DE2038963B2

DE2038963B2 - Spektrometer zur schnellen periodischen abtastung einer oberflaeche

Info

Publication number: DE2038963B2
Application number: DE19702038963
Authority: DE
Inventors: Peter Gordon Palos Verdes Peninsula Calif White (V St A)
Original assignee: TRW Ine , Redondo Beach, Calif (V St A )
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1970-08-05
Publication date: 1972-03-23
Also published as: FR2071758A5; GB1273484A; US3700331A; DE2038963A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Spektrometer zur •chnellen periodischen Abtastung einer Oberfläche mit einer Antriebseinrichtung zur Relativbewegung des Spektrums gegenüber einem Austrittsspalt und einem hierzu benachbart angeordneten elektrooptischen Wandler.

Es sind bereits Spektrometer der erwähnten Art bekannt (»Applied Optics«, Bd. 6 [1967], Nr. 5, Seiten 885 bis 891), welche zur Erfassung des Absorptionsspektrums einer Gasentladung dienen, wobei zum Entladungszeitpunkt der Entladungsstrom durch eine Magnetwicklung geführt wird, die einen Abtastspiegel vor dem Austrittsspalt in eine rasche Drehung oder Schwingung versetzt. Hierbei wird jedoch nur eine einzige Abtastung vorgenommen, die für den angegebenen Zweck auch völlig ausreicht.

Die vorliegende Erfindung stellt sich demgegenüber die Aufgabe der Schaffung eines Spektrometer zur Durchführung einer schnell hintereinander erfolgenden periodischen Abtastung über »ehr lange Zeiträume, insbesondere zur Abtastung von Teilen der Erdoberfläche, z. B. einer größeren Wasserfläche. Um die hierbei auf einen Aufzeichnungsträger übertragenen Informationen hinterher eindeutig aus* werten zu können, insbesondere um festzustellen, wo ein Spektrum beginnt und wo es endet, sind Markierungen erforderlich, wobei aus dem Abstand zweier einander entsprechender Markierungen die Länge des jeweils auf dem Aufzeichnungsträger aufgelösten Spektrums bestimmt werden kann. Zwar

sind derartige Markierungen theoretisch nicht erforderlich, wenn der Aufzeichnungsträger mit genau konstanter Geschwindigkeit läuft, jedoch 'äßt sich dies praktisch nicht realisieren.
Durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung wird ein Spektrometer geschaffen, welches die oben erläuterte Problemstellung löst und auch bei aicht mil: konstanter Geschwindigkeit laufendem Aufzeichnungsträger dem Auswertungsspektrum Markierungen überlagert, aus denen eindeutig die Länge jedes Spektrums aus der Vielzahl der auf dem Aufzeichnungsträger enthaltenen Spektren bestimmt werden kann. ETeicbt wird dies dadurch, daß eine parallel zur Spektralebene verlaufende und zumindest einen Austrittsspalt in Form eines radialen Schlitzes

ao aufweisende rotierende Scheibe vorgesehen ist, welche in einem festen Winkelabstand zum Austrittsspalt zumindest einen weiteren, durch ein Filter lediglich für einen Teilwellenlängenbeireich des Spektrums durchlässigen Markierungsaustrittsspalt aufweist.

Verbindet man bei einer derartigen Anordnung den elektrooptischen Wandler beispielsweise mit einem Registrierstreifen-Aufzeichnungsgerät so erhält man abwechselnd einen das jeweilige Spektrum darstellenden Kurvenzug, einen einem Teilspektrum entsprechenden Kurvenzug, welcher der von dem Filter durchgelassenen Strahlung eriüpricht, einen weiteren, wiederum dem vollen Spektrum entsprechenden Kurvenzug usw. Danrt ist jeder das volle Spektrum darstellende Kur.cnzug durch zwei Kurvenzüge beidseitig begrenzt, die lediglich das Teilspektrum darstellen. Auf diese Weise ist es möglich, den Anfang und das Ende des das volle Spektrum darstellenden Kurvenzuges festzulegen ohne Rücksicht auf die jeweilige Vorschubgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers. Verlangsamt sich beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers von einer ersten zu einer zweiten A.btastung, so Hegen demgemäß die beiden das Teilspektrum darstellenden Kurvenzüge näher beisammen, so daß damit entsprechende Markierungen geschaffen sind, welche ein Auswertegerät stets automatisch richtig zu steuern vermögen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Spektrometer in Strahleingangdarstellung sowie in Blockschaltbilddarstellung,

SS F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig.1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3*3 von il

g,

Fig.4 einen Ausschnitt aus Fig»3 in demgegenüber vergrößerter Darstellung,

F i g. 5 ein Beispiel einer mit dom Spektrometer gemäß Fig. 1 bis 4 erzielbaren spektralen Registrierkurve.

Das in der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsbeispiel des effindungsge:mäßen Spektrometer» ist als Autokollünations-Gitterspektronieter mit linearer Dispersion ausgebildet. Die auszuwertende Strahlung verläuft durch eine Spaltlinse 28

sowie einen Eintrittsspalt 30 zu einom Kallimationsspiegel 36, von dem ein parallelisierles Lichtstrahlenbündel B auf ein Gitter 14 reflektiert wird, Von dem als Reflexionsgitter ausgebildeten (.litter 14 gelangt die Strahlung, gegenüber dem Strahlenbündel B winklig versetzt, wieder zurück zu dem Kollimatorspiegel 36 und wird von diesem auf eine rotierende Scheibe 38 fokussiert, welche in di;r Spektralebene liegt.

Die Scheibe 38 ist in äquidistanttsn Winkelabständen mit Austrittsspalten 20 und Markierungsnustrittssspalten 20' versehen, von denen diie letzteren durch je zwei Fiterplatten bzw. Filter 44, 46 quer zur Spaltlängsrichtung unterteil' sind. Die Filter 44, 46 sind lediglich für je einen schmalen We'lenlängenbereich mit Duichlässigkeits;maximum etwa am Anfang sowie am Ende des abzutastenden Spektralbereiches durchlässig. In Fig. 5 sind der Anfang sowie das Ende des abzutastenden ilpektralbereiches mit Pl und P 2 bezeichnet. Die Filter 44, 46 sind •— wie sich insbesondere aus F i g. 4 ergibt — austauschbar auf der Scheibe 38 angebracht. Zusätzlich ist einer der Anstrittsspalte 29 von einer Polarisationsfilterplatte 48 überdeckt, wobei in Umfangsrichtung der Scheibe 38 auf diesen letztgenannten Spalt 20 ein von Filtern 44, 46 überdeckter Markierungsaustrittsspalt 20' und danach ein gegenüber den übrigen Austrittsspalten wesentHch verbreiterter Austrittsspalt 20 a folgen.

Die Scheibe 38 ist durch einen Elektromotor 22 angetrieben. Entgegen der Einfallsrichtung der Strahlung ist gegenüber der Scheibe 38 eine Photozelle 24 angeordnet, die mit einem Registrierstreifen-Aufzeichnungsgerät 26 verbunden ist.

Im Betrieb wird die Scheibe 38 von dem Motor 22 in Drehung versetzt, wobei die Drehzahl nicht notwendigerweise konstant und nicht notwendigerweise mit 6"Λ Abtastgeschwindigkeit des Spektrometer gegenüber der Strahlungsquelle synchronisiert zu sein braucht. Man erhält alsdann auf einem von dem Aufzeichnungsgerät 26 gelieferten Registrierstreifen 40 bei jedem Vorbeilaufen eines Austrittsspaltes 20 vor der Photozelle 24 einen dem gesamten abgetasteten Spektralbereich entsprechenden Kurvenzug 42. Jeder dieser Kurvenzüge 42 ist durch zwei nadelartige schmale Registrierkurven 44 a, 46 a getrennt, welche beim Vorbeilaufen des auf den Austrittsspalt 20 folgenden Mtrkierungsaustrittsspaltes 20' wegen des eng begrenzten spektralen Durchlässigkeitsbereiches der Filter 44,46 entstehen. Danach folgen abwechselnd wiederum ein Kurvenzug 42, die beiden Registrierkurven 44«, 46 a, ein weiterer kurvenzug 42 usw.

Wegen des schmalen Durchlässigkeitsbereiches der Filter 44, 46 ergeben die Registrierkurven 44 α, 46 a ziemlich scharfe Eichmarkierungen, wobei der Abstand der Intensitätmaxima der Registrierkurven 44β, 46α direkt proportional der jeweiligen Länge

ίο des Kurvenzuges 42 ist. Die Länge des Kurvenzuges 42 ist infolge unterschiedlicher Abtastgeschwindigkeiten, beispielsweise Fluggeschwindigkeiten bei der kartographischen Aufnahme einer Meeresoberfläche, sowie infolge Drehzahlschwankungen des Motors 22

nicht konstant, jedoch kann auch bei derartigen Schwankungen jeder Stelle irgendeines der Kurvenzüge 42 auf dem Registrierstreifen eine bestimmte Spektrallinie zugeordnet werden, da das Gitter 14 ekie lineare Dispersion hat und die Abstände eines

ao Paares von RegistrierL* ^ven 44 α, 46 α gegenüber den Abständen eines benachbarten Paares ausgemittelt werden können. Auf diese Weise ist eine vollautomatische Auswertung möglich, die gegenüber veränderten Abtastgeschwindigkeiten invariant ist.

as Zur besseren Darstellung ist in F i g. 3 noch die Spektralebene bzw. Bildebene I durch einen gestrichelten rechteckigen Bereich veranschaulicht, wobei die innerhalb des Rechteckbereiches gezeigten gestrichelten Geraden den Spektrallinien entsprechen.

An der Abtaststelle verläuft jeder Spalt 20 bzw. 20' bzw. 20 a parallel zu den Spektrallinien.

Das Polarisationsfilter 48 ermöglicht eine Auswertung der Strahlung hinsichtlich zusätzlicher Parameter, welche sich aus dem Verhältnis der Intensitäten von senkrecht polarisierter Strahlung ergeben. Man erhält hierbei einen Kurvenzug ähnlich den Kurvenzügen 42 (in F i g. 5 nicht veranschaulicht), wobei dieser durch das Polarisationsfilter 48 hervorgerufene Kurvenzug durch einen weiteren Kurvenzug identifiziert werden kann, der durch den verbreiterten Austrittsspalt 20 a hervorgerufen wird (letzterer Kurvenzug ebenfalls in F i g. 5 nicht besonders veranschaulicht). Der durch den verbreiterten Austrittsspalt 20 a hervorgerufene Kurvenzug weist ein wesentlich geringeres Auflösungsvermögen als die durch die Austrittsspalte 20 verursachten Kurvenzüge 42 auf, so daß auf diese Weise eine eindeutige Identifizierung des durch das Polarisationsfilter 48 verursachten Kurvenzuges möglich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Spektrometer zur schnellen periodischen Abtastung einer Oberfläche mit einer Antriebseinrichtung zur Relativbewegung des Spektrums gegenüber einem Austrittsspalt und einem hierzu benachbart angeordneten elektrooptischen Wandler, dadurch gekennzeichnet, daß eine parallel zur Spektralebene verlaufende und zumindest einen Austrittsspalt (20) in Form eines radialen Schlitzes aufweisende rotierende Scheibe (38) vorgesehen ist, welche in einem festen Winkelabstand zum Austrittsspalt (20) zumindest einen weiteren, durch ein Filter (44) lediglich für einen Teilwellenlängenbereich des Spektrums durchlässigen Markierungsaustrittüspalt (20') aufweist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anbringung von zwei Filtern (44, 46) vor einem Markierungsaustrittsspalt (20') dieser für mehr als einen schmalen Wellenlängenbereich durchlässig ist

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeitsmaxima der beiden Filter (44,46) etwa dem Anfang sowie dem Ende des abzutastenden Spekiralbereicnes (P 1, P 2) entsprechen.

4. Anordnung nach einerr der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterplatten (-W, 46) austauschbar angebracht sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß an der rotierenden Scheibe (38) der Anzahl der Austrittsspalte (20) entsprechende, hierzu je um den halben Abstandswinkel der Austrittsspalte (20) versetzte Markierungsaustrittsspalte (20 ) vorgesehen sind.