DE1547416A1

DE1547416A1 - Sternspektrometer

Info

Publication number: DE1547416A1
Application number: DE19661547416
Authority: DE
Inventors: Jean Berny; Andre Girard
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1965-02-10
Filing date: 1966-02-09
Publication date: 1969-12-04
Also published as: DE1547416B2; US3454338A; GB1087138A; FR1436616A

Description

Ihr Schreiben

Anmelders Office national d'Etudes et de Recherches

Aerospatiales, Chatillon-sous-Bagneux (Frankreich)

St ernsp ektrometer

Erfindung betrifft die quantitative Untersuchung der Spektralverteilung der Strahlung eines Gestirnes, "besonders im Gebiet der lichtnahen Infrarotstrahlen»

Die klassische Liethode der Spektralanalyse von Sternen besteht' darin, eine Blende zu benutzen, um das von einem Prisma auf ein Band ausgebreitete Sternspektrum punktweise zu analysieren. Um die im Verhältnis zu dem mit dieser Methode verbundenen Rauschen schwache Signalstärke zu erhöhen, griff man zu einer Lichtstrommodulation, entweder mittels pines Interferometers mit zwei gegeneinander beweglichen Teilen oder mittels der Lichtbänder eines Luftkeiles, um die lOuriertransformierte des Spektrums zu erhalten und folglich die Signalstarke bei gleicher Auflösung um die Quadratwurzel der Gesamtzahl der untersuchten Spektralelemente zu vermehren.

BAD

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Außerdem ist es bekanntlich, bei der Untersuchung eines Sternspektrums im Infrarotbereich von Interesse, das Spektrometer an Bord eines Fahrzeuges, wie z. B. eines Ballons oder einer Rakete zu installieren, um es in die oberen Luftschichten oder außerhalb der Atmosphäre zu bringen, deren Diffusion und speziell deren Absorptions band en. ein ernstliches Hindernis für die Fortpflanzung der Infrarotwellen and.

Die Benutzung von Modulationsmitteln der oben betrachteten bisherigen Art bereitet unter diesen Bedingungen Schwierigkeiten wegen deren Kompliziertheit, ihrer Anfälligkeit gegen Schwingungen und Vertrimmungen, und sie erfolgte in der Praxis nur mit kleinem Auflösungsvermögen.

Gegenstand der Erfindung ist ein transportables Sternspektrometer, das einfach und robust ist und ein erhöhtes Auflösungsvermögen und eine im Verhältnis zum Rauschen erhöhte Signalstärke besitzt.

Aus der französischen Patentschrift 1.349*901 ist ein Verfahren zur Bildanalyse durch Fouriertransformation bekannt,, bei dem der von schmalen Banden des zu analysierenden Bildes ausgehende Strahlungs- oder Lichtstrom durch Vorbeibewegen eines Gitters mit veränderlicher Transparenz vor dem Bild moduliert wird.

13in Kennzeichen des erfindungs gemäß en Sternspektrometers ist, daß die Lichtstrommodulation des zu analysierenden, auf ein Band ausgebreiteten Spektrums mittels der Vorbeibewegung eines Gitters mit veränderlicher Transparenz erfolgt.

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2u diesem Zweck wirft ein erstes Teleskop das Steriienlicht auf ein Prisma, das das Sternspektrum zu einem Band ausbreitet, und dieses Spektralband wird durch ein zweites Teleskop auf einen Radius eines sich drehenden Gitters mit veränderlicher Transparenz projiziert, hinter dem der modulierte Lichtstrom gebündelt und in an sich bekannter Y/eise, z. B.' mittels einer Fotozelle, in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Anhand der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten "Ausführungsbeispiels wird die Erfindung besser verständlich; es zeigen:

Pig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Sternspektrometer und

Pig. 2 eine mögliche Ausführungsform eines Hodulationsgitters für das Sternspektrometer in Pig. I.

Das in Hg. 1 dargestellte Sternspektrometer besteht aus folgenden Teilen:

Ein Primärteleskop 1, das von einem mit einem zentralen Loch versehenen Parabolspiegel 11 und einem konvexen Parabolspiegel 12 gebildet wird, der den gleichen Durchmesser wie das zentrale Loch des Spiegels 11 hat, wobei das optische System afokal ist;

ein Prisma 2 aus einem für lichtnahe Infrarotstrahlen transparenten Werkstoff, z. 3. aus einem Thallium-Jod-Bromsalz j

ein Planspiegel 3 zur Strahlenumlenkung, um die Abmessungen des Gerätes klein zu halten;

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Brief vom 8. 2. 66 Blatt 4 1547416 DIpL-Ing. β. Schltab·

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

ein Sekundärteleskop 4, das von einem mit einem Zentralloch versehenen Hohlspiegel 41 und einem konvexen Spiegel oder einer Pupille 42 gebildet wird, dessen (deren) Durchmesser genau gleich dem Durchmesser des Zentrallochs des Spiegels ist j

ein Gitter 51 , das durch fotografische Verkleinerung einer großmaßstäblichen Zeichnung und lOtotypie auf einen für lichtnahe Infrarotstrahlen durchlässigen Gitterträger 5 verwirklicht wird, der in der Brennebene des Sekundärteleskops 4 angeordnet ist;

ein Hohlspiegel 6, der den von der Pupille ausgehenden und vom Gitter modulierten lichtstrom sammelt und auf

! eine fotoelektrische Zelle 7 wirft, die im zu untersuchenden Infrarotbereich empfindlich ist und z. B.. aus einer Blei-Schwefel- oder Indium-JUitimon-Verbindung besteht.

Das Primärteleskop 1 ist auf den zu beobachtenden Stern gerichtet; es bündelt den auf den Parabolspiegel 11 fallenden Lichtstrom auf das Prisma 2. Das Sekundärteleskop 4 bildet auf dem Gitter"51 das lineare Bild des Sternspektrums ab, das vom Prisma 2 zu einem senkrecht zur Prismenkante verlaufenden Band ausgebreitet wird.

• Des Gitter 51 befindet sich, wie in Pig. 2 dargestellt, auf dem äußeren Umfang des kreisförmigen Gitterträgers 5 und bildet eine Ereisringfläche mit den Radien r und R. Das Gitter wird von einem Hetz von Kurven gebildet, die abwechselnd ^: lichtundurchl£^;ssige und lichtdurchlässige Zonen begrenzen, ; die derart verteilt sind, daß jeder Kreis mit einem zwischen r und R gelegenen Radius j> durch diese Kurven in gleiche Teile·

mit zu P proportionalen Öffnungswink:ein eingeteilt wird und

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Brief vom 8. 2. 66 . Blatt · 5 1547^16 Dlph-Ing. G. Schilebe

an das Deutsche Patentamt, München Patentanwalt

daß infolgedessen "bei Drehung der Scheite 5 die Helligkeit jedes Elementes des radial auf das Gitter 51 geworfenen Bild-es mit einer Frequenz moduliert wird, die umgekehrt proportional zum Abstand dieses Elementes vom Scheibenmittelpunkt ist.

Der von.der Fotozelle 7 aufgenommene und von ihr in ein elektrisches Signal umgewandelte Lichtstrom ist infolgedessen die Fouriertransformierte der Spektralverteilung des "beobachteten Sternes.

Dieses elektrische Signal, das alle dem analysierten Sternspektrum entnommenen Informationen enthält, wird, z. Be telemetrisch, auf eine Station übertragen, die für die Durchführung der umgekehrten Fouriertransformation eingerichtet ist,

Diese Transformation kann bekanntlich numerisch oder analog erfolgen. Im zweiten Fall steuert das empfangene Signal eine Lichtquelle mit veränderbarer Helligkeit, z. B. der Bauart "Slow modulator Sylvania", die durch einen Spalt eine fotografische Platte beichtet, wobei sich vor dem Spalt ein dem Gitter 51 vollkommen gleiches Gitter synchron zum Gitter 51 vorbeibewegt. Jeder Punkt dieses Spaltes empfängt einen mit einer bestimmten Frequenz modulierten Lichtstrom, und das entsprechende Element der fotografischen Platte integriert den Lichtstrom zwischen Anfang und Ende des Signals.

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Claims

Brief vom 8. 2. 66 «Ing. O. Schlteb·

an äas Deutsche Patentamt, München 15A7/1R Patentanwalt

Pat entansprüche

Sternspektrometer zur Installation in einem mit einem Telemetries ender ausgerüsteten, außerhalb der Erdatmosphäre operierenden flugkörper, gekennzeichnet durch ein auf einen Stern auszurichtendes erstes Teleskop (1), ein das Sternspektrum zu einem Band ausbreitendes Prisma (2), Hittel (4) zur Abbildung dieses Spektralbandes auf ein sich drehendes Gitter (51) mit veränderlicher Transparenz sowie durch an sich bekannte Mittel (7) zur Umwandlung des durch das Gitter modulierten gtrahlurigs- oder Idchtstromes in ein elektrisches Signal zur telemetriechen Übertragung.

Sternspektrometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen Prisma und Gitter zur Abbildung des Spektralbandes angeordnetes zweites Teleskop.(4)> das dieses Spektralband auf einen Badiua des sich drehenden kreisförmigen Gitters (51) projiziert, und durch einen Hohlspiegel (6), der den diirch die Bewegung des Gitters modulierten lichtstrom auf eine Fotozelle (7) zur Umwandlung des modulierten lichtstromes in ein elektrisches Signal bündelt.

Sternspektrometer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (51) auf eine Ringfläche eines kreisförmigen, im untersuchten Spektralbereich durchlässigen Gitterträgers (5) aufgebracht ist und von einem· U_etz von Kurven gebildet wird, die abwechselnd lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Zonen begrenzen, die derart verteilt sind, daß jeder zur Gitterfläche konzentrische Kreisumfang durch die Kurven in gleiche Segmente geteilt wird, die einen zum Radius proportionalen Zentriwinkel besitzen, 9 0 9 8 4 9/0558 ^ _0RSGlNAU

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