Plusieurs techniques permettent de réaliser la spectro-imagerie, càd une information spectrales pour plusieurs objets, plusieurs points du champ ou bien tout un champ.
La fente sélectionne les objets du champ. La mosaïque CCD enregistre un spectre de chaque objet du champ.
Crédit :
ASM
Spectrométrie à longue fente
La fente du spectromètre sélectionne les objets du champ. La dispersion, perpendiculaire à la fente, apporte un spectre pour chacun de ses objets .
Découpe d'image
Le découpeur d'image permet, à partir d'une source étendue, d'illuminer la fente du spectromètre. Le champ entier est préservé, à un réarrangement près. Le découpeur correspond simplement à une collage de prismes, avec l'équivalent de 2 prismes croisés par tranche découpée. L'étape intermédiaire (avec les tiretés) a été représentée uniquement à des fins didactiques.
Crédit :
ASM
Découpage d'image
L'image est optiquement découpée en tranches, afin de couvrir la fente d'entrée du spectro. L'analyse des images monochromatiques de la fente d'entrée permettra de reconstituer chacune des régions initiales.
Sélection des objets par le faisceau de fibres, et alimentation de la fente d'entrée.
Crédit :
ASM
Une image intermédiaire est formée au niveau du système ici visualisé. Les têtes de fibre, chacune positionnable à l'extrémité d'un bras mobile, peuvent aller chercher le flux de tout point du champ.
L'instrument doit également fonctionner en imageur, pour repérer très précisément au préalable les positions des objets sélectionnés.
Crédit :
ESO
Les 7 cibles sélectionnés sont 7 galaxies d'un amas : les décalages des spectres donnent la dispersion des vitesses des différentes galaxies.
Crédit :
ESO
Spectroscopie multi-objet avec l'instrument FLAMES au VLT.
Crédit :
ESO
Concept optique pour la spectroscopie multi-objets : les 20 microlentilles irriguent 20 fibres optiques.
Crédit :
ESO
Définition
Spectro-imagerie : spectrométrie sur un champ non limité à un seul point source.
Spectrométrie à fente longue
La spectrométrie à fente longue a pour objet l'enregistrement simultané de spectres à basse résolution pour les différentes sources sélectionnées par la fente.
Le flux issu de chaque sous-région de la fente est dispersé. La dispersion étant perpendiculaire à la fente, l'image bidimensionnelle finale résulte du produit de 2 dimensions : l'une est spectrale, l'autre est spatiale.
Spectrométrie multi-objets
La spectrométrie multi-objets réalise l'enregistrement simultané de spectres à basse résolution pour plusieurs régions d'une image.
Les flux de ces régions sont collectés via des fibres, qui organisent une anamorphose de l'image. En entrée, les sources sont réparties indifféremment dans le champ ; en sortie, leurs images par les fibres, sources pour le spectromètre, sont alignées le long de la fente.
Le flux issu de chaque fibre est dispersé. Comme pour la spectrométrie à fente longue, l'image bidimensionnelle finale résulte du produit de 2 dimensions : l'une spectrale, l'autre spatiale. Mais la correspondance entre les pixels et le champ est à considérer selon l'anamorphose effectuée.
Par rapport à la spectrométrie à longue fente, la souplesse des fibres permet de sélectionner plus pertinemment les sources.
Spectrométrie intégrale de champ
La spectrométrie intégrale de champ propose l'enregistrement simultané de spectres à basse résolution de tout un champ objet.
L'objet est découpé en un certain nombre de régions, chacune étant alors considérée comme une source ponctuelle, ensuite dispersée.
L'espace entre les images de chacune de ces sources ponctuelles est suffisant pour permettre d'enregistrer, pour chacune, un spectre à basse résolution.
Spectrométrie multi-objets
La fente du spectromètre UVES de l'ESO, fonctionnant en spectrométrie multi-objets, est illuminée par 8 fibres. Sept d'entre elles visent 7 cibles, la 8ème est réservée à la référence spectrale (une lampe à vapeur spectrale, dont on voit les raies en émission).
Spectrométrie multi-objets 
Spectrométrie intégrale de champ
Spectrométrie intégrale de champ
La résolution spatiale est dégradée, pour permettre l'enregistrement de spectre sur une grille de régions du champ.
Le réseau de microlentilles découpe le faisceau, et crée autant d'images ponctuelles qu'il y a de microlentilles. Ces images ponctuelles sont ensuite autant de sources pour un spectrographe.
On récupère en sortie un spectre de résolution moyenne pour chaque région de l'objet découpée par la microlentille
(cf instrument CFHT/Observatoire de Lyon).
Spectrométrie intégrale de champ : résolutions spatiale et spectrale
Difficulté : ☆☆
Temps : 20 min
Cet exercice a pour but d'estimer l'ordre de grandeur des performances d'un spectromètre intégral de champ, qui donne des images sur un CCD de 2k 
2k (2000 fois 2000 pixels).
On note 
le pouvoir de résolution spectrale visé, 
le nombre d'éléments spectraux correspondant, 
le nombre d'informations spatiales souhaité.
Question 1)
Montrer que, si l'intervalle spectral est large, alors en ordre de grandeur
. On se place par la suite dans le cadre de cette hypothèse.
Pour fixer les ordres de grandeur, on peut traduire large intervalle spectral comme 
.
Les définitions de 
et 
sont :
Question 2)
Montrer que le produit 
est nécessairement borné.
Réfléchir à la signification du mot pixel. Combien d'informations spatiales élémentaires un CCD de 2k 
2k peut-il traiter?
Question 3)
On considère pour la suite qu'entre le codage, l'étalonnage, la séparation des spectres..., une information élémentaire nécessite 20 pixels.
On souhaite une résolution spectrale de 200. En déduire le nombre d'informations spatiales maximal.
Montrer que, vu les hypothèses :
- Question 1
Aide :
Pour fixer les ordres de grandeur, on peut traduire large intervalle spectral comme .
Aide :
Les définitions de et sont :
Solution :
En supposant 
, on vérifie bien que
- Question 2
Aide :
Réfléchir à la signification du mot pixel. Combien d'informations spatiales élémentaires un CCD de 2k 2k peut-il traiter?
Solution :
En supposant un rendement optimal, le nombre de pixels fournit le nombre d'éléments spectraux et spatiaux. Au mieux, pour un détecteur 2k 
2k :
Mais comme on va souhaiter échantillonner une information spatiale ou spectrale sur au moins 2 pixels, et qu'il est prudent de laisser des pixels non éclairés entre chaque spectre, il faut plutôt compter :
- Question 3
Aide :
Montrer que, vu les hypothèses :
Solution :
Avec 20 pixels par information élémentaire, on a :
L'application numérique donne un nombre d'informations spatiales indépendantes 
limité à :
Le nombre de pixels étant limité, on ne peut pas simultanément gagner en résolutions spatiale et spectrale.