DE69529656T2

DE69529656T2 - Lichtkollektor mit optisch beschichtetem Acrylsubstrat

Info

Publication number: DE69529656T2
Application number: DE69529656T
Authority: DE
Inventors: Michael Bernard Brandt; Michael R. Flynn
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1994-11-21
Filing date: 1995-11-18
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2015-11-19
Also published as: EP0713103A3; DE69529656D1; US5541421A; JPH08262326A; EP0713103B1; EP0713103A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auslesen des Bildes, das in einem photostimulierbaren Speicherleuchtstoff gespeichert ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Sammeln und Erfassen der Strahlung, die von einem photostimulierbaren Speicherleuchtstoff während des Abtastens durch die Anregungsstrahlung abgegeben wird. Die Vorrichtung ist zudem in Bilderfassungssystemen verwendbar, in denen die bildtragenden Medien entweder diffus reflektierend oder diffus transparent sind.
Die bislang entworfenen Kollektoren für gerichtete Reflexion sind in Bezug auf die Energiesammlungseffizienz und Kontrolle von Streustrahlung noch nicht optimal. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, dass es keine kommerziell verfügbaren Computerprogramme gibt, die in der Lage sind, derartige Konstruktionen zu optimieren. Der Konstrukteur muss sich auf konzeptionelle Entwürfe stützen, die nur an einem Computer analysiert werden können. Zudem ist bislang keine konsequente Maximierung des Sammlungswirkungsgrads betrieben worden, statt dessen hat sich offenbar ein Großteil der Entwicklung in der Vergangenheit auf die Minimierung der Streustrahlung konzentriert. Die Streustrahlung ist als der Teil der Anregungsstrahlung definiert, die von dem Speicherleuchtstoff reflektiert oder gestreut wird, und die in den Kollektor eintritt und sich entlang einer Bahn fortpflanzt, derart, dass sie aus dem Kollektor austritt und an einer Position auf den Speicherleuchtstoff trifft, die nicht mit der Position des Abtaststrahls übereinstimmt. Diese Fehlstrahlung stimuliert an dieser anderen Position Emissionen von blauen Photonen und beeinträchtigt somit das Signal, das synchron mit der Position des Abtaststrahls erfasst wird, sowie das Signal, das von dieser anderen Position erfasst wird, wenn es nicht bereits abgetastet worden ist. Unter dem Strich beeinträchtigt Streustrahlung die Abbildungstreue des Latentbildes durch Reduzierung des gesamten Dynamikbereichs und insbesondere der Kontrastverhältnisse in Bereichen niedriger Belichtung.
Bei der Konstruktion von Kollektoren für gerichtete Reflexion sollte der Konstrukteur einige wesentliche Richtlinien beachten. Erstens muss die Anzahl der Reflexionen, die erforderlich sind, um den Detektor zu erreichen, minimiert werden, um einen hohen Sammlungswirkungsgrad zu erzielen. Ein Aluminiumreflektor absorbiert beispielsweise 8% der mit 390 nm einfallenden Emission mit jeder Reflexion. Zweitens, und wie in Fig. 1 gezeigt, sollte der Neigungswinkel α des Detektors 4 in Bezug zur Flächensenkrechten 2 des Speicherleuchtstoffs 1 minimiert werden. Unter der Berücksichtigung, dass die Emissionen Lambertsche Emissionen sind, ist die Strahlungsenergie, die ohne Reflexion direkt auf den Detektor fällt, proportional zu dem Kosinus dieses Neigungswinkels (d. h. der projizierten Fläche der Strahlungsquelle). Drittens sollte der Querschnittswinkel ω, der dem Detektor 4 gegenüber liegt, so groß wie möglich sein, um die Sammlung der abgestrahlten Energie zu maximieren, die direkt auf den Detektor auftreffen kann. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass der Winkel β, also der Winkel, den der Detektorspiegel 3 in Bezug zur Sichtlinie bildet, so nah wie möglich an null liegt, wodurch sich die projizierte Fläche des Detektors, vom Speicherleuchtstoff aus gesehen, maximiert. Zudem lässt sich der Querschnittswinkel 7 durch Minimierung des Abstand zwischen Detektor und Speicherleuchtstoff vergrößern. Viertens kann der Detektor einen Großteil der einfallenden Energie reflektieren, so dass der Kollektor so konstruiert sein sollte, dass er so viel von dieser Energie wie möglich mit minimalen Reflexionen an den Detektor zurückgibt. Es wurde festgestellt, dass sich im Falle einer Photovervielfacherröhre mit einer K&sub2;CsSb Photokathode das Reflexionsvermögen für Blaustrahlung einem Wert von 22% nähert. Und schließlich muss die Konstruktion Streustrahlung vermeiden oder minimieren.
US-A-4,742,225 beschreibt eine Reflexionskollektorkonstruktion mit elliptischem Querschnitt und sehr gutem Sammlungswirkungsgrad. Bei dieser Konstruktion beträgt der Neigungswinkel des Detektors ca. 20 Grad, und der Querschnittswinkel, der dem Detektor gegenüber liegt, beträgt ca. 26 Grad. Der in einer geschlossenen Form auf die Anordnung von Detektoren an dieser Position und Ausrichtung einfallende Energiefluss zeigt, dass ca. 20% der emittierten Strahlung direkt auf die Detektoranordnung auftreffen. Zudem trifft die emittierte Strahlung, die nicht direkt auf den Detektor trifft, den Detektor nach einer einzigen Reflexion. Die Konstruktion weist folgende Nachteile auf. Erstens kann die Herstellung des elliptischen Reflektors schwierig oder kostspielig sein. Zweitens ist bislang noch kein Versuch unternommen worden, die durch den Detektor reflektierte Energie wieder zu verwenden, statt dessen wurde die Rückseite der Eintrittsöffnung als Absorber ausgelegt, um Streustrahlung zu minimieren. Wenn dieser Spiegel aus einem Material mit gerichteter Strahlung bestände, benötigte der von dem Detektor reflektierte Großteil der Energie 2 bis 3 Reflexionen, um den Detektor wieder zu erreichen. Drittens ist die Streustrahlung nicht so gut kontrolliert wie in anderen Kollektorkonstruktionen. (Siehe folgende US-Patente, die Systeme mit diesen sowie mit weiteren Nachteilen beschreiben: US-A-3,663,083, US-A-4,346,295, US-A-4,736, 102, US-A-4,775,791)
US-A-4,743,758 beschreibt drei Konstruktionen für Kästen mit gerichteter Reflexion. In diesen Konstruktionen variiert der Neigungswinkel des Detektors zwischen 49 und 53 Grad. Der Detektor ist zudem in einem derartigen Abstand zum Leuchtstoff angeordnet, dass er einem kleinen Querschnittswinkel von nur 11 bis 16 Grad gegenüber liegt. An einer derartigen Position muss ein großer Teil der emittierten Strahlung zahlreiche Reflexionen vollziehen, um den Detektor zu erreichen. Der in einer geschlossenen Form auf die Anordnung von Detektoren an dieser Position und Ausrichtung einfallende Energiefluss zeigt, dass ca. 7% der emittierten Strahlung direkt auf die Detektoren auftreffen. Diese Konstruktionen von Reflexionskästen haben vor allem den Vorteil, dass Streustrahlung gut kontrolliert wird und dass sich die Spiegel relativ preisgünstig herstellen lassen. Der größte Nachteil dieser Konstruktionen besteht in einem geringeren Sammlungswirkungsgrad aufgrund des kleinen gegenüber liegenden Querschnittswinkels des Detektors, der Anzahl der Reflexionen, die erforderlich sind, um den Detektor zu erreichen, und dem Unvermögen, die reflektierte Energie wieder zu verwenden.
US-A-4,743,759, 5,105,079, 5,134,290 und 5,140,160 beschreiben verschiedene Konstruktionen in Bezug auf die Verwendung konischer Dachspiegel zur Richtung der stimulierten Emissionen auf den Detektor sowie zur Richtung der gestreuten Anregungsstrahlung weg vom Speicherleuchtstoff. Diese Konstruktionen verwenden einen Detektor mit sehr großem Durchmesser, um die Winkelgegenüberliegende des Detektors zu erhöhen und den Konuswinkel zu vergrößern. Die Lage und Ausrichtung des Detektors in Bezug auf die Position der stimulierten Emission macht es jedoch erforderlich, dass diese Konstruktionen auf einer Vielzahl von Reflexionen beruhen. Der Sammlungswirkungsgrad leidet, weil sich viele der Parameter, die die Winkelgegenüberliegende des Detektors betreffen, in diesen Konstruktionen selbst beeinträchtigen. Beispielsweise nähert sich der Neigungswinkel α des Detektors dem Wert null, ebenso wie der Winkel der Spiegelsenkrechten des Detektors in Bezug zur Sichtlinie β, der sich 90 Grad nähert, und umgekehrt. Ebenso verkleinert sich der Abstand zwischen dem Detektor und der Strahlungsquelle, wenn sich der Winkel, den die Spiegelsenkrechte des Detektors mit der Sichtlinie β bildet, vergrößert. Zudem verdoppelt der vertikal ausgerichtete Spiegel die Größe der oberen Eintrittsöffnung, wodurch doppelt so viel Energie aus dem Kollektor austreten kann. Das bewirkt eine starke Verringerung des Sammlungswirkungsgrads in Nähe der entfernten Seiten des Kollektors, wo diese Öffnung dem Leuchtstoff am nächsten liegt. Die Hauptvorteile der Dachspiegelkonstruktionen bestehen in den niedrigen Kosten, die auf die Verwendung eines einzelnen Detektors und planer Reflektoren zurückzuführen sind. Die Streustrahlung ist zudem sehr klein.
US-A-4,849,632, US-A-591,714 und US-A-4,591,715 beschreiben stimulierbare Leuchtstoffabbildungssysteme, in denen emittiertes Licht durch eine massive, transparente Lichtleiteranordnung gesammelt und durch mehrere Photovervielfacherröhren gemessen wird. Die in diesen Patenten beschriebenen Lichtleiter sind teuer, schwer herzustellen und bedürfen mehrerer Lichtreflexionen zu den Photovervielfacherröhren, wodurch sich der Lichtsammlungswirkungsgrad reduziert.
Der Strahlungssammlungswirkungsgrad ist auch eine Funktion des Werkstoffs oder Substrats, das zur Konstruktion der reflektierenden Flächen verwendet wird, die die Strahlung zum Fotodetektor reflektieren. Wenn die Geometrie der Kollektorlichtbahn optimiert worden ist (d. h. die Art und Weise, wie die Lichtstrahlen abgelenkt werden oder sich von der ersten Sammelöffnung zu dem Fotodetektor fortpflanzen), bestimmt das gerichtete Reflexionsvermögen den Wirkungsgrad des Lichtsammlersystems.
Je höher das Reflexionsvermögen des Lichtsammlers ist, je besser ist die Lichtsammlung an der Photovervielfacherröhre. Der gerichtete Lichtsammlungswirkungsgrad der Spiegel sollte also hoch und die diffuse Reflexion niedrig sein. Neben der Leistung sind auch die Fertigungskomplexität und die Kosten sehr wichtig.
Mögliche Optionen von Kollektorsubstrat und Spiegeln sind u. a.:
Aluminiertes Estar auf starrem Träger schwierige Herstellung
Bearbeitetes und poliertes Aluminium teuer, hohe Diffusionsreflexion
Mit Diamantwerkzeug gedrehtes Aluminium teuer
Kommerziell erhältlicher, vorderseitig verspiegelter Spiegel geringes gerichtetes Reflexionsvermögen
Versilberter Träger teuer, schwierige Herstellung
Metallbedampfter Träger geringes gerichtetes Reflexionsvermögen
Wie in den Ausführungsbeispielen der folgenden Patente beschrieben, kommt Acryl zwar in einer Vielzahl optischer Anwendungen zum Einsatz, aber seine Verwendung ist nicht auf die Herstellung eines Strahlungssammlers für einen Fotodetektor optimiert worden, der eine hohe gerichtete Reflexion und eine niedrige diffuse Reflexion aufweist:
US-A-4,259,370; 4,564,286; 3,800,058; 4,541,415; 4,068,121; 4,842,824.
Nach dem Stand der Technik besteht der Bedarf, einen Lichtsammler in Abbildungssystemen mit stimulierbaren Leuchtstoffen bereitzustellen, der einen hohen Lichtsammlungswirkungsgrad und eine hohe Streustrahlungsdämpfung sowie eine geringe diffuse Reflexion aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gerichteten Reflexionssammler bereitzustellen, der die genannten Probleme in der Technik löst und der einen Sammlungswirkungsgrad sowie eine Streustrahlungsdämpfung aufweist, die die Leistungseigenschaften nach dem Stand der Technik übersteigt, und in dem die diffuse Reflexion minimiert ist.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kollektor zum Sammeln und Empfangen von Strahlung bereitgestellt, die von einem abgetasteten Informationsmedium abgegeben, von diesem reflektiert oder durch dieses durchgelassen wird, mit einer eine erste und eine zweite Seite aufweisenden Fotodetektoreinheit, die sich über die Breite eines abgetasteten Informationsmediums erstreckt und eine zum Informationsmedium im wesentlichen parallele oder rechtwinklige Empfangsfläche aufweist; einer ersten planaren Spiegeleinheit, die sich parallel zur Fotodetektoreinheit erstreckt und die eine dem Informationsmedium benachbarte untere Kante sowie einen der ersten Seite der Empfangsfläche der Fotodetektoreinheit benachbarten oberen Bereich aufweist; und einer zweiten planaren Spiegeleinheit, die sich parallel zur Fotodetektoreinheit erstreckt und die eine dem Informationsmedium benachbarte untere Kante sowie einen der zweiten Seite der Empfangsfläche der Fotodetektoreinheit benachbarten oberen Bereich aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die unteren Kanten der ersten und zweiten planaren Spiegeleinheit voneinander beabstandet sind und eine Öffnung bilden zum Durchlassen der vom Informationsmedium abgegebenen, von ihm reflektierten oder durch es hindurchgelassenen Strahlung; wobei die Fotodetektoreinheit, die erste planare Spiegeleinheit und die zweite planare Spiegeleinheit derart ausgebildet sind, dass (1) im wesentlichen die gesamte durch die Öffnung fallende Strahlung entweder direkt oder nach einer einzelnen Reflexion durch die erste planare Spiegelanordnung auf die Fotodetektoreinheit auftrifft, derart, dass (2) die erste planare Spiegeleinheit die auftreffende Strahlung nur einmal reflektiert, ehe sie auf die Fotodetektoreinheit fällt, und derart, dass die zweite planare Spiegeleinheit die von der Fotodetektoreinheit reflektierte Strahlung mit nur einer einzelnen Reflexion zur Fotodetektoreinheit zurückwirft; und wobei die erste und zweite planare Spiegeleinheit jeweils gerichtet reflektierende Spiegel mit einem Acrylsubstrat aufweist, das eine reflektierende Aluminiumschicht umfasst, welche auf das Acrylsubstrat aufgedampft ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Diagramm der geometrischen Beziehungen eines allgemeinen Kollektors in Schnittdarstellung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Speicherleuchtstoffabtasters, einschließlich eines erfindungsgemäßen Kollektors,
Fig. 3-7 schematische Schnittansichten des Kollektors aus Fig. 1, die zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung dienlich sind,
Fig. 8 eine grafische Ansicht des Kollektorwirkungsgrads als Funktion der Abtastposition eines Laserstrahls für den Kollektor aus Fig. 2,
Fig. 9 eine. grafische Ansicht der Streuenergie als Funktion der Abtastposition eines Laserstrahls für den Kollektor aus Fig. 2,
Fig. 10-14 schematische Schnittansichten, die zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung dienlich sind,
Fig. 15-17 grafische Darstellungen zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt die Grundkomponenten eines Speicherleuchtstoffabtasters. Die Anregungsstrahlung wird durch eine Laserquelle 16 erzeugt. Der Laserstrahl wird durch eine Strahlformungsoptik 15 geformt und vollzieht dann durch Reflexion an einem Galvanometer 14 oder an einem anderen geeigneten Abtastmechanismus eine rasterweise Abtastung.
Der Strahl tritt durch eine F-Theta-Linse 17, um die Strahlposition auf dem Speicherleuchtstoff 9 mit der Winkelposition des Abtastspiegels zu linearisieren. Der Abtastlaserstrahl 11 tritt anschließend in den Kollektor 100 durch eine erste SchlitzÖffnung 10, die zwischen den gerichteten Reflexionsspiegeln 2 und 3 liegt, und tritt dann unmittelbar aus dem Kollektor 100 durch eine zweite Schlitzöffnung 12 (Fig. 3) an der Unterseite des Kollektors 100 aus. Bei Austreten aus der zweiten Öffnung 12 in den Kollektor 100 wird der Strahl auf dem Speicherleuchtstoff 9 fokussiert, wodurch er sowohl stimulierte Emissionen von einem sehr kleinen Pixelbereich auf dem Speicherleuchtstoff 9 als auch eine große Menge gestreuter Anregungsstrahlung erzeugt. Der Laserstrahl tastet die Breite des Speicherleuchtstoffs 9 während seiner Bewegung in einer zur Abtastrichtung senkrecht verlaufenden Richtung ab. Auf diese Weise wird der Speicherleuchtstoff 9 rasterweise abgetastet.
Ungefähr 89% der angeregten (stimulierten) Strahlung, die im Verhältnis zu der Anzahl der an dieser Fotostelle auftretenden Röntgenstrahlungsabsorptionen freigesetzt wird, sowie die starke, gestreute Anregungsstrahlung treten durch die zweite Schlitzöffnung 12 in den Kollektor 100 ein. Ein kleiner Teil von ca. 5% dieser stimulierten Strahlung tritt aus dem Kollektor durch die erste Schlitzöffnung 10 aus.
Der Rest der stimulierten Strahlung wird auf das Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilter 7 sowie auf die fünf Photovervielfacherröhren 8 gerichtet, und zwar entweder direkt oder indirekt durch Reflexion an den Spiegeln 1, 2 oder 3. Ein kleiner Prozentsatz der Stimulationsstrahlung wird durch den Vorderspiegel des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7 reflektiert. Ein viel größerer Prozentsatz der stimulierten Strahlung wird von den Photovervielfacherröhren 8 reflektiert. Diese reflektierten Strahlungen werden durch eine einzelne Reflexion an den Spiegeln 5 oder 6 zum Sfimulationsstrahlungs-Absorptionsfilter 7 zurück geworfen. Durch einmalige Wiederverwendung dieser Strahlungen mithilfe einer einzelnen Reflexion wird der Sammlungswirkungsgrad stark maximiert, und die Streustrahlung wird im Wesentlichen aus dem System entfernt. Das erfasste Signal und die Position des Abtaststrahls werden aufgezeichnet, um eine digitale Darstellung des durch den Speicherleuchtstoff aufgezeichneten Röntgenlatentbildes zu erstellen.
Die Photovervielfacherröhren 8 setzen sich beispielsweise aus fünf 7,62 · 7,62 cm großen Photovervielfacherröhren (siehe Fig. 2 und 3) des Typs Burle C83079E oder Hamamatsu R4445 zusammen. Die Photovervielfacherröhre 8 ist ca. 5,08 cm über dem Speicherleuchtstoff 9 angeordnet und um ca. 5,39 cm seitlich zum Laserstrahl 11 versetzt, um einen ausreichenden mechanischen Bewegungsraum zu erhalten. Die Höhe der Photovervielfacherröhre 8 wurde zur Maximierung der Sammlung stimulierter Emissionen optimiert, die bei einer derartigen seitlichen Verschieburig direkt auf die Photovervielfacherröhre 8 treffen.
Erfindungsgemäß umfassen die Spiegel 1, 2, 3, 5 und 6 (und ggf. 4) sowie die Endspiegel 13 ein Acrylsubstrat, auf das ein reflektierendes Metall, wie z. B. Aluminium, aufgedampft ist. Die Oberflächenglätte des Substrats bestimmt das resultierende Reflexionsvermögen, daher ist ein Substrat vom Typ Atohaas (ehemals Rohm & Haas) Nr. 2025 MC Plexiglas in 5,9944 mm Dicke oder ein äquivalentes Substrat verwendbar. (Andere Acryl- und Polycarbonatmaterialien sind ebenfalls potenzielle Substratwerkstoffe. Der Umfang und Geltungsbereich der vorliegenden Beschreibung ist nicht auf Atohaas Nr. 2025 MC Plexiglas beschränkt. Materialdicke und Farbe können ebenfalls variieren.) Das Material wird zur Erzielung einer besseren Oberflächenvergütungstoleranz schmelzkalandriert und ist zur Vermeidung einer Lichtdurchleitung lichtundurchlässig geschwärzt.
Die Reflexionsbeschichtung wird aufgedampft. Die Beschichtung gesteht aus:
Chromadhäsionsschicht > > 0,05 um
Aluminiumschicht > > 0,09-0,155 um
Siliciumoxid-Schutzschicht > > 0,05 um
Die beschichteten Proben wurden unter kontrollierten Raumbedingungen (Temperatur, rel. Luftfeuchtigkeit) gelagert, um bei der Oberflächenbewertung der Spiegelverschlechterung (d. h. Oxidation, Verfärbung, Ablösung usw.) den Einfluss von Betriebsbedingungen ausschließen zu können.
Die Vielzahl der vespiegelten Substrate wurde schließlich zu einem Kollektor 100 zusammengefügt. Filter und Fotodetektoren usw. wurden dann montiert.
Die folgende Tabelle 1 führt das Reflexionsvermögen der verschiedenen Kollektorsubstratmaterialien auf. Das erfindungsgemäße Acrylsubstrat/aluminiumbeschichtete Substrat (Beispiel g) hat ein höheres spektrales Reflexionsvermögen und eine geringere diffuse Reflexion als jedes andere Substrat. Tabelle 1 Reflexionsvermögen der Kollektorsubstratmaterialien
Fig. 15-17 sind grafische Darstellungen der prozentualen Reflexion gegenüber der Strahlungswellenlänge für Gesamtreflexion, gerichtete Reflexion und diffuse Reflexion für das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die folgenden Tabellen 2-4 nennen die zur Konstruktion der grafischen Darstellungen aus Fig. 15- 17 verwendeten Beispieldaten. Tabelle 2 (Fig. 15) GESAMTREFLEXION Tabelle 3 (Fig. 16) GERICHTETE REFLEXION Tabelle 4 (Fig. 17) DIFFUSE REFLEXION
Fig. 3 zeigt die direkten Strahlengänge zu der Photovervielfacherröhre 8. Für die stimulierte Strahlung, die auf den Detektor zwischen den Punkten "A" und "C" fällt, fällt der von dem Detektor reflektierte Teil zwischen den Punkten "G" und "H" auf den Spiegel 5, wird dort reflektiert und fällt zwischen den Punkten "D" und "E" wieder auf die Photovervielfacherröhre 8. Für die stimulierte Strahlung, die auf den Detektor zwischen den Punkten "C" und "F" fällt, fällt der von der Photovervielfacherröhre 8 reflektierte Teil zwischen den Punkten "H" und "I" auf den Spiegel 6, wird dort reflektiert und fällt zwischen den Punkten "B" und "F" wieder auf die Photovervielfacherröhre 8.
Fig. 4 zeigt die begrenzenden Strahlengänge, denen die Emissionen nach einer einzelnen Reflexion an Spiegel 1 der Photovervielfacherröhre 8 folgen. Für die stimulierte Strahlung, die auf die Photovervielfacherröhre 8 zwischen den Punkten "A" und "C" fällt, fällt der von der Photovervielfacherröhre 8 reflektierte Teil zwischen den Punkten "G" und "H" auf den Reflexionsspiegel 5, wird dort reflektiert und fällt zwischen den Punkten "D" und "E" wieder auf die Photovervielfacherröhre 8. Für die stimulierte Strahlung, die auf die Photovervielfacherröhre 8 zwischen den Punkten "C" und "E" fällt, fällt der von der Photovervielfacherröhre 8 reflektierte Teil zwischen den Punkten "H" und "I" auf den Spiegel 6, wird dort reflektiert und fällt zwischen den Punkten "B" und "F" wieder auf die Photovervielfacherröhre 8.
Fig. 5 zeigt die begrenzenden Strahlengänge, denen die Emissionen nach einer einzelnen Reflexion an Spiegel 2 der Photovervielfacherröhre 8 folgen. Für die stimulierte Strahlung, die auf die Photovervielfacherröhre 8 zwischen den Punkten "A" und "B" fällt, fällt der von der Photovervielfacherröhre 8 reflektierte Teil zwischen den Punkten "G" und "H" auf den Reflexionsspiegel 5, wird dort reflektiert und fällt zwischen den Punkten "C" und "F" wieder auf die Photovervielfacherröhre 8. Für die stimulierte Strahlung, die auf den Detektor zwischen den Punkten "B" und "D" fällt, fällt der von der Photovervielfacherröhre 8 reflektierte Teil zwischen den Punkten "H" und "I" auf den Spiegel 6, wird dort reflektiert und fällt zwischen den Punkten "B" und "E" wieder auf die Photovervielfacherröhre 8.
Fig. 6 zeigt die begrenzenden Strahlengänge, denen die Emissionen nach einer einzelnen Reflexion an Spiegel 3 der Photovervielfacherröhre 8 folgen. Für die stimulierte Strahlung, die auf die Photovervielfacherröhre 8 zwischen den Punkten "A" und "B" fällt, fällt der von der Photovervielfacherröhre 8 reflektierte Teil zwischen den Punkten "G" und "H" auf den Reflexionsspiegel 5, wird dort reflektiert und fällt zwischen den Punkten "E" und "F" wieder auf die Photovervielfacherröhre 8. Für die stimulierte Strahlung, die auf die Photovervielfacherröhre 8 zwischen den Punkten "B" und "D" fällt, fällt der von der Photovervielfacherröhre 8 reflektierte Teil zwischen den Punkten "H" und "I" auf den Spiegel 6, wird dort reflektiert und fällt zwischen den Punkten "C" und "E" wieder auf die Photovervielfacherröhre 8.
Am Element 4 (das ein Spiegel sein kann, aber nicht sein muss) wird keine Strahlung reflektiert. Indem man die Querschnittslänge des Elements 4 und den Neigungswinkel, den dieses mit dem Speicherleuchtstoff 9 bildet, verkürzt, könnte die Schlitzöffnung 12 vergrößert werden, damit mehr stimulierte Emissionen in den Kollektor 100 eintreten. Die zusätzliche Leistungssteigerung wäre jedoch nur marginal - maximal ließe sich der Sammlungswirkungsgrad von 77% auf ca. 81% erhöhen.
Wie in Fig. 7 gezeigt, kann diese Kollektorkonfiguration in Situationen, in denen eine vertikale Anordnung der Photovervielfacherröhre 8 aufgrund des beschränkten mechanischen Raums nicht möglich ist, im Wesentlichen um 45 Grad gekippt werden, um einen Kollektor 100 mit einer horizontal gehalterten Photovervielfacherröhre 8 zu schaffen, deren Eigenschaften mit denen des zuvor beschriebenen Kollektors 100 identisch sind, jedoch mit einem nur sehr geringen Verlust an Sammlungswirkungsgrad aufgrund einer winzigen Reduzierung der stimulierten Emissionen, die direkt auf den Detektor fallen können (23% gegenüber zuvor 26%) und einem entsprechenden Anstieg an stimulierten Emissionen, die von den Spiegeln 1, 2 oder 3 vor Erreichen der Photovervielfacherröhre 8 reflektiert werden müssen. Fig. 7 zeigt die direkten Strahlengänge zu der Photovervielfacherröhre 8. Für die stimulierte Strahlung, die auf die Photovervielfacherröhre 8 zwischen den Punkten "A" und "C" fällt, fällt der von der Photovervielfacherröhre 8 reflektierte Teil zwischen den Punkten "G" und "H" auf den Spiegel 5, wird dort reflektiert und fällt zwischen den Punkten "D" und "F" wieder auf die Photovervielfacherröhre 8. Für die stimulierte Strahlung, die auf die Photovenrielfacherröhre 8 zwischen den Punkten "C" und "E" fällt, fällt der von der Photovervielfacherröhre 8 reflektierte Teil zwischen den Punkten "H" und "I" auf den Spiegel 6, wird dort reflektiert und fällt zwischen den Punkten "B" und "F" wieder auf die Photovervielfacherröhre 8.
Ähnliche Diagramme, wie das oben gezeigte, sind für die drei Szenarien der Anfangsreflexion von den Spiegeln 1, 2 oder 3 darstellbar, um die begrenzenden indirekten Strahlengänge zur Photovervielfacherröhre 8 zu zeigen, die von der Photovervielfacherröhre 8 reflektiert und mit einer einzigen Reflexion des Spiegels 5 oder 6 zu ihr zurückgeworfen werden.

Kollektorleistung

Fig. 8 zeigt eine Kurve des Sammlungswirkungsgrads für den Kollektor 100. Diese Analyse geht davon aus, dass die Reflexionsspiegel 1, 2, 3, 5 und 6 des Kollektors zu 92% reflektierend (und zu 8% absorbierend) sind, und dass die Oberfläche der Photovervielfacherröhre 8 zu 22% reflektierend (und zu 78% absorbierend) ist. Fig. 9 zeigt eine Kurve der Streustrahlung für den Kollektor 100. Diese Analyse geht davon aus, dass die Reflexionsspiegel des Kollektors 100 zu 92% reflektierend (und zu 8% absorbierend) ist, und dass die Oberfläche der Photovervielfacherröhre 8 zu 4% reflektierend (und zu 96% absorbierend) ist. Das Reflexionsvermögen der Photovervielfacherröhre 8 ist in diesem Fall geringer, weil das Stimulationsstrahlungs- Absorptionsfilter 7 die gesamte Stimulationsstrahlung dämpft, die von der ersten Oberfläche dieses Filters 7 nicht reflektiert wird.

Beispiel der Konstruktionsphilosophie des Kollektors

Für ein Beispiel beträgt die kleinste Querschnittsbreite der Oberfläche der Photovervielfacherröhren 69,85 mm Die mechanischen Einschränkungen des Speicherleuchtstofflesers, in dem dieser Kollektor 100 zum Einsatz kommt, machen es erforderlich, dass der Mittelpunkt der Photovervielfacherröhre 8 nicht näher als 50,8 mm zum Abtaststrahl beabstandet ist, und dass deren Oberfläche parallel zur Oberfläche des Speicherleuchtstoffs 9 ausgerichtet ist. Die Photovervielfacherröhre 8 erhält daher eine rechteckige Öffnung von 76,2 mm · 381 mm, die 50,8 mm relativ zum Emissionspunkt mittig versetzt ist. Die Höhe der Detektoroberfläche von 50,8 mm wurde in Bezug auf die Maximierung der Erfassung direkt gesammelter Emissionen optimiert.
Der Teil der aus einer kleinen Lambertschen Quelle austretenden Leistung, die von einer rechteckigen, über der Quelle mittig angeordneten Öffnung gesammelt wird, ist gegeben durch
wobei "I" die halbe Länge der rechteckigen Öffnung ist, "w" ist die halbe Breite der rechteckigen Öffnung, und "h" ist die Höhe der Öffnung über der Quelle. Diese Gleichung sowie deren Ableitung ist zu finden in H. Cotton's Principles of Illumination (John Wiley, New York, 1960, Seite 157) und P. Moon's The Scientific Basis of Illuminating Engineering, 2. Auflage (Dover, New York, USA, 1961, Seite 267). In diesen Texten leiten die Autoren zwar die Bestrahlungsstärke an einer Position aus einer großen, rechteckigen Lambertschen Quelle ab, aber die mathematische Berechnung ist für diese Anwendung gleich.
Um die optimale Höhe für eine achsenversetzte rechteckige Öffnung herzuleiten, muss man zunächst den Teil der Strahlung berechnen, der von einer rechteckigen Quelle abgeschnitten wird, deren halbe Breite gleich der tatsächlichen halben Breite der Öffnung ist, plus des Betrags, um den die Öffnung zur Mitte versetzt ist. Dann muss man den Teil der Strahlung berechnen, der durch eine rechteckige Quelle abgeschnitten wird, deren halbe Breite gleich dem Betrag ist, um den die Öffnung zur Mitte versetzt ist, minus der tatsächlichen halben Breite der Öffnung. Das Ergebnis dieser zweiten Berechung muss dann von dem Ergebnis der ersten subtrahiert und das Ergebnis durch zwei dividiert werden. Die Wiederholung dieser Prozedur für verschiedene Höhen der Öffnung ermöglicht eine Berechnung der optimalen Höhe. Für diese Konfiguration beträgt die optimale Höhe ca. 50,8 mm, bei der mindestens 28% der emittierten Photonen direkt auf die Photovervielfacherröhre 8 ohne vorherige Reflexionen auftreffen.
In Bezug auf diese Photonen, die nicht direkt auf die Photovervielfacherröhren 8 auftreffen, wurden die Größe, die Lage und die winklige Ausrichtung der Spiegel 1, 2 und 3 derart gewählt, dass Emissionen, die auf diese Spiegel treffen, zur Photovervielfacherröhre 8 gerichtet werden, ohne dass irgendwelche zusätzlichen Reflexionen erforderlich sind. Diese Aufgabe lässt sich durch Verwendung eines einzelnen zylindrischen Reflektors lösen (siehe Fig. 10), dessen Querschnitt einem Kegelschnitt ähnlich ist (d. h. einer Parabel, einer Ellipse, einer Hyperbel oder einem Kreis), wobei diese Oberflächen jedoch schwierig oder zumindest nur mit hohem Kostenaufwand zu fertigen sind. Das Ergebnis aus der Verwendung von Reflektoren mit Kegelschnitt lässt sich auch durch Verwendung entsprechend bemessener, angeordneter und ausgerichteter planarer Reflexionsspiegel erhalten. Letztere sind viel wirtschaftlicher herzustellen.
Fig. 11 zeigt einen Querschnitt des Kollektors 100, der die relative Größe, Lage und Ausrichtung von Spiegel 1 aufweist. Spiegel 1 ist parallel zur Abtastbahn und rechtwinklig zum Speicherleuchtstoff 9 angeordnet. Die Unterkante von Spiegel 1 ist derart gewählt, dass die Höhe über dem Speicherleuchtstoff 9 auf einer Ebene mit der Unterseite des Spiegels 4 liegt. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die untere Höhe 1,5875 mm, um Verwerfungen des Speicherleuchtstoffs 9 auszugleichen. Die Unterkanten der Spiegel 1 und 4 bilden eine Öffnung 12 von 6,35 mm Breite. Durch diese Öffnung 12 können 89,4% der emittierten Photonen in den Kollektor 100 eintreten. Die auf die Unterkante von Spiegel 4 gerichteten Emissionen treten in den Kollektor 100 ein und pflanzen sich entlang des Spiegels 4 fort und fallen an Punkt F auf die Kante des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7. Diese Bahn verläuft parallel zu Spiegel 4 und der Bahn, der die Emissionen folgen, die auf die Unterkante von Spiegel 1 fallen und am Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilter 7 auf Punkt E gerichtet werden. Die Höhe der Oberkante von Spiegel 1 ist durch den Schnittpunkt des Spiegels 1 mit der Emissionsbahn bestimmt, die auf den Winkel A des Spiegelbilds des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7 gerichtet ist. Wenn die Oberkante des Spiegels 1 ein wenig höher wäre, könnten die von der Ausweitung dieser Oberfläche abgefangenen Photonen die Photovervielfacherröhre 8 nicht mit einer einzigen Reflexion erreichen. Für dieses Ausführungsbeispiel beträgt die Höhe des Spiegels 1 über dem Speicherleuchtstoff 9 ungefähr 5,588 mm.
Fig. 12 zeigt einen Querschnitt des Kollektors 100, der die relative Größe, Lage und Ausrichtung von Spiegel 2 aufweist. Spiegel 2 ist parallel zur Abtastbahn angeordnet. Die Unterkante von Spiegel 2 liegt auf Höhe der Oberkante von Spiegel 1. Die Winkelausrichtung von Spiegel 2 ist derart eingestellt, dass Photonen, die auf die Unterkante von Spiegel 2 fallen, zur Kante F des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7 gerichtet werden. Dies erfolgt, wenn die geradlinige Ausdehnung dieser Emissionsbahn die Kante F des Spiegelbilds des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7 schneidet. Die Höhe der Oberkante von Spiegel 2 ist durch den Schnittpunkt des Spiegels 2 mit der Emissionsbahn bestimmt, die auf den Winkel A des Spiegelbilds des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7 gerichtet ist. Für dieses Geometrie beträgt die Höhe des Spiegels 2 über dem Speicherleuchtstoff 9 ungefähr 18,034 mm. Spiegel 2 ist zudem um ca. 18,8 Grad relativ zu Spiegel 1 gedreht. Mit Bezug auf das vorliegende Ausführungsbeispiel wurde die Höhe des Spiegels 2 über dem Speicherleuchtstoff 9 auf ungefähr 14,478 mm eingestellt, und der Drehwinkel wurde auf ca. 15,2 Grad reduziert. Auf den ersten Blick erscheint dies eine erhebliche Abweichung von der ursprünglichen Konstruktionsphilosophie zu sein, wobei die folgenden Erläuterungen jedoch zeigen, dass dies nicht der Fall ist.
Schlösse Spiegel 2 an einer Höhe von 18,034 mm mit einem Drehwinkel von 18,8 Grad ab, würde er sich in den Abtaststrahl und seitlich etwas versetzt dazu erstrecken. Wäre Spiegel 2 mit einem Schlitz versehen, damit der Abtaststrahl durch den Kollektor 100 treten könnte, würden aus dem Spiegel 2 zwei separate Spiegel werden, nämlich ein großer Spiegel auf der linken Seite des Abtaststrahls und ein extrem kleiner Spiegel auf der rechten Seite des Abtaststrahls. Anstatt die Drehung dieses Spiegels so zu beschränken, dass Photonen, die auf, die Unterkante von Spiegel 2 treffen, zur Kante F des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7 gerichtet werden, ist die Drehung dieses Spiegels 2 so beschränkt, dass Photonen, die auf die Oberkante des Spiegels 2 treffen, zur Kante A des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7 gelenkt werden (siehe Fig. 5). Die Oberkante von Spiegel 2 wird jetzt durch dessen Schnittpunkt mit einer imaginären Ebene bestimmt, die um 2,86 Grad zur linken Seite der Spiegelsenkrechten des Speicherleuchtstoffs 9 geneigt ist und mit der Abtastlinie zusammenfällt. Zwei imaginäre Ebenen, die nach recht und links zur Spiegelsenkrechten des Speicherleuchtstoffs 9 um 2,86 Grad geneigt sind und mit der Abtastlinie zusammenfallen, definieren einen dreieckigen Bereich, in dem 5,0% aller Photonen, die von dem Speicherleuchtstoff 9 emittiert werden, durch den oberen Schlitz 10 austreten. Ein Verlust von 5% durch den Schlitz 10 wurde in der Konstruktion dieses Kollektors 100 als Grundwert vorgesehen. Spiegel 2 mit seiner Originaldrehung von 18,8 Grad, könnte auf der linken Seite der Spiegelsenkrechten des Speicherleuchtstoffs 9 abschließen, und zwar an dem Schnittpunkt von Spiegel 2 mit der imaginären Ebene auf einer Höhe von 12,954 mm. Als Ergebnis würden die auf Spiegel 2 fallenden Emissionen zur rechten Seite der Photovervielfacherröhre 8 mit einem höheren Einfallwinkel reflektiert. Durch geringfügige Abweichung von dieser allgemeinen Konstruktionsphilosophie werden Emissionen, die auf diesen Spiegel fallen, jetzt zur linken Seite der Photovervielfacherröhre 8 bei einem kleineren Einfallwinkel reflektiert (Punkt A bis D - siehe Fig. 5), wodurch sich das Reflexionsvermögen am Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilter 7 erhöht. Der obere Eintrittsschlitz 10 ist jetzt um 12% höher als er über dem Speicherleuchtstoff 9 gewesen wäre, und seine Breite ist um 12% gewachsen, was die Ausrichtung einfacher macht, ohne dass mehr Photonen verloren gehen. Diese geringe Abweichung in der Konstruktionsphilosophie war für diese spezielle Geometrie möglich, weil Emissionen, die auf den Spiegel 3 fallen, nicht die gesamte Photovervielfacherröhre 8 füllen, wie nachfolgend gezeigt wird; daher ist ein gewisser Raum für einen "Ausgleich" zwischen den relativen Größen und Winkelausrichtungen der Spiegel 2 und 3 vorhanden. Aufgrund der Tatsache, dass eine Verlängerung des Spiegels 2 die Photovervielfacherröhre 8 nicht schneidet, ist ein dritter Spiegel erforderlich.
Fig. 13 zeigt einen Querschnitt des Kollektors 100, der die relative Größe, Lage und Ausrichtung von Spiegel 3 aufweist. Spiegel 3 ist parallel zur Abtastbahn angeordnet. Die Unterkante von Spiegel 3 liegt auf Höhe der Oberkante von Spiegel 2. In Anlehnung an die zuvor beschriebene Konstruktionsphilosophie ist die Winkelausrichtung von Spiegel 3 derart eingestellt, dass Photonen, die auf die Unterkante von Spiegel 3 fallen, zur Kante F des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7 gerichtet werden. Bei dieser Ausrichtung würde Spiegel 3 die Photovervielfacherröhre 8 an einer Position schneiden, die nicht mit Punkt A übereinstimmt, wodurch ein Teil der Photovervielfacherröhre 8 verdeckt wäre. Daher wird die Winkelausrichtung von Spiegel 3 so eingestellt, dass er die Photovervielfacherröhre 8 an Punkt A schneidet. Bei dieser Winkelausrichtung und Lage liegt Spiegel 3 parallel zur der Bahn und fällt mit dieser zusammen, der die Photonen folgen, die auf die Oberkante von Spiegel 2 auf ihrem Weg zu Punkt A der Photovervielfacherröhre 8 treffen. Für dieses Ausführungsbeispiel beträgt der Drehwinkel ca. 33,3 Grad relativ zu Spiegel 1. Diese Winkelausrichtung lenkt die Emissionen, die auf die Unterkante von Spiegel 3 fallen, von Punkt F weg auf einen neuen Punkt auf ca. 1/3 des Weges zu Punkt D des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7. Diese Ausrichtung des Spiegels 3 hat den zusätzlichen Vorteil, dass sich der Einfallswinkel der Emissionen auf den Detektor reduziert, wodurch sich das Reflexionsvermögen am Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilter 7 verringert.
Um dem Abtaststrahl eine Öffnung zu verschaffen, durch die er zum Kollektor 100 durchtreten kann, ist die Unterkante von Spiegel 3 abgeschnitten, so dass diese mit dem Schnittpunkt des Spiegels 3 mit der imaginäre Ebene zusammenfällt, die um 2,86 Grad nach rechts zur Spiegelsenkrechten des Speicherleuchtstoffs 9 geneigt ist, die mit dem Abtaststrahl zusammenfällt. Die Verlängerung von Spiegel 3 fällt weiterhin mit der Oberkante von Spiegel 2 zusammen; die tatsächliche Höhe der Unterkante von Spiegel 3 beträgt für dieses spezielle Ausführungsbeispiel jetzt ca. 17,018 mm. Die Höhe der Oberkante von Spiegel 3 ist durch die Höhe des Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilters 7 bestimmt, das ca. 44,45 mm über dem Speicherleuchtstoff 9 angeordnet ist.
Indem alle schneidenden Emissionsbahnen zur Photovervielfacherröhre 8 mit einer einzigen Reflexion umgelenkt werden, verhindert diese ausgefeilte Bemaßung und Anordnung der Spiegel 1, 2 und 3, dass Photonen durch den oberen Schlitz 10 auf einer anderen Emissionsbahn austreten können als auf der direkten Emissionsbahn. Viele Kollektorkonstruktionen nach dem Stand der Technik versagen in dieser Hinsicht. In derartigen Konstruktionen ist ein Bild des oberen Schlitzes von dem Emissionspunkt in den Reflexionsspiegeln sichtbar; dadurch werden zusätzliche Emissionsbahnen aus dem Kollektor bereitgestellt, was den Sammlungswirkungsgrad verringert.
Fig. 14 zeigt einen Querschnitt des Kollektors 100, der die relative Größe, Lage und Ausrichtung von Spiegel 5 aufweist. Spiegel 5 ist parallel zur Photovervielfacherröhre 8 angeordnet. Die linke Kante G und deren Höhe über dem Speicherleuchtstoff 9 ist durch einen Schnittpunkt der Reflexionsbahn (A bis G) für Photonen bestimmt, die direkt an Punkt A auf die Photovervielfacherröhre 8 fallen (jede andere Emissionsbahn, die auf die Photovervielfacherröhre 8 trifft, entweder direkt oder indirekt, wird reflektiert und fällt rechts von Punkt G auf den Spiegel 5), sowie durch die Bahn, die von den Photonen verfolgt wird, die an Punkt F direkt auf die Photovervielfacherröhre 8 fallen. Für dieses spezielle Ausführungsbeispiel befindet sich der Spiegel 5 ca. 15,494 mm über dem Speicherleuchtstoff 9, und dessen linke Kante ist ca. 31,242 mm rechts vom Abtaststrahl angeordnet. Die Kombination von Spiegel 5 mit der Photovervielfacherröhre 8 bildet einen Kanal, in den die Photonen, die von unten links eintreten müssen, eintreten und entlang einer Bahn vor- und zurückreflektiert werden, die ähnlich der in Fig. 14 dargestellten ist (A-G-D-H-E), während sich die Energie durch den Kanal fortpflanzt. Spiegel 5 gibt somit die Energie, die von der Photovervielfacherröhre 8 zur Photovervielfacherröhre 8 zurück reflektiert wird, mit einer einzigen Reflexion zurück! Aufgrund dieser finiten Ausdehnung des Kollektors 100 muss die Länge dieses Kanals durch einen weiteren Spiegel abgeschlossen werden, nämlich Spiegel 6.
Wie bereits in Fig. 6 gezeigt, gibt es einen Strahlengang, der vom Emissionspunkt zum Spiegel 3 führt, weiter zum Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilter 7 an Punkt B, zum Spiegel 5 an Punkt H und schließlich reflektiert wird und auf das Stimulationsstrahlungs-Absorptionsfilter 7 an seiner rechten Außenkante an Punkt F trifft. Die Winkelausrichtung von Spiegel 6 ist derart, dass er den Spiegel 5 genau dort schneidet/abschließt, wo dieser Strahlengang Spiegel 5 schneidet. Spiegel 6 ist somit parallel zu diesem Strahlengang angeordnet und fällt mit diesem zusammen. Das größte Augenmerk liegt auf den Strahlengängen von Spiegel 3, weil diese Strahlengänge den größten Einfallswinkel (Reflexion) an Spiegel 5 aufweisen. Wenn sich Spiegel 5 weiter nach rechts von Punkt H erstreckte, würden die Strahlengänge von Spiegel 3, die rechts von Punkt H auf den Spiegel 5 fallen, den Spiegel 6 treffen, bevor sie auf die Photovervielfacherröhre 8 fielen, wodurch 2 Reflexionen notwendig würden, um zur Photovervielfacherröhre 8 zurückzukehren. Die Strahlengänge von Spiegel 3, die auf den Spiegel 5 rechts von Punkt H auftreffen würden, fallen jetzt auf Spiegel 6 und werden mit einer einzigen Reflexion zur Photovervielfacherröhre 8 zurückgeworfen. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel beträgt die Ausdehnung von Spiegel 5 auf der rechten Seite ca. 56,896 mm zum Abtaststrahl 11. Dieser Schnittpunkt macht es erforderlich, Spiegel 6 um ca. 42 Grad relativ zum Spiegel 1 zu drehen.
Die Vorteile dieser Kollektorkonstruktion bestehen in dem außergewöhnlich hohen Sammlungswirkungsgrad, der fast gleichmäßigen Signatur des Sammlungswirkungsgrads, der außergewöhnlich geringen Streustrahlung und den geringen Fertigungskosten aufgrund der Verwendung planer Reflektoren. In Bezug auf Kollektoren mit gerichteter Reflexion wurde der Sammlungswirkungsgrad fast vollständig optimiert. Jede weitere wesentliche Verbesserung des Sammlungswirkungsgrads würde wahrscheinlich die Verwendung von Detektoren mit größeren Spiegelflächen oder die Verwendung zusätzlicher Detektoren erfordern, um die Menge der emittierten Strahlung zu erhöhen, die erfasst werden kann, bevor Reflexionen erfolgen. Zudem ist der Rauschabstand des Systems optimiert, indem so viel emittiertes Licht wie möglich gerichtet reflektiert und zur Photovervielfacherröhre geleitet wird. Der Kollektor stellt eine Kombination aus einzigartiger Materialauswahl und Konstruktionsverfahren mit Beschichtungstechnologien dar.
Obwohl die Erfindung mit besonderem Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann innerhalb des Geltungsbereichs Änderungen und Abwandlungen unterzogen werden.

Claims

1. Kollektor zum Sammeln und Empfangen von Strahlung, die von einem abgetasteten Informationsmedium abgegeben, von diesem reflektiert oder durch dieses durchgelassen wird, mit

- einer eine erste und eine zweite Seite aufweisenden Fotodetektoreinheit, die sich über die Breite eines abgetasteten Informationsmediums erstreckt und eine zum Informationsmedium im wesentlichen parallele oder rechtwinklige Empfangsfläche aufweist;

- einer ersten planaren Spiegeleinheit, die sich parallel zur Fotodetektoreinheit erstreckt und die eine dem Informationsmedium benachbarte untere Kante sowie einen der ersten Seite der Empfangsfläche der Fotodetektoeinheit benachbarten oberen Bereich aufweist; und

- einer zweiten planaren Spiegeleinheit, die sich parallel zur Fotodetektoreinheit erstreckt und die eine dem Informationsmedium benachbarte untere Kante sowie einen der zweiten Seite der Empfangsfläche der Fotodetektoreinheit benachbarten oberen Bereich aufweist;

dadurch gekennzeichnet, dass

die unteren Kanten der ersten und zweiten planaren Spiegeleinheit voneinander beabstandet sind und eine Öffnung bilden zum Durchlassen der vom Informationsmedium abgegebenen, von ihm reflektierten oder durch es hindurchgelassenen Strahlung;

wobei die Fotodetektoreinheit, die erste planare Spiegeleinheit und die zweite planare Spiegeleinheit derart ausgebildet sind, dass (1) im wesentlichen die gesamte durch die Öffnung fallende Strahlung entweder direkt oder nach einer einzelnen Reflexion durch die erste planare Spiegelanordnung auf die Fotodetektoreinheit auftrifft, derart, dass (2) die erste planare Spiegeleinheit die auftreffende Strahlung nur einmal reflektiert, ehe sie auf die Fotodetektoreinheit fällt, und derart, dass die zweite planare Spiegeleinheit die von der Fotodetektoreinheit reflektierte Strahlung mit nur einer einzelnen Reflexion zur Fotodetektoreinheit zurückwirft; und

wobei die erste und zweite planare Spiegeleinheit jeweils spiegelnd reflektierende Spiegel mit einem Acrylsubstrat aufweist, das eine spiegelnde Aluminiumschicht umfasst, welche mit Unterdruck auf dem Acrylsubstrat aufgebracht ist.

2. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotodetektoreinheit eine aneinander angrenzende Anordnung von Fotovervielfachern aufweist.

3. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste planare Spiegeleinheit einen ersten, zweiten und dritten spiegelnd reflektierenden planaren Spiegel aufweist, die sich jeweils parallel zu einem Abtaststrahl erstrecken, wobei der erste, zweite und dritte spiegelnd reflektierende planare Spiegel jeweils ein Acrylsubstrat mit einer reflektierenden Aluminiumschicht umfasst, welche mit Unterdruck auf das Acrylsubstrat aufgebracht ist.

4. Kollektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste spiegelnd reflektierende planare Spiegel der ersten planaren Spiegeleinheit rechtwinklig zu einem abgetasteten Informationsmedium ausgerichtet ist.

5. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite planare Spiegeleinheit einen vierten und fünften spiegelnd reflektierenden planaren Spiegel aufweist, der sich jeweils parallel zu einem Abtaststrahl erstreckt, wobei der vierte und fünfte spiegelnd reflektierende planare Spiegel ein Acrylsubstrat mit einer reflektierenden Aluminiumschicht aufweist, die mit Unterdruck auf das Acrylsubstrat aufgebracht ist.

6. Kollektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte spiegelnd reflektierende planare Spiegel der zweiten planaren Spiegeleinheit parallel zur Fotodetektoreinheit ausgerichtet ist.

7. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass planare Spiegel an beiden Enden des Kollektors zwischen der ersten und zweiten planaren Spiegeleinheit vorgesehen sind.

8. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Beschichtung der Aluminiumschicht eine Haftschicht aus Chrom auf das Acrylsubstrat aufgetragen wird.

9. Kollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siliconoxidschicht auf der Aluminiumschicht aufgebracht ist.

10. Kollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite planare Spiegeleinheit ein Reflexionsvermögen von etwa 90+% und ein diffuses Reflexionsvermögen von weniger als 0,5% aufweist.