KR101503888B1 - 편광계 고분광 영상기기 - Google Patents

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Abstract

고분광 센서 또는 영상기기는 장면을 조명하기 위한 레이저 및 상기 레이저에 의해 방출되고 상기 장면을 통해 전달되는 빛을 검출하는 검출기를 포함하되, 상기 레이저는 각기 다른 파장 범위를 갖는 다중 펄스를 출력하도록 배열되는 처프(Chirped) 레이저이며, 상기 다중 펄스는 상기 장면을 조명하기 위한 연속 스펙트럼을 형성하도록 결합한다.

Description

편광계 고분광 영상기기{POLARIMETRIC HYPERSPECTRAL IMAGER}
본 발명은 스펙트럼 편광계 고분광 영상기기(Spectro Polarimetric Hyperspectral Imager)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 양자 폭포 레이저(Quantum Cascade Laser)를 사용하는 고분광 영상기기에 관한 것이다.
고분광 영상은 많은 수의 폭포, 인접한 스펙트럼 대역에 걸친 장면(Scene)의 영상화이다. 두 가지 기본 형태의 고분광 영상기기가 있는바, 이는, 도 1A에 도시된 바와 같은, 고정 파장에서 이미지 슬라이스를 측정하는 파장 스캐닝 시스템, 및 도 1B에 도시된 바와 같이, 회절 광학계를 회전시킴으로써 분광적으로 또는 슬릿(Slit)을 통해 라인 위치를 이동시킴으로써 그리고, 공간적으로 스캐닝함으로써 고정 위치에서 스펙트럼 슬라이스를 측정하는 슬릿 또는 라인 스캐닝 시스템이다. 이러한 영상기기에 의해 획득되는 데이터세트는 일반적으로 데이터 큐브로 불리는바, 최초의 2-차원은 공간 정보인 장면 구역의 이미지에 의해 주어지며, 세 번째는 스펙트럼 정보에 의해 주어진다.
고분광 센서는 영상 분광 측정을 수행하여 분광 특성을 검색한다. 가스 운(Gas Cloud)이 고분광 센서 및 장면 사이에서 관측되는 경우, 가스 운은 특정 파장에서 장면에 의해 반사 또는 자연스럽게 방출되는 빛으로 콘트라스트(Contrast)를 생성하는 빛을 흡수/방출한다. 장면을 영상화하고 가스 없이 분광 정보를 비교하는 동안 파장을 스캐닝함으로써(즉, 콘트라스트 분석을 수행함으로써), 가스의 흡수/방출 특성은 그 안에 혼합물을 확인하도록 획득 및 사용될 수 있다. 따라서, 이들 센서는 가스 내의 종(Species)의 농도를 감시할 뿐만 아니라 육안으로는 볼 수 없는 위험한 화학 증기의 사전 경보를 제공할 수 있다. 발전소 섹터에 있어서, 예를 들면, 관련이 있는 몇몇 가스 기둥은 CO, CO2, SO2, NO, NO2이다. 고분광 가스 센서에 있어서, 저 농도 증기도 영상화, 확인 및 측정될 수 있다.
고분광 영상기기가 위험 물질의 검출에 있어 극도로 강력하게 될 잠재력을 갖는다 하더라도, 그 사용은 상대적으로 제한되어 왔다. 이는 부분적으로 많은 이러한 영상기기가, 어려운 환경에서의 사용을 제한하는, 이동 부품을 필요로 하기 때문이다. M. J. WABOMBA 외, 2007년 응용 분광 61권 4호 참조. 또한, 불법 약물, 독성 산업 화학물질, 폭발성 혼합물, 등과 같은 위험한 혼합물의 화학적 감식에 특히 적합한 파장은 일반적으로 7 내지 14μm의 파장 범위에 의해 대체로 규정되는 장파 적외선(LWIR) 또는 열 적외선(IR) 대역 내에 있다. LWIR 내에서의 동작은 배경 장면이 흑체 소스(Blackbody Source), 예를 들면, 태양으로부터 에너지를 저장하고 이를 LWIR 대역에 대응하는 파장에서 방사선을 통해 해제하기 때문에 중요한 결함을 갖는다. 단파 적외선(SWIR), 즉, 1.5 내지 3μm 파장 범위 및 중파 적외선(MWIR), 즉, 3 내지 5μm 파장 범위와 대조적으로, 장면은 유입되는 방사선을 반사하는 경향이 있다. 따라서, 복귀한 광학 파워 밀도가 LWIR 보다는 SWIR 및 MWIR에서 더 중요하기 때문에, 배경 소음에 대한 신호 대 잡음 비율을 향상시키며, 본 기술 분야에 많이 언급된, 고분광 영상기기/센서 시스템은 SWIR 및 MWIR에서는 상대적으로 성능 발휘를 잘하지만, LWIR 대역에서는 그렇지 못하다.
본 발명의 목적은 이동 플랫폼 위에 위치될 수 있고, 여전히 종래 기술의 고정 장면 시스템의 상태와 비교하여 증대된 성능을 제공할 수 있는 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 고분광 센서 또는 영상기기가 제공되는바, 이는 장면을 조명(Illuminating)하기 위한 레이저 및 상기 레이저에 의해 방출되고 상기 장면을 통해 전달되는 빛을 검출하는 검출기를 포함하되, 상기 레이저는 각기 다른 파장 범위를 갖는 다중 펄스를 출력하도록 배열되는 처프(Chirped) 레이저이며, 상기 다중 펄스는 상기 장면을 조명하기 위한 연속 스펙트럼을 형성하도록 결합한다.
상기 연속 스펙트럼은 협대역 스펙트럼, 예들 들면, 관련되는 파장(협대역 모드)에서 몇 개의 파수(wavenumbers), 예를 들면, 2cm-1 (또는 주파수로 표현되는 60GHz)이다. 이러한 경우, 상기 레이저는 단일 모드 처프 레이저일 수 있다. 상기 장면을 능동적으로 영상화하기 위한 파장 스캔을 제공하도록 단일 모드 레이저의 파장 처프(chirp)를 사용함으로써, 어떤 이동 부품도 필요하지 않은 매우 단순하며 효과적인 스캐닝 영상화 시스템이 제공된다. 도 1의 통상의 장치와 비교하여, 이는 향상된 신뢰성 및 강인성을 제공하여, 시스템의 수명을 연장한다.
상기 연속 스펙트럼은 광대역 스펙트럼, 예를 들면, 관련 파장(광대역 모드)에서 백 또는 그 파수, 예를 들면, 100cm-1 (또는 주파수로 표현되는 3000GHz)일 수 있다. 이러한 경우, 상기 레이저는 다중 길이방향 모드 레이저(Multi Longitudinal Mode Laser)일 수 있다. 상기 장면을 능동적으로 영상화하기 위한 파장 스캔을 제공하도록 다중 길이방향 모드 레이저의 파장 처프를 사용함으로써, 상기 레이저의 전체 이득 스펙트럼에 의해 규정되는 스펙트럼 범위에 걸쳐 연속 파장 또는 거의 연속 파장으로 고유 방사선의 광대역 방출하는 매우 단순하고 효과적인 방법이 제공된다. 상기 레이저의 다중 길이방향 모드는 60 내지 240GHz (즉, 2 내지 8 파수)에 의해 스펙트럼 이격되어 상기 레이저의 모든 이득 스펙트럼 전체에 걸쳐 방출 인접 파장을 보장할 수 있다.
조정형 스펙트럼 필터(Tunable Spectral Filter)와 결합하는 경우, 광대역 스펙트럼 센서 및 영상기기는 어떤 이동 부품도 필요하지 않은 스캐닝 영상화 시스템을 구성하도록 사용될 수 있다. 상기 조정형 스펙트럼 필터는 액정 파브리 페로(Liquid Crystal Fabry Perot) 또는 음향-광학 조정형 필터(Acousto-Optic Tunable Filter)와 같은 고형-상태 조정형 스펙트럼 필터(Solid-State Tunable Spectral Filter)일 수 있다. 바람직하게는, 상기 필터는 상기 레이저 및 상기 검출기 사이에 위치된다. 추가로 또는 선택적으로, 조정형 필터를 토대로 하는 마이크로-전자-기계 시스템은 상기 검출기 배열에 직접 일체화될 수 있다.
선택적으로 또는 추가로, 다중 길이방향 모드 레이저가 단일 모드에서 방사선을 방출하도록 하는 수단은 상기 레이저와 결합하여 상기 레이저의 전체 이득 스펙트럼을 커버하는 단일 모드의 튜닝 범위가 달성되도록 하여, 어떤 이동 부품도 필요하지 않은 스캐닝 영상화 시스템을 구성하도록 할 수 있다.
상기 다중 길이방향 모드 레이저가 단일 모드에서 방사선을 방출하도록 하는 수단은 스펙트럼 요소를 토대로 하는, 예를 들면, 원리 외부 공동 피드백(Principle External Cavity Feedback : ECF)을 사용하는, 마이크로-전자-기계 시스템을 포함할 수 있다. 상기 마이크로-전자-기계 요소는 상기 레이저에 직접 일체화될 수 있다.
상기 레이저는 양자 폭포 레이저(Quantum Cascade Laser)일 수 있다. 상기 레이저에 인가되는 각각의 펄스는 50ns 보다 큰, 특히 100ns 보다 큰 기간을 가질 수 있다. 각각의 인가된 펄스는 50 내지 3000ns, 바람직하게는 100 내지 3000ns의 범위인 기간을 가질 수 있다. 이는 펄스당 대략 60 내지 240GHz의 튜닝 범위를 제공할 수 있다.
각기 다른 레이저 출력 펄스는 상기 레이저에 인가되는 펄스의 이하의 특징: 펄스 폭, 펄스 진폭, 펄스 주파수 중 하나 또는 그 이상을 변화시킴으로써 생성될 수 있다.
상기 센서/영상기기는 하나 또는 그 이상의 편광 필터를 포함할 수 있다. 상기 필터는 상기 장면에 의해 방출되는 LWIR 배경 신호를 억제하도록 선택될 수 있다. 특정 편광된 방사선만이 검출기 배열, 예를 들면, 상기 레이저 소스에 의해 방출되는 방사선의 편광된 요소에 들어가도록 함으로써, 상기 장면에 의해 방출되는 LWIR 배경 신호는 효과적으로 억제되어, 관측되는 모든 것이 상기 센서 및 상기 배경 장면 사이에 위치되는 가스 운으로 인한 능동 복귀 신호에 존재하는 변화가 되도록 할 수 있다.
추가로 또는 선택적으로, 상기 검출기는 편광-민감형, 예를 들면, 상기 검출기는 양자 우물 적외선 광-검출기(Quantum Well Infrared Photo-Detector)일 수 있다. 바람직하게도, 상기 검출기는, 근본적으로, 선형 편광된 방사선 소스인, 상기 처프 레이저에 의해 생성되는 편광된 광만을 검출하도록 작동 가능하다. 이는 일반적으로 비-편광된 배경 소음에 대한 복귀 광학 신호의 신호 대 잡음 비율을 향상시킨다.
상기 검출기는 이차원 초점 평면 검출기일 수 있다. 상기 검출기는 QWIP일 수 있다. 상기 검출기는 수은 카드뮴 텔루라이드(Mercury Cadmium Telluride : MCT) 검출기, 셀레나이드(Selenide)-기반 검출기, 초격자(Superlattice) 타입 II 검출기 중 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 마약 단속국의 불법 물질의 검출, 연기 스택/배기(Stack/Exhaust)로부터 연속 방출 감시, 구조물의 누출 검출 및 구조물의 유지보수, 하늘의 오염원에 대한 환경 모니터링, 광산 및 석유 탐사, 및 사람이 만든 물체의 증대된 원격 검출에 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 양태가 첨부한 도면을 참조하여 단지 예시적 의미로만 설명될 것이다.
도 2는 고분광 센서의 블록 다이어그램이다.
도 3은 도 2의 센서의 상세도이다.
도 4는 단일 모드 레이저 또는 다중 길이방향 모드 레이저의 하나의 모드를 위한 파장 처프에 대한 펄스 폭의 영향을 도시한다.
도 5는 단일 모드 레이저 또는 다중 길이방향 모드 레이저의 하나의 모드를 위한 파장 처프에 대한 펄스 진폭의 영향을 도시한다.
도 6은 단일 모드 레이저 또는 다중 길이방향 모드 레이저의 하나의 모드를 위한 파장 처프에 대한 주파수의 영향을 도시한다.
도 7은 펄스 폭 및/또는 진폭이 변화되는, 단일 모드 레이저 또는 다중 길이방향 모드 레이저로부터의 하나의 모드를 사용하여 취해지는 측정 지점의 조합을 도시한다.
도 8은 펄스 주파수가 변화되는, 단일 모드 레이저 또는 다중 길이방향 모드 레이저의 하나의 모드를 사용하여 취해지는 측정 지점의 조합을 도시한다.
도 2는 관측된 장면으로부터 처프 레이저 고분광 영상기기를 사용하여 스펙트럼 및 공간 정보를 획득하는 시스템(10)을 도시한다. 이는 장면을 조명하기 위한 양자 폭포 레이저(12), 장면으로부터 반사되는 레이저 빛을 검출하기 위한 검출기(14), 및 반사된 빛을 검출기(14)에 대해 초점을 맞추는 렌즈(16)를 포함한다. 이상적으로, 검출기(14)는 양자 우물 적외선 광 검출기이다. 사용 중에, 레이저로부터의 각각의 처프 출력에 의해 제공되는 파장 스캔은 가스의 압력 또는 기타 등등을 결정하도록 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 이동 부품을 갖지 않으며, 본질적으로 강인하며, 경량으로 이루어질 수 있다. 게다가, 감도 및 동적 범위에서 증대된 성능을 제공한다.
도 3은 도 2의 영상기기(10)의 상세 구현예를 도시한다. 이는 관련 장면을 조명하기 위한 양자 폭포 프로브 레이저(300) 및 양자 폭포 레퍼런스 레이저(400)를 갖는다. 상기 관련 장면에 의해 반사되는 빛을 검출하기 위해, 이차원 검출기 배열(101)이 제공된다. 제어 및 처리 전자부(도시하지 않음)는 센서/영상기기의 작동을 제어하도록 제공된다. 검출기는 QWIP로서, 그의 편광 측정 특성에 따라 빛을 선택하는 격자 구조를 구비한다. 검출기(101) 내에 선택적으로 구비되는 것은 좁은 파장 대역통과 필터로서 작용하는 MEMS-기반 조정형 스펙트럼 필터(102)이다. 이는 프로브 레이저(300)가 다중 모드이고 단일 모드가 선택되어야만 하는 경우에 사용된다. 직접 설치되는 것은 아니지만, 검출기(101)의 전방에는, 액정 파브리 페로 또는 음향-광학 조정형 필터와 같은 조정형 스펙트럼 필터가 제공된다.
프로브 및 레퍼런스 레이저 사이에 있는 검출기는 관련 장면을 향해 레이저 빛을 발사하고, 복귀 프로브 및 레퍼런스 빔을 수집하고, 이를 필터(105)를 향하게 하는 망원경 장치(200)이다. 망원경 장치(200)는 어떤 적절한 디자인이든 가능하다. 도 3에 도시된 바와 같은 특정 장치는 본 기술 분야에 잘 공지된 "카세그레인(Cassegrain)" 타입이다. 망원경 장치는 통상, 도시된 바와 같이, 반사 요소(201, 202, 203)를 포함하지만, 전달 요소 또는 기타 광학 장치도 사용할 수 있을 것이다. 망원경 장치는 본 기술 분야에 잘 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 상세히 설명하지 않을 것이다.
프로브 레이저(300)는 파장 범위 전체에 걸쳐 처프 광 펄스를 출력하는바, 적어도 하나는 타깃 가스(600)에 의해 흡수 또는 후방 산란된다. 레퍼런스 레이저(400)는 타깃 가스(600)에 의해 흡수 또는 후방 산란되지 않는 파장에서 작동한다. 프로브 및 레퍼런스 레이저에 인가되는 각각의 펄스는 50ns 보다 큰, 특히 100ns 보다 큰 기간을 가질 수 있다. 각각의 인가된 펄스는 50 내지 3000ns, 바람직하게는 100 내지 3000ns 인 범위 내의 기간을 가질 수 있다. 이는 펄스당 대략 60 내지 240GHz의 튜닝 범위를 제공할 수 있다.
프로브 및 레퍼런스 레이저 빔(311, 411)은 망원경(200)에 의해 발사되어 배경 장면, 상기 장면 및/또는 타깃을 조명한다. 배경 장면, 상기 장면 및/또는 타깃에 의해 반사 또는 후방 산란되는 복귀 광은 망원경 장치(200)에 의해 필터(102) 및 검출기(100)로 향해진다. 검출기(100)는 타깃 장면을 통해 프로브(301)로부터 수신되는 단일 처프 펄스(Tpulse = 1μs, 예를 들면)의 기간보다 훨씬 느린 응답 시간을 갖는다. 따라서, 검출기는 적분기(integrator)로서 사용되어 최소 검출기가 적분 시간(tint det)을 특정한 적어도 시간 Tint sig동안 검출기 구역에 들어오는 광학 신호를 통합함으로써 펄스 광학 전력 진폭을 측정한다. QWIP의 경우, 예를 들면, Tint det는 통상 5 내지 20ms 정도인바, 양자 폭포 레이저 출력 펄스는 50 내지 3000ns, 바람직하게는 100 내지 3000ns 의 범위 내의 기간을 갖는다.
프로브 및 레퍼런스 레이저(300, 400)는 단일 모드 레이저일 수 있다. 선택적으로, 이들은 다중 길이방향 모드 레이저일 수 있지만, 레이저가 단일 모드에서 빛을 방출하도록 하는 수단, 예를 들면, 레이저 위에 직접 일체화되는 원리 외부 공동 피드백(ECF)을 사용하는 MEMS-기반 스펙트럼 요소를 포함한다. 어느 하나의 경우, 프로브 레이저는 일련의 처프 펄스를 출력하는바, 각각은 레이저 모드(들) 당 파장 스캔을 제공하며 펄스의 개별 파장 스캔이 결합하여 관련 장면을 스캐닝하기 위한 연장된 스펙트럼을 제공하도록 작동된다.
처프 펄스의 파장 범위를 변화시키기 위한 다양한 기술은 연장된 스캐닝 범위를 제공한다. 전술한 바와 같이, 프로브 레이저(300)는 펄스식 처프 출력을 갖는 양자 폭포 레이저이다. 레이저에 대한 각각의 펄스 입력의 기간을 증가 또는 감소시킴으로써, 상대적 파장 처프는 각각 도 4에 도시된 바와 같이 증가 또는 감소한다. 이는 WO03/087787에 상세히 설명되어 있는바, 그 내용은 본 명세서에 참조로 인용된다. 입력 펄스 폭을 변조하고 결과로 나온 출력 펄스를 결합함으로써, 연장된 스펙트럼이 제공된다. 광학 전력이 동일 펄스 기간 변수를 갖는 적어도 하나의 시퀀스 동안 일체화 및 측정되는 경우, 스펙트럼 도메인 내의 특정 파장 처프 폭을 갖는 측정이 획득될 것이다. 선형, 연속 또는 코딩된 방식으로 다음의 시퀀스를 위한 기간을 변화시킴으로써, 다른 특정 파장 처프 폭을 갖는 측정이 획득될 수 있다. 폭을 제어함으로써 파장 스캔에 있어서의 변화가 유도되어 흡수 분광 측정이 수행될 수 있도록 할 수 있다.
파장 스캔을 변화시키는 다른 선택 사양은 WO03/087787에 설명된 바와 같이 레이저 입력 펄스의 진폭을 증가 또는 감소시키는 것이다. 이는 반도체 다이오드 레이저의 상대적 파장 처프(스캔)가 도 5에 도시된 바와 같이 각각 증가 또는 감소하도록 할 것이다. 광학 전력이 동일한 펄스 전류 진폭 변수를 갖는 적어도 하나의 시퀀스 동안 일체화 및 측정되는 경우, 스펙트럼 도메인 내의 특정 파장 처프 폭을 갖는 측정이 획득될 수 있다. 그 후, 선형, 연속 또는 코딩된 방식으로 다음 시퀀스 동안 진폭을 변화시킴으로써, 다른 특정 파장 처프 폭을 갖는 측정이 추후 획득될 수 있다. 전류 펄스 진폭을 제어함으로써, 파장 스캔에 있어서의 변화가 유도되어 흡수 분광 측정이 연장된 범위 전체에 걸쳐 수행될 수 있다.
파장 스캔을 변화시키기 위한 또 다른 선택 사양은 WO03/087787에 설명된 바와 같이 입력 펄스의 주파수를 증가 또는 감소시키는 것이다. 이러한 경우, 상대적 파장 처프(스캔)의 개시 파장은 도 6에 도시된 바와 같이 주파수에 따라 각각 길거나 짧을 수 있다. 광학 전력이 동일한 펄스 전류 진폭, 주파수 및 기간 변수를 갖는 적어도 하나의 시퀀스 동안 일체화 및 측정되는 경우, 사용자는 스펙트럼 도메인 내의 특정 파장 처프 폭을 갖는 측정을 획득할 것이다. 그 후, 선형, 연속 또는 코딩된 방식으로 다음 시퀀스 중에 주파수를 변경함으로써, 몇 초의 시간 척도의 펠티어(Peltier) 요소에 의해 안정화되는 레이저의 베이스라인 온도가 제어된 방식에서보다 훨씬 빠르게 변화될 것이므로, 사용자는 다른 특정 파장 처프 폭을 갖는 측정을 그 후에 획득할 것이다. 레이저 베이스라인 온도를 제어함으로써, 사용자는 파장 스캔의 개시에 있어서의 제어된 변화를 유도할 수 있으며 그에 따라 이러한 방식으로 흡수 분광 측정을 수행할 수 있다.
도 7은 측정 지점들의 조합을 도시하는바, 각각의 지점은 동일한 변수, 즉, 진폭, 기간, 주파수를 갖는 전류 펄스의 적어도 하나의 시퀀스에 대한 일체화된 광학 전력 측정을 보여주며, 시퀀스 기간은 적어도 Tint sig와 동일하다. 차후 지점은 전류 펄스 진폭 및/또는 폭에 있어서의 증분 선형 변화를 보여준다. 기상(gas phase)의 분자로부터의 흡수 특징이 특정 시퀀스의 파장 처프(스캔) 내에 나타나는 경우, 변화는 배경 신호로부터, 즉, 가스가 존재하지 않는 경우, 관측된다. 본 방법에 따라, 스펙트럼이 제시간에 분해될 수 있다. 이러한 방법은 고려될 수 있는 스캔 또는 처프의 개시 파장의 미소한 이동을 유도한다.
도 8은 측정 지점들을 도시하는바, 각각은 동일한 전류 펄스 변수를 갖는 적어도 하나의 시퀀스 중에 일체화된 광학 전력 측정을 보여주며, 전술한 바로부터의 차후 지점은 전류 펄스 주파수에 있어서의 증분 선형 변화를 보여준다. 기상(Gas Phase)의 분자로부터의 흡수 특성이 특정 시퀀스의 파장 처프(스캔) 내에 나타나는 경우, 배경 신호로부터의 변화가 관측된다.
본 발명은 매우 높은 측정률의 가능성을 제공한다. 예를 들면, 협대역 또는 단일 모드 작동에 있어서, 가스 흡수가 특정 파장에서 관측되는 경우, 사용자는 레이저 설정을 고정하고 고정 파장 모드의 동작으로 작동하도록 선택할 수 있으며, 이러한 시스템은 초당 100 프레임 초과의 비율에서 작동할 수 있다. 이는 일시적인 효과가 대략 10ms의 시간적 해상도에서 측정될 수 있도록 한다.
광대역 방출이 레이저 이득 스펙트럼 범위를 커버하고 조정형 스펙트럼 필터 또는 ECF 시스템이 좁은 스펙트럼 창을 선택하는 파장 선택 수단으로서 작용하는 광대역 스캐닝 파장 모드에 있어서, 예를 들면, 초당 100의 좁은 창 요소의 더 넓은 연장된 스캔을 수행하여, 시스템이 초당 하나의 데이터 큐브 조합 획득 이상의 비율로 작동할 수 있도록 한다. 실제로, 이는 시스템이 이동 플랫폼 위에 위치될 수 있고, 여전히 종래 기술의 고정 장면 시스템의 상태와 비교하여 증대된 성능을 제공할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명은 많은 적용예를 갖는다. 예를 들면, 마약 단속국의 불법 물질의 검출; 연기 스택/배기로부터 연속 방출 감시; 구조물의 누출 검출 및 구조물의 유지보수; 하늘의 오염원에 대한 환경 모니터링; 광산 및 석유 탐사; 및 사람이 만든 물체의 증대된 원격 검출에 사용될 수 있을 것이다.
본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 개시된 장치의 변형예가 본 발명을 이탈하지 않고도 실시 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 전술한 방법은 반도체 다이오드 레이저 소스의 스펙트럼 특징을 변화시키는 유일한 수단은 아니다. 이들의 조합은 선형 또는 연속 방식으로 사용될 수 있으며, 펄스 코드 변조(PCM) 등과 같은 다른 변조 기술도 가능하다. 따라서, 특정 실시예에 대한 전술한 설명은 단지 예시적인 의미로서 이루어진 것이지 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 미소한 변경이 전술한 작동에 대한 현저한 변화 없이도 실시 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.
10: 영상기기 100: 이차원 배열 검출기
101: 이차원 검출기 배열 102: MEMS-기반 조정형 스펙트럼 필터
300: 양자 폭포 프로브 레이저 400: 양자 폭포 레퍼런스 레이저
500: 제어 및 처리 전자부 600: 타깃

Claims (26)

  1. 장면을 조명하기 위한 레이저 및 상기 레이저에 의해 방출되고 상기 장면을 통해 전달되는 빛을 검출하는 검출기를 포함하되, 상기 레이저는 각기 다른 파장 범위를 갖는 다중 펄스를 출력하도록 배열되는 처프(chirped) 레이저이며, 각각의 처프 펄스는 파장 스캔을 제공하고, 상기 레이저는 처프 펄스의 개별 파장 스캔이 결합하여 상기 장면을 조명하기 위한 연장된 연속 스펙트럼을 제공하도록 동작하는 고분광 영상기기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 장면을 조명하기 위한 연장된 연속 스펙트럼을 형성하도록 결합하는 상기 다중 펄스는 1μm 내지 20μm 범위의 파장을 갖는 고분광 영상기기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 레이저로부터의 빛이 통과하도록 하지만 배경 방사를 막기 위한 민감성을 가지면서 적용되는 민감성 필터를 포함하는 고분광 영상기기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 검출기는 편광에 대한 민감성을 가지면서, 상기 레이저로부터의 빛이 통과하도록 하지만 배경 방사를 막아주는 고분광 영상기기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 검출기는 이차원 초점 평면 검출기인 고분광 영상기기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 검출기는 양자 우물 적외선 광-검출기(Quantum Well Infrared Photo-Detector)인 고분광 영상기기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 검출기는 수은 카드뮴 텔루라이드(Mercury Cadmium Telluride) 검출기, 셀레나이드(Selenide)-기반 검출기, 제 2 형 초격자(Superlattice Type II)-기반의 검출기 중 하나인 고분광 영상기기.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 검출기는 상기 처프 레이저에 의해 생성되는 편광된 빛만을 검출하도록 작동 가능한 고분광 영상기기.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저는 반도체 레이저인 고분광 영상기기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저는 양자 폭포 레이저인 고분광 영상기기.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 50ns 보다 큰 기간을 갖는 레이저 펄스에 적용하기 위한 수단을 포함하는 고분광 영상기기.
  12. 제 11 항에 있어서, 각각의 인가된 펄스는 50 내지 3000ns 범위 내의 기간을 갖는 고분광 영상기기.
  13. 제 1 항에 있어서, 각기 다른 파장범위를 갖는 다중 펄스는 상기 레이저에 인가되는 펄스의 특징 중에서 펄스 진폭과 펄스 주파수 중 하나 또는 그 이상을 변화시킴으로써 생성되는 고분광 영상기기.
  14. 제 1 항에 있어서, 고형 상태(Solid State) 조정형 스펙트럼 필터를 포함하는 고분광 영상기기.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 필터는 액정 파브리 페로(LCFP) 또는 음향-광학 조정형 필터(AOTF)인 고분광 영상기기.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 필터는 상기 레이저 및 상기 검출기 사이에 위치되는 고분광 영상기기.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 검출기 배열에 직접 일체화되는 조정형 필터를 포함하는 고분광 영상기기.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 조정형 필터는 마이크로-전자-기계 시스템(MEMS)인 고분광 영상기기.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저는 단일 모드 레이저인 고분광 영상기기.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저는 다중 모드 길이방향 레이저인 고분광 영상기기.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 다중 모드를 통한 스캐닝을 위한 조정형 스펙트럼 필터를 포함하는 고분광 영상기기.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 스펙트럼 필터는 액정 파브리 페로 또는 음향-광학 조정형 필터와 같은 고형 상태 조정형 스펙트럼 필터인 고분광 영상기기.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 다중 모드 길이방향 레이저가 단일 모드에서 작동하도록 하는 수단을 포함하는 고분광 영상기기.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 다중 모드 길이방향 레이저가 단일 모드에서 작동하도록 하는 수단은 마이크로-전자-기계 시스템(MEMS) 기반 스펙트럼 요소를 포함하는 고분광 영상기기.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 마이크로-전자-기계 시스템(MEMS) 기반 스펙트럼 요소는 외부 공동 피드백(ECF)을 사용하는 고분광 영상기기.
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 마이크로-전자-기계 시스템(MEMS) 기반 스펙트럼 요소는 상기 레이저에 직접 일체화되는 고분광 영상기기.
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