DE3874414T2

DE3874414T2 - Optomechanisches analysensystem mit einem einzigen rotationspolygonspiegel.

Info

Publication number: DE3874414T2
Application number: DE8888200997T
Authority: DE
Inventors: Fernand Loy
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1988-05-18
Publication date: 1993-04-08
Anticipated expiration: 2008-05-19
Also published as: EP0293967A1; US4932733A; EP0293967B1; JPS6486108A; FR2615632A1; DE3874414D1; FR2615632B1

Description

Die Erfindung betrifft einen optomechanischen Analysator mit einem einzigen Rotationselement, das aus einem Polygonspiegel mit n Reflexionsflächen besteht.
Es sind Analysesysteme bekannt (siehe beispielsweise DE-A-2 855 830), in denen man einen einzigen Rotationspolygonspiegel verwendet, dessen n Reflexionsflächen gegen die Rotationsachse unterschiedlich geneigt sind, um das zu analysierende Feld durch n benachbarte Bänder von p Linien abzutasten, wobei p die Anzahl parallel angeordneter Detektoren ist. Die Gesamtzahl der im Feld abgetasteten Linien beträgt somit np.
Polygonspiegel dieser Art müssen aus einem Stück mit hochgenauer Kontrolle der Neigungswinkel der verschiedenen Reflexionsflächen hergestellt werden. Die Größe eines Bandes bestimmt den Winkelschritt der verschiedenen Flächen und jeder Fehler in diesem Schritt hat zur Folge, daß die Bänder nicht anschließen. Die Verwirklichung dieses Polygonspiegels erweist sich also schwierig und aufwendig.
Das erfindungsgemäße Analysesystem bezieht sich auf dasselbe Abtastverfahren, jedoch mit einem Polygonspiegel von einem anderen Typ, dessen Verwirklichung sich einfacher gestaltet und folgende Vorteile bietet:
- Möglichkeit zum gleichzeitigen Herstellen verschiedener Polygonspiegel,
- Benutzung eines selben Polygonspiegels bei verschiedenen Bandbreiten,
- einstellbaren Abstand zwischen den verschiedenen Bändern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen parallel zur Achse des Zylinders angebracht sind, in dem der Polygonspiegel geformt ist und derart bemessen sind, daß ihre Verteilung auf den Umfang sinusförmig ist, wobei sich der Polygonspiegel um eine Achse dreht, die einen bestimmten Winkel θ mit der Achse des Zylinders einschließt und in bezug auf die Rotationsachse derart festgesetzt ist, daß letztgenannte sich in der von der Achse des Zylinders und von der diametralen Achse dieses Zylinders gebildeten Ebene befindet, wobei auf den beiden Seiten der diametralen Achse die Reflexionsflächen je zwei und zwei parallel zueinander verteilt sind, die auf diese Weise angeordneten n Polygonspiegelflächen in bezug auf die Rotationsachse n verschiedene Neigungswinkel besitzen, der Winkelschritt konstant ist und demzufolge die Analysebänder äquidistant sind.
Durch Abändern des Winkels θ läßt sich der Winkelschritt und damit die Breite der Analysebänder ändern und das Nebeneinandersetzen dieser Bänder sehr genau einstellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die Verteilung der Flächen auf den Zylinderumfang, aus dem der Polygonspiegel nach der Erfindung geformt ist,
Fig. 2 die erfindungsgemäße Aufstellung des Analysators,
Fig. 3 und 4 die Variation des analysierten Feldes beim Ändern des Winkeis θ im Verhältnis 1/2,
Fig. 5 das Sichtfeld des Systems entsprechend der Abtastung des Polygonspiegels in vertikaler Richtung,
Fig. 6 das Schema eines praktischen Verwirklichungsbeispiels des Analysators.
Der Polygonspiegel ist aus einem Zylinder mit dem Radius R&sub2; ausgeschliffen. Ein Schnitt durch diesen Zylinder in einer Ebene senkrecht zu seiner Achse ist in Fig. 1 dargestellt.
Im gewählten Beispiel besitzt der Polygonspiegel 8 Flächen zum Analysieren von 8 Bändern.
Die Verteilung der Flächen wird wie folgt bestimmt: Auf der diametralen Achse XX' werden in gleichem Abstand voneinander Punkte A-B- C-...-G-H derart eingetragen, daß die Mitte 0 des Zylinderabschnitts sich in der Mitte des Segments DE befindet.
Danach werden die Positionen der Punkte A'-B'-C'-...-G'-H' abwechselnd auf jedem Halbkreis des Radius R&sub1; der Meiner ist als R&sub2; derart bestimmt, daß die Projektion von A' auf der Achse XX' A ist, usw.
A'-B'-C'-...-G'-H' sind also die Mitten der 8 Reflexionsflächen.
In bezug auf die Achse XX' haben die Schleifwinkel der Flächen als Ausdruck:
cos AOA' = AO/R&sub1;, cos BOB' = BO/R&sub1;, ... cosH'OH = HO/R&sub1;.
R&sub1; ist somit der Abstand der verschiedenen Flächen zur Zylinderachse.
Die Verteilung der Flächen auf den Umfang ist also sinusförmig.
Die Symmetrie zweier einander gegenüber liegender Flächen des Polygonspiegels in bezug auf den Punkt O ist klar ersichtlich. Der Polygonspiegel ist daher ausgewuchtet in bezug auf die Achse, des Zylinders aus dem er geformt ist.
Ebenso ist ersichtlich, daß ein Teil des Zylinders mit dem Radius R&sub2; nicht geschliffen ist. In der Folge wird die Verwendungsmöglichkeit dieses Teils erläutert.
In Fig. 2 ist die Aufstellung des Analysators dargestellt, in dem der Polygonspiegel P, dessen sämtliche Flächen parallel zur Achse 2 des Zylinders verlaufen, sich um die Rotationsachse 1 dreht, die einen Winkel θ (θ klein) mit der Achse 2 einschließt.
Der Polygonspiegel ist in bezug auf die Rotationsachse 1 derart fixiert, daß die drei Achsen XX', 2 und 1 sich in derselben Ebene befinden.
Wenn diese Bedingung erfüllt ist, besitzen die 8 Flächen des Polygonspiegels 8 verschiedene Neigungswinkel gegen die Rotationsachse 1, und der Winkelschritt ist konstant.
Es läßt sich tatsächlich beweisen, daß der Winkel α zwischen der Rotationsachse 1 und der Normale OA' auf die Fläche mit der Mitte A' wie folgt ist:
cos α = sin θ cos AOA' oder cos AOA' = AO/R&sub1;
Also ist cos α = AO sin θ/R&sub1;, sowie auch
cos β = BO sin θ/R&sub1;, cos γ = CO sin θ/R&sub1;, usw.
Es ist also ersichtlich, daß die Kosinus der Winkel α, β, γ, ... usw. den Segmenten AO, BO, CO, ... usw. proportional sind, die gewählt worden sind als AB = BC = CD =... =GH.
Ebenfalls ist ersichtlich, daß die Kosinus der Winkel α, β, γ proportional sin θ sind.
Diese Eigenschaft ermöglicht es beim Abändern von θ auch den Winkelschritt und damit die Analysebandbreite zu ändern, wobei die Bänder immer äquidistant sind.
Aus praktischem Blickpunt gesehen bedeutet dies, daß es bei der Verwendung desselben Polygonspiegels, der in bezug auf die Rotationsachse auf andere Weise montiert ist, möglich ist, beliebig ein Viereckfeld von 8 Bändern zum Beispiel nach Fig. 3 oder auch ein Rechteckfeld des Formats 1/2 nach Fig. 4 zu analysieren, wobei der Neigungswinkel des Polygonspiegels von θ nach θ/2 geht.
Der Teil des Zylinders mit Radius R&sub2;, der nach Abfräsen der ebenen Flächen übrigbleibt, wird durch Ablagern eines matten und absorbierenden Überzugs nichtreflektierend gemacht. Diese Oberfläche läßt sich auf vorteilhafte Weise als Temperaturreferenz ausnutzen, die in der Bildungszeit eines Bildes zweimal erscheint.
Da die Flächen des Polygonspiegels parallel verlaufen zur Achse des Zylinders, in den der Spiegel geformt ist, wird es möglich, mehrere Zylinder längs derselben Achse zu stapeln, um gleichzeitig das Abfräsen mehrerer Polygonspiegel durchzuführen. Dies stellt eine erhebliche Einsparung der Herstellungskosten dar.
In Fig. 5 sind zwei Stellungen P und P' des um die Achse 1 drehenden Polygonspiegels und entsprechend den auffolgenden Positionen 2 und 2' der Achse des Zylinders in der Zeichenebene dargestellt. Die einfallenden Lichtstrahlen 3 und 3' grenzen das Sichtfeld des Analysators entsprechend der vertikalen Abtastung ab. Diese Strahlen werden in einem Punkt R, der gemeinsam für die Stellungen P und P' des Polygonspiegels ist entlang dem Strahl 4 zum Detektor D zurückgeworfen. Ersichtlich ist, daß die Achse 2 einen Winkelkonus mit Gipfelwinkel θ um die Achse 1 beschreibt.
In Fig. 6 ist das Schema einer Anordnungsweise des Analysators dargestellt. Der Motor M bewirkt die Rotation des Polygonspiegels P um seine Achse die einen Winkel θ mit der Achse 2 des Polygonspiegels einschließt.
Ein afokales System, zusammengesetzt aus den optischen Einheiten L&sub1; und L&sub2;, bildet von der Landschaft ein Zwischenbild i. Nach dem Reflektieren auf den Polygonspiegel wird das Bündel mittels der Linse L&sub3; auf das durch die Kälteanordnung k gekühlte Detektorenmosaik D fokussiert.

Claims

1. Optomechanischer Analysator mit einem einzigen Rotationselement, das aus einem Polygonspiegel (P) mit n Reflexionsfiächen besteht, die parallel zur Achse des Zylinders (2) angebracht sind, in dem der Polygonspiegel geformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsflächen derart angeordnet sind, daß die Verteilung auf den Umfang sinusförmig ist, d.h. ihre Formgebungswinkel AOA', BOB', ... HOH' stellen in bezug auf eine besondere diametrale Achse (XX') senkrecht zur Zylinderachse mehrere Kosinus in arithmetischer Progression dar, wobei sich der Polygonspiegel um eine Achse (1) dreht, die einen bestimmten Winkel θ mit der Achse des Zylinders (2) einschließt und in bezug auf die Rotationsachse derart festgesetzt ist, daß letztgenannte sich in einer Ebene befindet, die gebildet wird von der Achse des Zylinders und von der diametralen Achse (XX') dieses Zylinders, wobei auf den beiden Seiten der diametralen Achse die Reflexionsflächen je zwei und zwei parallel zueinander verteilt sind, die auf diese Weise angeordneten n Polygonspiegelflächen in bezug auf die Rotationsachse (1) n verschiedene Neigungswinkel besitzen, der Winkelschritt konstant ist und demzufolge die Analysebänder äquidistant sind.

2. Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation des Winkels θ die Möglichkeit zum Abändern des Winkelschritts und somit der Breite der Analysebänder und zum äußerst genauen Einstellen der Nebeneinandersetzung der Bänder bietet.

3. Analysator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er auf seinem Umfang zwei einander diametral gegenüberliegende Zylinderzonen besitzen kann, die durch Ablagerung eines matten und absorbierenden Überzugs nichtreflektierend gemacht werden, wodurch sie auf vorteilhafte Weise als Temperaturreferenz ausnutzbar sind, die während die Bildungszeit eines Bildes zweimal erscheint.