KR20190102887A - Optical system of super spectroscopic decomposer with multi-layer diffraction grating structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템에 관한 것으로, 특히 초분광 분해기의 분산 소자의 배치에 있어서 시준부로부터의 입사광에 대해 제 1 투과형 회절격자와 제 2 투과형 회절격자를 2단으로 배치하거나, 제 1 반사형 회절격자와 제 2 투과형 회절격자를 2단으로 배치하거나, 제 1 투과형 회절격자와 제 2 반사형 회전격자를 2단으로 배치하거나, 또는 제 1 반사형 회절격자와 제 2 반사형 회절격자를 2단으로 배치함으로써, 넓은 영역의 스펙트럼을 측정할 수 있게 하는, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system of a hyperspectral decomposer having a multilayer diffraction grating structure. Or a first reflection diffraction grating and a second transmission diffraction grating in two stages, or a first transmission diffraction grating and a second reflection rotation grating in two stages, or a first reflection diffraction grating And a second reflective diffraction grating in two stages, the optical system of a hyperspectral decomposer having a multi-layer diffraction grating structure, which makes it possible to measure a broad spectrum.
일반적으로, 영상 분광 분해기란 2차원 공간의 영상 정보와 각 화소의 파장 정보를 동시에 획득하여 3차원의 데이터를 얻을 수 있는 장치를 말하며, 그 중에서도 파장 분해능이 10nm 이하의 영상 분광 분해기를 초분광 분해기(Hyperspectral Imaging System)라 한다. 이는 입사되는 빛을 분광시켜 영상의 각 화소에 대한 스펙트럼을 측정하는 전자 광학 센서로서 물질마다 가지고 있는 고유의 광학적 성질 및 물질의 흡수와 반사 특징을 분석하는 장치이다In general, an image spectroscopic analyzer refers to an apparatus capable of acquiring three-dimensional data by simultaneously acquiring image information of a two-dimensional space and wavelength information of each pixel. Among them, an image spectroscopic analyzer having a wavelength resolution of 10 nm or less is used. It is called (Hyperspectral Imaging System). It is an electro-optical sensor that spectroscopy the incident light and measures the spectrum of each pixel in the image. It is a device that analyzes the unique optical properties and absorption and reflection characteristics of materials.
한국군사과학기술학회지 제13권 제2호, pp. 328~335, 2010년 4월(이하, 비특허문헌 1이라 함)에는 초분광 분해기의 광학계 설계 및 영상 처리에 대해 개시되어 있다. Korean Journal of Military Science and Technology Vol. 13, No. 2, pp. 328-335, April 2010 (hereinafter referred to as Non-Patent Document 1) discloses optical system design and image processing of a hyperspectral decomposer.
도 1은 1차원 공간 정보와 1차원 파장 정보를 얻고 1차원 공간정보와 수직한 방향으로 스캔하면서 나머지 공간 정보를 획득하는 푸시부름(Push-broom) 방식의 초분광 분해기의 광학 시스템을 나타낸 도면으로서, 맨 앞에 추가적인 1차원 공간 정보를 획득하기 위한 스캔부(1), 스캔부(1)에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 하는 전반 광학부(2)와 슬릿(3), 원하는 위치에 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주는 시준부(4), 빛을 분산시켜 주는 분산 소자(5), 분산된 빛을 모아 주는 집광부(6) 및 모아진 빛의 화상 정보를 측정하는 화상 센서(7)를 포함한다.1 is a view showing an optical system of a push-broom hyperspectral decomposer that obtains one-dimensional spatial information and one-dimensional wavelength information, and scans in a direction perpendicular to the one-dimensional spatial information to obtain the remaining spatial information. A scanning unit (1) for acquiring additional one-dimensional spatial information at the front, a general optical unit (2) and a slit (3) for acquiring the one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit (1) at a desired position, Measuring the
그러나 이와 같은 비특허문헌 1은 최소의 슬릿을 통과하는 광원에 대해 회절각을 5°~ 60°로 할 경우 한 개의 회절격자에 의해 회전되는 광원의 범위(파장 범위)는 한정적이며, 본 광학 시스템을 이용할 경우 가시광선 영역에서 적외선 영역까지의 넓은 영역에 대해 한 번에 측정할 수 없어 서로 다른 파장 영역의 광학 시스템을 2개 내지 3개 연속적으로 사용하여 측정할 수밖에 없다는 문제점이 있었다. However, the non-patent document 1 has a limited range (wavelength range) of the light source rotated by one diffraction grating when the diffraction angle is set to 5 ° to 60 ° with respect to the light source passing through the smallest slit. In this case, the measurement can not be performed at a time over a large area from the visible region to the infrared region, and there is a problem that only two to three consecutive optical systems in different wavelength regions can be measured.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 1개의 광원으로 복수의 센서를 이용하여 넓은 영역의 스펙트럼을 측정할 수 있는, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템을 제공하는 데에 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a multispectral splitter structure having a multi-layer diffraction grating structure capable of measuring a broad spectrum using a plurality of sensors with one light source. An optical system is provided.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시형태에 의한 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템은 1차원 공간 정보를 획득하도록 구성된 스캔부; 상기 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 구성된 전반 광학부와 슬릿; 상기 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주도록 구성된 시준부; 상기 시준부에서 만들어진 평행광을 투과시키면서 회절시켜 분산시키도록 구성된 제 1 투과형 회절격자; 상기 제 1 투과형 회절격자와 평행하게 배치되어 상기 제 1 투과형 회절격자를 투과한 빛을 투과시키면서 회절시켜 분산시키는 제 2 투과형 회절격자; 상기 제 1, 2 투과형 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아주도록 구성된 제 1, 2 집광부; 및 상기 제 1, 2 집광부 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하도록 구성된 제 1, 2 화상 센서를 포함하며: 상기 제 1, 2 투과형 회절격자는 서로 다른 그래이팅 사이즈를 갖는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an optical system of a hyperspectral decomposer having a multi-layer diffraction grating structure according to an embodiment of the present invention comprises a scanning unit configured to obtain one-dimensional spatial information; A general optical unit and a slit configured to acquire one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position; A collimator configured to make parallel light into one-dimensional spatial information obtained from the first optical unit and the slit; A first transmission diffraction grating configured to diffract and disperse while transmitting parallel light produced by the collimator; A second transmission diffraction grating disposed in parallel with the first transmission diffraction grating to diffract and disperse while transmitting the light transmitted through the first transmission diffraction grating; First and second light collecting parts configured to collect light scattered from each of the first and second transmission diffraction gratings; And first and second image sensors configured to analyze image information of light emitted from each of the first and second light collecting parts, wherein the first and second transmission diffraction gratings have different grating sizes. .
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템은 1차원 공간 정보를 획득하도록 구성된 스캔부; 상기 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 구성된 전반 광학부와 슬릿; 상기 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주도록 구성된 시준부; 상기 시준부에서 만들어진 평행광을 반사시키면서 회절시켜 분산시키도록 구성된 제 1 반사형 회절격자; 상기 제 1 반사형 회절격자와 평행하게 배치되어 상기 제 1 반사형 회절격자에서 반사된 빛을 투과시키면서 회절시켜 분산시키는 제 2 투과형 회절격자; 상기 제 1 반사형 회절격자 및 제 2 투과형 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아주도록 구성된 제 1, 2 집광부; 및 상기 제 1, 2 집광부 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하도록 구성된 제 1, 2 화상 센서를 포함하며: 상기 제 1 반사형 회절격자와 상기 제 2 투과형 회절격자는 서로 다른 그래이팅 사이즈를 갖는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an optical system of a hyperspectral decomposer having a multilayer diffraction grating structure according to another embodiment of the present invention includes a scan unit configured to obtain one-dimensional spatial information; A general optical unit and a slit configured to acquire one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position; A collimator configured to make parallel light into one-dimensional spatial information obtained from the first optical unit and the slit; A first reflective diffraction grating configured to diffract and disperse while reflecting parallel light produced by the collimator; A second transmission diffraction grating disposed in parallel with the first reflection diffraction grating to diffract and disperse while transmitting the light reflected by the first reflection diffraction grating; First and second light collecting parts configured to collect light scattered from each of the first reflective diffraction grating and the second transmission diffraction grating; And first and second image sensors configured to analyze image information of light emitted from each of the first and second light collecting units, wherein the first reflective diffraction grating and the second transmission diffraction grating have different grating sizes. Characterized in having a.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템은 1차원 공간 정보를 획득하도록 구성된 스캔부; 상기 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 구성된 전반 광학부와 슬릿; 상기 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주도록 구성된 시준부; 상기 시준부에서 만들어진 평행광을 투과시키면서 회절시켜 분산시키도록 구성된 제 1 투과형 회절격자; 상기 제 1 투과형 회절격자와 평행하게 배치되어 상기 제 1 투과형 회절격자에서 투과된 빛을 반사시키면서 회절시켜 분산시키는 제 2 반사형 회절격자; 상기 제 1 투과형 회절격자 및 제 2 반사형 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아주도록 구성된 제 1, 2 집광부; 및 상기 제 1, 2 집광부 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하도록 구성된 제 1, 2 화상 센서를 포함하며: 상기 제 1 투과형 회절격자와 상기 제 2 반사형 회절격자는 서로 다른 그래이팅 사이즈를 갖는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an optical system of a hyperspectral decomposer having a multilayer diffraction grating structure according to another embodiment of the present invention includes a scan unit configured to obtain one-dimensional spatial information; A general optical unit and a slit configured to acquire one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position; A collimator configured to make parallel light into one-dimensional spatial information obtained from the first optical unit and the slit; A first transmission diffraction grating configured to diffract and disperse while transmitting parallel light produced by the collimator; A second reflective diffraction grating disposed in parallel with the first transmission diffraction grating to diffract and disperse while reflecting light transmitted from the first transmission diffraction grating; First and second light collecting parts configured to collect light scattered from each of the first transmission diffraction grating and the second reflection diffraction grating; And first and second image sensors configured to analyze image information of light emitted from each of the first and second light collecting parts, wherein the first transmission diffraction grating and the second reflection diffraction grating have different grating sizes. Characterized in having a.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템은 1차원 공간 정보를 획득하도록 구성된 스캔부; 상기 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 구성된 전반 광학부와 슬릿; 상기 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주도록 구성된 시준부; 상기 시준부에서 만들어진 평행광을 반사시키면서 회절시켜 분산시키도록 구성된 제 1 반사형 회절격자; 상기 제 1 반사형 회절격자와 평행하게 배치되어 상기 제 1 반사형 회절격자에서 반사된 빛을 반사시키면서 회절시켜 분산시키는 제 2 반사형 회절격자; 상기 제 1, 2 반사형 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아주도록 구성된 제 1, 2 집광부; 및 상기 제 1, 2 집광부 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하도록 구성된 제 1, 2 화상 센서를 포함하며: 상기 제 1, 2 반사형 회절격자는 서로 다른 그래이팅 사이즈를 갖는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an optical system of a hyperspectral decomposer having a multilayer diffraction grating structure according to another embodiment of the present invention includes a scan unit configured to obtain one-dimensional spatial information; A general optical unit and a slit configured to acquire one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position; A collimator configured to make parallel light into one-dimensional spatial information obtained from the first optical unit and the slit; A first reflective diffraction grating configured to diffract and disperse while reflecting parallel light produced by the collimator; A second reflective diffraction grating disposed in parallel with the first reflective diffraction grating to diffract and diffuse light reflected from the first reflective diffraction grating; First and second light collecting parts configured to collect light scattered from each of the first and second reflective diffraction gratings; And first and second image sensors configured to analyze image information of light emitted from each of the first and second light collecting units, wherein the first and second reflective diffraction gratings have different grating sizes. do.
본 발명의 실시형태들에 의한 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템에 의하면, 1차원 공간 정보를 획득하도록 구성된 스캔부; 상기 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 구성된 전반 광학부와 슬릿; 상기 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주도록 구성된 시준부; 상기 시준부에서 만들어진 평행광을 2단으로 회절시켜 분산시키도록 구성된 두 개의 회절격자; 상기 두 개의 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아주도록 구성된 제 1, 2 집광부; 및 상기 제 1, 2 집광부 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하도록 구성된 제 1, 2 화상 센서;를 포함하며, 상기 두 개의 회절격자는 서로 다른 그래이팅 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 1개의 광원으로 복수의 센서를 이용하여 넓은 영역의 스펙트럼을 측정할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.According to an optical system of a hyperspectral splitter having a multilayer diffraction grating structure according to embodiments of the present invention, there is provided an optical system comprising: a scan unit configured to obtain one-dimensional spatial information; A general optical unit and a slit configured to acquire one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position; A collimator configured to make parallel light into one-dimensional spatial information obtained from the first optical unit and the slit; Two diffraction gratings configured to diffract and disperse parallel light produced by the collimator in two stages; First and second light collecting parts configured to collect light scattered from each of the two diffraction gratings; And first and second image sensors configured to analyze image information of light emitted from each of the first and second condensers, wherein the two diffraction gratings are configured to have different grating sizes. In addition, there is an excellent effect that a spectrum of a wide area can be measured using a plurality of sensors with one light source.
도 1은 일반적인 푸시브룸(Push-broom) 방식의 초분광 분해기 광학시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.1 is a view showing the structure of a conventional push-broom hyperspectral decomposer optical system.
2 is a diagram showing the structure of an optical system of a hyperspectral splitter having a multilayer diffraction grating structure according to a first embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the structure of an optical system of a hyperspectral splitter having a multilayer diffraction grating structure according to a second embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing the structure of an optical system of a hyperspectral decomposer having a multilayer diffraction grating structure according to a third embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing the structure of an optical system of a hyperspectral splitter having a multilayer diffraction grating structure according to a fourth embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명에 적용되는 초분광 분해기의 광학 시스템은 피사체에 대해 세로축으로 스캔하면서 1차원 공간 정보를 획득하기 위한 스캔부, 이 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 하는 전반 광학부와 슬릿, 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주는 시준부, 시준부에서 만들어진 평행광을 2단으로 회절시켜 분산시키도록 구성된 두 개의 회절격자, 두 개의 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아 주는 집광부 및 집광부에서 모아진 빛의 화상 정보를 측정하는 화상 센서를 포함한다.The optical system of the hyperspectral decomposer applied to the present invention includes a scanning unit for acquiring one-dimensional spatial information while scanning the subject in a vertical axis, and an all-optical optical unit for acquiring the one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position. And two slits, two diffraction gratings and two diffraction gratings, each diffraction grating configured to diffract and distribute the parallel light produced by the collimator in two stages. The light collecting unit for collecting the light scattered in the and includes an image sensor for measuring the image information of the light collected from the light collecting unit.
아래에서 설명하게 될 실시예 들은 스캔부, 전방 광학부, 슬릿 및 시준부의 구성은 동일하며, 회절격자, 집광부 및 화상 센서의 구성에 있어서 상이하다.Embodiments to be described below are identical in configuration of the scan unit, the front optical unit, the slit, and the collimator unit, and differ in the configuration of the diffraction grating, the light collecting unit, and the image sensor.
[제 1 실시예][First Embodiment]
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing the structure of an optical system of a hyperspectral splitter having a multilayer diffraction grating structure according to a first embodiment of the present invention.
본 발명의 제 1 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 스캔부(10), 전반 광학부(20), 슬릿(30), 시준부(40), 제 1 투과형 회절격자(51), 제 2 투과형 회절격자(52), 제 1, 2 집광부(61, 62) 및 제 1, 2 화상 센서(71, 72)를 포함한다. According to the first embodiment of the present invention, an optical system of a hyperspectral splitter having a multilayer diffraction grating structure includes, as shown in FIG. 2, a
스캔부(10)는 피사체에 대해 세로축으로 스캔하면서 1차원 공간 정보를 획득하는 역할을 한다.The
전반 광학부(20)와 슬릿(30)은 스캔부(10)에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하게 하는 역할을 한다.The first half
시준부(40)는 전반 광학부(20) 및 슬릿(30)에서 획득된 1차원 공간 정보를 입력받아 평행광으로 만들어 주는 역할을 하는 콜리메이팅 렌즈이다.The
제 1 투과형 회절격자(51)는 시준부(40)에서 만들어진 평행광을 투과시키면서 회절시켜 분산시키는 역할을 한다.The first transmission diffraction grating 51 serves to diffract and disperse while transmitting the parallel light produced by the
제 2 투과형 회절격자(52)는 제 1 투과형 회절격자(51)와 평행하게 배치되어 제 1 투과형 회절격자(51)를 투과한 빛을 투과시키면서 회절시켜 분산시키는 역할을 한다.The second
제 2 투과형 회절격자(52)는 제 1 투과형 회절격자(51)와 다른 그래이팅 사이즈(grating size)를 가지므로 제 1, 2 투과형 회절격자(51, 52)에 의해 분산되는 빛의 파장대역이 상이하다.Since the second transmission diffraction grating 52 has a grating size different from that of the first transmission diffraction grating 51, the wavelength band of light dispersed by the first and second
제 1, 2 집광부(61, 62)는 제 1, 2 투과형 회절격자(51, 52) 각각에서 분산된 빛을 모아서 제 1, 2 화상 센서(71, 72)에 전달해 주는 역할을 하는 집광렌즈이다. The first and second
제 1, 2 화상 센서(71, 72)는 제 1, 2 집광부(61, 62) 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하는 역할을 한다.The first and
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 의한 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 작용에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the optical system of the hyperspectral decomposer having the multilayer diffraction grating structure according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described.
먼저, 스캔부(10)가 피사체에 대해 세로축으로 스캔하면서 1차원 공간 정보를 획득한다.First, the
획득된 1차원 공간 정보는 전반 광학부(20)와 슬릿(40)에 의해 원하는 위치에 획득되며, 이 획득된 1차원 공간 정보는 시준부(40)에 의해 평행광으로 만들어진다.The obtained one-dimensional spatial information is obtained at a desired position by the front
시준부(40)에 의해 만들어진 평행광은 제 1 투과형 회절격자(51)에서 투과되면서 회절되어 분산되고, 제 1 투과형 회절격자(51)에서 투과된 빛의 일부는 제 2 투과형 회절격자(52)에서 투과되면서 회절되어 분산된다.The parallel light produced by the
제 1, 2 투과형 회절격자(51, 52) 각각에서 분산된 빛은 제 1, 2 집광부(61, 62)에서 집광되고, 제 1, 2 집광부(61, 62)에서 집광된 빛은 제 1, 2 화상 센서(71, 72)에 입사되어 빛의 화상 정보가 분석되게 된다.Light scattered from each of the first and second
[제 2 실시예]Second Embodiment
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the structure of an optical system of a hyperspectral splitter having a multilayer diffraction grating structure according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제 2 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 스캔부(10), 전반 광학부(20), 슬릿(30), 시준부(40), 제 1 반사형 회절격자(53), 제 2 투과형 회절격자(54), 제 1, 2 집광부(63, 64) 및 제 1, 2 화상 센서(73, 74)를 포함한다. According to a second embodiment of the present invention, an optical system of a hyperspectral decomposer having a multilayer diffraction grating structure, as shown in FIG. 3, includes a
스캔부(10)는 피사체에 대해 세로축으로 스캔하면서 1차원 공간 정보를 획득하는 역할을 한다.The
전반 광학부(20)와 슬릿(30)은 스캔부(10)에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하게 하는 역할을 한다.The first half
시준부(40)는 전반 광학부(20) 및 슬릿(30)에서 획득된 1차원 공간 정보를 입력받아 평행광으로 만들어 주는 역할을 하는 콜리메이팅 렌즈이다.The
제 1 반사형 회절격자(53)는 시준부(40)에서 만들어진 평행광을 반사시키면서 회절시켜 분산시키는 역할을 한다.The first reflective diffraction grating 53 serves to diffract and disperse while reflecting parallel light produced by the
제 2 투과형 회절격자(54)는 제 1 반사형 회절격자(53)와 평행하게 배치되어 제 1 반사형 회절격자(53)에서 반사된 빛을 투과시키면서 회절시켜 분산시키는 역할을 한다.The second transmission diffraction grating 54 is disposed in parallel with the first reflection diffraction grating 53 and serves to diffract and disperse while transmitting the light reflected by the first reflection diffraction grating 53.
제 2 투과형 회절격자(54)는 제 1 반사형 회절격자(53)와 다른 그래이팅 사이즈를 가지므로 제 1 반사형 회절격자(53)와 제 2 투과형 회절격자(54)에 의해 분산되는 빛의 파장대역이 상이하다.Since the second transmission diffraction grating 54 has a grating size different from the first reflection diffraction grating 53, the second transmission diffraction grating 53 has a different grating size. The wavelength bands are different.
제 1, 2 집광부(63, 64)는 제 1 반사형 회절격자(53) 및 제 2 투과형 회절격자(54) 각각에서 분산된 빛을 모아서 제 1, 2 화상 센서(73, 74)에 전달해 주는 역할을 하는 집광렌즈이다. The first and second
제 1, 2 화상 센서(73, 74)는 제 1, 2 집광부(63, 64) 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하는 역할을 한다.The first and
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 의한 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 작용에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the optical system of the hyperspectral decomposer having the multilayer diffraction grating structure according to the second embodiment of the present invention configured as described above will be described.
먼저, 스캔부(10)가 피사체에 대해 세로축으로 스캔하면서 1차원 공간 정보를 획득한다.First, the
획득된 1차원 공간 정보는 전반 광학부(20)와 슬릿(30)에 의해 원하는 위치에 획득되며, 이 획득된 1차원 공간 정보는 시준부(40)에 의해 평행광으로 만들어진다.The obtained one-dimensional spatial information is obtained at a desired position by the front
시준부(40)에 의해 만들어진 평행광은 제 1 반사형 회절격자(53)에서 반사되면서 회절되어 분산되고, 제 1 반사형 회절격자(53)에서 반사된 빛의 일부는 제 2 투과형 회절격자(54)에서 투과되면서 회절되어 분산된다.The parallel light produced by the
제 1 반사형 회절격자(53) 및 제 2 투과형 회절격자(54) 각각에서 분산된 빛은 제 1, 2 집광부(63, 64)에서 집광되고, 제 1, 2 집광부(63, 64)에서 집광된 빛은 제 1, 2 화상 센서(73, 74)에 입사되어 빛의 화상 정보가 분석되게 된다.Light dispersed in each of the first
[제 3 실시예]Third Embodiment
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing the structure of an optical system of a hyperspectral decomposer having a multilayer diffraction grating structure according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제 3 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템은, 도 4에 도시된 바와 같이, 스캔부(10), 전반 광학부(20), 슬릿(30), 시준부(40), 제 1 투과형 회절격자(55), 제 2 반사형 회절격자(56), 제 1, 2 집광부(65, 66) 및 제 1, 2 화상 센서(75, 76)를 포함한다. According to a third embodiment of the present invention, an optical system of a hyperspectral decomposer having a multilayer diffraction grating structure includes, as shown in FIG. 4, a
스캔부(10)는 피사체에 대해 세로축으로 스캔하면서 1차원 공간 정보를 획득하기 위한 1차원 공간 정보를 획득하는 역할을 한다.The
전반 광학부(20)와 슬릿(30)은 스캔부(10)에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하게 하는 역할을 한다.The first half
시준부(40)는 전반 광학부(20) 및 슬릿(30)에서 획득된 1차원 공간 정보를 입력받아 평행광으로 만들어 주는 역할을 하는 콜리메이팅 렌즈이다.The
제 1 투과형 회절격자(55)는 시준부(40)에서 만들어진 평행광을 투과시키면서 회절시켜 분산시키는 역할을 한다.The first
제 2 반사형 회절격자(56)는 제 1 투과형 회절격자(55)와 평행하게 배치되어 제 1 투과형 회절격자(55)에서 투과된 빛을 반사시키면서 회절시켜 분산시키는 역할을 한다.The second
제 2 반사형 회절격자(56)는 제 1 투과형 회절격자(55)와 다른 그래이팅 사이즈를 가지므로 제 1 투과형 회절격자(55)와 제 2 반사형 회절격자(56)에 의해 분산되는 빛의 파장대역이 상이하다.Since the second
제 1, 2 집광부(65, 66)는 제 1 투과형 회절격자(55) 및 제 2 반사형 회절격자(56) 각각에서 분산된 빛을 모아서 제 1, 2 화상 센서(75, 76)에 전달해 주는 역할을 하는 집광렌즈이다. The first and second
제 1, 2 화상 센서(75, 76)는 제 1, 2 집광부(65, 66) 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하는 역할을 한다.The first and
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 제 3 실시예에 의한 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 작용에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the optical system of the hyperspectral decomposer having the multilayer diffraction grating structure according to the third embodiment of the present invention configured as described above will be described.
먼저, 스캔부(10)가 피사체에 대해 세로축으로 스캔하면서 1차원 공간 정보를 획득한다.First, the
획득된 1차원 공간 정보는 전반 광학부(20)와 슬릿(30)에 의해 원하는 위치에 1차원 공간 정보가 획득되며, 이 획득된 1차원 공간 정보는 시준부(40)에 의해 평행광으로 만들어진다.The obtained one-dimensional spatial information is obtained by the first half of the
시준부(40)에 의해 만들어진 평행광은 제 1 투과형 회절격자(55)에서 투과되면서 회절되어 분산되고, 제 1 투과형 회절격자(55)에서 투과된 빛의 일부는 제 2 반사형 회절격자(56)에서 반사되면서 회절되어 분산된다.The parallel light produced by the
제 1 투과형 회절격자(55) 및 제 2 반사형 회절격자(56) 각각에서 분산된 빛은 제 1, 2 집광부(65, 66)에서 집광되고, 제 1, 2 집광부(65, 66)에서 집광된 빛은 제 1, 2 화상 센서(75, 76)에 입사되어 빛의 화상 정보가 분석되게 된다.Light dispersed in each of the first
[제 4 실시예][Example 4]
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.5 is a diagram showing the structure of an optical system of a hyperspectral splitter having a multilayer diffraction grating structure according to a fourth embodiment of the present invention.
본 발명의 제 4 실시예에 의한, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 스캔부(10), 전반 광학부(20), 슬릿(30), 시준부(40), 제 1 반사형 회절격자(57), 제 2 반사형 회절격자(58), 제 1, 2 집광부(67, 68) 및 제 1, 2 화상 센서(77, 78)를 포함한다. According to a fourth embodiment of the present invention, an optical system of a hyperspectral splitter having a multilayer diffraction grating structure includes, as shown in FIG. 5, a
스캔부(10)는 피사체에 대해 세로축으로 스캔하면서 1차원 공간 정보를 획득하기 위한 1차원 공간 정보를 획득하는 역할을 한다.The
전반 광학부(20)와 슬릿(30)은 스캔부(10)에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하게 하는 역할을 한다.The first half
시준부(40)는 전반 광학부(20) 및 슬릿(30)에서 획득된 1차원 공간 정보를 입력받아 평행광으로 만들어 주는 역할을 하는 콜리메이팅 렌즈이다.The
제 1 반사형 회절격자(57)는 시준부(40)에서 만들어진 평행광을 반사시키면서 회절시켜 분산시키는 역할을 한다.The first
제 2 반사형 회절격자(58)는 제 1 반사형 회절격자(57)와 평행하게 배치되어 제 1 반사형 회절격자(57)에서 반사된 빛을 반사시키면서 회절시켜 분산시키는 역할을 한다.The second
제 2 반사형 회절격자(58)는 제 1 반사형 회절격자(57)와 다른 그래이팅 사이즈를 가지므로 제 1 반사형 회절격자(57)와 제 2 반사형 회절격자(58)에 의해 분산되는 빛의 파장대역이 상이하다.Since the second
제 1, 2 집광부(67, 68)는 제 1 반사형 회절격자(57) 및 제 2 반사형 회절격자(58) 각각에서 분산된 빛을 모아서 제 1, 2 화상 센서(77, 78)에 전달해 주는 역할을 하는 집광렌즈이다. The first and second
제 1, 2 화상 센서(77, 78)는 제 1, 2 집광부(67, 68) 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하는 역할을 한다.The first and
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 제 4 실시예에 의한 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템의 작용에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the optical system of the hyperspectral splitter having the multilayer diffraction grating structure according to the fourth embodiment of the present invention configured as described above will be described.
먼저, 스캔부(10)가 피사체에 대해 세로축으로 스캔하면서 1차원 공간 정보를 획득한다.First, the
획득된 1차원 공간 정보는 전반 광학부(20)와 슬릿(30)에 의해 원하는 위치에 1차원 공간 정보가 획득되며, 이 획득된 1차원 공간 정보는 시준부(40)에 의해 평행광으로 만들어진다.The obtained one-dimensional spatial information is obtained by the first half of the
시준부(40)에 의해 만들어진 평행광은 제 1 반사형 회절격자(57)에서 반사되면서 회절되어 분산되고, 제 1 반사형 회절격자(57)에서 반사된 빛의 일부는 제 2 반사형 회절격자(58)에서 반사되면서 회절되어 분산된다.The parallel light produced by the
제 1 반사형 회절격자(57) 및 제 2 반사형 회절격자(58) 각각에서 분산된 빛은 제 1, 2 집광부(67, 68)에서 집광되고, 제 1, 2 집광부(67, 68)에서 집광된 빛은 제 1, 2 화상 센서(77, 78)에 입사되어 빛의 화상 정보가 분석되게 된다.Light scattered from each of the first
한편, 위의 제 1 내지 제 4 실시예의 설명에서는 투과형 회절격자와 투과형 회절격자, 반사형 회절격자와 투과형 회절격자, 그리고 반사형 회절격자와 반사형 회절격자를 선택적으로 2단으로 구성하는 예를 들었으나, 3단 이상으로 배치하여 구성할 수 있으며, 특별히 제한되지는 않는다. On the other hand, in the above description of the first to fourth embodiments, an example in which the transmission diffraction grating, the transmission diffraction grating, the reflection diffraction grating and the transmission diffraction grating, and the reflection diffraction grating and the reflection diffraction grating are selectively configured in two stages is described. Although heard, it can arrange | position in three or more steps, and is not specifically limited.
위의 본 발명의 실시예 들에 의한 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템에 의하면, 1차원 공간 정보를 획득하도록 구성된 스캔부; 상기 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 구성된 전반 광학부와 슬릿; 상기 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주도록 구성된 시준부; 상기 시준부에서 만들어진 평행광을 2단으로 회절시켜 분산시키도록 구성된 두 개의 회절격자; 상기 두 개의 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아주도록 구성된 제 1, 2 집광부; 및 상기 제 1, 2 집광부 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하도록 구성된 제 1, 2 화상 센서;를 포함하며, 상기 두 개의 회절격자는 서로 다른 그래이팅 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하여 구성됨으로써, 1개의 광원으로 복수의 센서를 이용하여 넓은 영역의 스펙트럼을 측정할 수 있다.According to the optical system of the spectroscopic splitter having a multilayer diffraction grating structure according to the embodiments of the present invention, the scanning unit configured to obtain one-dimensional spatial information; A general optical unit and a slit configured to acquire one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position; A collimator configured to make parallel light into one-dimensional spatial information obtained from the first optical unit and the slit; Two diffraction gratings configured to diffract and disperse parallel light produced by the collimator in two stages; First and second light collecting parts configured to collect light scattered from each of the two diffraction gratings; And first and second image sensors configured to analyze image information of light emitted from each of the first and second condensers, wherein the two diffraction gratings are configured to have different grating sizes. In one light source, a plurality of sensors can be used to measure a broad spectrum.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The drawings and the specification disclose the best embodiments, and specific terminology has been used, but it is used only for the purpose of describing embodiments of the invention and is intended to limit the meaning or limit the scope of the invention described in the claims. It is not. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
10: 스캔부
20: 전반 광학부
30: 슬릿
40: 시준부
51, 55: 제 1 투과형 회절격자
52, 54: 제 2 투과형 회절격자
53, 57: 제 1 반사형 회절격자
56, 58: 제 2 반사형 회절격자
61, 63, 65, 67: 제 1 집광부
62, 64, 66, 68: 제 2 집광부
71, 73, 75, 77: 제 1 화상센서
72, 74, 76, 78: 제 2 화상 센서10: scan unit
20: first half optics
30: slit
40: collimator
51, 55: first transmission diffraction grating
52, 54: second transmission diffraction grating
53, 57: first reflective diffraction grating
56, 58: second reflective diffraction grating
61, 63, 65, 67: first condenser
62, 64, 66, 68: second condenser
71, 73, 75, 77: first image sensor
72, 74, 76, 78: second image sensor
Claims (4)
상기 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 구성된 전반 광학부와 슬릿;
상기 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주도록 구성된 시준부;
상기 시준부에서 만들어진 평행광을 투과시키면서 회절시켜 분산시키도록 구성된 제 1 투과형 회절격자;
상기 제 1 투과형 회절격자와 평행하게 배치되어 상기 제 1 투과형 회절격자를 투과한 빛을 투과시키면서 회절시켜 분산시키는 제 2 투과형 회절격자;
상기 제 1, 2 투과형 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아주도록 구성된 제 1, 2 집광부; 및
상기 제 1, 2 집광부 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하도록 구성된 제 1, 2 화상 센서를 포함하며:
상기 제 1, 2 투과형 회절격자는 서로 다른 그래이팅 사이즈를 갖는, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템.A scan unit configured to acquire one-dimensional spatial information;
A general optical unit and a slit configured to acquire one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position;
A collimator configured to make parallel light into one-dimensional spatial information obtained from the first optical unit and the slit;
A first transmission diffraction grating configured to diffract and disperse while transmitting parallel light produced by the collimator;
A second transmission diffraction grating disposed in parallel with the first transmission diffraction grating to diffract and disperse while transmitting the light transmitted through the first transmission diffraction grating;
First and second light collecting parts configured to collect light scattered from each of the first and second transmission diffraction gratings; And
And first and second image sensors configured to analyze image information of light emitted from each of the first and second light collecting units:
And said first and second transmission diffraction gratings have different grating sizes.
상기 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 구성된 전반 광학부와 슬릿;
상기 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주도록 구성된 시준부;
상기 시준부에서 만들어진 평행광을 반사시키면서 회절시켜 분산시키도록 구성된 제 1 반사형 회절격자;
상기 제 1 반사형 회절격자와 평행하게 배치되어 상기 제 1 반사형 회절격자에서 반사된 빛을 투과시키면서 회절시켜 분산시키는 제 2 투과형 회절격자;
상기 제 1 반사형 회절격자 및 제 2 투과형 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아주도록 구성된 제 1, 2 집광부; 및
상기 제 1, 2 집광부 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하도록 구성된 제 1, 2 화상 센서를 포함하며:
상기 제 1 반사형 회절격자와 상기 제 2 투과형 회절격자는 서로 다른 그래이팅 사이즈를 갖는, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템.A scan unit configured to acquire one-dimensional spatial information;
A general optical unit and a slit configured to acquire one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position;
A collimator configured to make parallel light into one-dimensional spatial information obtained from the first optical unit and the slit;
A first reflective diffraction grating configured to diffract and disperse while reflecting parallel light produced by the collimator;
A second transmission diffraction grating disposed in parallel with the first reflection diffraction grating to diffract and disperse while transmitting the light reflected by the first reflection diffraction grating;
First and second light collecting parts configured to collect light scattered from each of the first reflective diffraction grating and the second transmission diffraction grating; And
And first and second image sensors configured to analyze image information of light emitted from each of the first and second light collecting units:
And the first reflective diffraction grating and the second transmission diffraction grating have different grating sizes.
상기 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 구성된 전반 광학부와 슬릿;
상기 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주도록 구성된 시준부;
상기 시준부에서 만들어진 평행광을 투과시키면서 회절시켜 분산시키도록 구성된 제 1 투과형 회절격자;
상기 제 1 투과형 회절격자와 평행하게 배치되어 상기 제 1 투과형 회절격자에서 투과된 빛을 반사시키면서 회절시켜 분산시키는 제 2 반사형 회절격자;
상기 제 1 투과형 회절격자 및 제 2 반사형 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아주도록 구성된 제 1, 2 집광부; 및
상기 제 1, 2 집광부 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하도록 구성된 제 1, 2 화상 센서를 포함하며:
상기 제 1 투과형 회절격자와 상기 제 2 반사형 회절격자는 서로 다른 그래이팅 사이즈를 갖는, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템.A scan unit configured to acquire one-dimensional spatial information;
A general optical unit and a slit configured to acquire one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position;
A collimator configured to make parallel light into one-dimensional spatial information obtained from the first optical unit and the slit;
A first transmission diffraction grating configured to diffract and disperse while transmitting parallel light produced by the collimator;
A second reflective diffraction grating disposed in parallel with the first transmission diffraction grating to diffract and disperse while reflecting light transmitted from the first transmission diffraction grating;
First and second light collecting parts configured to collect light scattered from each of the first transmission diffraction grating and the second reflection diffraction grating; And
And first and second image sensors configured to analyze image information of light emitted from each of the first and second light collecting units:
And the first transmission diffraction grating and the second reflection diffraction grating have different grating sizes.
상기 스캔부에서 획득된 1차원 공간 정보를 원하는 위치에 획득하도록 구성된 전반 광학부와 슬릿;
상기 전반 광학부와 슬릿에서 획득된 1차원 공간 정보를 평행광으로 만들어 주도록 구성된 시준부;
상기 시준부에서 만들어진 평행광을 반사시키면서 회절시켜 분산시키도록 구성된 제 1 반사형 회절격자;
상기 제 1 반사형 회절격자와 평행하게 배치되어 상기 제 1 반사형 회절격자에서 반사된 빛을 반사시키면서 회절시켜 분산시키는 제 2 반사형 회절격자;
상기 제 1, 2 반사형 회절격자 각각에서 분산된 빛을 모아주도록 구성된 제 1, 2 집광부; 및
상기 제 1, 2 집광부 각각에서 출사되는 빛의 화상 정보를 분석하도록 구성된 제 1, 2 화상 센서를 포함하며:
상기 제 1, 2 반사형 회절격자는 서로 다른 그래이팅 사이즈를 갖는, 다층 회절격자 구조를 갖는 초분광 분해기의 광학 시스템.A scan unit configured to acquire one-dimensional spatial information;
A general optical unit and a slit configured to acquire one-dimensional spatial information obtained by the scanning unit at a desired position;
A collimator configured to make parallel light into one-dimensional spatial information obtained from the first optical unit and the slit;
A first reflective diffraction grating configured to diffract and disperse while reflecting parallel light produced by the collimator;
A second reflective diffraction grating disposed in parallel with the first reflective diffraction grating to diffract and diffuse light reflected from the first reflective diffraction grating;
First and second light collecting parts configured to collect light scattered from each of the first and second reflective diffraction gratings; And
And first and second image sensors configured to analyze image information of light emitted from each of the first and second condensers:
And said first and second reflective diffraction gratings have different grating sizes.
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