CH661392A5 - Optische richtstrahlanlage zur datenuebertragung. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Richtstrahlanlage zur Datenübertragung, enthaltend ein Paar von aufeinander ausgerichteten optischen Kopfanordnungen, welche durch einen Daten-Übertragungspfad in freiem Raum voneinander getrennt sind, wobei die Daten in mindestens einer ersten

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Richtung entlang dem Pfad zwischen den Kopfanordnungen befördert werden. Die eigentliche Erfindungsidee ist dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 zu entnehmen.

Eine optische Richtstrahlanlage zur Übertragung von Daten kann in Situationen verwendet werden, in welchen die Installation von Drähten oder Lichtleitfasern nicht möglich oder unzweckmässig ist. Typische Beispiele für derartige Lagen sind Überbrückungen von Flüssen, von Flussmündungen oder von grössern Strassenkomplexen oder schliesslich eine Verbindung von Orten untereinander, welche durch überbaute Flächen voneinander getrennt sind. Auch bei Ingenieurbau-Projekten, bei welchen die Endstationen sehr oft den Ort wechseln müssen und bei welchen das dazwischen liegende Terrain für ununterbrochene Aushubarbeiten verwendet wird, kann eine optische Richtstrahlanlage vorteilhafterweise Verwendung finden.

Die Endausrüstung einer herkömmlichen optischen Richtstrahlanlage enthält elektronische Elemente zur Umwandlung eines zu übertragenden elektrischen Signals in ein optisches Signal, elektronische Elemente zur Umwandlung des empfangenen optischen Signals in ein entsprechendes elektrisches Signal und optische Elemente zum Koppeln des zu übertragenden optischen Signals von einer Endausrüstung der Anlage in die andere Endausrüstung, wobei die beiden Endausrüstungen in «Sichtverbindung» sind, und vice versa. Üblicherweise enthalten die Endausrüstungen, welche z.B. auf Dächern von Gebäuden angebracht sind, sowohl die optischen als auch die elektronischen Elemente, einschliesslich Koppellaser und Photodetektoren, und sind foglich sehr empfindlich auf Temperaturänderungen.

Bei der vorliegenden erfindungsgemässen Anlage enthält jede Endausrüstung grundsätzlich eine optische Kopfanordnung, die keine aktiven Komponenten aufweist, wobei die optischen Eingangs- und/oder Ausgangs-Signale von den optischen Kopfanordnungen über herkömmliche Lichtleitfasern an die weitern Teile der Endausrüstung übertragen werden. Eine optische Kopfanordnung kann einen einzigen optischen Pfad aufweisen und foglich lediglich imstande sein, optische Signale nur zu empfangen oder zu senden, oder sie kann eine einzige Bohrung aufweisen, welche optisch für das Senden und das Empfangen optischer Signale unterteilt ist, oder schliesslich kann ein optischer Doppelpfad vorhanden sein in getrennten, parallelen Bohrungen (Binocular), wobei ein Pfad zum Senden und der andere zum Empfang verwendet wird.. Die elektronischen Ausrüstungen zum Umwandeln elektrischer Signale in optische und vice versa können in einer bestimmten Entfernung von den optischen Kopfanordnungen, z.B. innerhalb der zu verbindenden Gebäude, angeordnet sein, wobei, wie bereits erwähnt, diese elektronischen Ausrüstungen mit den Kopfanordnungen durch herkömmliche Lichtleitfasern verbunden sind.

Um ein optisches Datensignal in den freien Raum von einer optischen Kopfanordnung zur andern aussenden zu können, wird das Ausgangsende einer Lichtleitfaser einfach im Brennpunkt einer gewöhnlichen Sammellinse plaziert, welche die Sendeoptik der optischen Kopfanordnung darstellt, so dass sein Bild auf die Empfangsoptik der entfernten Kopfanordnung projiziert wird. Die Linse sollte eine genügende Apertur haben, um die meisten der aus dem Lichtkonus von der Faser austretenden Strahlen aufzufangen und die Brennweite der Linse sollte ein entferntes Bild in genügender Grösse projizieren können. Für Lichtleitfasern mit einem Kerndurchmesser von 50 àm und einer numerischen Apertur = 2 sollte eine Linse mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Brennweite vonl20 mm verwendet werden.

Um die Ausrichtung der zwei optischen Kopfanordnungen zu erleichtern, ist jede einstellbar auf einem Stativ montiert und jede kann ein Suchfernrohr aufweisen, dessen Ausrichtung bezüglich der Achse des Kopfanordnungs-Körpers fixiert ist; im Falle von separaten optischen Sende- und Empfangseinrichtungen, kann je eine der beiden Einrichtungen in ein Suchfernrohr umgewandelt werden, indem das Aufnahmestück der Lichtleitfaser (welches später ausführlich besprochen wird und welches dazu dient, das Ende der Lichtleitfaser im Brennpunkt der einfachen positiven Linse anzubringen) durch ein Okular ersetzt wird. Die korrekte gegenseitige Ausrichtung der Kopfanordnungen kann durch Vorgänge, die nachfolgend beschrieben sind, erreicht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nun anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine einen einzelnen optischen Pfad aufweisende Kopfanordnung, teilweise im Schnitt und teilweise schematisch dargestellt, wie sie in der erfindungsgemässen optischen Richtstrahlanlage verwendet wird,

Fig. 2 schematisch die optische Richtstrahlanlage gemäss der Erfindung, und

Fig. 3 im Schnitt einen Pfad einer optischen Kopfanordnung mit optischem Doppelpfad, wie sie in der erfindungsgemässen Anlage verwendet wird.

Wie bereits oben erwähnt, kann in einer möglichen Ausgestaltung eine optische Kopfanordnung lediglich einen einzelnen optischen Pfad aufweisen. Eine derartige Anordnung wird in Fig. 1 gezeigt, welche, teilweise schematisch, auch Mittel zur Einstellung der Position des optischen Pfades in zwei Richtungen, die im rechten Winkel zueinander liegen in bezug auf eine fixe Achse zeigt.

In einem Körper 1 einer optischen Kopfanordnung aus z.B. Duraluminium ist eine Bohrung 2 vorgesehen. Diese Bohrung 2 kann entweder für den Empfangs- oder den Sendepfad dienen; oder sie kann optisch unterteilt sein, wie nachfolgend beschrieben wird. Das Frontende (linkerhand) der Bohrung trägt in jedem der erwähnten Fälle eine entsprechende Objektivlinse 3 in einer fixen Halterung.

Eine Lichtleitfaser 4 mit einer polierten Endfläche wird unter Federspannung in einem Lichtleitfaser-Stecker 5, enthaltend die Elemente 7 und 8 und die Feder 15, montiert. Der Stecker 5 wird an einem Ende einer faserfokussierenden Fassung 6 in die Bohrung geschraubt, bis die Lichtleitfaser 4 die Endfläche eines mit einer Fixieröffnung 11 versehenen topfförmigen Gliedes 10 berührt; das Glied ist in eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 9 am andern Ende der Fassung 6 eingeschraubt. Der äussere Umfang der Fassung 6 ist mit einem feinen Schraubengewinde entlang seiner Länge versehen, welches in ein entsprechendes Gewinde am Ende eines Aufnahmestücks 12 für Faser und Filter passt. Ein Filter 13 ist im Stück 12 angebracht.

Zweck dieses Filters ist es, mögliche Störungen von unerwünschten Breitband-Lichtquellen, wie z.B. die Sonne, fernzuhalten. Das Filter 13 kann ein schmales Bandpassfilter sein, welches auf die Sende-Wellenlänge abgestimmt und im Empfangspfad angeordnet ist. Es ist nicht nötig, ein Filter auch im Sendepfad anzuordnen. Das Aufnahmestück 12 ist in den Körper 1 eingeschraubt. Ein Ringverschluss 12' kann in einer Ausnehmung der Filterhalterung angeordnet sein, um das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit in die Bohrung 2 und auf die innere Oberfläche der Linse 3 zu verhindern.

Die Lage der polierten Endfläche der Faser 4 wird während der Herstellung der Kopfanordnung in bezug auf die Linse derart eingestellt, dass sie auf unendlich fokussiert ist, d.h., dass paralleles, auf die linke Seite der Linse 3 einfallendes Licht auf die polierte Endlfäche der Faser 4 fällt; zur Einstellung für diesen Zweck dienen die Schraubengewinde an der Fassung 6 und am Aufnahmestück 12. Sobald die genaue Einstellung erreicht wurde, wird die Fassung 6 in der entsprechenden Lage durch einen Arretierring 14 arretiert. Da ein gegebenes Paar von optischen Kopfanordnungen für eine bestimmte Lichtstrahlanlage gleich ist und da die Entfernung zwischen Linse und Faser dieselbe ist, kann die Einstellung durchgeführt werden, indem zwei Linsen zusammengefügt werden, wodurch die Notwendigkeit entfällt, eine Quelle von parallelen Lichtstrahlen oder Mittel zur

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Bestimmung der Parallelität der Lichtstrahlen, ausgehend von der linken Seite der Linse 3, vorzusehen.

Der Körper 1 ist auf einer Trägerplatte 16 montiert, die ihrerseits an einem Dreifuss oder einem Stativ (nicht gezeigt) über einen Schwenk/Kipp-Block 16a befestigt ist; dieser Block ermöglicht die Grobeinstellung der Richtung der optischen Kopfanordnung, zu welchem Zwecke das Aufnahmestück 12 für Faser und Filter als ganze Einheit vom Körper 1 abgeschraubt und durch ein Okular ersetzt wird, um das bereits erwähnte Suchfernrohr zu bilden. Der Körper 1 ist auf der Platte 16 über ein Universal-Gelenkstück 17 montiert, welches aus einem Eleva-tionsgelenk 17a und einem Anzimutgelenk 17b besteht. Die Feineinstellung der Elévation und des Azimuts wird durch die Betätigung eines mit einem feinen Gewinde versehenen Stifts 18 erreicht, welcher in eine mit einem entsprechenden feinen Gewinde versehene Bohrung des Körpers 1 einschraubbar ist, wobei die Spitze des Stifts 18 in eine Umfangsrille einer Schnecke 19 eingreift, welche um eine Achse 19a drehbar angeordnet ist. Durch das Ein- und Ausschrauben des Stifts 18 in die oder aus der Bohrung wird die effektive Länge der Elévation der optischen Kopfanordnung eingestellt und indem die Schnecke 19 gedreht wird, kann deren Anzimut eingestellt werden. Einmal eingestellt, wird die Kopfanordnung durch unter Federspannung stehende Arretierstifte 20 zwischen Platte 16 und Kopf 1 in der richtigen Lage gehalten. Sobald die Feineinstellung auf diese Weise durchgeführt wurde, wird das Aufnahmestück 12 mit dem bereits vorher fokussierten Faserende in seine Lage im Körper 1 gebracht, wonach der elektronische Teil der Anlage auf die maximale Signalamplitude eingestellt wird, wie nachfolgend in Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben.

Die Fig. 2 zeigt schematisch die Linsen 21 und 22 und die Lichtleitfasern 23 und 24 eines optischen Pfades der Lichtstrahlanlage. Das zwischen den Linsen 21 und 22 zu übertragende optische Signal wird von einem elektrooptischen Wandler (enthaltend einen pulsfrequenzmodulierten Sender 25 einschliesslich einer optischen Strahlquelle, z.B. eines Halbleiterlasers) aus einem elektronischen Eingangssignal 26 erzeugt, welches an den erwähnten Wandler angelegt und durch einen optoelektronischen Wandler (enthaltend einen pulsfrequenzmodulierten Empfänger 28 einschliesslich eines Photodetektors) in ein elektronisches Ausgangssignal 27 umgewandelt wird. Es ist wichtig, dass die den optischen Kopfanordnungen je zugeordneten elektronischen Einrichtungen auf optimalen Betrieb unter guten atmosphärischen und andern Bedingungen eingestellt sind, um dann bei schlechten Bedingungen, z.B. bei Nebel, ein Signal zu liefern, welches erfolgreich empfangen werden kann. Für diesen Zweck ist es nötig, ein geeignetes Mittel zur Messung des empfangenen Signals bei jeder optischen Kopfanordnung zu haben, um dann sowohl die Sende- als auch die Empfangselektronik auf eine maximale Signalamplitude einstellen zu können. Beim Empfang kann sie durch Beobachtung eines Messgerätes erreicht werden, wobei gemäss dessen Angaben einfach die Ausrichtung des Empfängers für eine maximale Signalamplitude eingestellt wird; beim Sender ist es jedoch nötig, genau zu wissen, was beim Empfänger passiert, wenn Justierungen am Sender vorgenommen werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass dem pulsfrequenzmodulierten Empfänger 28 ein Ausgangssignal 29 an einer solchen Stelle entnommen wird, dass dieses Ausgangssignal in einem proportionalen Bezug zur Signalamplitude steht, also z.B. am Photodetektor des Empfängers. Das Ausgangssignal 29 wird dann einem Oszillator 30 mit variabler Tonfrequenz zugeführt, welcher es in ein variables Tonfrequenz-Ausgangsignal an einem Lautsprecher 31 umwandelt. Dieses letztere Signal kann dann an das Sendeende der Anlage über eine Sprechfrequenz-Leitung 32, wie z.B. eine Telephonleitung oder ein Feldfunksprechgerät, übertragen werden. Eine Bedienungsperson am Sendeende der optischen Richtstrahlanlage kann folglich die Auswirkung der Justierung der elektronischen Einrichtungen an der Sende-Kopfanordnung auf die elektronischen Einichtungen der Empfangs-Kopfanordnung «hören» und folglich kann die Sendeelektronik auf die maximale Signalamplitude des Empfängers eingestellt werden. Beim Oszillator 30 mit variabler Tonfrequenz kann es sich um einen beliebigen Oszillator handeln, der auf Änderungen der Spannungsdauer des Stromausgangssignals vom Empfänger anspricht und der in Abhängigkeit von diesen Änderungen die Amplitude des Signalpegels ändert, so dass der Tonpegel variiert.

Vorzugsweise wird die Übertragung in der optischen Anlage über den Videoband-Teil des Spektrums durchgeführt, welcher für viele Änderungsmöglichkeiten günstig ist, so dass HiFi-Sprache oder Daten bis zu 8 Mbit im Binärformat übertragbar sind. Die übertragbare Bandbreite ist lediglich durch die Bandbreite der Elektronik eingeschränkt. Grundsätzlich könnte bei einer Trägerwellenlänge von 1 (xm die Bandbreite 20 X 1012 Hz sein.

Sollte eine Binokularanordnung für den optischen Sende-und Empfangspfad verwendet werden, um die ursprüngliche Ausrichtung der optischen Kopfanordnungen zu erleichtern,

kann jede der Kopfanordnungen einen teleskopischen Sucher enthalten, dessen Ausrichtung in bezug auf die Achse des Körpers der Kopfanordnung fixiert ist. Um mechanischen Toleran- -zen und Zentrierungsfehlern in den verwendeten Linsen Rechnung tragen zu können, muss für eine strikte Einstellung der Parallelität zwischen dem Sucher und dem optischen Sendebzw. Empfangspfad gesorgt sein. Es ist gleichfalls nötig, für eine kritische Fokussiereinstellung jeder Lichtleitfaser in bezug auf ihre Objektivlinse zu sorgen.

Dies kann mit einer Anordnung, wie sie in Fig. 3 gezeigt, wird, erreicht werden. In der Figur wird lediglich eine Ausrichte- und Fokussieranordnung gezeigt, obzwar für den optischen Sende- und Empfangspfad je eine dieser Anordnungen verwen- : det wird. In einem z.B. aus Duraluminium gefertigten Körper 40 sind drei parallele Bohrungen vorgesehen, wobei nur die Bohrung 41 gezeigt wird. Diese kann entweder für den Empfangs- oder den Sendepfad verwendet werden, die zweite Bohrung ist dann für den Sende- bzw. Empfangspfad vorgesehen,5 -während die dritte Bohrung für den Sucher reserviert bleibt. Am Frontende (links in der Zeichnung) jeder Bohrung ist eine' entsprechende Objektivlinse 42 in einer fixen Halterung vorgesehen.

Eine Lichtleitfaser 43 wird mit ihrer polierten Endfläche in ein Aufnahmestück 44 gesteckt, welches in das rückwärtige Ende eines einstellbaren Fokussierrohres 45 passt; dieses Rohr wird gegen die Objektivlinse 42 durch eine Druckfeder 46, die sich zwischen einer Schulter 47 des Rohres 45 und einer rückwärtigen Endplatte 48 des Körpers 40 befindet, gepresst. Die Frontplatte 49 des Körpers 40 befindet sich am der Endplatte 48 entgegengesetzten Ende des Körpers. Eine Fokussiermutter 50, mit einem feinen Schraubengewinde versehen, ist auf ein Ende des Fokussierrohres 45 aufschraubbar und dient der axialen Bewegung des Rohres und folglich des Endes der Lichtleitfaser 43, um deren Brennpunktlage, wie sie durch das Zusammenfügen der zwei Linsen bestimmt ist, wie oben beschrieben, •' zu korrigieren. Im Fokussierrohr kann in einer Filterhalterang 51 das Filter montiert werden. Der Zweck des Filters und seine Ausgestaltung sind identisch mit dem bereits in diesem Zusammenhang bei der Beschreibung der Fig. 1 gesagten.

In einem erweiterten Teil 52 des Fokussierrohres 45, welcher die Schulter 47 als Stütze der Druckfeder 46 bildet, befindet sich ein Führungsschlitz 53. In diesen Schlitz greift ein Stift 54 ein, der am Körper 40 befestigt ist, um eine Drehung des Fokussierrohres zu verhinder, während die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung weiterhin möglich ist.

Das Fokussierrohr 45 befindet sich als Gleitsitz in einer zylindrischen Bohrung 55 eines aussen sich verjüngenden Einstell-

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elements 56. Die Achse der Bohrung 55 ist in bezug auf die Achse der aussen sich verjüngenden Oberfläche des Elements 56 versetzt, z.B. um 0,5 mm in einer vorzugsweise beschriebenen optischen Binokular-Kopfanordnung. Die äussere Fläche des Elements 56 ist feingeschliffen und ruht folglich auf der innern, sich verjüngenden Oberfläche eines weitern Einstellelements 57, welches gleichfalls eine äussere Verjüngung aufweist. Die innere und äussere Verjüngung des Einstellelements 57 hat ihre Achse gleichfalls um 0,5 mm, wie im oben erwähnten Beispiel. Die äussere Verjüngung ist gleichfalls feingeschliffen und ruht so auf einer sich verjüngenden Bohrung 58 in der rückwärtigen Endplatte 48. Die Achse dieser Bohrung liegt nominell konzentrisch mit der optischen Achse der Objektivlinse 42. Die verschiedenen Konen werden durch die Mutter 50 und die Federwirkung der Feder 46 fest zusammengehalten. Die Winkel dieser Konen sind so gewählt, dass mit Hilfe eines hochviskosen Schmiermittels Präzisionsdrehungen der Einstellelemente ohne die Gefahr eines Festfressens möglich sind. Üblicherweise wird ein Winkel von 30° gewählt. Um die kritische Einstellung der Fokussierung zu erleichtern, können die Fokussiermutter 50 und die'Einstellelemente 56 und 57 mit Umfangsbohrungen zur Betätigung mit einem entsprechenden Schlüssel (nicht gezeigt) versehen sein.

Wenn also die Einstellelemente 56 und 57 so orientiert sind, dass sich deren Achsversetzungen (0,5 mm) genau aufheben, wird das Ende der optischen Faser in einer Achse zu liegen kommen, welche nahe zur optischen Achse der Objektivlinse 42 ist. Werden aber die Einstellelemente 56 und 57 unabhängig voneinander gedreht, kann die Lichtleitfaser in allen Richtungen um maximal 1 mm verschoben werden, um einen möglichen Ausrichtefehler zu kompensieren.

Um einen wirkungsvollen Betrieb der optischen Richtstrahlanlage gewährleisten zu können, ist es nötig, die optischen Kopfanordnungen der Endausrüstungen genauestens in bezug aufeinander auszurichten. Zu diesem Zwecke kann das oben beschriebene System der «konzentrisch-exzentrischen» Kegel verwendet werden. Die optische Kopfanordnung, enthaltend den Körper 40 mit der Front- und Endplatte 49 bzw. 48, wird auf iinen Schwenk/Kipp-Block 49 montiert: die Frontplatte 49 wird über eine flache Phosphorbronzefeder 60 am Block 59 befestigt, wobei die Feder einen hohen Festigkeitsgrad bei gleichzeitigen Biegungsmöglichkeiten gewährleistet, so dass der rückwärtige Teil der Kopfanordnung in alle Richtungen ein wenig ausgelenkt werden kann; zwischen der Endplatte 48 und dem Block 59 befindet sich ein Paar pseudokonzentrischer Stellelemente 61 und 62, welche in gleicher Weise betrieben werden wie die bereits beschriebenen Elemente 56 und 57, wobei deren Bewegungen auf den Block 59 über z.B. eine Stahlkugel 63 übertragen werden, »welche zwischen dem innern exzentrischen Stellelement 61 und einer Buchse 64, die am Block 59 befestigt ist, liegt. Der Druck auf die Stahlkugel wird durch eine entsprechende Vorspannung der Phosphorbronzefeder 60 aufrecht erhalten. Wenn die Konusachsen der Stellelemente 61 und 62 gegeneinander um 1 mm versetzt sind, kann eine Totalbewegung von 2 mm in eine beliebige Richtung erreicht werden. Die Stell-ilemente 61 und 62 können an deren Umfang mit Bohrungen (nicht gezeigt) zur Betätigung mit einem entsprechenden Schlüssel versehen sein, um den Einstellvorgang zu erleichtern. Der Schwenk/Kipp-Block 59 ist üblicherweise auf einem Dreifuss oder einem andern Stativ (nicht gezeigt) montiert und ermöglicht so die Grobeinstellung der Ausrichtung der optischen Kopfanordnung, wobei die Stellelemente 61 und 62 lediglich für endgültige Justierungen der Ausrichtung der Kopfanordnungen in bezug aufeinander verwendet werden.

Bei Bedingungen, unter welchen sich eine visuelle Ausrichtung als undurchführbar erweist, können die Stellelemente 61 und 62 zur Einstellung der Richtung mit Hilfe eines bereits in Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2 erwähnten Oszillators mit variabler Tonfrequenz verwendet werden. Eine derartige «Blind»-Einstellung kann jedoch einfacher mit den bereits in Fig. 1 angegebenen Elévations- und Azimut-Einstell-elementen durchgeführt werden als mit den Stellelementen 61 und 62 wegen der Interpretationsschwierigkeit, welches Stellelement zu welcher Einstellung verwendet werden soll. Es können also Ausführungsbeispiele von Kopfanordnungen vorgesehen sein, in welchen die Befestigungen der Kopfanordnungskörper der Fig. 1 und 3 untereinander ausgetauscht sind.

Die Einstellelemente 56, 57 und die Fokussiermutter 50 könnten üblicherweise für richtige Einstellungen während der Herstellung der optischen Kopfanordnung dienen; im Felde wäre dann lediglich eine Einstellung mit dem Schwenk/Kipp-Block nötig. Die konisch verlaufenden Oberflächen der verschiedenen Einstellelemente dienen zur Eliminierung von Spiel, zu welchem Zwecke allerdingt keine konische Ausgestaltung der Oberflächen nötig wäre.

Während in den oben beschriebenen Beispielen von optischen Einwegpfaden allgemein runde Linsen verwendet werden, sind auch andere Aternativen denkbar. Zum Beispiel kann eine einzelne Linse in zwei Hälften geteilt werden, indem ein Prisma mit geringem Keilwinkel über einer Hälfte, der Empfängerhälfte, angebracht wird. Durch das Anbringen des Prismas entstehen gesonderte Empfangs- und Sendebilder, wobei die Trennung extrem stabil ist, da durch den Prismenwinkel fixiert. In dieser Anordnung teilen der Sende- und Empfangspfad dasselbe «Teleskop»-Rohr, d.h. dieselbe Bohrung im Körper der optischen Kopfanordnung, was sehr zur Vereinfachung des Problems der Ausrichtung, der Einstellung und der Stabilität beiträgt. Eine Teilung der Linse auf die beschriebene Art halbiert jedoch die Sende- und Empfangsflächen, was zu einem entsprechenden optischen Verlust im Vergleich mit der Binokularanordnung von zwei optischen Pfaden mit je gleich grossen Linsen wie die eine Linse des einzelnen optischen Pfads führt; dies kann jedoch durch die Verwendung einer entsprechend grössern Linse in der Ausführungsform der geteilten Linsenanordnung kompensiert werden. Eine andere mögliche optische Anordnung könnte eine zentrale runde Linse für den Sendepfad enthalten, umgeben von einer ringförmigen Linse für den Empfangspfad. „

Im Vergleich mit Richtfunkstrecken und herkömmlichen Richstrahlsystemen weist die beschriebene, erfindungsgemässe Anlage einen bedeutenden Vorteil auf, indem ein sehr schmaler Strahlwinkel der Grössenordnung von 0,05° erreicht wird, ohne dass grosse und teure optische Systeme verwendet werden müssen. Der schmale Sendestrahl verursacht minimale Pfadverluste und verringert die Gefahr eines nichtgenehmigten Abhörens, während das entsprechend schmale Sicht-Empfängerfeld das Risiko von Geräuschen und Störungen aus unerwünschten Lichtquellen, wie z.B. die Strassenbeleuchtung oder die Sonne, herabsetzt.

Die optischen Kopfanordnungen enthalten keinerlei aktive Komponenten, da sowohl Eingangs- als auch Ausgangssignale in Form von Licht über Lichtleitfasern übertragen werden. Aus diesem Grunde ist die erfindungsgemässe optische Richtstrahlanlage für laufende Verbesserungen und technische Erneuerungen im Bereiche von Lichtleitfaser-Sendern oder -Empfängern erneuerungsfähig. Die Reichweite der Anlage wird von der Leistung des optischen Senders und der Empfindlichkeit des verwendeten optischen Empfängers abhängen. Mit üblichen Ausrüstungen können Kilometer-Reichweiten erzielt werden.

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Im Projektorsystem können Einzelelement-Linsen anstatt teurer Typen mit Linsen-Aberrationskorrekturen verwendet werden. Der Grund hierfür liegt in der monochromatischen Natur des aus herkömmlichen Halbleiter-Lichtquellen emittierten Lichts, welches eine Korrektur chromatischer Aberrationen unnötig macht; ein weiterer Grund ist der sehr kleine Durchmesser des Faserendes: das Ende kann als eine auf der Achse liegende Lichtquelle betrachtet werden, auf welche sich Achsverschie-bungs-Fehler, wie z.B. Verzerrungen, Astigmatismus und Feldkrümmung, nicht beziehen. Sphärische Aberrationen können s durch die entsprechende Wahl von relativen Krümmungen zweier Linsoberflächen verringert werden.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims (12)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Optische Richtstrahlanlage zur Datenübertragung, enthaltend ein Paar von aufeinander ausgerichteten optischen Kopfanordnungen (Fig. 1 und 3), welche durch einen Daten-Übertragungspfad in freiem Raum voneinander getrennt sind, wobei die Daten in mindestens einer ersten Richtung entlang dem Pfad zwischen den Kopfanordnungen befördert werden, dadurch gekennzeichnet, dass an jede der optischen Kopfanordnungen mindestens eine Lichtleitfaser (23, 24) mit einem ihrer Enden angeschlossen ist, dass weiter in jeder Anordnung mindestens eine Linse (21, 22) und Halterungsmittel vorgesehen sind, in welchen das eine Ende der Lichtleitfaser im Brennpunkt der Linse befestigt ist, und dass, räumlich getrennt von der Kopfanordnung, am andern Ende der Lichtleitfaser ein elektronisch-optischer (25) bzw. opto-elektronischer (28) Wandler angeschlossen ist, das Ganze derart, dass die von der Anlage zu übertragenden Daten in elektronischer Form (26) in die Anlage eingegeben, in optischer Form der einen Kopfanordnung über die eine Faser (23) zugeleitet, entlang dem Pfad im freien Raum an die andere Kopfanordnung übertragen, dort über die andere Faser (24) dem opti-elektronischen Wandler (28) zugeführt und durch diesen wieder in elektronische Form umgewandelt werden, um aus der Anlage in der letzteren Form auszutreten (27).
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der Kopfanordnungen die entsprechenden Fasern vorgesehen sind, und dass Mittel vorhanden sind, um Daten in zwei Richtungen entlang dem Pfad zwischen den Kopfanordnungen in optischer Form zu übertragen.
3. 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Kopfanordnungen für jede der Fasern je eine Linse enthalten, wobei diese Linsen in jeder Kopfanordnung binokular angeordnet sind.
4. 4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Kopfanordnungen eine einzige Linse aufweisen, und dass durch ein in der Nähe der Linse angebrachtes Prisma der optische Weg zwischen den zwei Kopfanordnungen in einen Empfangs- und einen Sendeweg aufgeteilt wird, so dass Daten in beiden Richtungen übertragbar sind.
5. 5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronisch-optische Wandler (25) einen pulsfrequenzmodulierten Sender und der opto-elektronische Wandler (28) einen pulsfrequenzmodulierten Empfänger enthält.
6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oszillator (30) mit variabler Tonfrequenz und ein Lautsprecher (31) vorgesehen sind, und dass der pulsfrequenzmodulierte Empfänger im opto-elektronischen Wandler (28) einen Ausgang (29) aufweist, derart, dass von diesem Ausgang ein der Amplitude des vom Empfänger empfangenen Signals proportionales Signal über den Oszillator dem Lautsprecher zugeführt wird, um in diesem ein variables Tonsignal zur Übertragung über eine Sprachfrequenz-Leitung (32) an die sendeseitige Kopfanordnung zu erzeugen, wodurch die Einstellung des Senders auf den maximalen Sendesignal-Pegel erleichtert wird.
7. 7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungsmittel ein jedem der erwähnten einen Faserenden zugeordnetes Aufnahmestück (12) für Faser und Filter (13) aufweisen, dass dieses Aufnahmestück aus dem Körper (1) der Kopfanordnung entfernbar montiert ist, derart, dass es durch ein Okular ersetzbar ist, wodurch die Kopfanordnung in ein Suchfernrohr zur gegenseitigen Ausrichtung der beiden Kopfanordnungen umgewandelt werden kann und dass weiter nach Wiedereinsetzen des Aufnahmestücks in den Kopfanordnungs-Körper (1) die erwähnten einen Faserenden automatisch im Brennpunkt der zuständigen Linse (3) zu liegen kommen, und dass das Filter (13) im optischen Pfad zwischen der Linse und dem einen Ende der Faser (4) liegt.
8. 8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede optische Kopfanordnung zur Erleichterung der Ausrichtung beider Kopfanordnungen in bezug aufeinander einstellbare Montagemittel aufweist, wobei diese Mittel Einstellanordnungen für Grob- und Feineinstellung enthalten.
9. 9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) der Kopfanordnung über die Feineinstellanordnung (16-19) an eine Trägerplatte (16) montiert ist, welche Platte ihrerseits für Grobeinstellungen der Kopfanordnung über einen Schwenk/Kipp-Block (16a) an einem Stativ befestigt ist, dass die Feineinstellanordnung ein Universal-Gelenkstück (17), über welches ein Ende der Trägerplatte mit dem Körper verbun-denist, und eine Schnecken(19)/Stift(18)-Einrichtung enthält, über welche das andere Ende der Trägerplatte mit dem Körper verbunden ist, wobei die Länge des Stiftes einstellbar ist, und dass die Schnecke um eine Achse (19a) drehbar angeordnet ist und mit der Platte in Verbindung steht, während der Stift, welcher mit dem Körper verbunden ist, in das Schneckengewinde eingreift, derart, dass durch Drehen der Schnecke die Anzimut-position der optischen Kopfanordnung und durch die Veränderung der Länge des Stiftes deren Elevationsposition eingestellt wird (Fig. 1).
10. 10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (40, 48, 49) der optischen Kopfanordnung einerseits über eine Feder (60) und andererseits über ein Stellelement (61, 62) an einen Schwenk/Kipp-Block (59) montiert ist, der seinerseits an einem Stativ befestigt ist, um die Grobeinstellung der Kopfanordnung zu ermöglichen, und dass die Feineinstellanordnung ein Fokussierrohr (45) enthält, an dessen einem Ende die Lichtleitfaser (43) mit ihrem einen Ende angeschlossen ist, wobei das Rohr als Gleitsitz in einer zylindrischen Bohrung (55) eines ersten Einstellelements (56) montiert ist, welches seinerseits in einem zweiten Einstellelement (57) sitzt, und welches zweite Element in einer diesem angepassten Bohrung (58) einer Endplatte (48) des Körpers (40, 48, 49) sitzt, wobei die beiden Einstellemente hülsenförmig ausgebildet sind, derart, dass die Achse der äusseren Oberfläche des ersten Elements parallel, aber versetzt in bezug auf die Achse von dessen zylindrischen Bohrung verläuft, dass die Achsen der innern und äussern Oberfläche des zweiten Elements parallel, aber gegeneinander versetzt, verlaufen, und dass die Lage des Rohres in bezug auf den Körper durch Drehen entweder eines oder beider Einstellelemente in bezug auf die Bohrung (41) des Körpers einstellbar ist (Fig. 3).
11. 11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

    dass die inneren und äusseren Oberflächen der beiden Einstellelemente (56, 57) konisch ausgebildet sind, und dass Mittel (53, 54) vorgesehen sind, um eine Drehung des Fokussierrohres (45) in bezug auf den Körper (40, 48, 49) der optischen Kopfanordnung zu verhindern.
12. 12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

    dass das Fokussierrohr (45) unter Federspannung, ausgeübt durch eine zwischen einer Schulter (47) des Rohres und der Endplatte (48) des Körpers (40, 48, 50) liegende Druckfeder (46), in bezug auf den Körper der Kopfanordnung steht, und dass eine Fokussiermutter (50) am dem mit der Schulter (47) versehenen Rohrende entgegengesetzten Ende vorhanden ist, wobei das Gewinde der Mutter in jenes des Rohres eingreift, so dass durch Schraubbewegungen der Mutter die richtige Brennpunktlage des Endes der Faser (43) in bezug auf die Linse (42) einstellbar ist.