정확한 고성능 멀티 스펙트럼 이미징의 핵심 요소인 패턴 필터.

이러한 제약은 우주 영역에서 매우 두드러집니다. 예를 들어 환경 모니터링을 위한 유럽 코페르니쿠스 프로그램을 생각해 봅시다. 이 프로그램은 지구 환경(토양, 대기, 해양, 극지방 만년설, 식생, 기후 변화) 연구의 특정 부분을 전담하는 여러 위성에 의존합니다.

이 위성 중 하나인 센티넬 5는 대기 질과 이를 구성하는 가스(오존, 이산화황, 일산화탄소, 메탄 등)가 기후 변화에 미치는 영향을 연구하는 임무를 맡고 있습니다.
이러한 각 가스는 매우 특정한 파장에서만 방출되므로 특정 가스만 관측하고 연구하기 위해서는 위성의 장비가 이를 조정할 수 있어야 합니다.

문제: 지상에서 주어진 위치에 대해 모든 유형의 기체 이미지를 동시에 촬영해야 합니다. 하지만 위성은 지구 표면 위에서 시속 27,000km/h의 속도로 계속 움직이고 있습니다. 따라서 마지막 필터로 관측한 표면이 첫 번째 필터로 관측한 표면과 더 이상 같지 않을 수 있는 위험이 있으므로 촬영할 때마다 필터를 변경하여 순차적으로 이미지를 촬영하는 것은 불가능합니다(이 시간 동안 관측된 필드를 통과할 수 있는 구름은 말할 것도 없습니다).

해결 방법: 이미징 기기 앞에 각 필터의 작은 스트립 세트를 픽셀보다 넓지 않게 접착제로 붙여서 센서 전체를 덮도록 배치합니다.

예를 들어 7가지 파장 범위에서 작동하는 Sentinel 5의 경우 7개의 “성냥개비” 필터가 나란히 배치되며 이 작업은 센서의 전체 너비에 걸쳐 반복됩니다. 따라서 단일 이미지에서 필요한 모든 필터를 통해 동일한 영역을 볼 수 있으며 대응이 완벽합니다.

물론 결국 센서의 일부만 각 필터 전용으로 사용되지만, 최신 기기는 픽셀 수가 충분하기 때문에 전체 표면의 작은 부분만으로도 완벽하게 사용할 수 있는 이미지를 만들 수 있습니다.

소위 “패턴”(또는 “성냥개비”) 필터를 만들기 위해 유리 구조화 기법을 사용합니다. 원하는 필터를 배치할 얇은 스트립을 제외하고 표면은 레진으로 코팅됩니다. 이 필터는 실제로 광학 특성이 완벽하게 제어된 100개 이상의 재료(금속 산화물) 층으로 구성되어 있으며, HEF가 매우 잘하는 기술인 ‘이온 보조 증착’을 사용하여 증착됩니다. 이러한 연속적인 층이 증착되면 원하는 파장의 빛만 이 스택을 통과하여 센서로 전달됩니다.

그런 다음 레진을 제거하고 다른 레진 층을 다시 증착하고 바로 옆에 다른 필터의 새 스트립을 배치할 구멍을 뚫는 방식으로 전체 유리 표면이 마이크로미터 수준의 정밀도로 덮일 때까지 계속합니다.

이 유리 표면을 다수의 평행한 “성냥개비” 필터 스트립으로 완전히 덮으면, 이 스트립 사이에 흡수층이 적용되어 한 필터를 통과한 빛이 옆 필터로 넘치지 않도록 방지합니다. 그런 다음 최종 조립을 위해 완제품을 센서에 전체적으로 증착할 수 있습니다.