专利名称：大气测量系统的制作方法
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图1图解说明大气测量系统的第一方面的示意性框图；图2图解说明双轴系统的光学头；图3图解说明同轴系统的光学头；图4图解说明大气测量系统的包含法布里-珀罗干涉仪的滤波器系统的一部分；图fe图解说明法布里-珀罗干涉仪的等距视图；图恥针对一个相关联光纤输入及对应输出图解说明图fe中所图解说明的法布里-珀罗干涉仪的侧视图；图6图解说明固体法布里-珀罗标准具；图7图解说明大气测量系统的第二方面的示意性框图；图8a图解说明来自经完全照射法布里-珀罗标准具的条纹的半色调图像；图8b图解说明来自经完全照射法布里-珀罗标准具的条纹的示意图；图8c图解说明来自用两个光纤输入通道照射的法布里-珀罗标准具的条纹；图9a图解说明大气测量系统的与相关联检测系统协作的法布里-珀罗干涉仪的示意图；图9b图解说明并入于图9a中所图解说明的检测系统中的数字微反射镜装置的平面图；图10图解说明数字微反射镜装置的像素元件；图11图解说明数字微反射镜装置的两个邻近像素元件，每一元件处于不同的像素反射镜旋转状态中；图12a图解说明来自法布里-珀罗标准具的条纹集合的强度分布的径向横截面；图12b图解说明来自与不同速度相关联的两个经散射信号的来自法布里-珀罗标准具的条纹；图12c图解说明与由法布里-珀罗标准具处理的反向散射信号通道相关联的条纹，其中所述条纹包括气溶胶(米氏)、分子(瑞利)及背景信号分量；图13图解说明关于图12a的强度分布的速度的偏导数；图14图解说明关于图12a的强度分布的温度的偏导数；图15图解说明经编程以采集相关联互补气溶胶信号分量的数字微反射镜装置的互补反射图案集合；图16图解说明经编程以采集相关联互补分子信号分量的数字微反射镜装置的互补反射图案集合；图17图解说明经编程以采集相关联互补速度信号分量的数字微反射镜装置的互补反射图案集合；图18图解说明经编程以采集相关联互补温度信号分量的数字微反射镜装置的互补反射图案集合；图19图解说明经编程以采集相关联互补背景信号分量的数字微反射镜装置的互补反射图案集合；图20a到20e分别图解说明穿过图15到图19中所图解说明的互补反射图案的径向横截面；图21如同在图13中针对区分相关联互补反射图案的互补分量的速度阈值的第一值而图解说明图12a的强度分布关于速度的偏导数，其上叠加有经编程以采集相关联互补速度信号分量的数字微反射镜装置的第一相关联互补反射图案集合的对应径向横截面；图22如同在图13中针对区分相关联互补反射图案的互补分量的速度阈值的第二值而图解说明图12a的强度分布关于速度的偏导数，其上叠加有经编程以采集相关联互补速度信号分量的数字微反射镜装置的第二相关联互补反射图案集合的对应径向横截面；图23图解说明蒙特-卡罗模拟过程的流程图；图M图解说明来自蒙特-卡罗模拟的结果，其用以优化与用以编程用于采集用以依据从法布里-珀罗干涉仪输出的条纹图案确定大气测量的信号的数字微反射镜装置的互补反射图案相关联的参数；图25图解说明遗传算法过程的流程图；图沈图解说明穿过第一互补反射图案替代集合的径向横截面的合成物；图27图解说明穿过第二互补反射图案替代集合的径向横截面的合成物；图观图解说明大气测量系统数据分析过程的框图；图四图解说明各种大气测量系统实施例的框图；图30图解说明包封法布里-珀罗标准具的热室组合件的分解图；图31图解说明并入于图30中所图解说明的热室组合件中的核心组合件的第一分解图；图32图解说明并入于图30中所图解说明的热室组合件中的核心组合件的第二分解图；图33图解说明并入于图30中所图解说明的热室组合件中的核心组合件的第三分解图；图34图解说明根据大气测量系统的第三方面的范围成像激光雷达系统的实施例；
图35图解说明来自交互作用区的经反向散射光的图像与输入到图34中所图解说明的大气测量系统的第三方面的法布里-珀罗干涉仪的相关联参考束的合成物的实例；图36图解说明从图34中所图解说明的大气测量系统的第三方面的法布里-珀罗干涉仪输出且输入到所述第三方面的相关联检测系统条纹图案的图像的实例，所述检测系统处理图35中所图解说明的图像；图37图解说明用于使用范围成像激光雷达系统确定大气测量的过程的流程图；图38图解说明与图34中所图解说明的大气测量系统的第三方面相关联的检测系统的第一方面的实施例；图39图解说明与图34中所图解说明的大气测量系统的第三方面相关联的检测系统的第二方面的实施例；图40a图解说明大气测量系统的第四方面的示意性框图；图40b图解说明在不存在相关联法布里-珀罗标准具的情况下并入于图40a中所图解说明的大气测量系统的第四方面中的法布里-珀罗干涉仪的输出焦平面中的图像；图40c图解说明在相关联法布里-珀罗标准具处于适当位置中的情况下并入于图 40a中所图解说明的大气测量系统的第四方面中的法布里-珀罗干涉仪的输出焦平面中的图像；图41a图解说明大气测量系统的第四方面的示意性框图；图41b图解说明在不存在相关联法布里-珀罗标准具的情况下并入于图41a中所图解说明的大气测量系统的第四方面中的法布里-珀罗干涉仪的输出焦平面中的图像；图41c图解说明在相关联法布里-珀罗标准具处于适当位置中的情况下并入于图 41a中所图解说明的大气测量系统的第四方面中的法布里-珀罗干涉仪的输出焦平面中的图像；图4 及图42b图解说明对来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案进行操作的圆形图像压缩过程；图43图解说明与圆形装箱过程相关联的感兴趣圆形条纹图案及区集合的图像；图44a图解说明圆形装箱过程的第一实施例的流程图；图44b图解说明图44a中所图解说明的圆形装箱过程的第一实施例的替代决策框；图45图解说明圆形装箱过程的第二实施例的流程图；图46图解说明用于借助大气测量系统确定所测量空气数据产物的过程的流程图；图47图解说明用于借助大气测量系统确定所导出空气数据产物的过程的流程图；且图48图解说明大气测量系统的各种应用。
具体实施例方式参考图1，大气测量系统IOUOi的第一方面包括至少实质上单色光源12’，例如产生第一激光束14的激光器12，第一激光束14由光学头22中的分束器光学器件20分裂成参考束16及一个或一个以上第二激光束18。光学头22实现将一个或一个以上第二激光束18引导到其视界内的大气M中且进一步并入有对应的一个或一个以上望远镜26，每一望远镜与一个或一个以上第二激光束18中的一者相关联，其中望远镜沈中的每一者实现接收由大气M从其中的对应交互作用区30反向散射的光观，交互作用区30由相关联第二激光束18与对应望远镜沈的相关联视场32的相交点界定。每一第二激光束18及其相关联望远镜沈界定一通道，通道的数目及通道相对于彼此的几何形状均非限制性的。举例来说，在一个实施例中，第一激光束14及第二激光束18包括处于大约
的波长下的紫外线(UV)激光，其通过一个或一个以上相关联第二激光束18发射到大气M 中，且相关联的一个或一个以上望远镜沈实现检测来自由大气分子与气溶胶对一个或一个以上第二激光束18的散射的返回。大约的波长(对于人眼是不可见的且由大气实质上吸收)由于其隐形、眼睛安全性及分子散射性质而为有益的。由于臭氧及分子氧对大部分自然266nm光的吸收而存在非常少的自然背景光。处于大约下的紫外线光容易由例如在飞机挡风屏中使用的玻璃及塑料吸收，此实现经改进的眼睛安全性。大气测量系统10的特定操作波长并非限制性，且应理解可使用与正在相关联交互作用区30中感测的波长交互作用的任何光学波长。举例来说，Nd:YAG激光器12. 1可在相对高的功率水平下操作以便提供足够强的照射以实现相对长范围的大气感测应用。Nd:YAG激光器12. 1具有1064纳米(nm)的基波波长，可使用与Nd:YAG激光器12. 1操作地相关联或为其一部分的一个或一个以上谐波产生器从所述基波波长产生较短波长/较高频率。举例来说，可使用二次谐波产生器将基波 1064nm的光转换为二次谐波532nm的光，可接着用三次或四次谐波产生器变换所述光以分别产生相关联的35511!11或沈6匪光。迄今为止，这些二次、三次及/或四次谐波产生器将并入于或自由空间耦合到激光器12 (通常或更特定来说为Nd: YAG激光器12. 1)。因此，并入有Nd: YAG激光器12. 1的大气测量系统10的替代实施例可在除沈6歷以外的频率下操作， 举例来说，分别在二次或三次谐波下，例如，如在以引用的方式并入本文中的第7，495，774 号美国专利中所描述。光源12’的特定操作波长并非限制性，且应理解可使用与正在相关联交互作用区30中感测的波长交互作用的任何光学波长。大气测量系统10为在交互作用区30的体积内感测的激光遥感仪器。到交互作用区30的范围34 (例如，交互作用区30距光学头22的距离)由相关联第二激光束18与如在光学头22中体现的对应望远镜沈的几何形状界定。在特定应用需要或必需的情况下， 可任选地借助相关联光信号35的相关联时间范围选通或范围解析成像来进一步解析交互作用区30内的范围34。大气测量系统10实质上仅响应于来自其中检测望远镜沈的视场32与第二激光束18重叠的交互作用区30的散射，且光学头22的几何形状可经调适以将交互作用区30 定位于距光学头22实质上任何距离处(例如，近或远)，只要存在待随后处理的充足经反向散射光观即可。举例来说，在光学头22经调适以将交互作用区30定位于距光学头22相对远处(例如，以便实质上不受接近光学头22的任何湍流影响)的情况下，将实质上不存在来自相对接近光学头22的任何相关联近场区36的信号。参考图1及图2，根据第一方面22. 1，光学头22、22. 1的每一通道经调适以作为双轴系统38，其中对于给定通道，相关联第二激光束18与望远镜沈不共享共同轴。举例来说，在光学头22、22. 1处，第二激光束18及望远镜沈的相应轴40、42分离偏移距离44，且轴40、42定向成相对角度46且经引导使得第二激光束18与望远镜沈的视场32相交以便界定相关联交互作用区30。交互作用区30的长度48界定于第二激光束18进入望远镜沈的视场32的入口 50与第二激光束18离开望远镜沈的视场32的出口 52之间，其中交互作用区30由第二激光束18限界于相关联入口 50与出口 52之间。参考图3，根据第二方面22. 2，光学头22、22. 2经调适以作为同轴系统M，其中对于给定通道，相关联第二激光束18与望远镜沈实质上共享共同轴40、42。举例来说，反射镜56位于望远镜沈的视场32的一部分(例如，中心部分)内。第二激光束18从反射镜 56经反射，且反射镜56经定向以便将从反射镜56反射的第二激光束18的轴40与望远镜 26的轴42实质上对准。反射镜56部分地阻挡望远镜沈的视场32，此实现反射镜56的阴影58中的近场区36，在近场区36内第二激光束18对于望远镜沈是不可见的且因此在交互作用区30之外，借此针对与光学头22、22. 2操作地相关联的大气测量系统IOUOi实现实质上防止从接近光学头22、22. 2的预期湍流区的任何信号返回。交互作用区30从其中第二激光束18的大小超过近场区36中的阴影58的大小的入口 50延伸，且超出入口 50交互作用区30就保持在望远镜沈的视场32内。可接着通过调整中心阻挡的大小、望远镜沈的视场32、第二激光束18的发散角且通过使望远镜沈的最后光收集元件60沿着其轴42 平移以便有效地改变望远镜26的视场32及最后光收集元件60的焦平面来调谐交互作用区30。望远镜沈包括透镜系统62，且由其收集的光信号35被其最后光收集元件60收集到光纤64中，光纤64将所返回的光子引导到法布里-珀罗(Fabry-P6rot)干涉仪66的相关联部分中以供由相关联检测系统68随后检测。将来自激光器12及分束器光学器件20 的参考束16引导到法布里-珀罗干涉仪66的单独部分及相关联检测系统68以供由其同时处理。参考图1及图4，参考束16及来自透镜系统62的光信号35各自由法布里-珀罗干涉仪66的准直透镜70准直且接着由滤波器系统72进行滤波，举例来说，如图4中所图解说明，所述滤波器系统并入有具有相关联滤波器通带的八个带通滤波器反射镜74，所述滤波器通带以激光器12的操作频率为中心一例如，对于上述实施例为大约^enm-此实现滤除相关联背景光。滤波器系统72展现出高带外拒斥以及低带内衰减，且滤波器系统72 的带宽足够窄以便实质上滤除或移除所收集光信号35中的太阳能辐射或杂散光的分量， 而又足够宽以便实质上大于热展宽光谱的带宽与最大的预期相关联多普勒移位的组合。举例来说，在一个实施例中，滤波器系统72经调适以便实现对在感兴趣频带之外(例如，高于或低于第一激光束14的标称中心频率大于大约2纳米)的光频率的最大滤波。参考图1、5a、^、8a、8b及8c，来自滤波器系统72的光信号76输入到法布里-珀罗干涉仪66的法布里-珀罗标准具78，其实现响应于相关联光信号76的光学频率而产生条纹图案80，所述光学频率可响应于从其反向散射相关联光观的交互作用区30内的大气 24的相对速度而展现多普勒移位。法布里-珀罗干涉仪66的法布里-珀罗标准具78包括第一部分反射表面82及第二部分反射表面84，所述第一及第二部分反射表面彼此平行且由固定间隙86分离且位于准直透镜70与相关联成像光学器件88之间。准直透镜70的焦平面92处的光90由其实质上准直，且光90穿过法布里-珀罗标准具78的角度取决于光 90的光学频率，参考图8a及图8b，光90在成像光学器件88的焦平面98中被成像为圆形条纹图案94-也称为海丁格(Haidinger)条纹一包括多个同心圆形条纹96。参考图8a 及图8b，对于经完全照射的法布里-珀罗标准具78，所得的圆形条纹图案94呈以成像光学器件88的光学轴100为中心的闭合同心圆的形式。举例来说，在图1、如及恥中所图解说明的实施例中，法布里-珀罗标准具78包括一对平面光学窗102-举例来说，由光学玻璃或熔融石英构造而成一经对准而彼此平行且面向彼此并由间隙86彼此间隔开，其中(举例来说)，第一部分反射表面82及第二部分反射表面84在平面光学窗102的单独面向表面上，例如部分镀银表面或其它部分反射表面。 或者，第一部分反射表面82及第二部分反射表面84可在平面光学窗102的外侧相对面上， 或者第一部分反射表面82及第二部分反射表面84中的一者可在平面光学窗102中的一者的内部面向表面上，且第一部分反射表面82及第二部分反射表面84中的另一者可在平面光学窗102中的另一者的外部面向表面上。在一个实施例中，间隙86为实质上固定的，而在其它实施例中，间隙86为可移动的(例如，可调整的)以便实现可调谐的法布里-珀罗标准具78。参考图6，或者，法布里-珀罗标准具78可包括固体光学元件104-举例来说，由光学玻璃或熔融石英构造而成一具有包括第一部分反射表面82及第二部分反射表面84 的平面平行面106，所述第一及第二部分反射表面由构成固体光学元件104的长度的间隙 86. 1分离。参考图fe及图恥，大气测量系统10通过借助单个共同法布里-珀罗标准具78同时处理光90的多个不同通道而实现对法布里-珀罗标准具78的高效使用。在一个实施例中，单个法布里-珀罗标准具78与光90的两个通道一起使用，所述两个通道即，来自参考束16的参考通道108以及来自相关联的一个或一个以上透镜系统62的一个或一个以上反向散射信号通道110，一个或一个以上透镜系统62与具有相关联视线的一个或一个以上望远镜沈中的每一者相关联。还参考图1及图4，相应光纤64. 1及64. 2分别接收来自参考束16及来自每一透镜系统62的光，并从准直透镜70的焦平面92中的相应离轴位置112. 1 及112. 2照射法布里-珀罗标准具78的对应部分，从而产生部分圆形条纹图案94. 1及94.2 的相关联图像，举例来说，如图fe及图8c中所图解说明。相比于原本将产生的几何聚光率，法布里-珀罗标准具78的离轴照射实现增加大气测量系统10的几何聚光率，其中几何聚光率G表征光学系统接受光的能力。将几何聚光率G界定为发射源的面积A与来自所述发射源的光传播成的立体角Ω的乘积，S卩，(G = Α*Ω)。几何聚光率G为光学系统的常数且由其最低优化部分确定。对于相关联光纤64 的固定发散度及孔径大小，针对几何聚光率G的给定值，发射源的面积A(即，光纤64的面积)一及光学系统的相关联直径一可通过增加立体角Ω (即，相关联光学系统的发散度) 而减小，以便实现在不牺牲性能的情况下减小相关联光学系统的大小。或者，针对光学系统的给定面积A及相关联直径，光学系统的几何聚光率G可通过增加立体角Ω而增加。对于法布里-珀罗干涉仪66，增加相关联光学系统的角发散度(S卩，立体角Ω)实现更大分数及 /或数目的圆形条纹96。大气测量系统10使用共同法布里-珀罗标准具78来同时处理参考通道108及一个或一个以上反向散射信号通道110，每一通道108、110占据法布里-珀罗标准具78的单独部分，借此通道108、110的集必需比在将由所述标准具处理仅单个通道 108或110的情况下原本将需要的标准具大的直径的法布里-珀罗标准具78。因此，相应光纤64. 1,64. 2,64. 3及64. 4的相关联的相应离轴位置112. 1及112. 2既实现同时容纳到共同法布里-珀罗标准具78的多个光纤64. 1及64. 2输入，又实现增加穿过光学系统的相关联角发散度，此实现针对给定大小的光学系统而相对增加相关联光学系统的几何聚光率 G及相关联光采集能力或实现针对光学系统的给定几何聚光率G而相对减小所述光学系统的大小(即，直径)。连同来自参考通道108的信号一起实质上同时地处理来自相关联交互作用区30 中的每一者的反向散射信号通道110的信号，以便实现大气测量系统10的校准并维持大气测量系统10的校准，且以便实现确定相关联空气数据产物，例如大气M的速度、温度及密度。此实现相关联测量或从所述测量导出的数量的内在自我校准。如果在数据中未另外计及第一激光束14的波长漂移，那么在进行反向散射信号通道110的多普勒移位及所得波长移位的测量时可能出现误差。大气测量系统10实现对来自数据的第一激光束14的波长漂移进行自动补偿，因为来自反向散射信号通道110的每一测量均使用来自与参考束16相关联的参考通道108的对应测量加以校正。由望远镜沈收集的光信号35及参考束16通过相关联光纤64. 1及64. 2传输到法布里-珀罗干涉仪66且各自由法布里-珀罗干涉仪66的单独部分同时处理，其中光信号35及参考束16穿过法布里-珀罗干涉仪66。光信号35及参考束16各自由准直透镜 70准直，接着由如上文中所描述的滤波器系统72进行滤波且接着由相关联法布里-珀罗标准具78处理，法布里-珀罗标准具78的输出由相关联成像光学器件88作为相关联圆形条纹图案94. 1及94. 2成像到对应数字微反射镜装置(DMD)114. 1、114. 2上，每一数字微反射镜装置均在并入有相关联存储器118或与其通信的数据处理器116的控制之下，此实现将相关联圆形条纹图案94. 1及94. 2的若干部分选择性地反射到对应对的相关联光电检测器 120. 1a、120. 1b、120. 2a、120. 2b 上。来自光电检测器 120. 1A、120. 1B、120. 2A、120. 2B 的信号接着由数据处理器116处理，此实现数据处理器116依据所述信号确定相关联空气测量。法布里-珀罗干涉仪66与相关联检测系统68可安装在共同外壳内。参考图7，大气测量系统IOUOii的第二方面包括产生第一激光束14的激光器12， 第一激光束14由光学头22中的分束器光学器件20. 1分裂成参考束16及一个或一个以上第二激光束18。光学头22实现将一个或一个以上第二激光束18引导到其视界内的大气M 中且进一步并入有对应的一个或一个以上望远镜沈，每一望远镜与一个或一个以上第二激光束18中的一者相关联，其中望远镜沈中的每一者实现接收由大气M从其中的对应交互作用区30反向散射的光观，交互作用区30由相关联第二激光束18与对应望远镜沈的相关联视场32的相交点界定。每一第二激光束18及其相关联望远镜沈界定一通道，通道的数目及通道相对于彼此的几何形状均非限制性的。与第一方面一样，到交互作用区30的范围34 (例如，交互作用区30距光学头22 的距离)由相关联第二激光束18与如在光学头22中体现的对应望远镜沈的几何形状界定，且在特定应用需要或必需的情况下，可任选地借助相关联光信号35的相关联时间范围选通或范围解析成像来进一步解析交互作用区30内的范围34。此外，相关联光学头22可根据其上述第一方面22. 1或第二方面22. 2加以调适。大气测量系统IOUOii实质上仅响应于来自其中检测望远镜沈的视场32与第二激光束18重叠的交互作用区30的散射，且光学头22的几何形状可经调适以将交互作用区30定位于距光学头22实质上任何距离处(例如，近或远)，只要存在待随后处理的充足经反向散射光观即可。 望远镜沈包括透镜系统62，且由其收集的光信号35被其最后光收集元件60收集到光纤64中，光纤64通过第二分束器光学器件20. 2将相关联反向散射信号通道110的所返回光子引导到法布里-珀罗干涉仪66或其相关联部分中以供由相关联检测系统68随后检测。针对至少一个反向散射信号通道110，来自激光器12及分束器光学器件20的参考束16经引导穿过光间122且从第一表面反射镜IM经反射且接着从第二分束器光学器件 20. 2经反射并进入到法布里-珀罗干涉仪66或其与对应反向散射信号通道110相同的部分中，以供由相关联检测系统68检测。针对至少一个反向散射信号通道110，光闸122由数据处理器116控制，数据处理器116还控制激光器12或与其相关联的光闸，以便实现经由法布里-珀罗干涉仪66及相关联检测系统68对参考通道108及反向散射信号通道110进行时间多路复用。因此，在操作中，激光器12或相关联光闸经周期性地激活以便致使由其发射相关联第一激光束14，所述束的一部分由第一分束器光学器件20. 1作为至少一个第二激光束18反射到大气M中，所述束的剩余部分形成相关联参考束16。光闸122由数据处理器116与激光器12或与其相关联的光闸同步地激活，以便实现立即将参考束16引导到法布里-珀罗干涉仪66及相关联检测系统68中。接着，在反向散射信号通道110的光信号35到达第二分束器光学器件20. 2之前，光闸122稍后由数据处理器116去激活。举例来说，针对距光学头22大约300米的交互作用区30，光间122将经选通达大约一微秒，在此时间期间检测系统68将实现检测参考通道108，此后，检测系统68将实现检测对应反向散射信号通道110。因此，参考图8a及图8b，针对单个反向散射信号通道110，大气测量系统IOUOii 的第二方面实现照射整个法布里-珀罗标准具78且实现产生并使用完整的所得圆形条纹图案94。或者，参考图8c，根据大气测量系统IOUOi的第一方面或根据大气测量系统10、 IOii的第二方面(具有多个反向散射信号通道110)，用不同的参考通道108及/或反向散射信号通道110照射法布里-珀罗标准具78的多个不同部分，从而产生多个对应的相关联圆形条纹图案94. 1及94. 2。参考图9a，针对每一信息通道，即，针对参考通道108或反向散射信号通道110， 将相关联圆形条纹图案94. 1及94. 2成像到相关联数字微反射镜装置(DMD) 114. 1,114.2 上或成像到共同数字微反射镜装置(DMD)114的对应部分上，其中数字微反射镜装置 (DMD) 114. 1、114. 2、114位于法布里-珀罗干涉仪66的成像光学器件88的焦平面98中。 举例来说，参考图9b，数字微反射镜装置(DMD) 114. 1、114. 2、114包括微反射镜1 阵列，举例来说，N个行及M个列的微反射镜1 元件或像素的笛卡尔阵列，所述元件或像素中的每一者为可个别寻址的且可控制为至少两种像素反射镜旋转状态中的一者。举例来说，还参考图10及图11，根据第5，535，047号美国专利的教示内容且根据由德州仪器公司(Texas Instruments he.)及美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers)在2008年5月1日以20页公开的标题为“数字微反射镜装置 历史机械工禾呈里禾呈石皁(The Digital Micromirror :A Historic Mechanical Engineering Landmark) ”的公开案(所述参考文献两者均以引用的方式并入本文中)，数字微反射镜装置(DMD) 114. 1、114. 2、114的一个实施例包括在17微米中心上的16微米正方形可移动微反射镜126的阵列，所述阵列中的每一微反射镜126由悬置于操作地耦合到共同CMOS衬底132的一对顺应性扭转铰链或挠曲件130上的轭架128机械支撑。每一微反射镜126可响应于微反射镜126的拐角部分126. 1,126. 2与两个相关联抬高反射镜地址电极134. 1、 134. 2中的一者之间的静电吸引且响应于轭架128的两个相对部分128. 1,128. 2中的对应一者与两个相关联轭架地址电极136. 1,136. 2中的一者之间的静电吸引而旋转到两种稳定像素反射镜旋转状态中的一者。通过经由与微反射镜1 及轭架128电连接的偏置复位总线138向微反射镜1 及轭架1 施加第一电压且向反射镜地址电极134. 1,134. 2中的一者及轭架地址电极136. 1,136. 2中的对应一者施加第二电压而使微反射镜1 旋转到两种稳定像素反射镜旋转状态中的一者，其中第一对应反射镜地址电极134. 1与轭架地址电极136. 1彼此电连接，第二对应反射镜地址电极134. 2与轭架地址电极136. 2彼此电连接，且所述第一及第二电压经设定以便实现第一或第二反射镜地址电极134. 1、134.2及轭架地址电极136. 1,136. 2与微反射镜的对应部分126. 1,126. 2及轭架的对应部分128. 1、 128. 2之间的吸引。举例来说，参考图11，在经由相关联偏置复位总线1381向第一微反射镜1261及相关联轭架1281施加第一电压的情况下，施加到相关联第一反射镜地址电极134. I1且施加到相关联第一轭架地址电极136. I1的第二电压致使第一微反射镜1261的第一拐角部分 126. I1静电吸引到相关联第一反射镜地址电极134. I1且致使相关联轭架1281的第一相对部分128. I1静电吸引到相关联第一轭架地址电极136. I1，借此致使第一微反射镜1261旋转到第一像素反射镜旋转状态140，举例来说，针对特定商业实施例所述状态在图11中图解说明为+12度，其中所述第一及第二电压经调适以实现其之间的静电吸引力。类似地，在经由相关联偏置复位总线1382向第二微反射镜1262及相关联轭架1282施加第一电压的情况下，施加到相关联第二反射镜地址电极134. 22且施加到相关联第二轭架地址电极136. 22的第三电压致使第二微反射镜1262的第二拐角部分126. 22静电吸引到相关联第二反射镜地址电极134. 22且致使相关联轭架1282的第二相对部分128. 22静电吸引到相关联第二轭架地址电极136. 22，借此致使第二微反射镜1262旋转到第二像素反射镜旋转状态142，举例来说，针对特定商业实施例所述状态在图11中图解说明为-12度，其中所述第一及第三电压经调适以实现其之间的静电吸引力。轭架128的尖端144接触相关联偏置复位总线138上的对应焊盘位点146，且焊盘位点146可经钝化以便防止或减小静摩擦、以便实现减小将微反射镜126复位到平坦状态或使微反射镜1 旋转到另一像素反射镜旋转状态所需要的电压。举例来说，另一商业实施例实现+/-10度的反射镜旋转状态。在静止状态中，微反射镜 1 为平坦的，但在一个商业实施例集合中此状态对于个别像素来说为不可寻址的。商业数字微反射镜装置(DMD) 114包括微反射镜126阵列，其介于从含有总共约五十万微反射镜126的640X480个微反射镜126的阵列到含有总共超过两百万微反射镜 126的2048 X 1080个微反射镜126的阵列的范围内。所述阵列的每一微反射镜1 表示相关联像素反射镜旋转状态图案150的一个像素148，其中每一像素响应于来自数据处理器 116的信号而为独立可控制或可编程的。再次参考图9a，数字微反射镜装置(DMD) 114位于成像光学器件88的焦平面98中且与对应对的第一光电检测器120a及第二光电检测器120B(举例来说，光电倍增器检测器120，、120a，、120b，)相关，使得数字微反射镜装置(DMD) 114的相关联微反射镜126阵列中的处于第一像素反射镜旋转状态140中的微反射镜1 致使来自法布里-珀罗干涉仪66的所得圆形条纹图案94的光信号76的撞击于其上的第一部分76’沿第一方向152反射到相关联第一物镜透镜巧4且由其引导到第一光电倍增器检测器120A’。类似地，数字微反射镜装置(DMD) 114的相关联微反射镜126阵列中的处于第二像素反射镜旋转状态142中的微反射镜1 致使来自法布里-珀罗干涉仪66的所得圆形条纹图案94的光信号76的撞击于其上的第二部分76”沿第二方向156反射到相关联第二物镜透镜158且由其引导到第二光电倍增器检测器120B’。数字微反射镜装置(DMD) 114的微反射镜126为相对高效的，在一个实施例集合中具有接近90%的总体效率。因此，数字微反射镜装置(DMD)114实现将撞击于其上的光以数字方式隔离成两个不相交集合。更特定来说，数字微反射镜装置(DMD) 114 用以询问由法布里-珀罗干涉仪66形成的圆形条纹图案94、94. 1,94. 2，且借此与相关联第一光电倍增器检测器120A’及第二光电倍增器检测器120B’协作而实现响应于由编程到数字微反射镜装置(DMD) 114的相关联微反射镜126阵列中的特定像素反射镜旋转状态图案150产生的由数字微反射镜装置(DMD) 114反射的相关联的两个不相交光集合中的光子的数目而产生一对或一对以上的相关联互补信号160、162以用于特定测量集合，其中相关联第一光电倍增器检测器120A’及第二光电倍增器检测器120B’实现计数与由数字微反射镜装置(DMD) 114反射的不相交光集合中的每一者相关联的光子的对应数目。大气测量系统10实现直接检测从大气的分子、大气中的气溶胶或两者的组合散射的激光能量、实现直接测量大气的相关联速度及方向、密度及温度，且实现从所述相关联速度及方向、密度及温度导出其它测量，举例来说，空气数据产物集合。举例来说，根据瑞利 (Rayleigh)散射，相对短波长激光能量由大气的分子散射。根据米氏(Mie)散射，激光能量还可由大气中的气溶胶散射。瑞利散射通常是指具有小于光的波长的1/10的大小的分子或颗粒对光的散射，而米氏散射通常是指大于光的波长的1/10的颗粒对光的散射。响应于瑞利散射，大气测量系统10因此响应于大气中引起由大气测量系统10检测的光的相关联散射的那些分子的性质一例如，速度、密度及温度。因此，大气测量系统10实现在洁净空气中(即，在具有不多于可忽略量的气溶胶的大气中)的操作，其实质上仅取决于分子反向散射。从与望远镜沈的视场32相关联的交互作用区30接收的相关联反向散射信号通道110的光信号76、76. 2由法布里-珀罗干涉仪66处理以产生相关联圆形条纹图案94、 94. 2，所述相关联圆形条纹图案接着由数字微反射镜装置(DMD) 114,114. 2分离成不相交部分94’、94” ；94. 2’、94. 2”，所述不相交部分接着由对应的相关联第一光电倍增器检测器 120a、120. 2a，及第二光电倍增器检测器120b、120. 2B，检测。参考通道108由同一法布里-珀罗干涉仪66同时或依序处理以产生相关联圆形条纹图案94、94. 1，所述相关联圆形条纹图案接着由数字微反射镜装置(DMD) 114,114. 1分离成不相交部分94，、94”;94. 1，、94· 1”，所述不相交部分接着由对应的相关联第一光电倍增器检测器120a、120. 2a’及第二光电倍增器检测器120b、120. 2b，检测。使用与参考通道108相关联的所得互补信号160、162来实现校准与反向散射信号通道110相关联的大气测量。因此，大气测量系统10使用法布里-珀罗干涉仪66直接检测来自经散射激光能量的信息，其中单独地检测参考通道108及反向散射信号通道110中的每一者，且可接着使用来自参考通道108的信息来校准相关联反向散射信号通道110。检测过程响应于分别响应于瑞利散射及米氏散射而由大气M中的分子及气溶胶反向散射的激光的非相干多普勒移位。举例来说，图8a中针对已由包括气溶胶及分子两者的介质进行源热展宽的相关联光信号76图解说明典型的圆形条纹图案94。从分子散射的光散布在图8a中的圆形条纹图案94的阴影区上，且从重的缓慢移动的气溶胶散射的光含在窄的白色环中。相关联大气状态变量以不同方式影响圆形条纹图案94。风诱发的多普勒移位改变所述环的直径，且确定多普勒移位的常数取决于温度。大气(分子)温度影响分子环的宽度。在图8a中，气溶胶密度控制窄的白色环的强度，且分子密度增加阴影区的亮度。因此，可直接依据圆形条纹图案94确定风速度、密度及温度。图12a中图解说明圆形条纹图案94的强度的径向曲线图。参考图12b，其图解说明圆形条纹图案94的单个圆形条纹96的强度的径向横截面的展开图，第一条纹163对应于零风(即，零速度)条件，且第二条纹165对应于非零风条件，其中将第一条纹163及第二条纹165两者图解说明为分别展现气溶胶信号分量163. 1,165. 1及分子信号分量163. 2、 165. 2两者。参考通道108也实现零风条件，但不含有分子或背景分量且因此将仅展现图 12b中所图解说明的气溶胶信号分量163. 1。针对待建模的单个相关联条纹，由法布里-珀罗标准具78处理的反向散射信号通道Iio的光信号76、76. 2的光谱形状具有图12c中所图解说明的定性形式，其中分子散射的光(即，分子分量165. 2)展现展宽的光谱形状，而气溶胶散射的光(即，气溶胶分量 165. 1)产生几乎等同于所传输激光的形状的尖峰。在这两个分量下面的是来自经散射日光的背景信号，在图12c的标度上，其形成相对平坦的连续统。借助比较，由法布里-珀罗标准具78处理的参考通道108的光的对应光谱形状与气溶胶分量165. 1的光谱形状实质上相同。法布里-珀罗干涉仪66的响应在文献中有大量证明，举例来说，如由P. B.海斯(P.B.Hays)及R. G.罗布(R. G. Roble)在“用于从非常低强度的法布里-珀罗干涉仪条纹发现多普勒线轮廓的技术(A Technique for Recovering Doppler Line Profiles from Fabry-Perot Interferometer Fringes of very Low Intensity)，，(应用光学，10, 193-200，1971年)所描述，所述文献以引用的方式并入本文中。由不具有光学缺陷的激光雷达系统透射穿过法布里-珀罗干涉仪66的单个波长的条纹图案的理想强度分布由下式给出
r_
\ + R2 一 2尺cos(炉)其中
Uhn2 …-丄、(1,1)φ·.
4πμ (Λ ’u、 1 — 2.一
、 Cj
cos(汐)(1-2)
Λ 其中T为法布里-珀罗标准具78的透射率，R为其反射率，μ为其折射率，d为法布里-珀罗标准具78的间隙86、86. 1的厚度，λ为源的波长，θ为穿过法布里-珀罗标准具78的透射角，c为光速，且u为视线空气速度。因此，多普勒移位为2u/c。在存在包含许
19多波长及光学缺陷的源分布的情况下，使用响应的傅里叶余弦级数展开为有利的。(散射物 质的)每分子重量所透射的强度的分布由下式给出
权利要求
1. 一种处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其包括a.借助法布里_珀罗干涉仪响应于入射于其上的至少一个光信号而产生圆形条纹图案的至少一个部分，其中所述圆形条纹图案的所述至少一个部分由来自所述至少一个光信号的光形成；b.将来自所述法布里-珀罗干涉仪的所述圆形条纹图案的所述至少一个部分成像到数字微反射镜装置DMD上，其中所述数字微反射镜装置DMD包括布置成阵列的多个微反射镜，其中所述多个微反射镜中的每一微反射镜构成可旋转地定位成多种不同像素反射镜旋转状态的像素，且所述多种不同像素反射镜旋转状态中的每一像素反射镜旋转状态对应于所述微反射镜的特定相关联旋转位置；c.处理所述圆形条纹图案的所述至少一个部分，其包括1.设定所述阵列的所述多个微反射镜中的每一者的所述像素反射镜旋转状态以便在对应的至少一个时间点形成至少一个相关联像素反射镜旋转状态图案，其中每一所述至少一个相关联像素反射镜旋转状态图案包括所述多个微反射镜的多个子集，其中针对所述多个子集中的每一子集，将所述子集的每一所述微反射镜设定为共同的所述像素反射镜旋转状态，且将不同的所述子集的所述微反射镜设定为不同的所述像素反射镜旋转状态； .针对所述多个微反射镜的每一所述子集，从所述多个微反射镜的所述子集的所述多个微反射镜反射所述圆形条纹图案的所述至少一个部分的所述光的对应部分，其中所述光的对应于所述多个微反射镜的不同的所述子集的不同对应部分是根据与所述多个微反射镜的所述子集相关联的所述像素反射镜旋转状态而沿不同方向反射；iii.针对所述多个微反射镜的多个所述子集中的每一者，检测所述光的在所述至少一个时间点从所述多个微反射镜的每一所述子集反射的所述对应部分，其中所述检测所述光的所述对应部分的操作包括a)针对共同的所述相关联像素反射镜旋转状态图案单独地检测所述光的不同的所述对应部分，其中所述光的所述不同的所述对应部分相对于彼此为相对不相交的且共同地构成所述光的不相交部分集合，且所述单独地检测所述光的所述不同的所述对应部分的操作实现产生对应的互补经检测信号集合；或b)针对在不同时间点的不同的所述相关联像素反射镜旋转状态图案依序检测所述光的不同的所述对应部分，其中所述光的所述不同的所述对应部分相对于彼此为相对不相交的且共同地构成所述光的不相交部分集合，且所述检测所述光的不同的所述对应部分的操作实现产生对应的互补经检测信号集合；iv.处理所述对应的互补经检测信号集合以便实现表征入射于所述法布里_珀罗干涉仪上的所述至少一个光信号。
2.根据权利要求1所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中针对所述光的所述不相交部分的多个集合重复所述针对所述多个微反射镜的所述多个子集中的所述子集中的每一者设定所述像素反射镜旋转状态、从所述多个微反射镜反射及检测所述光的所述对应部分的操作以便产生所述互补经检测信号的多个对应集合，其中所述光的所述不相交部分的所述多个集合相对于彼此在代数上空间独立；且针对所述互补经检测信号的所述多个对应集合执行所述处理所述对应互补经检测信号集合的操作以便实现表征入射于所述法布里_珀罗干涉仪上的所述至少一个光信号。
3.根据权利要求1所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述至少一个光信号包括入射于所述法布里-珀罗干涉仪的法布里-珀罗标准具的不同部分上的多个光信号，所述产生所述圆形条纹图案的所述至少一个部分的操作包括产生所述圆形条纹图案的多个不同部分，其中针对所述多个光信号的对应的不同所述光信号产生所述圆形条纹图案的所述多个不同部分中的每一不同部分，且针对所述圆形条纹图案的不同的所述不同部分单独地执行所述处理所述圆形条纹图案的所述至少一个部分的操作。
4.根据权利要求3所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中在所述单独地处理所述圆形条纹图案的所述不同部分中的一者的操作期间，将所述多个微反射镜的与所述圆形条纹图案的剩余部分相关联的剩余子集设定为一像素反射镜旋转状态，所述像素反射镜旋转状态实现反射与所述圆形条纹图案的所述剩余部分相关联的光以便防止所述与所述圆形条纹图案的所述剩余部分相关联的光在所述针对所述圆形条纹图案的所述不同部分中的所述一者检测所述光的在所述至少一个时间点从所述微反射镜的每一所述子集反射的所述对应部分的操作期间被检测到。
5.根据权利要求4所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述防止所述与所述圆形条纹图案的所述剩余部分相关联的光被检测到的操作包括将所述与所述圆形条纹图案的所述剩余部分相关联的光反射到光挡块。
6.根据权利要求3所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中针对所述圆形条纹图案的不同的所述不同部分依序执行所述处理所述圆形条纹图案的所述至少一个部分的操作。
7.根据权利要求1所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中针对所述光的每一所述不相交部分集合，所述至少一个相关联像素反射镜旋转状态图案包括对应于所述光的所述不相交部分集合的对应单个相关联像素反射镜旋转状态图案，其中所述对应单个相关联像素反射镜旋转状态图案包括a.所述多个微反射镜的处于第一像素反射镜旋转状态中的第一子集，其中所述多个微反射镜的所述第一子集实现沿第一方向反射所述光的第一部分；及b.所述多个微反射镜的处于第二像素反射镜旋转状态中的第二子集，其中所述多个微反射镜的所述第二子集实现沿不同于所述第一方向的第二方向反射所述光的第二部分；且所述单独地检测所述光的所述不同的所述对应部分的操作包括单独地检测所述光的所述第一及第二部分。
8.根据权利要求7所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述单独地检测所述光的所述不同的所述对应部分的操作包括实质上在同时单独地检测所述光的所述第一及第二部分。
9.根据权利要求1所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述针对在所述不同时间点的不同的所述相关联像素反射镜旋转状态图案依序检测所述光的不同的所述对应部分的操作包括a.设定所述阵列的所述多个微反射镜中的每一者的所述像素反射镜旋转状态以便在对应第一时间点形成第一所述相关联像素反射镜旋转状态图案，其中所述第一所述相关联像素反射镜旋转状态图案包括所述多个微反射镜的第一子集，其中将所述多个微反射镜的所述第一子集的每一所述微反射镜设定为共同的第一像素反射镜旋转状态；b.根据与所述多个微反射镜的所述第一子集相关联的所述共同的第一像素反射镜旋转状态而沿第一方向从所述第一子集的所述多个微反射镜反射所述圆形条纹图案的第一部分的所述光的对应第一部分；c.在根据所述第一所述相关联像素反射镜旋转状态图案设定所述阵列的所述多个微反射镜的情况下检测所述光的从所述多个微反射镜的所述第一子集反射的所述对应第一部分，以便产生所述对应的互补经检测信号集合的对应第一经检测信号；d.设定所述阵列的所述多个微反射镜中的每一者的所述像素反射镜旋转状态以便在对应第二时间点形成第二所述相关联像素反射镜旋转状态图案，其中所述第二所述相关联像素反射镜旋转状态图案包括所述多个微反射镜的第二子集，其中将所述多个微反射镜的所述第二子集的每一所述微反射镜设定为所述共同的第一像素反射镜旋转状态；e.根据与所述多个微反射镜的所述第二子集相关联的所述共同的第一像素反射镜旋转状态而沿所述第一方向从所述第二子集的所述多个微反射镜反射所述圆形条纹图案的所述第一部分的所述光的对应第二部分；及f.在根据所述第二所述相关联像素反射镜旋转状态图案设定所述阵列的所述多个微反射镜的情况下检测所述光的从所述多个微反射镜的所述第二子集反射的所述对应第二部分，以便产生所述对应的互补经检测信号集合的对应第二经检测信号，其中所述光的所述对应第一及第二部分共同地构成所述光的所述不相交部分集合。
10.根据权利要求1所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述至少一个光信号包括与大气测量系统相关联的参考光信号或至少一个反向散射光信号或两者，其中从光源获得所述参考光信号，且从所述光源的已投射到大气中且从所述大气反向散射的光接收所述至少一个反向散射光信号。
11.根据权利要求2所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述至少一个光信号包括与大气测量系统相关联的参考光信号及至少一个反向散射光信号，其中从光源获得所述参考光信号，从所述光源的已投射到大气中且从所述大气反向散射的光接收所述至少一个反向散射光信号，针对所述参考光信号及所述至少一个反向散射光信号单独地执行所述处理所述互补经检测信号的所述多个对应集合的操作，且使用来自所述参考光信号的信息来处理所述至少一个反向散射光信号。
12.根据权利要求1所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述光的所述不相交部分的所述集合构成所述至少一个光信号中的对应光信号的根据所述数字微反射镜装置DMD的所述多个微反射镜的有效图案从所述多个微反射镜的相应第一及第二子集反射的第一及第二部分，所述有效图案响应于与作为所述圆形条纹图案的所述至少一个部分的基础的光学响应有关的至少一个函数，且所述至少一个函数响应于至少一个参数。
13.根据权利要求1所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述光的所述不相交部分的所述集合构成所述至少一个光信号中的对应光信号的根据所述数字微反射镜装置DMD的所述多个微反射镜的有效图案从所述多个微反射镜的相应第一及第二子集反射的第一及第二部分，且响应于一方法而界定所述有效图案，所述方法包括a.界定提供作为所述圆形条纹图案的所述至少一个部分的基础的光学响应的模型的第一函数，其中所述第一函数并入有实现表征所述至少一个光信号的至少一个参数；b.界定响应于所述第一函数关于一个所述至少一个参数的偏导数的第二函数，其中所述第一及第二函数各自取决于与所述圆形条纹图案的所述至少一个部分相对于所述数字微反射镜装置DMD的径向尺寸相关联的变量；c.通过以下操作来界定所述有效图案使所述多个微反射镜的所述第一子集与所述数字微反射镜装置DMD上的第一位置集合相关联，针对所述第一位置集合所述第二函数超过第一阈值；及使所述多个微反射镜的所述第二子集与所述数字微反射镜装置DMD上的第二位置集合相关联，针对所述第二位置集合所述第二函数小于第二阈值；d.其中所述处理所述对应的互补经检测信号集合的操作实现响应于所述对应的互补经检测信号集合而确定所述至少一个参数的值。
14.根据权利要求13所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述至少一个光信号包括与大气测量系统相关联的参考光信号或至少一个反向散射光信号或两者，其中从光源获得所述参考光信号，且从所述光源的已投射到大气中且从所述大气反向散射的光接收所述至少一个反向散射光信号，且所述一个所述至少一个参数响应于选自以下各项的测量由所述大气中的气溶胶颗粒散射的光子的数目、由所述大气中的分子散射的光子的数目、来自所述大气的背景光子的数目、所述大气的温度以及所述大气的气溶胶颗粒及分子的速度。
15.根据权利要求14所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述第一函数为 I (phi) =A*H(phi，mA)+M*H(phi，mM)+B*T~2/(l-R~2)的形式，其中 I 为所述圆形条纹图案的所述至少一个部分的响应于Phi的强度，phi为响应于对应于所述大气中的所述分子及气溶胶颗粒的速度的一个所述至少一个参数且响应于所述圆形条纹图案的所述至少一个部分的所述径向尺寸的函数，A为表示由所述大气中的气溶胶颗粒散射的光子的数目的一个所述至少一个参数，mA为所述气溶胶颗粒的分子质量，M为表示由所述大气中的分子散射的光子的数目的一个所述至少一个参数，mM为所述分子的分子质量，B为表示来自所述大气的背景光子的数目的一个所述至少一个参数，T为所述法布里-珀罗干涉仪的法布里_珀罗标准具的透射率，R为所述法布里_珀罗标准具的反射率，且H为响应于所述法布里_珀罗标准具的至少一个缺陷测量且响应于响应于所述大气的温度的一个所述至少一个参数的函数。
16.根据权利要求13所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述第一及第二阈值彼此相等。
17.根据权利要求13所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述第一及第二阈值中的至少一者等于零。
18.根据权利要求13所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述第一及第二阈值取决于所述至少一个参数。
19.根据权利要求13所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述检测所述光的在所述至少一个时间点从所述多个微反射镜的每一所述子集反射的所述对应部分的操作包括针对所述对应的互补经检测信号集合的每一经检测信号以一个所述至少一个时间点开始检测所述光达一时间周期以便产生所述对应的互补经检测信号集合的对应经检测信号，且所述时间周期的持续时间取决于与所述对应的互补经检测信号集合相关联的所述一个所述至少一个参数。
20.根据权利要求13所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述有效图案响应于所述至少一个参数的所述值。
21.根据权利要求13所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述至少一个光信号包括与大气测量系统相关联的参考光信号及至少一个反向散射光信号， 从光源获得所述参考光信号，从所述光源的已投射到大气中且从所述大气反向散射的光接收所述至少一个反向散射光信号，且针对所述参考光信号及所述至少一个反向散射光信号两者单独地执行所述处理所述对应的互补经检测信号集合的操作，且所述操作包括确定所述参考光信号及所述至少一个反向散射光信号的每一所述至少一个参数的对应至少一个值，其中使用来自所述参考光信号的信息来处理所述至少一个反向散射光信号。
22.根据权利要求15所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述至少一个光信号包括参考光信号及至少一个反向散射光信号，其中针对所述参考光信号及所述至少一个反向散射光信号两者单独地执行所述处理所述互补经检测信号的所述多个对应集合的操作，且使用来自所述参考光信号的信息来表征所述法布里-珀罗标准具的所述至少一个缺陷测量。
23.根据权利要求22所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中响应于所述参考光信号的傅里叶变换及所述法布里_珀罗标准具的对应理想响应的傅里叶变换两者而确定所述法布里_珀罗标准具的所述至少一个缺陷测量。
24.根据权利要求13所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述法布里_珀罗干涉仪包括法布里_珀罗标准具，且使用响应于所述法布里_珀罗标准具的温度测量而对所述法布里_珀罗标准具的校准来处理所述对应的互补经检测信号集合。
25.根据权利要求13所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述法布里_珀罗干涉仪包括法布里_珀罗标准具，且使用响应于参考光信号而对所述法布里_珀罗标准具的先验校准来处理所述对应的互补经检测信号集合。
26.根据权利要求13所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述确定每一所述至少一个参数的对应至少一个值的操作包括使表示所述互补经检测信号与响应于参数化模型而对所述互补经检测信号的对应估计之间的差的成本函数最小化，其中关于所述至少一个参数来参数化所述参数化模型。
27.根据权利要求13所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述使所述成本函数最小化的操作包括列文伯格_马夸尔特非线性最小平方方法。
28.根据权利要求1所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述光的所述不相交部分的所述集合构成所述至少一个光信号中的对应光信号的根据所述数字微反射镜装置DMD的所述多个微反射镜的有效图案从所述多个微反射镜的相应第一及第二子集反射的第一及第二部分，且通过以下操作来界定所述有效图案使所述多个微反射镜的所述第一子集与所述数字微反射镜装置DMD上的第一多个位置相关联，针对所述第一多个位置相对于所述圆形条纹图案的中心的半径超过第一阈值；及使所述多个微反射镜的所述第二子集与所述数字微反射镜装置DMD上的第二多个位置相关联，针对所述第二多个位置所述半径小于第二阈值，其中所述第一及第二阈值彼此相等或彼此不同。
29.根据权利要求28所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述检测所述光的在所述至少一个时间点从所述多个微反射镜的每一所述子集反射的所述对应部分的操作包括针对所述对应的互补经检测信号集合的每一经检测信号以所述至少一个时间点中的一时间点开始而检测所述光的所述对应部分达一时间周期以便产生所述对应的互补经检测信号集合的对应经检测信号，所述有效图案响应于与作为所述圆形条纹图案的所述至少一个部分的基础的光学响应有关的至少一个函数，所述至少一个函数响应于至少一个参数，所述对应的互补经检测信号集合与对应的所述至少一个参数相关联，且所述时间周期的持续时间取决于与所述对应的互补经检测信号集合相关联的所述对应的所述至少一个参数的值。
30.根据权利要求28所述的处理来自法布里_珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述有效图案响应于与作为所述圆形条纹图案的所述至少一个部分的基础的光学响应有关的至少一个函数，所述至少一个函数响应于至少一个参数，且所述有效图案响应于所述至少一个参数的值。
31.根据权利要求2所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中所述至少一个相关联像素反射镜旋转状态图案包括多个相关联像素反射镜旋转状态图案，且依据通过相对于所述圆形条纹图案的中心的半径二进划分产生的多个对应的所述相关联像素反射镜旋转状态图案而产生所述光的所述不相交部分的所述多个集合。
32.根据权利要求1所述的处理来自法布里-珀罗干涉仪的条纹图案的方法，其中依据响应于一概率分布的对应的所述相关联像素反射镜旋转状态图案而产生所述光的所述不相交部分的所述集合，针对所述概率分布，在接近于相对于所述圆形条纹图案的中心的给定半径的位置处处于两种所述像素反射镜旋转状态中的一者中的相关联所述微反射镜的分数取决于所述概率分布。
33.一种用于处理至少一个光信号的系统，其包括a.法布里_珀罗干涉仪，其包括i.法布里-珀罗标准具；及 .成像透镜，其中所述法布里_珀罗干涉仪经布置使得所述至少一个光信号经投射而穿过所述法布里_珀罗标准具的至少一部分且接着投射到所述成像透镜上并穿过所述成像透镜；b.至少一个数字微反射镜装置DMD，其中每一所述至少一个数字微反射镜装置DMD包括布置成阵列的多个微反射镜，所述多个微反射镜中的每一微反射镜包括一相关联反射表面，所述多个微反射镜中的每一所述微反射镜及所述相关联反射表面可响应于微反射镜控制信号而旋转定位成多种旋转状态中的任一者，且所述多种旋转状态中的每一旋转状态对应于所述微反射镜及所述相关联反射表面的不同旋转位置；在处于未旋转状态中时，所述多个微反射镜沿着参考表面布置且与所述参考表面实质上重合，且所述数字微反射镜装置 DMD相对于所述法布里-珀罗干涉仪定位使得所述参考表面与所述成像透镜的焦面标称对准，所述至少一个光信号由所述成像透镜在所述焦面上成像为对应圆形条纹图案的至少第一部分；c.至少一个检测器，其经定位以便能够在所述多个微反射镜定位成所述多种旋转状态中的一者时接收所述至少一个光信号的由所述数字微反射镜装置的所述多个微反射镜反射的光；d.数据处理器，其中所述数据处理器实现产生用于所述多个微反射镜中的每一者的所述微反射镜控制信号，且所述微反射镜控制信号实现将所述多个微反射镜的第一子集控制为第一所述旋转状态，且所述微反射镜控制信号实现将所述多个微反射镜的第二子集控制为第二所述旋转状态，其中所述多个微反射镜的所述第一子集不同于所述多个微反射镜的所述第二子集，且i.所述至少一个检测器包括第一及第二检测器，且所述多个微反射镜的所述第一及第二子集实现分别将所述对应圆形条纹图案的所述第一部分的至少第二部分的第一及第二不相交部分同时反射到对应的所述第一及第二检测器，或ii.所述多个微反射镜的处于第一所述旋转状态中的所述第一子集实现在第一时间点将所述对应圆形条纹图案的所述第一部分的至少第二部分的第一不相交部分反射到所述至少一个检测器，且所述多个微反射镜的处于所述第一所述旋转状态中的所述第二子集实现在第二时间点将所述对应圆形条纹图案的所述第一部分的所述至少所述第二部分的第二不相交部分反射到所述至少一个检测器，其中所述第一及第二不相交部分相对于彼此为相对不相交的。
34.根据权利要求33所述的用于处理至少一个光信号的系统，其进一步包括a.光源，其实现产生第一光束；b.至少一个分束器，其实现将所述第一光束分裂成参考光束及至少一个第二光束，其中所述至少一个分束器单独地或与至少一个束形成光学器件组合地实现将所述至少一个第二光束投射到大气中；c.至少一个接收光学器件，其实现由所述至少一个第二光束的从所述大气中的至少一个交互作用区反向散射的光产生至少一个对应经反向散射光信号，其中所述至少一个交互作用区由所述至少一个第二光束与对应的所述至少一个接收光学器件的至少一个视场的相交点界定，其中所述至少一个光信号包括来自所述参考光束的参考光信号及所述至少一个对应经反向散射光信号中的至少一者。
35.根据权利要求33所述的用于处理至少一个光信号的系统，其进一步包括位于所述法布里_珀罗干涉仪内或其前面的至少一个带通光学滤波器。
36.根据权利要求33所述的用于处理至少一个光信号的系统，其进一步包括与所述法布里_珀罗标准具热连通且操作地耦合到所述数据处理器的温度传感器，其中所述温度传感器实现将温度信号传输到所述数据处理器，且所述温度信号提供所述法布里_珀罗标准具的温度的测量。
37.根据权利要求33所述的用于处理至少一个光信号的系统，其进一步包括与所述法布里_珀罗标准具热连通的温度控制系统，其中所述温度控制系统实现维持所述法布里-珀罗标准具的温度。
38.根据权利要求33所述的用于处理至少一个光信号的系统，其中所述数据处理器实现响应于来自所述至少一个检测器的多个信号而产生表示所述至少一个光信号的至少一个测量，其中所述多个信号由所述至少一个检测器响应于所述对应圆形条纹图案的所述第一部分的所述至少所述第二部分的所述第一及第二不相交部分的至少一个检测而产生。
39.根据权利要求33所述的用于处理至少一个光信号的系统，其进一步包括经定位以便接收所述对应圆形条纹图案的光的原本不会由所述多个微反射镜朝向所述至少一个检测器反射的至少一部分的光挡块。
全文摘要
将来自干涉仪的条纹图案成像到数字微反射镜装置上，所述数字微反射镜装置含有呈相关联像素反射镜旋转状态图案的微反射镜阵列，所述微反射镜阵列实现与一个或一个以上相关联光电检测器协作地对所述圆形条纹图案进行取样，以便实现产生对应的相关联互补信号集合。使用针对多个对应的相互独立的相关联像素反射镜旋转状态图案产生的多个不同相关联互补信号集合来确定与所述圆形条纹图案相关联的至少一个度量。
文档编号G01W1/08GK102422179SQ201080017976
公开日2012年4月18日 申请日期2010年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者保罗·拜伦·海斯, 戴维·基思·约翰逊, 戴维·迈克尔·朱克, 斯科特·凯文·林德曼 申请人:密歇根宇航公司