旋轉濾光片型高光譜相機

　　濾光片輪高光譜相機的結構如圖2所示，它是以濾光片輪為分光元件，通過(guò)轉動(dòng)濾光片輪獲得不同波段的光譜圖像，從而完成復色光到單色光的分光。濾光片輪通常是將一組具有不同波長(cháng)透過(guò)率的窄帶濾光片固定在輪式結構上，每曝光一次采用一個(gè)濾光片?？刂茷V光片輪的旋轉速度，使其轉動(dòng)頻率與傳感器采樣頻率同步，從而保證每個(gè)濾光片對應的譜段都能在傳感器上成像。

　　濾光片輪高光譜相機的關(guān)鍵器件是濾光片輪，可以根據觀(guān)測波段的不同替換相應譜段范圍的濾光片輪，光路結構簡(jiǎn)單，譜段更換靈活。

　　但是由于光譜通道之間的切換需要依靠輪式結構的轉動(dòng)來(lái)完成，旋轉結構帶來(lái)的振動(dòng)對成像質(zhì)量影響較為明顯，成像所需曝光時(shí)間較長(cháng);且單次曝光只能獲得指定光譜范圍的圖像，光譜響應曲線(xiàn)是離散的，無(wú)法獲取連續譜段的圖像，存在實(shí)時(shí)性的問(wèn)題;同時(shí)濾光片輪上各個(gè)濾光片的共面情況以及厚度均勻性也會(huì )帶來(lái)成像模糊等問(wèn)題。

　　除此之外，隨著(zhù)光譜成像技術(shù)的發(fā)展，探測波段數目越來(lái)越多，濾光片輪已無(wú)法滿(mǎn)足寬譜段高分辨率的觀(guān)測，因此越來(lái)越多地被用于多光譜探測中。1994年，美國成功發(fā)射了對月探測衛星Clementine，該衛星的有效載荷：UV/VIS相機、NIR相機和HIRES相機都用到了濾光輪，覆蓋波段及濾光輪的相關(guān)參數如表1所示。

　　美國航空航天局研制的JWST，其上搭載的MIRI中波紅外相機-光譜儀和NIRSpec近紅外多目標光譜儀都用到了濾光輪。NIRSpec將濾光輪與光柵輪進(jìn)行組合使用，其中濾光輪的主要作用是將光波.

　　分解為不同組分，再結合光柵輪進(jìn)行更為精細的光譜分析。圖3為NIRSpec所用濾光輪的示意圖，該濾光輪覆蓋光譜范圍為0.6~5μm，主要由四個(gè)邊緣濾光片、兩個(gè)不同譜段的條帶濾光片、一個(gè)用于捕獲目標的透明濾光片以及一個(gè)用于在軌校準的反射鏡組成。

　　MIRI也是JWST的主要載荷之一，MIRI主要由成像儀和兩個(gè)光譜儀SPO、SMO組成，負責在5~28μm的中紅外波段內進(jìn)行成像及中低分辨率的光譜分析。濾光輪在MIRI中主要起連通成像、光譜的作用。如圖4所示，該濾光輪主要分為18個(gè)通道，包括十個(gè)成像濾光片、四個(gè)日冕濾光片、一個(gè)中密度濾光片、一個(gè)雙棱鏡、一個(gè)透鏡、一個(gè)與棱鏡配重的明暗位置。

　　Euclid是歐洲航天局目前在研的衛星之一，預計發(fā)射至第二個(gè)拉格朗日點(diǎn)，該衛星的主要任務(wù)是在五年之內完成對整個(gè)河外星系暗弱目標的探測，有效載荷主要為一個(gè)成像儀器和一個(gè)光譜儀器，其中光譜儀器采用由四個(gè)濾光片構成的濾光輪進(jìn)行分光，主要負責近紅外波段的探測，其中每個(gè)濾光片有8.5°的傾斜，防止在探測器上形成鬼像，圖5為該光譜儀中濾光輪的早期設計模型。