DE3390532C2 - Optisches System zur mehrfachen Reflexion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System zur mehrfachen Reflexion von Strahlen zwischen zwei einander gegenüberstehenden Reflektoreinheiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges optisches System ist aus der US-Patentschrift 37 26 598 bekannt. Mit diesem System können jedoch nur zwei Zeilen einer Abbildungsmatrix gebildet werden, so daß die Anzahl der Durchläufe des Strahlenbündels durch das System sehr begrenzt ist und damit die optische Weglänge des Strahlenbündels innerhalb eines zu untersuchenden Mediums, das sich zwischen den Reflektoreinheiten befindet, häufig nicht hinreichend groß ist.

Aus der Zeitschrift Rev. Sci. Instrum. 50 (1), Januar 1979, Seiten 86 bis 92, ist es bekannt, neben einer senkrecht zur Zeilenrichtung angeordneten Drehachse für die Spiegel zur Erzielung einer zweiachsigen Matrix auch eine zweite, in Zeilenrichtung verlaufende Drehachse vorzusehen.

Ein bekanntes mehrwegiges optisches Matrixsystem gemäß der Veröffentlichung "Very long optical path in air" von John U. White in Journal of the Society of America, Vol. 66, Nr. 5, Seiten 411 bis 416, vom Mai 1976 enthält drei an der Eintritts- und Austrittsseite der Laserstrahlung angeordnete Spiegelobjektive, zwei Haupt-Reflektoren, die einen Krümmungsradius gleich dem der Spiegelobjektive haben und im Abstand eines Krümmungsradius von den Spiegelobjektiven liegen, sowie zwei Diagonal-Reflektoren, die insgesamt einen Krümmungsradius gleich dem Krümmungsradius eines einzelnen Reflektors haben, unter einem annähernd rechten Winkel zueinander liegen und sich an einen der Haupt-Reflektoren anschließen. Bei diesem System hat jedes Spiegelobjektiv seine eigene Haltevorrichtung mit einer Winkelbewegungsmöglichkeit.

Das Vorhandensein von einzelnen Haltevorrichtungen und die Winkelbewegungen der Spiegelobjektive bei Änderung der Zahl von Durchgängen führen bei diesem System aber zur Fehleranhäufung. Das System hat deswegen eine niedrige Stabilität, die sich besonders bei einer sehr großen Zahl von Lichtdurchgängen auswirkt.

Das Vorhandensein von Diagonal-Reflektoren, die unter großen Strahleinfallswinkeln funktionieren, führt bei diesem System außerdem zu größerem Astigmatismus und dadurch zu größeren Bildabmessungen. Weiterhin bilden die Diagonal-Reflektoren dieses Systems zusätzliche Reflexionsflächen, wobei die Lichtverluste im System etwas ansteigen.

Der Aufbau und die Justage dieses Systems beim Betrieb sind auch sehr kompliziert und ergeben schlechtere Betriebswerte des Systems.

Schließlich kann das beschriebene System nur mit einer Quelle kohärenter Strahlung von geringer Winkeldivergenz, also nur in einem engen Anwendungsbereich benutzt werden.

Ein anderes bekanntes mehrwegiges optisches Matrixsystem gemäß der Veröffentlichung von P. L. Hanst in Advances in Environmental Science and Technology, Vol. 2, herausgegeben von J. M. Pitts and R. L. Metcalf, New York, 1971, Seiten 160 bis 165, enthält wenigstens vier Spiegelobjektive, mindestens vier Reflektoren, die Krümmungsradien gleich denen der Spiegelobjektive haben und im Abstand eines Krümmungsradius von den Spiegelobjektiven an der Seite der Eintritts- und der Austrittsöffnung liegen, sowie eine Vorrichtung zur Ableitung von Zwischenbildstrahlen. Bei diesem System haben die Spiegelobjektive ihre eigenen Haltevorrichtungen, wobei bei einem von diesen Spiegelobjektiven die Möglichkeit der Winkelbewegung vorgesehen ist.

Das Vorhandensein von einzelnen Haltevorrichtungen für jedes Spiegelobjektiv und die Möglichkeit der Winkelverstellung eines Spiegelobjektivs zur Änderung eines Teils von Durchgängen führen bei diesem System auch zur Fehleranhäufung. Das System weist deswegen schlechte Vibrationsfestigkeit auf. Das vom Verfasser empfohlene Vergießen von Spiegelhaltern mit Epoxydzement macht das System nur für spezifische Anwendungsfälle geeignet und ist praktisch nicht variabel einsetzbar.

Außerdem erhält man auf jedem Reflektor dieses Systems nur eine Reihe von Zwischenbildern und dadurch wird der Meßbereich begrenzt. Zur Erweiterung des Meßbereichs des Systems in Richtung einer Vergrößerung der Zahl von Durchgängen muß der Einbau von zusätzlichen Objektiven und Reflektoren vorgenommen werden, deren Gesamtzahl ein Vielfaches von vier betragen soll. Beispielsweise enthält ein System für 220 Lichtdurchgänge bei 10 Matrixzeilen insgesamt zwanzig Spiegelobjektive und Reflektoren, wobei das System sperrig, kompliziert im Betrieb und weniger zuverlässig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System der Gattung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das bei einem verhältnismäßig einfachen und daher kostengünstigen Aufbau eine Vergrößerung der Anzahl von Zwischenabbildungen auf dem Hauptreflektor und somit eine Vergrößerung der Anzahl von Durchgängen der Strahlen durch das zwischen den Reflektoreinheiten befindliche Medium bei diesem System ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüchen.

Die Erfindung gibt die Möglichkeit, die Zeilenzahl der Abbildungsmatrix bedeutend zu vergrößern und dadurch den optischen Weg um das Mehrfache zu verlängern.

Außerdem gestattet die Erfindung eine doppelte Superposition von Bildern in der Matrix, wodurch die optische Weglänge ebenfalls vergrößert wird.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems mit drei Spiegelobjektiven;

Fig. 2 eine Küvette mit dem optischen System nach Fig. 1 im Längsschnitt;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 eine Küvette mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems mit vier Spiegelobjektiven im Längsschnitt;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 5, wobei das Haupt- und das Hilfs-Spiegelobjektiv im vergrößerten Maßstab gezeigt sind;

Fig. 8 eine Ansicht eines Halters mit drei in Reihe liegenden quadratischen Spiegelobjektiven gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 9 eine Ansicht eines Halters mit vier in Reihe liegenden quadratischen Spiegelobjektiven gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung dringt in dem mehrwegigen optischen Matrixsystem gemäß Fig. 1-4 das von einer in der Zeichnung nicht gezeigten Strahlungsquelle erzeugte Strahlenbündel 1 durch die Eintrittsöffnung 2 ein, die im Deckel 3 eines Gehäuses 4 einer Küvette 5 vorgesehen ist, und gelangt zum Hauptspiegelobjektiv 6. Das Objektiv 6 ist im Wege des Strahlenbündels 1 an der Platte 7 eines Halters 8 befestigt. Neben dem Objektiv 6 ist an der Platte 7 das weitere Hauptspiegelobjektiv 9 angeordnet. Die Platte 7 ist mit einer Formleiste 10 und einem als Drehzapfen dienenden Stift 11, der in einem Befestigungsmittel 12 gelagert ist, um die Achse 13 drehbar. Das Befestigungsmittel 12 enthält auch eine Schraube 14 mit einem Rändeldrehgriff 15. Die Schraube 14 ragt durch den Deckel 16 des Gehäuses 4 und liegt an der Platte 7 an. Die Leiste 10 ist an einer Traverse 17 des Halters 8 befestigt. Die Traverse 17 kann um die Horizontalachse 18 mittels der Lagerzapfen 19 geneigt werden. Die Lagerzapfen 19 gehören zum Lagermittel 20 für die Drehung um die Achse 18 und sind durch die Traverse 17 in Öffnungen im Gehäuse 4 eingelassen. Das Lagermittel 20 enthält auch einen Rändeldrehgriff 21, der an dem Lagerzapfen 19 befestigt ist. An der Traverse 17 ist ein zusätzliches Spiegelobjektiv 22 angeordnet. Zwischen der Platte 7 und dem Deckel 16 der Küvette 4 ist eine Feder 23 eingesetzt.

Im Wege des am Objektiv 6 reflektierten Strahlenbündels 1 ist ein als Sammelspiegel ausgebildeter Hauptreflektor 24 angeordnet. Neben dem Hauptreflektor 24 liegt unter der Eintrittsöffnung 2 ein Hilfs-Reflektor 25, der ebenfalls als Sammelspiegel ausgebildet ist. Alle Objektive 6, 9, 22 und die Reflektoren 24 und 25 haben gleiche Krümmungsradien.

An den Reflektoren 24 und 25 ist in Fig. 1 mit den Zahlen 1 bis 14 die Folge der entstehenden Abbildungen bezeichnet, aus welcher sich eine Rechteck-Abbildungsmatrix 26 zusammensetzt, deren Zeilen senkrecht zur Achse 13 und parallel zur Achse 18 liegen.

Der Deckel 3 der Küvette 4 weist vertikal über der Eintrittsöffnung 2 eine über dem Hilfsreflektor 25 liegende Austrittsöffnung 27 auf, durch die das Strahlenbündel 1 im letzten Durchgangszyklus das System verläßt. In die Öffnungen 2 und 27 sind für die Strahlung des Strahlenbündels 1 durchlässige Fenster 28 eingesetzt.

Die Krümmungsmittelpunkte der Objektive 6 und 9 sind in Fig. 1 mit den Punkten 29 bzw. 30 auf dem Hauptreflektor 24 und der Krümmungsmittelpunkt für das Objektiv 22 ist mit dem Punkt 31 auf dem Hilfsreflektor 25 bezeichnet. Der Krümmungsmittelpunkt des Hauptreflektors 24 liegt im Symmetriezentrum der Anordnung der Objektive 6 und 9 und ist in Fig. 3 mit dem Punkt 32 bezeichnet.

In der weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen optischen Systems nach Fig. 5-7 enthält ein Halter 34 eine Platte 35 und einen Ring 36, die miteinander mit Hilfe von als Drehachse dienenden Bolzen 37 des Lagermittels 12 verbunden sind. Am Ring 36 sind als Stützachse dienende Zapfen 38 des Lagermittels 20 befestigt. An die Platte 35 sind zwei Hauptspiegelobjektive 39, 40 und zwei zusätzliche Spiegelobjektive 41, 42 angesetzt. Zwischen der Platte 35 und dem Deckel 16 liegt eine Blattfeder 43.

Der Krümmungsmittelpunkt des Hauptreflektors 24 liegt im Symmetriezentrum der Objektive 39, 40, 41, 42 und ist in Fig. 6 mit einem Punkt 44 bezeichnet. Der Krümmungsmittelpunkt des Hilfsreflektors 25 liegt zwischen den Objektiven 39, 41 in ihrem Symmetriezentrum und ist mit einem Punkt 45 angedeutet. Die Objektive 39, 40, 41, 42 und die Reflektoren 24, 25 haben gleiche Krümmungsradien.

In Fig. 7 ist eine rechteckige Abbildungsmatrix 46 für 90 Durchgänge des Strahlenbündels 1 mit Bezeichnung der Abbildungsfolge (Zahlen von 1 bis 44) dargestellt. Die Matrixzeilen liegen senkrecht und parallel zu den Achsen 13 bzw. 18. Die Krümmungsmittelpunkte der Objektivpaare 39, 40 und 41, 42 liegen auf der Oberfläche des Hauptreflektors 24 und sind in Fig. 7 mit Punkten 47, 48 bzw. 49, 50 bezeichnet.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Systems gemäß Fig. 8 weist ein Halter 51 einen Bügel 52, in dem eine Platte 53 eingesetzt ist, auf. Ein Lagermittel 54 zur Drehung der Platte 53 um die Achse 13 weist eine Buchse 55 und einen Stift 56 auf, der durch eine Öffnung im Bügel 52 ragt und in die Buchse 55 eingelassen ist. Die Platte 53 ist auf den Stift 56 aufgesetzt. An der Platte 53 sind quadratische Hauptspiegelobjektive 57 und 58 angeordnet. An einer Wand des Bügels 52 ist ein Wange 59 befestigt, an der sich das zusätzliche quadratische Spiegelobjektiv 60 befindet. Die Objektive 57, 58, 60 liegen in Reihe parallel zur Horizontalachse 18. Ein Lagermittel 61 zur Drehung um die Achse 18 enthält Zapfen 62, 63, die am Bügel 52 befestigt sind und in den Buchsen 64 bzw. 65 liegen.

Der Krümmungsmittelpunkt des Hauptreflektors 24 (Fig. 1) befindet sich im Symmetriezentrum der Anordnung der Objektive 57, 58 und ist mit einem Punkt 66 (Fig. 8) bezeichnet. Der Krümmungsmittelpunkt des Hilfsreflektors 25 (Fig. 1) liegt zwischen den Objektiven 57, 60 (Fig. 8) und ist mit einem Punkt 67 angedeutet.

Nach der letzten gezeigten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen optischen Systems nach Fig. 9 weist ein Halter 68 einen Bügel 69 mit einteilig ausgeführten Buchsen 70, 71 auf. Im Bügel 69 befindet sich eine Platte 72, an welcher in einer Reihe längs der Horizontalachse 18 zwei quadratische Hauptspiegelobjektive 73, 74 und zwei zusätzlich quadratische Spiegelobjektive 75, 76 montiert sind. Der Stift 56 in der Buchse 55 ist am Bügel 69 befestigt. Die Zapfen 62, 63 liegen in den Buchsen 70 bzw. 71.

Der Krümmungsmittelpunkt des Hauptreflektors 24 (Fig. 7) befindet sich im Symmetriezentrum der Objektive 73, 74 und 75, 76 (Fig. 9) und ist mit einem Punkt 77 angedeutet. Ein Punkt 78 bezeichnet die Lage des Krümmungsmittelpunktes des Hilfsreflektors 25 (Fig. 1) im Symmetriezentrum der Objektive 73, 75.

Das mehrwegige optische System nach Fig. 1 bis 4 funktioniert wie folgt.

Das Strahlenbündel 1 gelangt durch die Küvettenöffnung 2 zum Hauptspiegelobjektiv 6, welches das erste Zwischenbild der Eintrittsöffnung 2 auf der Oberfläche des Hauptreflektors 24 erzeugt (Ziffer 1 im gestrichelten Kreis). Mit Hilfe der Rändeldrehgriffe 15 und 21 des Lagermittels 12 zur Drehung um die zu den Zeilen der Abbildungsmatrix 26 senkrecht stehenden Achse 13 bzw. des Lagermittels 20 zur Drehung um die zu den Zeilen der Abbildungsmatrix 26 parallel liegende Achse 18 wird die Platte 7 des Halters 8 mit den Objektiven 6 und 9 gedreht. Vom Drehwinkel ist der Abstand zwischen der Eintrittsöffnung 2 und ihrer ersten Abbildung in Horizontalrichtung auf dem Hauptreflektor 24 in der Zeile der Abbildungsmatrix 26 (Ziffer 1 im gestrichelten Kreis) abhängig. Von der Neigung des Halters 8 samt den Objektiven 6, 9, 22 hängt die Verschiebungsgröße dieser Abbildung nach unten in der Vertikalen ab.

Nach Erzeugung der ersten Abbildung wird das Strahlenbündel 1 am Hauptreflektor 24 zum Objektiv 9 reflektiert, welches die zweite Abbildung (bezeichnet mit 2′ im gestrichelten Kreis) schafft. Die Hauptspiegelobjektive 6 und 9 fokussieren abwechselnd mit bestimmter Verschiebung die Abbildungen der Eintrittsöffnung 2 auf dem Hauptreflektor 24 so oft, bis zwei Zeilen von Abbildungen entstehen (Ziffern 6, 4, 2′ in gestrichelten Kreisen für die erste Zeile und 1, 3, 5 in gestrichelten Kreisen für die zweite Zeile) und bis die letzte Abbildung zum Hilfsreflektor 25 gelangt (Ziffer 7 im gestrichelten Kreis). Das am Hilfsreflektor 25 reflektierte Strahlenbündel 1 trifft das Spiegelobjektiv 22, das es mit einer Höhenverschiebung auf den Hilfsreflektor 25 zurückwirft. Weiter wird das Strahlenbündel 1 zum Objektiv 6 gerichtet, und ähnlich dem beschriebenen Vorgang entsteht in der Matrix 26 das nächstfolgende Zeilenpaar mit den Abbildungen 9, 11, 13 und 10, 12, 14, bis die letzte Abbildung in die Austrittsöffnung 27 gelangt.

Bei gemeinsamer Drehung der Objektive 6 und 9 gleiten ihre Krümmungsmittelpunkte (Punkte 29, 30) auf der Oberfläche des Hauptreflektors 24 (ihr gegenseitiger Abstand bleibt konstant). Bei Neigung des Halters 8 werden diese Punkte in der Höhe verschoben. Gleichzeitig bleibt der vertikale Abstand zwischen der Linie der Krümmungsmittelpunkte der Objektive 6, 9 (Punkte 29 bzw. 30) und dem Krümmungsmittelpunkt (Punkt 31) des Objektivs 22 unverändert. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die Zahl von Durchgängen des Strahlenbündels 1 zu ändern.

Die einzustellende Zahl von Durchgängen des Strahlenbündels 1 durch das System mit drei Objektiven 6, 9, 22 bildet Zahlenreihen, welche bestimmte Beziehungen in Abhängigkeit von der Zahl von Zeilen und Spalten der Abbildungsmatrix 26 entsprechen. Die Zahl von Durchgängen des Strahlenbündels 1 kann aus der Beziehung

N = 2 mn - 2

erhalten werden. Darin sind
N die Zahl von Durchgängen;
m die Zeilenzahl, die aus einer Reihe von geraden Zahlen 2, 4, 6, 8, 10 . . . besteht;
n die Zahl von Spalten, die aus einer Reihe von natürlichen Zahlen 1, 2, 3, 4, 5 . . . besteht.

Das mehrwegige optische System nach Fig. 4 bis 7 funktioniert folgendermaßen:

Wie beschrieben, gelangt das Strahlenbündel 1 durch die Eintrittsöffnung 2 zum Hauptspiegelobjektiv 39, welches das erste Zwischenbild der Eintrittsöffnung 2 auf der Oberfläche des Hauptreflektors 24 (Ziffer 1 zusammen mit der Zahl 17 im gestrichelten Kreis) erzeugt. Mittels des Rändeldrehgriffes 15 des Lagermittels 12 dreht man die Platte 35 des Halters 34 mit den Hauptspiegelobjektiven 39, 40 und den zusätzlichen Spiegelobjektiven 41, 42. Die Drehung der Platte 35 um die zu den Zeilen der Abbildungsmatrix 46 parallel liegende Achse 18 bewirkt man mit dem Rändeldrehgriff 21 des Lagermittels 20. Von der Drehung der Platte 35 um die Achse 13 senkrecht zu den Matrixzeilen ist der horizontale Abstand zwischen der Eintrittsöffnung 2 und ihrer ersten Abbildung innerhalb der Matrix 46 auf dem Hauptreflektor 24 abhängig. Von der Neigung der Platte 35 hängt die Größe der Verschiebung in der Vertikalen ab.

Nach der Erzeugung der ersten Abbildung der Eintrittsöffnung 2 (Ziffer 1 im gestrichelten Kreis) wird das Strahlenbündel 1 am Hauptreflektor 24 zum Objektiv 40 reflektiert, welches die zweite Abbildung (Ziffer 2′ im gestrichelten Kreis) schafft. Die Spiegelobjektive 39, 40 fokussieren abwechselnd mit einer bestimmten Verschiebung die Abbildungen der Eintrittsöffnung 2 auf dem Hauptreflektor so oft, bis zwei Zeilen von Abbildungen entstanden sind (Ziffern 8, 6, 4, 2′ in gestrichelten Kreisen für die obere Zeile und Ziffern 1, 3, 5, 7 in gestrichelten Kreisen für die untere Zeile), worauf die nächstfolgende Abbildung auf dem Hilfsreflektor 25 entsteht (Ziffer 9 im gestrichelten Kreis).

Das am Hilfsreflektor 25 reflektierte Strahlenbündel 1 wird auf das Objektiv 41 gerichtet. Dann fokussieren die Spiegelobjektive 41 und 42 auf dem Hauptreflektor 24 abwechselnd die Abbildungen 10, 12, 14, 16 und 11, 13, 15, 17 der Eintrittsöffnung 2 wiederum in zwei Zeilen der Matrix. Die nächste Abbildung 18 fällt erneut auf den Hilfsreflektor 25, der das Strahlenbündel 1 zu einem der Hauptobjektive 39, 40 zurückwirft, die dann erneut zu wirken beginnen. Sie erzeugen auf dem Hauptreflektor in zwei Matrixzeilen Abbildungen 19, 21, 23, 25 und 20, 22, 24, 26 und schließlich die Abbildung 27′ auf dem Hilfsreflektor 25.

Dann entstehen auf dem Hauptreflektor 24 durch die Spiegelobjektive 41, 42 in zwei Matrixzeilen die Abbildungen 28, 30, 32, 34 und 29, 31, 33, 35, bis eine Abbildung 36 wiederum auf dem Hilfsreflektor 25 entsteht. Schließlich folgen noch in zwei Matrixzeilen die durch die Spiegelobjektive 39, 40 hervorgerufenen Abbildungen 37, 39, 41, 43 und 38, 40, 42, 44, bis die nächste Abbildung in die Austrittsöffnung 27 fällt und deshalb das Strahlenbündel 1 das System verläßt.

Bei der Bildung dieser Abbildungsmatrix 46 kommt es zur zeilenweise Überlagerung von Abbildungen, wie dies im einzelnen aus Fig. 7 durch die Darstellung jeweils zweier Abbildungsnummern innerhalb eines gemeinsamen gestrichelten Kreises ersichtlich ist.

Bei der Drehung der Platte 35 gleiten die Krümmungsmittelpunkte der Objektive 39, 40, 41, 42 (Punkte 47, 48, 49, 50) auf der Oberfläche des Reflektors 24, wobei ihr gegenseitiger Abstand konstant bleibt. Bei Neigung der Platte 35 werden diese Punkte auch in der Höhe verschoben, ohne daß ihre gegenseitige Lage geändert wird.

Da die Krümmungsmittelpunkte (Punkte 47, 48, 49, 50) der Objektive 39, 40, 41, 42 in der Höhe um einen bestimmten Abstad versetzt liegen, wird in der Matrix 46, wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, eine weitgehende Überlagerung von Abbildungen erreicht.

Die Zahl von Durchgängen des Strahlenbündels 1 im System mit vier Objektiven 39, 40, 41, 42 kann aus der Beziehung

N = (4n - 2) (m - 1)

berechnet werden. Die doppelte Superposition von Abbildungen ergibt sich in der Matrix 46 bei den Werten von m 4 und n 2.

Gemäß der Erfindung gibt dieses System die Möglichkeit, die Zahl von Durchgängen des Strahlenbündels 1 praktisch zu verdoppeln, ohne daß die Abmessungen der Reflektoren 24 und 25 vergrößert werden.

Das mehrwegige optische System nach Fig. 1, 4 und 8 funktioniert folgendermaßen:

Das Strahlenbündel 1 gelangt zuerst zum Objektiv 57. Die Objektive 57 und 58 erzeugen zwei Zeilen von Abbildungen auf dem Hauptreflektor 24. Das am Hilfsreflektor 25 reflektierte Strahlenbündel 1 gelangt zum Spiegelobjektiv 60, welches ihn mit einer Höhenverschiebung zurückwirft. Dann wird das nächstfolgende Paar von Abbildungszeilen gebildet, usw., bis die letzte Abbildung auf die Austrittsöffnung 27 fällt.

Das mehrwegige optische System nach Fig. 1, 7, 9 funktioniert wie folgt:

Das Strahlenbündel 1 gelangt zuerst zum Objektiv 73. Die Objektive 73, 74 erzeugen zwei Zeilen von Abbildungen auf dem Hauptreflektor 24. Das am Hilfsreflektor 25 reflektierte Strahlenbündel 1 wird zu den Objektiven 75, 76 gerichtet, die das nächstfolgende Paar von Abbildungszeilen erzeugen usw., bis bei der letzten Abbildung das Strahlenbündel 1 das System verläßt.

Die erfindungsgemäß ausgeführte Reihenanordnung der Objektive 60, 57, 58 (Fig. 8) und der Objektive 75, 73, 74, 76 (Fig. 9) gestattet es, eine einfache und bequeme Bauart der Systeme zu realisiern.

Der einfache Aufbau des Systems gemäß der Erfindung erhöht seine Zuverlässigkeit.

Das erfindungsgemäß ausgeführte System zeichnet sich auch durch hohe Reproduzierbarkeit im Betrieb und durch geringe Abbildungsfehler aus.

Die Erfindung kann zur Ermittlung der Zusammensetzung der Atmosphäre und zur Bestimmung der Mikrokonzentrationen von Verunreinigungen in der Atmosphäre benutzt werden.

Außerdem kann die Erfindung bei der Untersuchung der Transparenz der Atmosphäre auf offenen, viele Kilometer langen Strecken angewandt werden.

Die Erfindung ist auch für die Anwendung bei der hoch- und höchstauflösenden Spektroskopie von wesentlicher Bedeutung.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße System als rauschfreie veränderbare Verzögerungsleitung für optische Signale (z. B. zur Erfassung von schnell ablaufenden Elementarprozessen sowie zur Eichung von schnell wirkenden Registriergeräten und zu ihrer Synchronisierung mit den zu untersuchenden kurzzeitigen Vorgängen) benutzt werden.

Die Erfindung kann auch in der Technik der Weltraumforschung zur Untersuchung von Spektren der Atmosphären ferner Planeten Verwendung finden.

Claims (8)

1. Optisches System zur mehrfachen Reflexion von Strahlen zwischen zwei einander gegenüberstehenden Reflektoreinheiten, von denen die eine Reflektoreinheit einen konkav gewölbten Haupt-Reflektor (24) aufweist, auf dem die Reflexionspunkte der an ihm mehrfach reflektierten Strahlen eine Matrix (26; 46) bilden, und die andere Reflektoreinheit ein Paar von Hauptspiegelobjektiven (6, 9; 39, 40; 57, 58; 73, 74) umfaßt, die an einem gemeinsamen Halter (8; 34; 51; 68) angeordnet und um eine Achse (13) senkrecht zu den Zeilen der Matrix drehbar sind, wobei der Hauptreflektor und die Hauptspiegelobjektive gleiche Krümmungsradien aufweisen und die Hauptspiegelobjektive im Abstand ihres Krümmungsradius vom Hauptreflektor angeordnet und mit ihren gekrümmten Flächen der gekrümmten Fläche des Hauptreflektors zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) am Halter (8; 34; 51; 68) der Hauptspiegelobjektive (6, 9; 39, 40; 57, 58; 73, 74) mindestens ein zusätzliches Spiegelobjektiv (22; 41, 42, 60; 75, 76) mit gleichem Krümmungsradius angeordnet ist,
• b) der Halter (8; 34; 51; 68) mit den Hauptspiegelobjektiven (6, 9; 39, 40; 57, 58; 73, 74) und dem bzw. den zusätzlichen Spiegelobjektiven (22; 41, 42; 60; 75, 76) zusätzlich um eine Achse (18) parallel zu den Zeilen der Matrix (26; 46) drehbar ist, und
• c) neben dem Hauptreflektor (24) ein gekrümmter Hilfsreflektor (25) mit dem Krümmungsradius des Hauptreflektors (24) so angeordnet ist, daß der Hilfsreflektor (25) im Zusammenwirken mit einem der Spiegelobjektive (22; 39, 40, 41, 42; 60; 73, 74, 75, 76) die Strahlen jeweils am Ende der zweiten Zeile eines Zeilenpaares der Matrix (26; 46) an den Anfang der ersten Zeile eines nächsten Zeilenpaares der Matrix (26; 46) lenkt.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsmittelpunkt des Hauptreflektors (24) auf das Symmetriezentrum (32; 44; 66; 77) der Anordnung der Hauptspiegelobjektive (6, 9; 39, 40; 57, 58; 73, 74) und der Krümmungsmittelpunkt des Hilfsreflektors (25) auf das Symmetriezentrum (33; 45; 67; 78) zwischen von einem Hauptspiegelobjektiv (6; 39; 57; 73) und einem zusätzlichen Spiegelobjektiv (22; 41; 60; 75) eingestellt sind.

3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zusätzliche Spiegelobjektive (41, 42; 75, 76) vorgesehen sind, die symmetrisch zu den Hauptobjektiven (39, 40; 73, 74) angeordnet sind und mit ihnen ein gemeinsames Symmetriezentrum (44; 77) bilden, auf das der Krümmungsmittelpunkt des Hauptreflektors (24) eingestellt ist.

4. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsmittelpunkte (29, 30; 47, 48) der Hauptspiegelobjektive (6, 9; 39, 40; 57, 58; 73, 74) auf den Hauptreflektor (24) und der Krümmungsmittelpunkt (31) des zusätzlichen Spiegelobjektivs (22; 60) bzw. die Krümmungsmittelpunkte (49, 50) zweier zusätzlicher Spiegelobjektive (41, 42; 75, 76) auf den Hilfsreflektor (25) eingestellt sind.

5. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (8; 51) für die Spiegelobjektive zwei Teile (7, 17; 53, 59) umfaßt, wovon der eine Teil (7; 53) zur Befestigung der Hauptspiegelobjektive (6, 9; 57, 58) dient und Lagermittel (11; 54) zu deren Drehung um die Achse (13) senkrecht zu den Zeilen der Matrix (26; 46) aufweist, während der andere Teil (17; 59) zur Befestigung des bzw. der zusätzlichen Spiegelobjektive (22; 60; 41, 42; 75, 76) dient und um eine Achse (18) parallel zu den Zeilen der Matrix (26; 46) drehbar ist.

6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (34; 68) für die Spiegelobjektive eine Platte (35; 72) aufweist, an der die Hauptspiegelobjektive (39, 40; 73, 74) und die zusästzlichen Spiegelobjektive (41, 42; 75, 76) befestigt sind.

7. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelobjektive (39, 40, 41, 42; 73, 74, 75, 76) sowie Haupt- und Hilfsreflektoren (24, 25) derart zueinander eingestellt sind, daß Reflexionspunkte der Matrix (46) aus unterschiedlichen Durchgängen der Strahlen zwischen Spiegelobjektiven und Reflektoren auf dem Hauptreflektor (24) sich zeilenweise überlagern.

8. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Gehäuse (4) angeordnet ist, das mit einem Eintrittsfenster (2) und einem Austrittsfenster (27) für die zu untersuchende Strahlung versehen ist.