (E51,
E52) y la red de difracción (D52) son esféricos y son concéntricos.
Esta configuración del módulo de dispersión (2) corresponde a un
espectrómetro tipo Offner (M.P. Chrisp, patente
US-A-5880834).
En este texto, la palabra "comprende" y sus
variantes (como "comprendiendo", etc.) no deben interpretarse
de forma excluyente, es decir, no excluyen la posibilidad de que lo
descrito incluya otros elementos, pasos etc.
Por otra parte, la invención no está limitada a
las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca
también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por
el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la
elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración,
etc.), dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.
Claims (24)
1. Espectrómetro de imagen, que comprende:
un módulo de formación de imagen (1) configurado
para recibir radiación proveniente de un objeto y para proyectar
una correspondiente imagen del objeto sobre un módulo de dispersión
(2); y
dicho módulo de dispersión (2), configurado para
captar una franja de dicha imagen y para descomponer dicha franja
en una pluralidad de componentes espectrales (\lambda_{1},
\lambda_{n}) de la franja;
caracterizado porque
además comprende, asociado al módulo de
formación de imagen (1), al menos un dispositivo dispersor (D, D41,
D51) configurado para formar un conjunto de imágenes del objeto
desplazadas lateralmente, cada una de ellas correspondiente a una
banda espectral diferente, de manera que la franja captada por el
módulo (2) de dispersión comprende una pluralidad de componentes
espectrales que cada una corresponde a una franja espacial distinta
del
objeto.
objeto.
2. Espectrómetro de imagen según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho dispositivo
dispersor (D41, D51) comprende una red de difracción.
3. Espectrómetro de imagen según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho dispositivo
dispersor (D41) comprende un prisma.
4. Espectrómetro de imagen según la
reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo
dispersor (D41) comprende un prisma y una red de difracción.
5. Espectrómetro de imagen según la
reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo
dispersor (D51) consiste en una red de difracción.
6. Espectrómetro de imagen según la
reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo
dispersor consiste en un prisma.
7. Espectrómetro según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el módulo
de formación de imagen (1) consiste en el dispositivo dispersor
(D51).
8. Espectrómetro de imagen según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
módulo de dispersión (2) comprende elementos ópticos refractivos
(O42, D42, O43).
9. Espectrómetro de imagen según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
módulo de dispersión (2) comprende elementos ópticos reflectantes
(E51, D52, E52).
10. Espectrómetro de imagen según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
módulo de dispersión (2) comprende elementos ópticos difractivos
(R, D42, D52).
11. Espectrómetro de imagen según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
módulo de dispersión (2) comprende una rendija (R) configurada
para dejar pasar dicha franja de dicha imagen.
12. Espectrómetro de imagen de acuerdo con la
reivindicación 11, caracterizado porque el módulo de
dispersión (2) está configurado para descomponer dicha franja en
dicha pluralidad de componentes espectrales (\lambda_{1},
\lambda_{n}) de la franja de manera que dichas componentes
espectrales se distribuyan según un eje perpendicular a la
dirección en la que se extiende dicha rendija (R).
13. Espectrómetro de imagen de acuerdo con la
reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado porque el módulo de
formación de imagen (1) comprende un sistema óptico (D41, O41)
sustancialmente idéntico a un sistema óptico del módulo de
dispersión (O42, D42), estando estos sistemas ópticos dispuestos de
forma simétrica con respecto a la rendija (R).
14. Espectrómetro de imagen según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además
comprende un módulo de detección (3) configurado para detectar
dichas componentes espectrales procedente del módulo de dispersión
(2) y para componer un conjunto de datos a partir de dichas
componentes espectrales, representando dichos datos información
espectral y espacial de la imagen.
15. Espectrómetro de imagen según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además
comprende un módulo de barrido (4) configurado para realizar un
barrido del objeto para permitir la captación de una serie
consecutiva de imágenes espacialmente desplazadas entre sí.
16. Método de espectroscopia de imagen, que
comprende:
recibir radiación proveniente de un objeto y
proyectar una correspondiente imagen del objeto sobre un módulo de
dispersión (2);
en dicho módulo de dispersión (2), captar una
franja de dicha imagen y descomponer dicha franja en una
pluralidad de componentes espectrales (\lambda_{1},
\lambda_{n}) de la franja; y
detectar dichas componentes espectrales y
componer un conjunto de datos a partir de dichas componentes
espectrales, de manera que dichos datos representen información
espectral y espacial de la imagen;
caracterizado porque
antes de proyectar la imagen sobre el módulo de
dispersión (2) se somete la imagen a un paso de dispersión de
manera que la imagen se proyecta en forma de un conjunto de
imágenes del objeto desplazadas lateralmente, cada una de ellas
correspondiente a una banda espectral diferente, de manera que la
franja captada por el módulo (2) de dispersión comprende una
pluralidad de componentes espectrales que cada una corresponde a
una franja espacial distinta del objeto.
17. Método según la reivindicación 16,
caracterizado porque dicho paso de dispersión se realiza con
un dispositivo dispersor (D41, D51) que comprende una red de
difracción.
18. Método según la reivindicación 16,
caracterizado porque dicho paso de dispersión se realiza con
un dispositivo dispersor (D41) que comprende un prisma.
19. Método según la reivindicación 16,
caracterizado porque dicho paso de dispersión se realiza con
un dispositivo dispersor (D41) que comprende un prisma y una red
de difracción.
20. Método según la reivindicación 16,
caracterizado porque dicho paso de dispersión se realiza con
un dispositivo dispersor que consiste en un prisma.
21. Método según la reivindicación 16,
caracterizado porque el paso de proyectar una imagen del
objeto y el paso de dispersión se realizan con un dispositivo
dispersor (D51) que consiste en una red de difracción.
22. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 16-21, caracterizado porque
se usa un módulo de dispersión (2) que comprende una rendija (R)
configurada para dejar pasar dicha franja de dicha imagen.
23. Método de acuerdo con la reivindicación 22,
caracterizado porque en el módulo de dispersión (2) se
descompone dicha franja en dicha pluralidad de componentes
espectrales (\lambda_{1}, \lambda_{2}) de la franja de
manera que dichas componentes espectrales se distribuyan según un
eje perpendicular a la dirección en la que se extiende dicha
rendija (R).
24. Método de acuerdo con la reivindicaciones 22
o 23, caracterizado porque se usa una pluralidad de
elementos ópticos (D41, O41; O42, D42) que comprende al menos una
pareja de elementos ópticos (D41, D42; O41, O42) sustancialmente
idénticos dispuesta de forma simétrica con respecto a la rendija
(R).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200602543A ES2323204B2 (es) | 2006-10-06 | 2006-10-06 | Espectrometro de imagen y metodo de espectroscopia de imagen. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200602543A ES2323204B2 (es) | 2006-10-06 | 2006-10-06 | Espectrometro de imagen y metodo de espectroscopia de imagen. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2323204A1 ES2323204A1 (es) | 2009-07-08 |
| ES2323204B2 true ES2323204B2 (es) | 2010-02-15 |
Family
ID=40825112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200602543A Active ES2323204B2 (es) | 2006-10-06 | 2006-10-06 | Espectrometro de imagen y metodo de espectroscopia de imagen. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2323204B2 (es) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2006
- 2006-10-06 ES ES200602543A patent/ES2323204B2/es active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2323204A1 (es) | 2009-07-08 |
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|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
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Ref document number: 2323204B2 Country of ref document: ES |