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EP0187849A1 - Selective optical detector, particularly for telecommunication devices and optical locators - Google Patents

Selective optical detector, particularly for telecommunication devices and optical locators

Info

Publication number
EP0187849A1
EP0187849A1 EP85903868A EP85903868A EP0187849A1 EP 0187849 A1 EP0187849 A1 EP 0187849A1 EP 85903868 A EP85903868 A EP 85903868A EP 85903868 A EP85903868 A EP 85903868A EP 0187849 A1 EP0187849 A1 EP 0187849A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
aperture
optical
detector device
sensor element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP85903868A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
György Retfalvy
Peter Sugar
Zoltán Zorkoczy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tavkoezlesi Kutato Intezet
Original Assignee
Tavkoezlesi Kutato Intezet
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tavkoezlesi Kutato Intezet filed Critical Tavkoezlesi Kutato Intezet
Publication of EP0187849A1 publication Critical patent/EP0187849A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0425—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using optical fibers
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    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0448—Adjustable, e.g. focussing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0451—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using means for illuminating a slit efficiently, e.g. entrance slit of a photometer or entrance face of fiber
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    • G01J1/06—Restricting the angle of incident light
    • G01J2001/063—Restricting the angle of incident light with selectable field of view
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    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/06—Restricting the angle of incident light
    • G01J2001/063—Restricting the angle of incident light with selectable field of view
    • G01J2001/066—Restricting the angle of incident light with selectable field of view with an aiming optical device
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J2003/126—Focal isolation type

Definitions

  • the invention relates to a selective optical detector device which is suitable for the reception of optical signals if the spatially spreading light bundle can be deformed in parallel or in parallel and is essentially monochromatic.
  • the detector has only the light incident in a narrow wavelength range On the other hand, it is said to be insensitive to the light outside this range, and significant research is being carried out worldwide to spread the operating frequency of locators, communication systems and other special measuring devices into the optical range
  • the sensitivity of the receiver is significantly reduced by the background light and stray light striking the sensor surface.
  • the background light and stray light falling under the angle of action of the receiver means that the possibilities regarding the sensitivity of the electronic components located in the receiver are not can be fully exploited. For this reason, the performance capabilities for daytime and nighttime operation are often specified separately in the above-mentioned devices.
  • the function of the receiver of such optoelectronic devices usually consists in the reception of optical signals with a narrow spectrum.
  • the sensor element is usually any photon multiplier or some light-sensitive semiconductor means which are suitable for the reception of a relatively broad spectrum and do not have their own selectivity. In the previously known optoelectronic devices, the influence of the background light and stray light was reduced by narrowing the effective angle / field of view angle / of the receiver and by using selective or colored filters.
  • the effective angle of the receiver can be narrowed only to a limited extent on the one hand due to the technical-technological limits / stability of aiming or sighting and fixing / and on the other hand due to the inhomogeneity of the transmission medium, the migration of the light beam.
  • the selection of the spectrum to be recorded, the reduction of the background light and the stray light are carried out by using filters.
  • a relatively good selection can be achieved using an interference filter with a small bandwidth, the spectrum width of which has a value of 5-20 nm.
  • Such interference filters are used in receivers of several known optoelectronic devices. Their common disadvantage is the additional damping caused by their application.
  • Example shielding cassettes installed in front of the optics and the working angle of the receiver is limited.
  • an infrared filter is used to filter out the visible light, but this does not result in any particular use .
  • the receiver is equipped with a narrowband filter / interference filter /.
  • the interference filters are manufactured with a complex technology, whereby extremely strict requirements for accuracy have to be met, as a result of which they have a high cost and their production in mass production is very complicated,
  • the receiver-side installation of the interference filter in the optical system is complicated, since they exert their filtering action mainly in the axial direction, on the bundle parallel to the optical axis of the system and the bundles incident at a different angle to the axis result in resonance at other wavelengths.
  • Error correction is only possible by installing additional optical elements, while increasing the number of optical elements.
  • the associated increase in the number of optical interfaces leads to further losses, to an increase in attenuation, the interference filters are produced for a fixed wavelength, cannot be tuned, so the receiver cannot be adjusted to the wavelength of the light to be detected .
  • the pass wave range is thus formed as a result of the technology and can later be installed in the optical after the filter System can no longer be changed, while the wavelength emitted by the light sources used as transmission means scatters and shifts when objects - eg cosmic - moving at high speed.
  • the solution used in the receiver according to CH-PS 625923 also contains no protection against the disturbing influence of the background light.
  • the object of the invention is the development of 'selective optical detector means, which means in particular in optical sympathomimetics ⁇ and locators used - the incoming in a particular transmission wavelength range of light on the attenuation of the optical Sammel ⁇ systems also not or at most in a low mass attenuates, enables the selection and detection of a useful signal with a lower intensity by several orders of magnitude compared to the size of the background light and stray light, and, if necessary, allows the detector device to be tuned to a desired wavelength, - the setting of the selection bandwidth enables the setting the reception directional characteristic enables.
  • a selective optical detector device which is particularly suitable for the detection of light beams with a small spectrum bandwidth or monochromatic light for optical communication devices or locators, and for the detection of point collectable light in a predetermined wavelength range and field of view angle can, the detector device being provided with a collecting system, which consists of a material which is translucent in the predetermined wavelength range, and a sensor element and, according to the invention, the focal area belonging to the predetermined wavelength range on one of the focal areas, which the outside of the predetermined wavelength range is associated with lying wavelengths, is deviating point, and the sensor element over a in the predetermined wavelength area " associated focal area is optically coupled to the collection system, the size of the aperture substantially corresponding to the size of the focal area, which is associated with the incident light from the predetermined field of view angle and lying in the predetermined wavelength range.
  • the sensor element is provided with a given light-sensitive surface and is arranged together with the optical collection system in an optically closed housing with little reflection, the light-sensitive surface in the housing behind a barrier surface in the light path of the light transmitted through the aperture of the barrier surface is arranged and the focal length changes depending on the wavelength at the limits of the range of the light wavelengths to be detected.
  • a blocking area provided with an aperture is arranged between the optical collection system and the light-sensitive area of the sensor element, the size of the aperture essentially corresponding to or greater than the size of the focal point area belonging to the light wavelength to be detected and the aperture formed in the blocking area the focal plane assigned to the characteristic wavelength of the light to be detected is arranged.
  • the size of the aperture is variable. It is expedient if the shape of the aperture is designed to be variable.
  • Measures have the effect that the effective angle of the device can be adjusted.
  • the sensor element In order to enable easy further processing of the detected optical signals, it is advantageous to use the sensor element as an optoelectric Train converters.
  • Light can optionally by means of other optical means, light guides, e.g. Fiber optics, deflected, be formed. It is advantageous if the aperture is designed to be movable together with the sensor element, or with a correspondingly large sensor area without the sensor element, in accordance with the path of the imaging point recorded as a function of the wavelength, so that the system is designed to be adjustable. If light is incident from several directions, an aperture can be assigned to each direction.
  • the aperture is an area through which the light can reach the sensor element.
  • the aperture can be the entrance surface of an optical one
  • the aperture represents the active area of the sensor element, while the non-active area of the sensor element takes on the role of the blocking area.
  • Different bandwidth characteristics can be formed in directions of incident light.
  • This configuration is particularly advantageous if the dispersion of the mechanical vibrations Studentstratungsweges or d 'is a receiver forthcoming direction.
  • an additional mirror may have to be used.
  • the bearing and / or a connection in two directions can be realized on the same optical collection system A.
  • an additional cover element G is arranged between the optical collection system and the barrier surface provided with the aperture, since this can prevent the partial bundle incident in the axial direction, which is essentially not subject to refraction, without filtering by the filter element Apperture can get through.
  • Such a cover element can also be arranged in front of the optical collection system.
  • FIG. 1 shows an advantageous embodiment of the selective optical detector device according to the invention
  • FIG. 2 shows an attenuation-wavelength characteristic of the embodiment of the invention shown in FIG. 1.
  • the following reference symbols are also used: f ,, f, f focal length, aa main plane of the optical collection system A.
  • the optical collection system A has focal points f, f, f ′′ that differ from one another for different wavelengths as a result of Spherical shape error of the optical collection system A and other distortions the dimension of the focal area obtained on the wavelength to be detected is smaller than the aperture of the blocking area B, on the other hand the filter effect is only achieved by additional damping.
  • the aperture F located on the blocking surface B is arranged in an imaging point corresponding to the wavelength of the light to be detected.
  • a sensor element C is arranged behind the blocking surface B in the light path of the light to be detected.
  • the light transmitted through the aperture F can be deflected, if necessary, by means of further optical means, light guides, for example fiber optics. It is advantageous if the aperture F is designed to be movable together with the sensor element C, or with a correspondingly large sensor area without the sensor element C, in accordance with the path of the imaging point recorded as a function of the wavelength, so that the system is designed to be adjustable.
  • the optical collection system A shown in FIG. 1 is generally implemented in practice by a lens system.
  • the optical collection system A is preferably an optical system which is dimensioned for a large color deviation and has a small distortion, with a blocking surface B provided with an aperture F being arranged in the focal plane associated with the wavelength to be detected, while a sensor element C is arranged behind the blocking surface B.
  • Sensor element C represents any known optoelectric converter, for example a PIN diode Aperture F in the focal plane of the light to be detected disposed at a predetermined wavelength blocking surface B, the light beam is transmitted to the selected wavelength without absorption and f ⁇ like everything on the photosensitive surface of the sensor element C.
  • This process 1 in Fig. Through the beam path of the receive wavelength D illustrates.
  • a different focal point f is assigned to different wavelengths, the focal point f, f ', f "is shifted as a function of the wavelength on the optical axis bb, as a result of which the light with a different wavelength in the plane of the blocking surface B at that in the 1 causes a larger light spot in barrier surface B.
  • This process is shown in Fig. 1 by the beam path of the wavelength E not to be received.
  • the attenuation characteristic of the sensor element C according to the invention is dependent on the wavelength from the ratio of the size of the aperture F. can be calculated to the size of the light spot generated in the plane of the aperture F.
  • this sensor element C is sensitive to the light with the wavelength belonging to the focal point f.
  • the attenuation characteristic of such a tested optical collection system A is shown in FIG.
  • the optical collecting system A used is a three-lens arrangement that has been carefully corrected for a spherical shape error.
  • the result of the corresponding correction is the size of the focal point surface 20 .mu.m resulting from the spherical shape error.
  • the lenses are made of heavy SF 6 flint glass, which has significant color variation.
  • the used optical collection system A has a focal length of 80 mm and a light intensity of 1. In the vicinity of the wavelength of 820 nm, the steepness of the function focal length wavelength is 9.4 ⁇ m / nm.
  • the diameter of the aperture F formed in the restricted area B is 300 ⁇ m for curve I and 50 ⁇ m for curve II.
  • the selective optical detector device according to the invention was in a receiver of an optical developed for digital transmission
  • the receiver device is designed for the reception of optical signals with a wavelength of approximately 820 nm.
  • a semiconductor laser was used as an approximately monochromatic light source in the transmitter.
  • Sensor element C achieved the elimination of reflection and scatter, as well as the color deviation and the wavelength-dependent transmission caused by the small-sized aperture F, in an optoelectronic message transmission device provided with sensor element C according to the invention, the range of action by days
  • the device according to the invention can advantageously be combined with different color filters. It is particularly advantageous to use filters whose material is colored, in particular for thermal protection of the optical blocking surface.
  • the selective optical detector device has a number of advantages, which are listed below:
  • the device according to the invention can be set to the wavelength to be detected
  • the bandwidth to be detected is adjustable
  • the directional characteristic of the optoelectronic device can be changed, the range of action and sensitivity of the optoelectronic outdoor devices can be increased significantly by using the solution according to the invention.

Landscapes

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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

Un détecteur optique sélectif pour détecter une lumière approximativement ponctuelle susceptible d'être collectée dans une plage de longueurs d'ondes et angle visuel prédéterminés est pourvu d'un élément collecteur optique fait en un matériau transparent à la lumière ayant des longueurs d'ondes dans une plage prédéterminée et d'un élément détecteur sensible à la lumière. L'invention se caractérise par le fait que le système collecteur optique possède une surface de point focal caractéristique de la plage prédéterminée de longueurs d'ondes et qui se situe à une certaine distance des surfaces de point focal caractéristiques des longueurs d'ondes en dehors de cette plage. L'élément détecteur est optiquement connecté au système collecteur optique par une ouverture formée dans la surface de point focal appartenant à la plage prédéterminée de longueurs d'ondes. La grandeur de l'ouverture correspond essentiellement à la grandeur de la surface du point focal de la lumière venant de l'angle visuel prédéterminé et appartenant à la plage prédéterminée de longueurs d'ondes.A selective optical detector for detecting approximately punctual light capable of being collected within a predetermined wavelength range and visual angle is provided with an optical collector element made of a material transparent to light having wavelengths in a predetermined range and a light sensitive detector element. The invention is characterized in that the optical collector system has a focal point surface characteristic of the predetermined range of wavelengths and which is located at a certain distance from the focal point surfaces characteristic of the wavelengths outside. from this beach. The detector element is optically connected to the optical collector system through an opening formed in the focal point surface belonging to the predetermined range of wavelengths. The size of the aperture essentially corresponds to the size of the surface of the focal point of the light coming from the predetermined visual angle and belonging to the predetermined range of wavelengths.

Description

SELEKTIVE OPTISCHE DETEKTOREINRICHTUNG INSBESONDERE FÜR NACHRICHTENÜBERTRAGUNGSVORRICHTUNGEN UND OPTISCHESELECTIVE OPTICAL DETECTOR DEVICE, IN PARTICULAR FOR MESSAGE TRANSMISSION DEVICES AND OPTICAL
LOKATORENLOCATORS
Die Erfindung betrifft eine selektive optische" Detektoreinrichtung, die für den Empfang von optischen Signalen geeignet ist, wenn das sich räumlich aus¬ breitende Lichtbündel parallel oder zu einen parallelen umformbar und im wesentlichen monochromatisch ist. Der Detektor hat nur das in einen engen Wellenlängenbereich einfallende Licht zu erfassen, für das ausserhalb dieses Bereiches liegende Licht soll er dagegen unempfindlich sein. Weltweit werden bedeutende Forschungen unter¬ nommen, um die Betriebsfrequenz von Lokatoren, Nachrichtenübertragungseinrichtungen und sonstigen speziellen Messvorrichtungen in den optischen Bereich auszubreiten. Bei den optoelektronischen Einrichtungen undThe invention relates to a selective optical detector device which is suitable for the reception of optical signals if the spatially spreading light bundle can be deformed in parallel or in parallel and is essentially monochromatic. The detector has only the light incident in a narrow wavelength range On the other hand, it is said to be insensitive to the light outside this range, and significant research is being carried out worldwide to spread the operating frequency of locators, communication systems and other special measuring devices into the optical range
Messvorrichtungen, die die sich räumlich ausbreitenden /kosmischen, athmospherischen und Unterwassersignale/ direkten oder reflektierten Signale von geringer Intensität empfangen, wird die Empfindlichkeit des Empfängers durch das auf die Sensorfläche auffallende Hintergrundlicht und Störlicht bedeutend herabgesetzt. Das unter den Wirkungswinkel des Empfängers einfallende Hintergrundlicht und Störlicht führt dazu, dass die Möglichkeiten bezüglich der Empfindlichkeit der in dem Empfänger befindlichen elektronischen Bauelemente nicht voll ausgenutzt werden können. Deswegen werden bei den obenerwähnten Vorrichtungen häufig gesondert die Leistungsfähigkeiten wirkungsweite für den Betrieb bei Tag und den bei Nacht angegeben. Die Funktion des Empfängers derartiger optoelektronischer Vorrichtungen besteht üblicherweise in dem Empfang von optischen Signalen mit einem engen Spektrum. Das Sensorelement ist üblicherweise irgendein Photonenvervielfacher oder irgendein lichtempfindliches Halbleitermittel, die für den Empfang von einem relativ breiten Spektrum geeignet sind und keine eigene Selektivität besitzen. Bei den bisher bekannten optoelektronischen Einrichtungen wurde der Einfluss des Hintergrundlichtes und Störlichtes durch Einengung des Wirkwinkelt /Gesichtsfeldwinkels/ des Empfängers und durch Anwendung von selektiven oder farbigen Filtern vermindert.Measuring devices that receive the spatially propagating / cosmic, atmospheric and underwater signals / direct or reflected signals of low intensity, the sensitivity of the receiver is significantly reduced by the background light and stray light striking the sensor surface. The background light and stray light falling under the angle of action of the receiver means that the possibilities regarding the sensitivity of the electronic components located in the receiver are not can be fully exploited. For this reason, the performance capabilities for daytime and nighttime operation are often specified separately in the above-mentioned devices. The function of the receiver of such optoelectronic devices usually consists in the reception of optical signals with a narrow spectrum. The sensor element is usually any photon multiplier or some light-sensitive semiconductor means which are suitable for the reception of a relatively broad spectrum and do not have their own selectivity. In the previously known optoelectronic devices, the influence of the background light and stray light was reduced by narrowing the effective angle / field of view angle / of the receiver and by using selective or colored filters.
Diese Lösung hat folgende Nachteile: der Wirk¬ winkel des Empfangers ist nur begrenzt verengbar einerseits infolge der technisch-technologischen Grenzen /Stabilität des Zielens oder Visierens und der Fixierung/, und andererseits infolge der Inhomogenität des Über¬ tragungsmediums, der Wanderung des Lichtbündels. Bei den optoelektronischen Vorrichtungen wird die Auswahl des zu erfassenden Spektrums, die Verringerung des Hintergrundlichtes und des Störlichtes durch Verwendung von Filtern durchgeführt. Eine verhältnismässig gute Auswahl kann durch einen Interferenzfilter mit geringer Bandbreite erreicht werden, dessen Spektrumsbreite einen Wert von 5-20 nm aufweist. Derartige Interferenz- filter werden in Empfängern von mehreren bekannten optoelektronischen Vorrichtungen verwendet. Ihr gemeinsamer Nachteil besteht in der durch ihre Anwendung verursachten zusätzlichen Dämpfung. Für derartige Anwendungen ist eine Vielzahl von Beispielen in der Fachliteratur aufzufinden. In der Veröffentlichung von B.G.King, P.J. Fitzgerald, H.A. Steint "An experimental study of atmospheric optical transmission" /The Bell System Technical Journal Vol.62. No.3.1983/ wird in dem für ein Kommunikationsexperiment ausgebildeten optischen Empfänger ein Schmalbandfilter verwendet, der einen Verlust von 3 dB verursacht.This solution has the following disadvantages: the effective angle of the receiver can be narrowed only to a limited extent on the one hand due to the technical-technological limits / stability of aiming or sighting and fixing / and on the other hand due to the inhomogeneity of the transmission medium, the migration of the light beam. In the optoelectronic devices, the selection of the spectrum to be recorded, the reduction of the background light and the stray light are carried out by using filters. A relatively good selection can be achieved using an interference filter with a small bandwidth, the spectrum width of which has a value of 5-20 nm. Such interference filters are used in receivers of several known optoelectronic devices. Their common disadvantage is the additional damping caused by their application. A large number of examples of such applications can be found in the specialist literature. In the publication by BGKing, PJ Fitzgerald, HA Steint "An experimental study of atmospheric optical transmission" / The Bell System Technical Journal Vol.62. No.3.1983 / a narrowband filter is used in the optical receiver designed for a communication experiment, which causes a loss of 3 dB.
Neben den Filtern wird noch eine Reihe von Lösungen zur Reduzierung des Einflusses des Hintergrund- lichtes und Störlichtes verwendet, so werden zumIn addition to the filters, a number of solutions for reducing the influence of the background light and stray light are also used
Beispiel Abschirmkassetten vor die Optik eingebaut und der Arbeitswinkel des Empfängers begrenzt. In dem optischen Empfänger gemäss M.J. Green "Application of an Optical Data Link in an Airborne Scanning System" /Review of Scientific Instruments, Band 53, Nr. 8, 1982, Seiten 1278-1280/ wird zum Ausfiltern des sichtbaren Lichtes ein Infrarotfilter benutzt, der jedoch keinen besonderen Nutzen ergibt.Example shielding cassettes installed in front of the optics and the working angle of the receiver is limited. In the optical receiver according to M.J. Green "Application of an Optical Data Link in an Airborne Scanning System" / Review of Scientific Instruments, Volume 53, No. 8, 1982, pages 1278-1280 / an infrared filter is used to filter out the visible light, but this does not result in any particular use .
In dem optischen System gemäss G. Michael Lauham "Air Force Lasercom Space Measure ent Unit"In the optical system according to G. Michael Lauham "Air Force Lasercom Space Measure ent Unit"
/CH 1939-6/80, 1980 Ieee 27.2.1.-27.2.3./ ist der Empfänger mit Schmalbandfilter /Interferenzfilter/ versehen./ CH 1939-6 / 80, 1980 Ieee 27.2.1.-27.2.3./ the receiver is equipped with a narrowband filter / interference filter /.
Thomas F.Wiener erwähnt in "Strategie Laser Communications" /CH 1539-6/80 IEEE 27.4.1.-27- .5/ dass das grundsätzliche Problem der Freiluftempfänger die Anwendung von entsprechenden Filtern ist und schlägt als Lösung den Einbau von hochkomplizierten kristall¬ physikalischen Filtern vor. Das Schema eines derartigen Filters ist in dem Artikel "EOTF Independently Controls Wavelength and Linewidth", der in der Septemberausgabe von Electronic Design, 1979 erschienen ist, erläutert.In "Strategy Laser Communications" / CH 1539-6 / 80 IEEE 27.4.1.-27- .5 / Thomas F.Wiener mentions that the basic problem of outdoor receivers is the use of appropriate filters and suggests the installation of highly complex crystals as a solution ¬ physical filters. The scheme of such a filter is explained in the article "EOTF Independently Controls Wavelength and Linewidth", which appeared in the September edition of Electronic Design, 1979.
Die Anwendung von Interferenzfiltern und auf ähnlichem Funktionsprinzip beruhenden Resonanz-Schmal- bandfiltern wirft jedoch eine Reihe von Problemen auf, von' denen die bedeutendsten folgende sind:However, the use of interference filters and resonance narrowband filters based on a similar functional principle poses a number of problems, the most significant following of 'which are:
- die Interferenzfilter werden mit einer komplizierten Technologie hergestellt, wobei ausserordentlich strenge Anforderungen an die Genauigkeit zu erfüllen sind, infolge dessen verfügen diese über einen hohen Kosten¬ aufwand und ihre Herstellung in der Massenproduktion ist sehr kompliziert,the interference filters are manufactured with a complex technology, whereby extremely strict requirements for accuracy have to be met, as a result of which they have a high cost and their production in mass production is very complicated,
- neben dem sich aus der Selektivität der Interferenz¬ filter ergebenden relativen Nutzen ist jedoch auch mit einem bedeutenden Verlust zu rechnen, da das nützliche Signal stark gedämpft wird, d.h. bei fixem Einbau in die Vorrichtung und ohne Hintergrundlicht und Störlicht- In addition to the relative benefit resulting from the selectivity of the interference filter, however, a significant loss can also be expected since the useful signal is strongly attenuated, i.e. with fixed installation in the device and without background light and stray light
- und somit eine Auswahl überflüssig ist - wird die Empfindlichkeit des Empfängers verringert /die Wirk- weite/, obwohl in diesem Falle ohne Filter das Signal/ Störsignal - Verhältnis keine Begrenzung der Empfind¬ lichkeit hervorrufen würde,- and thus a selection is superfluous - the sensitivity of the receiver is reduced / the effective range /, although in this case without a filter the signal / interference signal ratio would not cause any limitation of the sensitivity,
- der empfängerseitige Einbau der Interferenzfilter in das optische System ist kompliziert, da diese ihre Filterwirkung hauptsächlich in Achsenrichtung, auf das zu der optischen Achse des Systems parallele Bündel ausüben und die unter einem anderen Winkel zu der Achse einfallenden Bündel ergeben eine Resonanz auf anderen Wellenlängen. Die Fehlerkorrektion ist nur durch Einbau von zusätzlichen optischen Elementen, bei gleichzeitiger Erhöhung der Anzahl der optischen Elemente möglich. Die damit verbundene Erhöhung der Anzahl der optischen Grenzflächen führt jedoch zu weiteren Verlusten, zu einer Steigerung der Dämpfung, - die Interferenzfilter werden für eine fixe Wellen¬ länge hergestellt, sind nicht abstimmbar, somit ist der Empfänger nicht auf die Wellenlänge des zu erfassenden Lichtes einstellbar. Der Durchlasswellenbereich wird somit als Ergebnis der Technologie ausgebildet und kann später nach dem Einbau der Filter in das optische System nicht mehr verändert werden, während die von den als Sendemittel verwendeten Lichtquellen ausgestrahlte Wellenlänge streut und sich bei mit ■ grosser Geschwindigkeit bewegenden - z.B. kosmischen - Objekten verschiebt.- The receiver-side installation of the interference filter in the optical system is complicated, since they exert their filtering action mainly in the axial direction, on the bundle parallel to the optical axis of the system and the bundles incident at a different angle to the axis result in resonance at other wavelengths. Error correction is only possible by installing additional optical elements, while increasing the number of optical elements. The associated increase in the number of optical interfaces, however, leads to further losses, to an increase in attenuation, the interference filters are produced for a fixed wavelength, cannot be tuned, so the receiver cannot be adjusted to the wavelength of the light to be detected . The pass wave range is thus formed as a result of the technology and can later be installed in the optical after the filter System can no longer be changed, while the wavelength emitted by the light sources used as transmission means scatters and shifts when objects - eg cosmic - moving at high speed.
Wegen der begrenzten Möglichkeiten der Interferenzfilter wurden auch andere Lösungen gesucht, so wurden z.B. unter Verwendung von Doppelbrechungs¬ kristallen mit Hilfe von akustischen Wellen und eines elektrischen Feldes abstimmbare Filter entwickelt, die noch komplizierter als die Interferenzfilter sind und deren Anwendung ebenfalls zu einer wesentlichen Zusatz¬ dämpfung führt.Because of the limited possibilities of the interference filter, other solutions were also sought, e.g. using birefringent crystals with the aid of acoustic waves and an electric field, tunable filters have been developed which are even more complicated than the interference filters and whose use likewise leads to a substantial additional attenuation.
Infolge der erwähnten Probleme werden in den einfachen Ausführungen einiger optoelektronischer Frei¬ luftvorrichtungen auch keine Interferenzfilter oder andere optische Filter mit hoher Selektivität verwendet, sondern gefärbte Filter aus einem Material mit wesentlich geringerer Selektivität, welche infolge des Mangels einer hohen Selektivität eine wesentliche Erhöhung des Verhältnisses Signal/ Störsignal nicht ermöglichen, gleichzeitig jedoch das nützliche Signal schwächen. Der wesentlichste Vorteil ihrer Anwendung besteht darin, dass sie in einem gewissen Masse das Detektorelement von der thermischen Einwirkung des besonders intensiven Hintergrundlichtes und Störlichtes schützen. In der Nachrichtenübertragungseinric.htung gemäss Sandor Takacs /Technische Universität Budapest/ "Breitband-Nachrichtenübertragungsexperimente im optischen Bereich" /Hiradastechnika, 1980, Seite 350/ werden keinerlei Schutzmittel zur Ausschliessung des Umgebungslichtes verwendet. Auch die in dem Empfänger gemäss der CH-PS 625923 verwendete Lösung enthält keinen Schutz gegen den störenden Einfluss des Hinter- grundlichtes. "Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung' einer selektiven optischen Detektoreinrichtung, welche insbesondere in optischen Nachrichtenübertragungs¬ vorrichtungen und Lokatoren verwendet - das in einem bestimmten Durchlasswellenbereich ankommende Licht über die Dämpfung des optischen Sammel¬ systems hinaus nicht weiter oder höchstens in einem geringen Masse dämpft, die Auswahl und Erfassung eines nützlichen Signals mit einer im Vergleich zu der Grosse des Hintergrund¬ lichtes und Störlichtes um mehrere Grössenordnungen geringeren Intensität ermöglicht, und gegebenenfalls das Abstimmen der Detektorvorrichtung auf eine gewünschte Wellenlänge ermöglicht, - die Einstellung der Auswahlbandbreite ermöglicht, die Einstellung der Empfangsrichtungscharakteristik ermöglicht.As a result of the problems mentioned, no simple interference filters or other optical filters with high selectivity are used in the simple designs of some optoelectronic free air devices, but colored filters made of a material with significantly lower selectivity, which, due to the lack of high selectivity, significantly increase the signal ratio / Do not allow interference signal, but at the same time weaken the useful signal. The main advantage of their application is that they protect the detector element to a certain extent from the thermal effects of the particularly intense background light and stray light. In the message transmission device according to Sandor Takacs / Budapest University of Technology / "Broadband message transmission experiments in the optical field" / Hiradastechnika, 1980, page 350 / no protective means are used to exclude the ambient light. The solution used in the receiver according to CH-PS 625923 also contains no protection against the disturbing influence of the background light. "The object of the invention is the development of 'selective optical detector means, which means in particular in optical Nachrichtenübertragungs¬ and locators used - the incoming in a particular transmission wavelength range of light on the attenuation of the optical Sammel¬ systems also not or at most in a low mass attenuates, enables the selection and detection of a useful signal with a lower intensity by several orders of magnitude compared to the size of the background light and stray light, and, if necessary, allows the detector device to be tuned to a desired wavelength, - the setting of the selection bandwidth enables the setting the reception directional characteristic enables.
Das obige Ziel wurde gemäss der Erfindung mit einer selektiven optischen Detektoreinrichtung erreicht, die insbesondere zur Detektierung von Lichtbündel mit kleiner Spektrumbandbreite oder monochromatischem Licht für optische Nachrichtenübertragungsvorrichtungen oder Lokatoren geeignet ist, und für das Detektieren von punktgemäss sammelbarem Licht in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich und Gesichtsfeldwinkel verwendet werden kann, wobei die Detektoreinrichtung mit einem Sammelsystem, das aus einem in dem vorgegebenen Wellen¬ längenbereich lichtdurchlässigen Material besteht, und einem Sensorelement versehen ist und gemäss der Erfindung die zu dem vorgegebenen Wellenlängenbereich gehörende Brennpunktfläche an einer von der Brenn¬ punktfläche, welche den ausserhalb des vorgegebenen Wellenlängenbereiches liegenden Wellenlängen zugehörig ist, abweichenden Stelle ist, und das Sensorelement über eine sich in der dem vorgegebenen Wellenlängen- bereich"zugehörigen Brennpunktfläche befindliche Appertur mit dem Sammelsystem optisch gekoppelt ist, wobei die Grosse der Appertur im wesentlichen mit der Grosse der Brennpunktfläche übereinstimmt, welche dem unter dem vorgegebenen Gesichtsfeldwinkel einfallenden und in dem vorgegebenen Wellenlängenbereich liegenden Licht zugehörig ist.The above object was achieved according to the invention with a selective optical detector device, which is particularly suitable for the detection of light beams with a small spectrum bandwidth or monochromatic light for optical communication devices or locators, and for the detection of point collectable light in a predetermined wavelength range and field of view angle can, the detector device being provided with a collecting system, which consists of a material which is translucent in the predetermined wavelength range, and a sensor element and, according to the invention, the focal area belonging to the predetermined wavelength range on one of the focal areas, which the outside of the predetermined wavelength range is associated with lying wavelengths, is deviating point, and the sensor element over a in the predetermined wavelength area " associated focal area is optically coupled to the collection system, the size of the aperture substantially corresponding to the size of the focal area, which is associated with the incident light from the predetermined field of view angle and lying in the predetermined wavelength range.
Es ist vorteilhaft, wenn das Sensorelement mit einer gegebenen lichtempfindlichen Fläche versehen ist und gemeinsam mit dem optischen Sammelsystem in einem optisch geschlossenen Gehäuse mit geringer Reflexion angeordnet ist, wobei die lichtempfindliche Fläche im Gehäuse hinter einer Sperrfläche im Lichtweg des durch die Appertur der Sperrfläche hindurchgelassenen Lichts angeordnet ist und der Brennweite sich in Abhängigkeit von der Wellenlänge an den Grenzen des Bereichs der zu detektierenden Lichtwellenlängen verändert. Zwischen dem optischen Sammelsystem und der lichtempfindlichen Fläche des Sensorelementes ist eine mit einer Appertur versehene Sperrfläche angeordnet, wobei die Grosse der Appertur im wesentlichen der Grosse der zu der zu detektierenden Lichtwellenlänge gehörenden Brennpunkt¬ fläche entspricht oder grösser ist und die in der Sperrfläche ausgebildete Appertur in der der charakteristischen Wellenlänge des zu detektierenden Lichtes zugeordneten Brennpunktebene angeordnet ist.It is advantageous if the sensor element is provided with a given light-sensitive surface and is arranged together with the optical collection system in an optically closed housing with little reflection, the light-sensitive surface in the housing behind a barrier surface in the light path of the light transmitted through the aperture of the barrier surface is arranged and the focal length changes depending on the wavelength at the limits of the range of the light wavelengths to be detected. A blocking area provided with an aperture is arranged between the optical collection system and the light-sensitive area of the sensor element, the size of the aperture essentially corresponding to or greater than the size of the focal point area belonging to the light wavelength to be detected and the aperture formed in the blocking area the focal plane assigned to the characteristic wavelength of the light to be detected is arranged.
Es ist vorteilhaft die Grosse der Appertur veränderbar auszubilden. Es ist zweckmässig, wenn die Form der Appertur variierbar ausgebildet ist. DieseIt is advantageous to design the size of the aperture to be variable. It is expedient if the shape of the aperture is designed to be variable. This
Massnahmen bewirken, dass der Wirkwinkel der Einrichtung adjustierbar wird.Measures have the effect that the effective angle of the device can be adjusted.
Um eine leichte Weiterverarbeitung der detektierten optischen Signale zu ermöglichen ist es vorteilhaft, das Sensorelement als optoelektrischen Umwandler auszubilden.In order to enable easy further processing of the detected optical signals, it is advantageous to use the sensor element as an optoelectric Train converters.
Zur Vermeidung von Überlastungen, insbesondere thermischer Art, ist die zusätzliche Verwendung von Farbenfiltern vorteilhaft. Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen dargestellt. Licht kann gegebenenfalls mittels weiterer optischer Mittel, Lichtleiter, z.B. Faseroptik, abge¬ lenkt, formiert werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Appertur gemeinsam mit dem Sensorelement, oder bei entsprechend grosser Sensorfläche ohne das Sensorelement, entsprechend der in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufgenommenen Bahn des Abbildungspunktes bewegbar aus¬ gebildet ist, somit ist das System abstimmbar aus¬ gestaltet. Bei aus mehreren Richtungen einfallendem Licht kann den einzelnen Richtungen je eine Appertur zugeordnet werden.In order to avoid overloads, especially thermal ones, the additional use of color filters is advantageous. Further advantageous designs are presented in the subclaims. Light can optionally by means of other optical means, light guides, e.g. Fiber optics, deflected, be formed. It is advantageous if the aperture is designed to be movable together with the sensor element, or with a correspondingly large sensor area without the sensor element, in accordance with the path of the imaging point recorded as a function of the wavelength, so that the system is designed to be adjustable. If light is incident from several directions, an aperture can be assigned to each direction.
Hierbei ist zu bemerken, dass unter der Appertur eine Fläche zu verstehen ist, über die das Licht zu dem Sensorelement gelangen kann. So kann die Appertur zum Beispiel die Eingangsfläche eines optischenIt should be noted here that the aperture is an area through which the light can reach the sensor element. For example, the aperture can be the entrance surface of an optical one
Leiters darstellen, während die Sperrfläche z.B. der Teil des optischen Leiters ist, der das Licht nicht empfängt. Bei entsprechender Grosse und Form des Sensorelementes stellt die Appertur die aktive Fläche des Sensorelementes dar, während die nichtaktive Fläche des Sensorelementes die Rolle der Sperrfläche über¬ nimmt.Represent conductor, while the restricted area e.g. is the part of the optical conductor that does not receive the light. With a corresponding size and shape of the sensor element, the aperture represents the active area of the sensor element, while the non-active area of the sensor element takes on the role of the blocking area.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Form der Appertur F "auf variable Weise ausgebildet ist, da entsprechend der Form für aus verschiedenenIt can furthermore be advantageous if the shape of the aperture F "is designed in a variable manner, since according to the shape for different
Richtungen einfallendes Licht verschiedene Bandbreiten¬ charakteristiken ausgebildet werden können.Different bandwidth characteristics can be formed in directions of incident light.
Diese Ausbildung ist besonders vorteilhaft, wenn die Streuung des Übertratungsweges oder die mechanischen Schwingungen d'es Empfängers eine bevor- zugte Richtung aufweisen.This configuration is particularly advantageous if the dispersion of the mechanical vibrations Übertratungsweges or d 'is a receiver forthcoming direction.
Bei Einkoppeln oder Auskoppeln eines Hilfs- signales kann die Anwendung eines zusätzlichen Spiegels erforderlich sein. Anhand dieser Lösung kann an dem gleichen optischen Sammelsystem A zum Beispiel die Peilung und/oder eine Verbindung in zwei Richtungen realisiert werden.If an auxiliary signal is being coupled in or out, an additional mirror may have to be used. Using this solution, for example, the bearing and / or a connection in two directions can be realized on the same optical collection system A.
Es kann von Vorteil sein, wenn zwischen dem optischen Sammelsystem und der mit der Appertur versehenen Sperrfläche ein zusätzliches Abdeckelement G angeordnet ist, da dadurch verhindert werden kann, dass das in Achsenrichtung einfallende, im wesentlichen einer Brechung nicht unterliegende Teilbündel ohne Filter¬ wirkung durch die Appertur hindurchkommen kann. Durch diese Massnahme wird die Seitensteilheit der auf dasIt can be advantageous if an additional cover element G is arranged between the optical collection system and the barrier surface provided with the aperture, since this can prevent the partial bundle incident in the axial direction, which is essentially not subject to refraction, without filtering by the filter element Apperture can get through. By this measure, the steepness of the sides on the
Sensorelement bezogenen Bandkurve der Detektion erhöht. Ein derartiges Abdeckelement kann auch vor dem optischen Sammelsystem angeordnet werden.Sensor element-related band curve of detection increased. Such a cover element can also be arranged in front of the optical collection system.
Nachstehend wird die erfindungsgemässe selektive optische Detektoreinrichtung anhand vor bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme aus die beige¬ fügten Zeichnungen näher erläutert.The selective optical detector device according to the invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Fig. 1 eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungs- ge ässen selektiven optischen Detektorein¬ richtung und Fig. 2 eine Dämpfung- Wellenlänge-Charakteristik der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung. Bei in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind noch folgende Bezugszeichen verwendet: f,, f , f Brennweite, a-a Hauptebene des optischen Sammelsystems A. Das optische Sammelsystem A hat für verschiedene Wellenlängen voneinander abweichende Brennpunkte f, f, f", gleichzeitig ist infolge des Kugelgestaltfehlers des optischen Sammelsystems A und anderer Verzerrungen das Mass der auf der zu detektierenden Wellenlänge erhaltenen Brennpunktfläche kleiner als die - Appertur der Sperrfläche B, anderer- seits wird die Filterwirkung nur durch zusätzliche Dämpfung erreicht. Abhängig von der Intensitäts¬ verteilung der Brennpunktfläche kann die Selektivität nur bei gleichzeitiger zusätzlicher Dampfung erhöht werden. Die auf der Sperrfläche B befindliche Appertur F ist in einem der Wellenlänge des zu detektierenden Lichtes entsprechenden Abbildungspunkt angeordnet. In dem Lichtweg des zu detektierenden Lichtes ist ein Sensorelement C hinter der Sperrfläche B angeordnet. Das durch die Appertur F hindurchgelassene Licht kann gegebenenfalls mittels weiterer optischer Mittel, Licht¬ leiter, z.B. Faseroptik, abgelenkt, formiert werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Appertur F gemeinsam mit dem Sensorelement C, oder bei entsprechend grosser Sensor¬ fläche ohne das Sensorelement C, entsprechend der in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufgenommenen Bahn des Abbildungspunktes bewegbar ausgebildet ist, somit ist das System abstimmbar ausgestaltet. Bei aus mehreren Richtungen einfallendem Licht kann den einzelnen Richtungen je eine Appertur F zugeordnet werden. Das in Fig. 1 dargestelltes optisches Sammel¬ system A ist in der Praxis im allgemeinen durch ein Linsensystem realisiert. Das optische Sammelsystem A ist vorzugsweise eine auf eine grosse Farbenabweichung bemessene Optik mit kleiner Verzerrung, wobei in der der zu detektierenden Wellenlänge zugehörigen Fokus¬ ebene eine mit einer Appertur F versehene Sprerrfläche B angeordnet ist,, während hinter der Sperrfläche B ein Sensorelement C angeordnet ist. Das Sensorelement C stellt irgendeinen, bekannten optoelektrischen Umwandler, z.B. eine PIN-Diode dar. Durch die Appertur F der in der Fokusebene des zu detektierenden Lichtes mit vorgegebener Wellenlänge angeordneten Sperrfläche B wird das Lichtbündel mit der ausgewählten Wellenlänge ohne Dämpfung hindurchgelassen und f^ällt auf die lichtempfindliche Fläche des Sensorelementes C. Dieser Vorgang wird in Fig. 1 durch den Strahlengang der Empfangswellenlänge D veranschaulicht. Anderen Wellen¬ längen ist je ein anderer Brennpunkt f zugeordnet, der Brennpunkt f, f' , f" verschiebt sich in Abhängigkeit von der Wellenlänge auf der optischen Achse b-b, wodurch das Licht mit abweichender Wellenlänge in der Ebene der Sperrfläche B an der in der Sperrfläche B befindlichen Appertur F einen grösseren Lichtfleck verursacht. Dieser Vorgang ist in Fig. 1 durch den Strahlenweg der nicht zu empfangenen Wellenlänge E dargestellt. Die Dämpfungscharakteristik des erfindungs- gemässen Sensorelementes C ist in Abhängigkeit von der Wellenlänge aus dem Verhältnis der Grosse der Appertur F zu der Grosse des in der Ebene der Appertur F erzeugten Lichtfleckes errechenbar.1 shows an advantageous embodiment of the selective optical detector device according to the invention, and FIG. 2 shows an attenuation-wavelength characteristic of the embodiment of the invention shown in FIG. 1. In the embodiment of the invention shown in FIG. 1, the following reference symbols are also used: f ,, f, f focal length, aa main plane of the optical collection system A. The optical collection system A has focal points f, f, f ″ that differ from one another for different wavelengths as a result of Spherical shape error of the optical collection system A and other distortions the dimension of the focal area obtained on the wavelength to be detected is smaller than the aperture of the blocking area B, on the other hand the filter effect is only achieved by additional damping. Depending on the intensity distribution of the focal point area, the selectivity can only be increased with simultaneous additional steaming. The aperture F located on the blocking surface B is arranged in an imaging point corresponding to the wavelength of the light to be detected. A sensor element C is arranged behind the blocking surface B in the light path of the light to be detected. The light transmitted through the aperture F can be deflected, if necessary, by means of further optical means, light guides, for example fiber optics. It is advantageous if the aperture F is designed to be movable together with the sensor element C, or with a correspondingly large sensor area without the sensor element C, in accordance with the path of the imaging point recorded as a function of the wavelength, so that the system is designed to be adjustable. If light is incident from several directions, an aperture F can be assigned to each direction. The optical collection system A shown in FIG. 1 is generally implemented in practice by a lens system. The optical collection system A is preferably an optical system which is dimensioned for a large color deviation and has a small distortion, with a blocking surface B provided with an aperture F being arranged in the focal plane associated with the wavelength to be detected, while a sensor element C is arranged behind the blocking surface B. . Sensor element C represents any known optoelectric converter, for example a PIN diode Aperture F in the focal plane of the light to be detected disposed at a predetermined wavelength blocking surface B, the light beam is transmitted to the selected wavelength without absorption and f ^ like everything on the photosensitive surface of the sensor element C. This process 1 in Fig. Through the beam path of the receive wavelength D illustrates. A different focal point f is assigned to different wavelengths, the focal point f, f ', f "is shifted as a function of the wavelength on the optical axis bb, as a result of which the light with a different wavelength in the plane of the blocking surface B at that in the 1 causes a larger light spot in barrier surface B. This process is shown in Fig. 1 by the beam path of the wavelength E not to be received. The attenuation characteristic of the sensor element C according to the invention is dependent on the wavelength from the ratio of the size of the aperture F. can be calculated to the size of the light spot generated in the plane of the aperture F.
Als mögliche Lösung ist weiterhin in Fig. 1 ein an eine Faseroptik K angepasstes Sensorelement C dar¬ gestellt. Dieses Sensorelement C ist unabhängig von dem Sensorelement C auf das Licht mit der zu dem Brenn- punkt f gehörenden Wellenlänge empfindlich.1 shows a sensor element C adapted to a fiber optic K as a possible solution. Independent of the sensor element C, this sensor element C is sensitive to the light with the wavelength belonging to the focal point f.
Als Beispiel ist in Fig. 2 die Dämpfungscharak¬ teristik eines derartigen getesteten optischen Sammel¬ systems A dargestellt. Das verwendete optische Sammel¬ system A ist eine auf einen Kugelgestaltfehler sorg- fältig korrigierte Dreilinsenzusammenstellung. AlsAs an example, the attenuation characteristic of such a tested optical collection system A is shown in FIG. The optical collecting system A used is a three-lens arrangement that has been carefully corrected for a spherical shape error. As
Ergebnis der entsprechenden Korrektion ist die Grosse der sich aus dem Kugelgestaltfehler ergebenden Brenn¬ punktfläche 20 ,um. Die Linsen sind aus aus einem schweren Flintglas des Typs SF 6 gefertigt, das über eine bedeutende Farbenstreuung verfügt. Das verwendete optische Sammelsystem A hat eine Brennweite von 80 mm und eine Lichtstärke von 1. In der Nähe der Wellenlänge von 820 nm beträgt die Steilheit der Funktion Brenn¬ weite-Wellenlänge 9,4 ,um/nm. Der Durchmesser der in der Sperrfläche B ausgebildeten Appertur F beträgt bei der Kurve I 300 ,um und bei der Kurve II 50 ,um. Aus den Werten des Beispiels geht hervor, dass bei der Anwendung der erfindungsgemässen Lösung mit real verwirklichbaren Mitteln eine in einem weiten Bereich einstellbare Selektivität erreicht werd.en kann ohne dass dabei eine zusätzliche Dämpfung in das System eingeführt wird.The result of the corresponding correction is the size of the focal point surface 20 .mu.m resulting from the spherical shape error. The lenses are made of heavy SF 6 flint glass, which has significant color variation. The used optical collection system A has a focal length of 80 mm and a light intensity of 1. In the vicinity of the wavelength of 820 nm, the steepness of the function focal length wavelength is 9.4 µm / nm. The diameter of the aperture F formed in the restricted area B is 300 μm for curve I and 50 μm for curve II. The values in the example show that when using the solution according to the invention, selectivity that can be set in a wide range can be achieved with realizable means without additional damping being introduced into the system.
Die erfindungsgemässe selektive optische Detektor¬ einrichtung wurde in einem Empfänger einer für die digitale Übertragung entwickelten optischenThe selective optical detector device according to the invention was in a receiver of an optical developed for digital transmission
Nachrichtenübertragungseinrichtung verwendet. Die Empfängereinrichtung ist für den Empfang von optischen Signalen mit einer Wellenlänge von etwa 820 nm ausge¬ bildet. Als annähernd monochromatische Lichtquelle wurde in dem Sender ein Halbleiterlaser verwendet. AlsMessage transmission device used. The receiver device is designed for the reception of optical signals with a wavelength of approximately 820 nm. A semiconductor laser was used as an approximately monochromatic light source in the transmitter. As
Sensorelement diente eine Lawinenphotodiode. DieAn avalanche photodiode was used as the sensor element. The
2 Wirkungsfläche des Sensorelementes C betrug 0,2 mm .2 effective area of the sensor element C was 0.2 mm.
Als gemeinsamer Effekt der durch die Anordnung desAs a common effect of the arrangement of the
Sensorelementes C erreichten Eliminierung der Reflexion und Streuung, sowie der Farbenabweichung und der infolge der kleindimensionierten Appertur F hervor¬ gerufenen, von der Wellenlänge abhängigen Übertragung konnte bei einer mit dem erfindungsgemässen Sensor- element C versehenen optoelektronischen Nachrichten- Übertragungsvorrichtung die Wirkungsweite bei Tage vonSensor element C achieved the elimination of reflection and scatter, as well as the color deviation and the wavelength-dependent transmission caused by the small-sized aperture F, in an optoelectronic message transmission device provided with sensor element C according to the invention, the range of action by days
2-3 km auf 10-15 km ohne Veränderung sonstiger Parameter erhöht werden, die Wirkungsweite bei Nacht /bei Betrieb ohne Hintergrundlicht und Störlicht/ blieb unverändert, d.h. verblieb auf ihrem ursprünglichen Wert von 10-15 km. tt Ähnliche Ergebnisse sind auch bei der Anwendung der' erfindungsgemässen Lösung in anderen, auf der Wirkung von Primär- oder Sekundärsignalen mit kleiner Bandbreite beruhenden aktiven oder passiven opto¬ elektronischen Vorrichtungen /Laserdistanzmesser, Laser- lokatoren, passive Infralokatoren, aktive Infra- teleskope/ zu erwarten.2-3 km to 10-15 km without changing other parameters, the range of effectiveness at night / when operating without background light and stray light / remained unchanged, ie remained at its original value of 10-15 km. Similar results are also with the application the 'inventive solution in the other, based on the action of the primary or secondary signals with a small bandwidth active or passive electronic devices opto¬ / laser distance meter, laser locators to expect telescopes / passive Infralokatoren active infrastructure.
In Hinsicht auf die Anwendung ist die erfindungs- gemässe Einrichtung vorteilhaft mit andersartigen Farbenfiltern zu kombinieren. Dabei ist es besonders vorteilhaft, Filter zu verwenden, deren Material gefärbt ist, insbesondere zum thermischen Schutz der optischen Sperrfläche.With regard to the application, the device according to the invention can advantageously be combined with different color filters. It is particularly advantageous to use filters whose material is colored, in particular for thermal protection of the optical blocking surface.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die erfindungsgemässe selektive optische Detektor- einrichtung über eine Reihe von Vorteilen verfügt, die nachstehend angeführt sind:In summary, it can be stated that the selective optical detector device according to the invention has a number of advantages, which are listed below:
- Die Anwendung von Interferenzfiltern und noch komplizierteren kristallphysikalischen Filtern wird überflüssig, - die Anwendung der erfindungsgemässen Lösung ergibt einenreinen Nutzen, eine zusätzliche Dämpfung wird nicht hervorgerufen,The use of interference filters and even more complicated crystal-physical filters becomes superfluous, the use of the solution according to the invention results in a pure benefit, no additional attenuation is caused,
- die Herstellung ist einfach, mit geringen Kosten verbunden und beansprucht keine besondere Technologie - die erfindungsgemässe Einrichtung ist auf die zu detektierende Wellenlänge einstellbar,production is simple, involves low costs and does not require any special technology - the device according to the invention can be set to the wavelength to be detected,
- die zu detektierende Bandbreite ist einstellbar,the bandwidth to be detected is adjustable,
- die Richtungscharakteristik der optoelektronischen Einrichtung ist veränderbar, - die Wirkungsweite, Empfindlichkeit der opto¬ elektronischen Freiluftvorrichtungen kann durch Ver¬ wendung der erfindungsgemässen Lösung bedeutend gesteigert werden. the directional characteristic of the optoelectronic device can be changed, the range of action and sensitivity of the optoelectronic outdoor devices can be increased significantly by using the solution according to the invention.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Selektive optische Detektoreinrichtung zur Detektierung von punktgemäss sammelbarem Licht in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich und Gesichtsfeldwinkel, welche mit einem optischen Sammelsystem, das aus einem in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich lichtdurch¬ lässigem Material besteht, und einem lichtempfindlichen Sensorelement versehen ist, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass innerhalb des vorge¬ gebenen Wellenlängenbereiches für das Sammelsystem /A/ ein Brennpunkt /f/ charakteristisch ist, welche in einer Entfernung zu den für die ausserhalb dieses. Bereiches liegenden Wellenlängen charakteristischen Brennpunkte /f, f"/ liegt, und das Sensorelement /C/ über eine Appertur /F/, die in der zu dem vorgegebenen Wellenlängenbereich gehörigen Brennpunktfläche /f/ aus¬ gebildet ist, mit dem optischen Sammelsystem /A/ optisch gekoppelt ist, dass weiterhin die Grosse der Appertur /F/ im wesentlichen der Grosse der zu dem in dem vorgegebenen Gesichtsfeldwinkel einfallenden und in dem vorgegebenen Wellenlängenbereich befindlichen Licht gehörenden Brennpunktfläche entspricht.1. Selective optical detector device for the detection of point-collectable light in a predetermined wavelength range and field of view angle, which is provided with an optical collection system, which consists of a translucent material in a predetermined wavelength range, and a light-sensitive sensor element, characterized in that within of the predetermined wavelength range is characteristic of the collection system / A / a focal point / f / which is at a distance from that for those outside of it. Characteristic wavelengths / f, f "/ and the sensor element / C / via an aperture / F /, which is formed in the focal area / f / belonging to the predetermined wavelength range, with the optical collection system / A / What is optically coupled is that the size of the aperture / F / essentially corresponds to the size of the focal point surface belonging to the light incident in the predetermined field of view angle and located in the predetermined wavelength range.
2. Selektive optische Detektoreinrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für optische Nachrichten¬ übertragungsvorrichtungen und optische Lokatoren zur Erfassung von Lichtbündeln mit kleiner Spektrumband¬ breite oder monochromatischem Licht, d a d u c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das in Richtung des zu erfassenden Lichtbündels gerichtetes optisches2. Selective optical detector device according to claim 1, in particular for optical message transmission devices and optical locators for detecting light bundles with small spectral bandwidth or monochromatic light, so that the optical directed in the direction of the light bundle to be detected
Sammelsystem /A/ und das mit einer lichtempfindlichen Fläche versehenes Sensorelement /C/ in einem optisch geschlossenen Gehäuse mit geringer Reflexion angeordnet sind, dass weiterhin die lichtempfindliche Fläche des Sensorelementes /C/ im Gehäuse hinter einer Sperr- fläche /B/ im Weg des durch die Appertur /F/ der Sperr¬ fläche /B/ durchgelassenen Lichtes angeordnet ist, und die Funktion Brennweite-Wellenlänge- sich an den Gren¬ zen des Bereichs der zu erfassen.gewünschten Licht- Wellenlängen verändert, wobei das Mass der Appertur /F/ dem Mass der zu der zu erfassenden Lichtwellenlänge gehörenden Brennpunktfläche im wesentlichen entspricht oder grosser ist und die auf der Sperrfläche /B/ aus¬ gebildete Appertur /F/ in der Ebene des der charakteristischen Wellenlänge des zu erfassenden Lichtes zugeordneten Brennpunktes /f/ angeordnet ist.Collection system / A / and the sensor element / C / provided with a light-sensitive surface are arranged in an optically closed housing with little reflection, so that the light-sensitive surface of the sensor element / C / in the housing behind a blocking area / B / is arranged in the path of the light transmitted through the aperture / F / the blocking area / B /, and the function focal length-wavelength - changes at the limits of the range of the desired light wavelengths to be detected, wherein the dimension of the aperture / F / essentially corresponds to or is greater than the dimension of the focal area belonging to the light wavelength to be detected and the aperture / F / formed on the blocking surface / B / in the plane of the characteristic wavelength of the light to be detected assigned focal point / f / is arranged.
3. Selektive optische Detektoreinrichtung nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass die Appertur /F/ auf einer von der zu detektierenden Lichtwellenlänge abhängigen Bahn des Brennpunktes /f/ bewegbar angeordnet ist.3. Selective optical detector device according to claim 1 and 2, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that the aperture / F / is movably arranged on a path of the focal point / f / which is dependent on the light wavelength to be detected.
4. Selektive optische Detektoreinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Grosse der Appertur /F/ veränderbar ausgebildet ist.4. Selective optical detector device according to claims 1 to 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that the size of the aperture / F / is designed to be changeable.
5. Selektive optische Detektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Form der Appertur veränderbar ausgebildet ist. 5. Selective optical detector device according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that the shape of the aperture is designed to be changeable.
6. Selektive optische Detektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e - kennzeichnet, dass ein zusätzlicher Aus- und/oder Ein- kopplungsspiegel vorgesehen ist.6. Selective optical detector device according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h g e - indicates that an additional decoupling and / or coupling mirror is provided.
7. Selektive optische Detektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem optischen Sammelsystem /A/ und der Appertur /F/ ein zusätzliches Abdeckelement /G/ angeordnet ist.7. Selective optical detector device according to one of claims 1 to 6, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that between the optical collection system / A / and the aperture / F / an additional cover element / G / is arranged.
8. Selektive optische Detektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass vor dem optischen Sammelsystem /A/ ein zusätzliches Abdeckelement /G/ angeordnet ist.8. Selective optical detector device according to one of claims 1 to 7, dadurchge - indicates that an additional cover element / G / is arranged in front of the optical collection system / A /.
9. Selektive optische Detektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass das Sensorelement /C/ ein optoelektrischer Umwandler ist.9. Selective optical detector device according to one of claims 1 to 8, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that the sensor element / C / is an optoelectric converter.
10. Selektive optische Detektoreinrichtung nach# Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h - n e t , dass zwischen dem Sammelsystem /A/ und dem Sensorelement /C/ ein in der optischen Achse der Einrichtung angeordnetes und den Mittelteil des auf das Sensorelement /C/ gerichteten Lichtbündels verdeckendes, zusätzliches Abdeckelement /G/ angeordnet ist, wobei die aktive Fläche des Sensorelementes /C/ im wesentlichen mit dem vorgegebenen Mass der Appertur /F/ übereinstimmt.10. Selective optical detector device according to # claim 1, characterized in that between the collecting system / A / and the sensor element / C / an additional element arranged in the optical axis of the device and covering the middle part of the light element directed at the sensor element / C / Cover element / G / is arranged, wherein the active surface of the sensor element / C / substantially corresponds to the predetermined size of the aperture / F /.
11. Selektive optische Detektoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein zusätzlicher Farbenfilter vorgesehen ist. 11. Selective optical detector device according to one of claims 1 to 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that an additional color filter is provided.
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