DE2506535A1 - Vorrichtung zum regulieren der empfindlichkeit eines empfaengers fuer optische signale - Google Patents

Vorrichtung zum regulieren der empfindlichkeit eines empfaengers fuer optische signale

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DE2506535A1 DE19752506535 DE2506535A DE2506535A1 DE 2506535 A1 DE2506535 A1 DE 2506535A1 DE 19752506535 DE19752506535 DE 19752506535 DE 2506535 A DE2506535 A DE 2506535A DE 2506535 A1 DE2506535 A1 DE 2506535A1
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Description

GLAWE, DELFS1 MOLL & PARTNER
PATENTANWÄLTE
DR.-ING. RICHARD GLAWE, MÜNCHEN DIPL.-1NG. KLAUS DELFS, HAMBURG DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL, MÖNCHEN D1PL.-CHEM. DR. ULRICH MENGDEHL, HAMBURG
8 MÜNCHEN 26 POSTFACH 37 LIEBHERRSTR. 20 TEL. (089) 22 65 48 TELEX 52 25 05
MÜNCHEN
A 68
2 HAMBURG13 POSTFACH 2570 ROTHENBAUM-CHAUSSEE 58 TEL. (040)41020 08 TELEX 21 29 21
Aktiebolaget Bofors Eofors / Schweden
Vorrichtung sum Iltgulieren der .empfindlichkeit eines Empfängers für optische Signale
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regulieren der Empfindlichkeit eines Empfängers für optische Signale, mit einem photoempfindlichen Zlement zum Aufnehmen der optischen Signale und zu deren Umwandlung in elektrische Signale, einem elektrischen Verstärker am Ausgang des photoempfindlichen Elements und eine signalverarbeitende Einrichtung zum Abtrennen eines empfangenen Hutξsignals von der überlagerten üntergrundstrahlung.
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Derartige optische Empfänger werden hauptsächlich zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen von weniger als 10 pm. verwendet, die durch Modulation oder in anderer geeigneter V/eise als Träger für Uutzsignale dient. Unter den Anwendungsgebieten können Übertragungsverbindungen für Daten, Sprache usw., Steuersysteme für Haketen, Entfernungsmesser, Annäherungszünder und aktive Zielvorrichtungen erwähnt werden.
Bei derartigen Empfängern ist es wünschenswert, daß noch möglichst schwache Signale empfangen werden können. Üblicherweise wird das jtfutzsignal derartig ausgebildet, daß der Verstärker des Empfängers mit V/echselstrom verbunden v/erden kann. Der Einfluß des Gleichstroms von dem Photodetektor auf'Grund der zufälligen üntergrundstrahlung kann dadurch ausgeschaltet werden, und die Empfindlichkeit des Empfängers wird nur durch die Störsignale von dem Photodetektor in der Eingangsstufe des folgenden Verstärkers begrenzt. Ein übliches Verfahren, um den überlagernden Einfluß der Störsignale ausreichend zu reduzieren, besteht in der Einführung einer Schwelle in Verbindung mit dem Verstärker, die so hoch oberhalb des effektiven Störpegels gesetzt ist, daß ausreichend geringe Wahrscheinlichkeit besteht, daß die Störsignale die Schwelle überschreiten. Dies ist insbesondere dann geeignet, wenn das Signal aus kurzen Impulszügen besteht. Die Empfindlichkeit des Empfängers wird dann durch das Signal bestimmt, das dann ausreichend stark sein muß, um die Schwelle zu überschreiten. Außerdem ist es
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üblich, daJ der Empfänger derartig angeordnet ist, daß er direkt einfallendem Sonnenlicht ausgesetzt werden kann. Der Photodetektor erzeugt dann Störsignale, die gewöhnlich wesentlich, stärker sind als die Beiträge von allen anderen Störquelleno Es ist daher notwendig, die Schwelle ziemlich hoch zu legen, und dadurch geht ein recht großer Betrag der Empfängerempfindlichkeit verloren im Vergleich zu dem Fall, wenn es nicht notwendig ist, ihn unter Berücksichtigung des direkt einfallenden Sonnenlichts zu dimensionieren.
Bei einem, "bekannten Verfahren zum Vermeiden dieser Nachteile wird die Schwelle variabel ausgebildet, wobei der Störpegel die Schwelle steuern kann. Dabei stellt ein Frequenzdiskriminator fest, wie oft die Sehwelle durch die Störimpulse überschritten wird, und wenn die Überschreitfrequenz zu- oder abnimmt, gibt der Diskriminator ein Steuersignal an die Schwelle ab, so daß diese angehoben oder abgesenkt wird. Der Hachteil dieser Vorrichtungen ist jedoch, daß sie oft außerordentlich kompliziert sind, und in den Fällen, in denen eine sehr geringe Y/ahrscheinlichkeit erwünscht ist, daß die Störimpulse die Schwelle überschreiten, muß die Vorrichtung derartig dimensioniert sein, daß sie außerordentlich langsam arbeitet, was oft nicht annehmbar ist. Bei einem Verfahren zum Vermeiden der zuletzt genannten Nachteile werden zwei veränderbare, jedoch im Verhältnis zueinander feste Schwellen verwendet, wobei die obere Schwelle dann verwendet wird, um das Signal zu ermitteln, und die untere Schwelle für den Frequenz-
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diskriminator; die erhaltene Vorrichtung ist jedoch noch komplizierter.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, die die oben erwähnten IT acht eile vermeidet. Die erfindungsgemüße Vorrichtung ist dann hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dai3 mit dem photoempfindlichen Element eine Detektoreinrichtung zum Ermitteln des Gleichstroms oder der EIiK verbunden ist, die das photoempfindliche Element beim Auftreten von Strahlung der Sonne oder einer anderen starken Störquelle abgibt, und daß durch die Detektoreinrichtung ein Signal erzeugbar ist, wenn der Gleichstrom oder die abgegebene EiJC einen vorbestimmten v7ert übersteigt, wobei das Signal ein Umschalten in dem nachfolgenden Verstärker oder in der signalverarbeitenden Einrichtung verursacht, daß diese von einer höheren, festen Empfindlichkeit zu einer niedrigeren, festen Empfindlichkeit umgeschaltet werden.
Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäß en Vorrichtung,
11£. 2 ein Schaltbild mit der Umschalteinrichtung,
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Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Verstärkerstufe mit einem Transistor,
Fig. 4 eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine erfindungsgemäiBe Ausführungsform der Vorrichtung mit einem Photospannungsdetektor und
Fig. 6 eine andere Ausführungsform aer Vorrichtung gemäß Fig. 3> wobei das Umschalten zwischen mehreren Empfindlichkeit stufen möglich ist.
Fig. 1 zeigt ein Blockaiagramm der (j-rundform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In dem optischen System des Empfängers ist ein an sich bekannter Photodetektor 12 so angeordnet, daß seine Photokathode von dem einfallenden Licht durch das optische System getroffen wird. Der Ausgang des Photodetek-"cors ist mit einem Verstärker 14 verbunden, der in dem vorliegenden Fall eine signalverarbeitende Einrichtung aufweist, der das durch den Photodetektor abgegebene Signal verstärkt und v/eiterleitet. Der Verstärker ist dann derartig ausgebildet, daß nur Eingangssignale, deren Amplitude einen bestimmten Schwellenwert .übersteigt, verstärkt und zu dem Ausgang des Verstärkers weitergeleitet werden. Die Signale 15, die von dem Ausgang des Verstärkers abgegeben werden, werden zur Weiterverarbeitung nicht gezeigten Vorrichtungen zugeführt.
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Mit dem Ausgang des Photodetektors 12 ist außerdem eine Umsohalteinrichtung 13 verbunden, die den Gleichstrom oder die ΕΕΓΚ mißt, die von dem Photodetektor abgegeben werden, und gibt ein Signal zum Umschalten des Verstärkers 14 ab, falls der Gleichstrom oder die EMK einen bestimmten Wert überschreitet. -
Fig. 2 zeigt im einzelnen eine Ausführungsform eines elektrischen Schaltkreises zum Umschalten des Verstärkers. Ein Photodetektor 22 ist über einen Reihenwiderstand 23 mit einer Spannungsquelle verbunden, die mit ( + ) (-) gekennzeichnet ist. ^emi der Photodetektor 22 Strahlung empfängt, tritt an seinem Ausgang ein Signal auf, das über einen Kondensator 24 dem Verstärker 28 zugeführt wird, der eine Rückkopplungsverbindung mit einem Widerstand 27 aufweist. Zwischen dem Detektor und dem Ausgang des Verstärkers ist eine Diode 25 in Reihe mit einem Widerstand 26 geschaltet. Wenn der Photodetektor einer ausreichend starken Strahlung ausgesetzt ist, beispielsweise bei direkt einfallendem Sonnenlicht, wird wegen des Gleichstroms von dem Detektor der Spannungsabfall über dem Reihenwiderstand 23 des Detektors so hoch, daß die Diode 25 in Durchgangsrichtung vorgespannt wird. Ihr Reihenwiderstand 26 wird dann relativ zu dem Signal den Rückkopplungs-Verbindungswiderstand 27 überbrücken, und die Verstärkung des Verstärkers wird niedriger, d.h. der Verstärker wird von einer höheren, festen Empfindlichkeit zu einer niedrigeren, festen Empfindlichkeit umgeschaltet.
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5 zeigt eine Verstärkerstufe, die einen Transistor 38 mit Kollektorwiderstand 39 aufweist. Im übrigen ist die Ausführungsform und die Wirkungsweise vollständig analog der Vorrichtung gemäß Pig. 2. Wenn der Photodetektor einer ausreichend starken Strahlung ausgesetzt ist, wird der Spannungsabfall über dem Reihenwiderstand 33 des Detektors so hoch, daß die Diode 35 leitend wird, und ihr Reihenwiderstand 36 wird dann relativ zu dem Signal den Rückkopplungs-Verbindungswiderstand 37 des Transistors überbrücken.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 3, wodurch der Detektor eine höhere Arbeitsspannung "bei einfallendem Sonnenlicht haben kann. In diesem Fall "besteht der Kollektorwiderstand des Transistors 48 aus zwei Widerständen 46 und 49, die in Reihe geschaltet sind, und die Diode 45 ist dann zwischen dem Ausgang des Detektors und dem Punkt zwischen den zwei Kollektorwiderständen 46 und 49 geschaltet. Im übrigen ist diese Vorrichtung gleichartig wie die in Fig. 3· Das Signal des Photodetektors 42 wird über den Kondensator 44 zu dem Transistor 48 herausgeführt. Wenn die Diode leitend wird, wird der Widerstand 46 relativ zu dem Signal parallel zu dem Rückkopplungs-Verbindungswiderstand 47 des Transistors geschaltet und geringere Verstärkung erhalten.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, die einen Photospannungsdetektor 52 aufweist, der mit einem Verstärker 58
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verbunden ist, dessen Verstärkung im Falle geringer Untergrunds trail lung durch einen Reihenwiaerstand 53 und den Rückkopplung-Verbindungswiderstand 57 bestimmt wird, der parallel zu dem Verstärker 58 geschaltet ist. Parallel zu dem zuletzt erwähnten Widerstand ist eine Diode 55 in Reihe mit einem Shunt-'Viderstand 56 geschaltet. Die Arbeitspunkte des Verstärkers werden derartig gewählt, daiS die Diode 55 normalerweise etwas in Sperrichtung vorgespannt ist. Falls der Photodetektor einer ausreichend starken Strahlung ausgesetzt ist, erzeugt er eine EiIIC, die die Arbeitspunkte des Verstärkers so beeinflußt, daß die Diode 55 in Durchlaßrichtung kommt, und der Shunt-iViderstand 56 relativ zu dem Signal parallel zu dem Pöickkopplungs-Verbinaungswiderstand 57 geschaltet wird.
Fig. 6 zeigt eine weitere iiusführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 3> wobei mehrere Dioden 65a-c in dem Schaltkreis vorgesehen sind. Die Dioden verbinden verschiedene V/iderstandsketten bei verschiedenen Werten des Detektorgleichstroms, 'üexni der Gleichstrom des Detektors zunimmt, wird zuerst die oberste Diode 65a leitend, und der Rückkopplungs-Verbindungswiderstand 67 des !Transistors 6& wird relativ zu dem Signal parallel zu einer '.'.iderstanäskette geschaltet, die die vier Widerstände 61a, 66a, b, c aufweist, worauf die nächste Diode 65b leitend wird, und zwei der widerstände 61a, 66a werden dann mit einem weiteren Widerstand 61b überbrückt, und schließlich wird die unterste Diode 65c leitend, wobei dann nur ein Widerstand 66c parallel zu dem Hücklcopplungs-Verbindungsv/iderstand 67 geschaltet wird.
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Claims (7)

Λ. Patentansprüche
1.' Vorrichtung zum Regulieren der Empfindlichkeit eines Empfängers für optische Signale, mit einem photοempfindlichen Element zum Aufnehmen der optischen Signale und zu deren Umwandlung in elektrische Signale, einem elektrischen Verstärker am Ausgang des photoempfindlichen Elements und eine signclverarbeitende Einrichtung zum Abtrennen eines empfangenen i-Tut2signals von der überlagerten Untergrundstrahlung, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem photoeiipfindlicheii Llemeiit (12, 22, 32, 42, 52, 62) eine Detektoreinrichtung zum Ermitteln des G-leichstroms oder der elektromotorischen Kraft (SKK) verbunden ist, die das photoempfindliche Element beim Auftreten von Strahlung der Sonne oder einer anderen starken Stö'rouelle abgibt, daß durch die Letektoreinrichtung ein Signal erzeugbar ist, wenn der Gleichstrom oder die abgegebene SIIK einen vorbestimmten wert übersteigt, und daß eine Umscaalteinrichtung (13) vorgesehen ist, die das elektrische Signal empfängt und durch die der angeschlossene Verstärker oaer üie signalverarbeitende Einrichtung (14) "von einer höheren, festen i'mpfinälichkeit auf eine niedrigere umschaltbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung zum Umschalten zwischen mehreren verschiedenen Empfindlichkeitsstufen zu einer entsprechenden Anzahl von Yvertstufen des Gleichstroms oder der EIiK vorgesehen ist, die das photoempfindliche Element (12, 22, 32, 42, 52, 62) abgibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Urnsclialteinrichtung eine Diode (25) und einen Widerstand (26) aufweist, die zwischen dem photoempfindlichen Element (22) und dem Ausgang des Verstärkers (28) in Reihe geschaltet sind, wobei die Diode (25) derart angeordnet ist, daß sie bei ausreichend starker Bestrahlung des photoempfindlichen Elements (22) leitend ist, und der Widerstand (26) relativ zu dem Signal den Rückkopplung s-Verbindungswid er st and (2?) des Verstärkers (28) über- -■ brückt, so daß dessen Verstärkung niedriger ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß der Verstärker einen Transistor (38) mit einem Kollektorwiderstand (39) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch g e k e η η ζ ei chnet , daß der Verstärker einen Transistor (48) aufweist, dessen Kollektorwiderstand aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen (46, 49) besteht, wobei einer bei
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leitender Diode (45) relativ zu dem Signal parallel zu dem Rückkopplungs-Verbindungswiderstand (47) geschaltet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das photoempfindliche Element einen Photospannungsdetektor (52) aufweist und zwischen diesem und dem Verstärker (58) ein weiterer '.Viderstend (53) in Reihe geschaltet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge ken η zeichne t , daß die Umschalteinrichtung (13) mehrere Dioden (65a, 65b, 65c) zum Verbinden verschiedener V.'iderstandsketten bei verschiedenen Vierten des Detektorgleichstroms aufweist, wobei die '.viderstandsketteii relativ zu dem Signal parallel zu dem Sückkopplungs-Verbindungsv/iderstand (67) des Verstärkers (68) geschaltet sind, und die umschaltung zwischen mehreren verschiedenen Empfindlichkeitsstufen durchführbar ist.
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