DE1547416C - Sternspektrometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sternspektrometer zur quantitativen Untersuchung der Spektralverteilurig der Strahlung eines Gestirnes, besonders im Gebiet der lichtnahen Infrarotstrahlen.

Die klassische Methode 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, verwendet man eine Lichtstrommodulation mittels eines Interferometers mit zwei gegeneinander beweglichen Platten, um die Fouriertransformierte des Spektrums zu erhalten und folglich die Signalstärke bei gleicher Auflösung um die Quadratwurzel der Gesamtzahl der untersuchten Spektraelemente zu vermehren.

Denn es ist 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 Streuung und speziell deren Absorptionsbanden ein ernstliches Hindernis für die Fortpflanzung der Infrarotwellen sind.

Die Benutzung von Modulationsmitteln der oben beschriebenen Art bereitet unter diesen Bedingungen Schwierigkeiten wegen deren Kompliziertheit und Anfälligkeit gegen Schwingungen und Dejustierung. Sie erfolgte deshalb in der Praxis nur mit kleinem Auflösungsvermögen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein transportables Sternspektrometer zu schaffen, das einfach und robust ist und das ein hohes Auflösungsvermögen und eine im Verhältnis zum Rauschen hohe Signalstärke besitzt.

Aus der französischen Patentschrift 1 349 901 ist ein Verfahren zur Bildanalyse durch Fouriertransformation bekannt, bei dem das Bild in schmale gerade Streifen zerlegt und vor ihm ein Gitter so oft vorbeibewegt wird, wie Streifen vorhanden sind. Dieses Gitter besteht aus abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen Linien, deren Form von dem Gesetz seiner Kinematik abhängt und deren Anordnung so gewählt ist, daß der von wenigstens einem der Streifen ausgehende Lichtstrom durch das Vorbeibewegen des Gitters mit einer Frequenz mo-. duliert wird, die von der Anfangsstellung des Gitters mit Bezug auf das Bild abhängt. Mittels eines fotoelektrischen Wandlers lassen sich diese modulierten Lichtströme in elektrische Signale umwandeln, die Komponenten einer Fouriertransformation der Helligkeits- bzw. Durchlässigkeitswerte der einzelnen Streifen des Bildes sind.

In Anwendung dieses Verfahrens löst die Erfindung die oben bezeichnete Aufgabe bei einem zur Installation in einem mit einem Telemetriesender ausgerüsteten, außerhalb der Erdatmosphäre operierenden Flugkörper bestimmten Sternspektrometer mit einem auf einen Stern ausgerichteten Teleskop, einem das Sternspektrum zu einem Band ausbreitenden Prisma und Mitteln zur Abbildung dieses Spektralbandes in der Austrittsebene des Gerätes und zur Umwandlung des Strahlungs- oder Lichtstromes in ein elektrisches Signal zur telemetrischen Übertragung durch ein in der Austrittsebene des Gerätes angeordnetes sich drehendes kreisförmiges Gitter, das auf eine Ringfläche eines kreisförmigen, im untersuchten Spektralbereich durchlässigen Gitterträgers aufgebracht ist und von einem Netz von Kurven gebildet wird, die abwechselnd lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Zonen begrenzen, die derart verteilt sind, daß jeder zur Ringfläche konzentrische Kreisumfang durch die Kurven in gleiche Segmente geteilt wird, die einen zum Radius ρ proportionalen Zentriwinkel besitzen.

An Hand der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung besser verständlich; es zeigt

Fig.l schematisch ein erfindungsgemäßes Sternspektrometer und

F i g. 2 eine mögliche Ausführungsform eines Modulationsgitters für das Sternspektrometer in Fig. 1.

Das in F i g. 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.B. aus einem Thallium-Jod-Bromsalz;

ein Planspiegel 3 zur Strahlenumlenkung, um die Abmessungen des Gerätes klein zu halten; 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 Zentralloches des Spiegels 41 ist;
ein Gitter 51, das durch fotografische Verkleinerung einer großmaßstäblichen Zeichnung auf einen für Infrarotstrahlen durchlässigen Gitterträger 5 hergestellt wird, das 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-Antimon-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.

Das Gitter 51 befindet sich, wie in F i g. 2 dargestellt, auf dem äußeren Umfang des kreisförmigen Gitterträgers 5 und bildet eine Kreisringfläche mit den Radien r und R. Das Gitter wird von einem Netz von Kurven gebildet, die abwechselnd lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Zonen begrenzen, die derart verteilt sind, daß jeder Kreis mit einem zwischen r und R gelegenen Radius ρ durch diese Kurven in gleiche Teile mit zu ρ proportionalen Zentriwinkeln eingeteilt wird und daß infolgedessen bei Drehung der Scheibe 5 die Helligkeit jedes Elementes des radial auf das Gitter 51 geworfenen Bildes 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 Stemspektrum entnommenen Informationen enthält, kann nun telemetrisch auf eine Station übertragen werden, 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, die durch einen Spalt eine fotografische Platte belichtet, 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.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Sternspektrometer zur Installation in einem mit einem Telemetriesender ausgerüsteten, außerhalb der Erdatmosphäre operierenden Flugkörper, mit einem auf einen Stern ausgerichteten Teleskop, einem das Stemspektrum zu einem Band ausbreitenden Prisma, Mitteln zur Abbildung dieses Spektralbandes in der Austrittsebene des Gerätes und Mitteln zur Umwandlung des Strahlungs- oder Lichtstromes in ein elektrisches Signal zur telemetrischen Übertragung, gekennzeichnet durch ein in der Austrittsebene des Gerätes angeordnetes sich drehendes kreisförmiges Gitter (51), das auf eine Ringfläche eines kreisförmigen, im untersuchten Spektralbereich durchlässigen Gitterträgers (5) aufgebracht ist und von einem Netz von Kurven gebildet wird, die abwechselnd lichtundurchlässige und lichtdurchlässige Zonen begrenzen, die derart verteilt sind, daß jeder zur Ringfläche konzentrische Kreisumfang durch die Kurven in gleiche Segmente geteilt wird, die einen zum Radius (0) proportionalen Zentriwinkel besitzen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen