[发明专利]具有多个光谱测量波段的光谱光度测量设备

说明书

一种光谱光度测量设备(100)，具有多个光谱测量波段，包含单个望远镜(10)和单个分光光度计(20)。通过将光孔分像棱镜(31‑34)置于望远镜的入射光孔(PE)处，并通过使用光谱波段选择过滤器获得多个光谱波段。这种设备重量轻、尺寸小且价格低。特别是，可整合到卫星中，特别是用于表征地球表面所产生的碳化合物流的任务。

技术领域

本发明涉及一种具有多个光谱测量波段的光谱测量设备以及一种测量地球大气中化学组成成分的方法。

背景技术

为了更好地了解地球气候系统的演变，计划用空间任务来表征大气，海洋和陆地间发生的碳化合物的流动。为此，必须从围绕地球轨道的卫星进行光谱光度测量，在含有气态碳化合物吸收线的光谱波段中进行，特别是温室效应化合物，如二氧化碳(CO2))或浮质化合物。但是，为了在降低任务成本的同时获得最大量信息，使用的光谱光度测量设备必须在同时进行光谱光度测量的光谱波段数量以及光谱测量设备的重量、尺寸和价格方面达到最佳平衡。

在2014年推出的OCO2仪器中，使用三个高分辨率光谱分析仪对三个二氧化碳(CO2)吸收波段进行分析，其中所述光谱分析仪由共用望远镜提供。

对于MicroCarb仪器，提出了CNES(ICSO 2014“改进的Microcarb概念”PascalVéronique等人)使用高衍射级衍射光栅光谱分析仪覆盖多个的窄光谱波段，以便分析关键的大气成分。由于不同阶衍射在焦面图像中叠加，因此就有必要实施一个系统对其进行分离。为了获得更简单和更紧凑的仪器，且覆盖大量的光谱波段，CNES提出了通过使用插入光路中的交叉光栅来分离光谱波段的方法。该光栅能够在与由主阶梯光栅所定义的光谱色散方向相垂直的方向来发散波长。然后，将主光栅的各个色散阶投射到探测器阵列的柱上并在垂直方向上逐阶移动。因此，有可能捕获两个垂直方向上两个阵列探测器上的所有光谱波段。

这种概念使得有可能观察到多个光谱波段，并且还能自然地拒绝波段外的波长。但是，如任务所关注的光谱波段不相邻，光谱色散的总范围有可能超过探测器阵列的可用表面。为了至少部分地补偿这种影响，CNES还提出将交叉光栅用于多个阶，以便将更远的波长“移回”到探测器的阵列表面。但是，会再次发生衍射级的叠加以及重影的风险，这减小了交叉光栅的初始优势。

发明内容

为了进一步改进这类仪器的紧密型同时保持或提高测量的精度，本发明的第一方面提供了一种具有多个光谱测量波段的光谱测量设备，其中设备包括：

-望远镜，具有入射光孔和输出焦面，适于通过入射光孔进入望远镜的射线聚焦于输出焦面上，；

-分光光度计，具有叠加于望远镜输出焦面上的入射，且包括一个光谱发散元件和一个与分光光度计入射光学共轭的阵列探测器。

该探测器具有一个光敏表面，其中光敏表面在与光谱发散元件产生的光谱发散方向平行的第一探测方向上延伸，也在与第一探测方向垂直的第二探测方向上延伸。

根据本发明，光谱光度测量设备进一步包含：

-透光膜，设在望远镜入射光孔中并具有形成分别专用于光谱测量波段独立子光孔的多个开口；

-光孔分像棱镜，按透光膜的开口一对一设置，使得每个光孔分像棱镜能偏转一部分通过棱镜偏转方向中的相应子光孔的辐射，其中所述方向为所有光孔分像棱镜所共有，且棱镜偏转幅度与每个其它光孔分像棱镜所不同，且分光光度计相对光孔分像棱镜所定向，使得第二探测方向通过望远镜和分光光度计在光学上与棱镜偏转方向相对应；

-多个的狭缝，可能呈弯曲状，分布在分光光度计的入射处，使得每个狭缝的纵向方向在光学上对应于通过望远镜的棱镜偏转方向，且狭缝彼此相互偏离，使得各自均可通过透光膜的开口和光孔分镜中的一个来接收，和通过望远镜来接收源自望远镜指向方向的相应部分辐射；和，