DE2626306C3 - Triple reflector with built-in light sensor - Google Patents
Triple reflector with built-in light sensorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Tripelreflektor zur Auswertung der in einem in ihn einfallenden und an ihm reflektierte·- Lichtstrahl enthaltenen Information.The invention relates to a triple reflector for evaluating the incident in and on it reflected · - light beam contained information.
Die Verwendung eines Tripelreflektors, z. B. in Form eines Tripelprismas oder eines Tripelspiegel zur Reflexion von optischen Signalen, insbesondere von Lasersignalen in eine zur Einfallsrichtung entgegengesetzte Richtung ist allgemein bekannt (ViIbig, »Lehrbuch der Hochfrequenztechnik«, 5. Aufl. 1960, S. 747; Proceedings of IEEE, Juli 1965, S. 734). Aufgrund dieser Eigenschaften von Tripelreflektoren finden diese u. a. bei der Entfernungsmessung Verwendung.The use of a triple reflector, e.g. B. in the form of a triple prism or a triple mirror for Reflection of optical signals, in particular of laser signals, in a direction opposite to the direction of incidence Direction is well known (ViIbig, "Textbook of High Frequency Technology", 5th ed. 1960, p. 747; Proceedings of IEEE, July 1965, p. 734). Because of Of these properties of triple reflectors, they find, inter alia. when using for distance measurement.
Es ist jedoch auch bereits die Verwendung eines Reflektors in Form eines Rotationsflächenreflektors in einem optischen Empfangssystem bekannt, wobei dem Reflektor ein Lichtsensor nachgeschaltet ist. Dabei ist es nicht möglich, einen Teil des empfangenen Lichtstrahles durch Reflexion in eine der Einfallsrichtung entgegengesetzte Richtung zurückzureflektieren (CH-PS 4 68 615).However, the use of a reflector in the form of a surface-of-revolution reflector in FIG an optical receiving system known, the reflector being followed by a light sensor. It is there not possible to reflect a part of the received light beam in a direction opposite to the direction of incidence Reflect back direction (CH-PS 4 68 615).
Auch beim Aufbauen und Aufrechterhalten von Lasernachrichtenstrecken usw. ist eine Ausrichtung des Laserstrahls auf die Empfangsstation und das Nachregeln dieser Ausrichtung erforderlich, wobei mit Hilfe eines Tripelspiegel an der Empfangsstation erzeugte Echosignale Verwendung finden. Bei derartigen Lasernachrichtenstrecken sind die Detektoren für die modulierten Lasersignale separat von dem zur Aufrechterhaltung der Ausrichtung verwendeten Tripelprisma am Empfangsgerät angebracht.Also when setting up and maintaining laser communication links, etc., an alignment of the Laser beam on the receiving station and readjusting this alignment required, with the help echo signals generated by a triple mirror at the receiving station are used. With such laser communication lines the detectors for the modulated laser signals are separate from the one for maintenance The triple prism used for alignment is attached to the receiver.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tripelreflektor zu schaffen, der nicht nur tür Reflexion, sondern such zum Empfang von Lichtsignalen geeignet ist.The invention is based on the object of creating a triple reflector that is not only used for reflection, but is suitable for receiving light signals.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hinter einer zur Lichteintrittsfläche des Tripelrefleklors planparallelen Fläche oder hinter einer seiner Rückstrahlflächen ein Lichtsensor angeordnet ist.According to the invention, this object is achieved in that behind a light entry surface of the triple reflector plane-parallel surface or behind one of its reflective surfaces, a light sensor is arranged.
Für einen derartigen Tripelreflektor ist vorgesehen, daß der Lichtsensor für einen von einem Lasersender stammenden Lichtstrahl eine Laserempfangsdiode ist.For such a triple reflector it is provided that the light sensor is for one of a laser transmitter originating light beam is a laser receiving diode.
Mit einem solchen gemäß den Merkmalen der Erfindung ausgestalteten Tripelreflektor läßt sich aus dem Kern des auf den Tripelreflektor gerichteten Laserstrahls, d. h. an der Stelle des höchsten Energieinhalts, das modulierte Lasersignal selbst zum Zweck der Nachrichtenenlnahme ausblenden. Mit Hilfe des gegebenenfalls vorgesehenen Linsensystems zur Fokussierung des ausgeblendeten Strahlenbündels wird dieses an die Größe der fotoaktiven Schicht des Lichtsensors bzw. der Laser-Empfangsdiode angepaßt.With such a triple reflector designed according to the features of the invention can be omitted the core of the laser beam directed onto the triple reflector, d. H. at the point of the highest energy content, hide the modulated laser signal itself for the purpose of message taking. With the help of the if necessary provided lens system for focusing the masked beam is this on adapted to the size of the photoactive layer of the light sensor or the laser receiving diode.
Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Spitze des Tripelprismas bzw. Tripelspiegel planparallel zur Fintrittsfläche abgeschnitten ist, und daß die Laser-Empfangsdiode im Bereich der abgeschnittenen Spitze angeordnet ist. Damit läßt sich in besonders vorteilhafter Weise das Kernstrahlenbündel einer Laserstrahlungskeule abtasten, womit das Signalrauschverhältnis besonders günstig zu gestalten ist.According to a special embodiment of the invention it is provided that the tip of the triple prism or triple mirror is cut plane-parallel to the Fin entry surface, and that the laser receiving diode in the Area of the cut tip is arranged. This can be used in a particularly advantageous manner Scan core beams of a laser beam, with which the signal-to-noise ratio is particularly good is to be designed inexpensively.
Das für die Fokussierung des ausgeblendeten Strahlenbündels vorgesehene Linsensystem kann auch in der Weise ausgestaltet sein, daß die rückwärtige Austrittsfläche des Tripelspiegel linsenförmig zugeschliffen ist, daß die Laser-Empfangsdiode mit ihrer wirksamen Fläche im Brennpunkt des Linsensystems oder in der Nähe des Brennpunktes angeordnet ist. Es ist jedoch auch vorgesehen, daß eine der Rückstrahlflächen des Tripelspiegel mit einem Austrittsfenster versehen ist, hinter dem die Laser-Empfangsdiode angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung läßt sich aufgrund der Umlenkung des Strahlenbündels an den Spiegelflächen selbst dann noch das modulierteThe lens system provided for focusing the masked beam of rays can also be designed in such a way that the rear exit surface of the corner cube is ground to the shape of a lens is that the laser receiving diode with its effective area in the focal point of the lens system or is arranged in the vicinity of the focal point. However, it is also provided that one of the reflective surfaces of the cube corner is provided with an exit window, behind which the laser receiving diode is arranged. In this embodiment of the invention, because of the deflection of the beam on the mirror surfaces even the modulated
Lasersignal empfangen, wenn bei schrägem Lichteinfall eine herkömmliche Fotodiode nur noch sehr schwach oder gar nicht mehr beleuchtet würde.Laser signal received when incident light at an angle a conventional photodiode would only be illuminated very weakly or not at all.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht auch vor, daß zwischen Lichtsensor und die Austrittsfläche, bzw. das Austrittsfenster ein Filter und gegebenenfalls ein Linsensystem zur Fokussierung d« ausgeblendeten Strahlenbündels auf die Fläche der fotoaktiven Schicht des Lichtsensors vorgesehen isLAnother embodiment of the invention also provides that between the light sensor and the exit surface, or the exit window a filter and optionally a lens system for focusing d «blanked out The beam of rays is provided on the surface of the photoactive layer of the light sensor
Um bei schräg einfallendem Strahlenbündel den auf den Lichtsensor auffallenden Strahlenanteil noch weiter zu vergrößern, ist ferner vorgesehen, daß das Linsensystem zur Vergrößerung des Empfangswinkels in eine Immersionsflüssigkeii eingebettet ist Diese Immersionsflüssigkeit kann auch zwischen die rückwärtige Austrittsfläche des linsenförmigen Anschliffs und die aktive Fläche des Lichtsensors eingebracht sein. Mit Hilfe einer solchen Immersionsflüssigkeit kann der Brechungsindex verändert und damit eine Erhöhung der numerischen Apertur erzielt werden.In order to increase the proportion of rays falling on the light sensor when the bundle of rays is incident at an angle to enlarge, it is also provided that the lens system to enlarge the reception angle in a Immersion liquid is embedded in this immersion liquid can also be between the rear exit surface of the lens-shaped bevel and the be introduced active surface of the light sensor. With the help of such an immersion liquid, the Refractive index changed and thus an increase in the numerical aperture can be achieved.
Mit den Maßnahmen der Erfirdung wird in vorteilhafter Weise eine Verringerung der Geräteabmessung auf der Empfangsseite ermöglicht, da auf ein separates Detekiorgehäuse verzichtet und eine geschlossene einheitliche Bauform für die optische Eingangsstufe in Verbindung mit dem Tripelprisma zur Erzeugung von Echosignalen erzielt werden kann, ohne daß durch die Austrittsfenster am Tripelspiegel ein sich in der Praxis nachteilig auswirkender Lichtverlust feststellen läßt. Man erhält durch die Erfindung eine sehr kleine Bauform und eine optimale Ausnutzung des einfallenden Lichts im Bereich des Kernstrahlenbündels.With the measures of the invention, in advantageously allows a reduction in the dimensions of the device on the receiving side, since on a separate detector housing dispensed with and a closed one Uniform design for the optical input stage in connection with the triple prism for Generation of echo signals can be achieved without a through the exit window on the cube corner can determine in practice disadvantageous light loss. The invention provides a very small design and optimal utilization of the incident light in the area of the core beam.
Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, daß der Tripelreflektor für ein Nachrichtenübertragungs-System Verwendung findet, bei dem dem Tripelreflektor empfangsseitig eine Signalverarbeitungsstufe nachgeschaltet und sendeseitig vor seine Lichteintrittsfläche ein Modulator vorgeschaltet ist, durch den der reflektierte Lichtstrahl mit einem entsprechend einem von einer sendeseitigen Signalverarbeitungsstufe gelieferten Modulationssignal impulsmodulierbar ist.According to the invention it is also provided that the triple reflector for a communication system Is used in which the triple reflector is followed by a signal processing stage on the receiving side and a modulator through which the reflected light beam with a corresponding one supplied by a signal processing stage on the transmission side Modulation signal is pulse modulated.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigtThe advantages and features of the invention also emerge from the following description of FIG Embodiments in connection with the claims and the drawing. It shows
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Tripelspiegel mit einer in der Tripelspiegelspitze angeordneten Detektordiode;1 is a perspective view of a corner cube with a detector diode arranged in the prismatic mirror tip;
F i g. 2 einen Schnitt durch einen Tripelspiegel mit einer hinter einer Rückstrahlfläche angeordneten Detektordiode;F i g. 2 shows a section through a cube-corner mirror with one arranged behind a reflective surface Detector diode;
F i g. 3 einen Schnitt durch den schematischen Aufbau einer Detektordiode mit einem in eine Immersionsflüssigkeit eingebetteten Linsensystem;F i g. 3 shows a section through the schematic structure of a detector diode with an immersion liquid embedded lens system;
F i g. 3a eine weitere Ausgestaltung des Aufbaus einer Detcktordiode;F i g. 3a shows a further embodiment of the structure of a detector diode;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Laserkoinmunikationssystems unter Verwendung eines Tripelspiegcls gemäß der Erfindung.4 shows a schematic representation of a laser communication system using a triple mirror according to the invention.
In Fig. 1 ist ein Tripelspiegel in schemalischer eo Darstellung von hinten gezeigt, bei dem durch die angedeuteie Strahlumlenkung jeder einfallende Lichtstrahl in seinen Ausgangspunkt zurückreflektiert wird. Die Spitze des Tripelspiegel 10 ist längs einer planparallel zur Eintrittsfläche verlaufenden Ebene 11 abgeschnitten. Auf diese Ebene ist eine Laser-Empfangsdiode 12, welche nachfolgend auch als Detektordiode bezeichnet wird, derart aufgesetzt, daß das durch die Ebene 11 hindurchtretende Strahlenbündel auf die fotoaktive Schicht der Detektordiode auftrifft.In Fig. 1, a cube corner is in schematic eo Representation shown from behind, in which each incident light beam due to the indicated beam deflection is reflected back into its starting point. The tip of the cube corner 10 is along a Plane-parallel to the entry surface plane 11 is cut off. At this level is a laser receiving diode 12, which is also referred to below as a detector diode, placed in such a way that the through The beam of rays passing through the plane 11 strikes the photoactive layer of the detector diode.
Wenn man davon ausgeht, daß der Lasersender sehr genau auf den Tripelspiegel ausgerichtet ist und der Kern des gerichteten Laserstrahls auf die in der Tripelspiegelspitze angeordnete Detektordiode auftrifft, so läßt sich trotz des geringen, von der Detektordiode erfaßten Laserstrahlquerschnittes ein ausreichend großes Signal ableiten, um eine sichere Nachrichtenverbindung zwischen dem Lasersender und dem dem Tripelspiegel zugeordneten Laserempfänger zu gewährleisten.Assuming that the laser transmitter is very precisely aligned with the cube-corner mirror and the The core of the directed laser beam hits the detector diode located in the corner of the corner cube, in spite of the small cross-section of the laser beam detected by the detector diode Derive a sufficiently large signal to establish a secure communication link between the laser transmitter and to ensure the laser receiver assigned to the triple mirror.
Jedoch auch für den Fall, daß die Detektordiode 12 wie in F i g. 2 nicht in der Tripelspiegelspitze, sondern hinter einem Austrittsfenster an einer Rückstrahlfläche des Tripelspiegel angeordnet ist, läßt sich ein einwandfreier Empfang des Lasersignals aufgrund der Umlenkung des Laserstrahls 18 an den Rückstrahlflächen des Tripelspiegel erzielen. Durch diese Umlenkung an den Rückstrahlflächen ergibt sich sogar ein gewisser Kompensationseffekt, wenn der Tripelspiegel unter schrägem Lichteinfall steht. Die herkömmlichen separat angeordneten Detektordioden haben einen verhältnismäßig kleinen Empfangswinkel, so daß die fotoaktive Schicht bei schrägem Lichteinfall nur noch schwach oder gar nicht mehr beleuchtet wird. Wie aus der schematischen Darstellung gemäß F i g. 2 hervorgeht, trifft jedoch der abgelenkte Lichtstrahl unter einem günstigeren Winkel auf eine fotoaktive Schicht, so daß diese noch ausreichend beleuchtet wird.However, also in the event that the detector diode 12 as in FIG. 2 not in the corner of the cube, but is arranged behind an exit window on a reflecting surface of the corner cube, can be Perfect reception of the laser signal due to the deflection of the laser beam 18 at the reflective surfaces of the prismatic mirror. This deflection at the reflective surfaces even results in a certain compensation effect if the cube corner is under an oblique incidence of light. The conventional separately arranged detector diodes have a relatively small reception angle, so that the photoactive layer is only weakly illuminated or not illuminated at all when the incidence of light is inclined at an angle. How out the schematic representation according to FIG. 2, however, the deflected light beam hits below a more favorable angle on a photoactive layer so that it is still sufficiently illuminated.
Für den Fall, daß eine weitere Kompensation bei schrägem Lichteinfall wünschenswert ist, kann zwischem dem Austrittsfenster und der fotoaktiven Schicht 16 der Detektordiode 12 ein Linsensystem 14 angeordnet werden, mit dem eine Fokussierung der Lichtstrahlen auf die fotoaktive Schicht vorgenommen wird. Dabei kann durch Einfügen von Immersionsflüssigkeil 15 zwischen das Austrittsfenster und die fotoaktive Schicht 16 der Brechungsindex derart verändert werden, daß eine Erhöhung der numerischen Apertur bewirkt wird. Eine derartige Ausgestaltung ist in Fig. 3 für eine plangeschliffene Austrittsfläche und in Fig. 3a für eine an- bzw. ausgeschliffene rückwärtige Austrittsfläche dargestellt.In the event that further compensation for inclined incidence of light is desirable, between the exit window and the photoactive layer 16 of the detector diode 12, a lens system 14 is arranged with which the light rays are focused on the photoactive layer. Included can by inserting immersion liquid wedge 15 between the exit window and the photoactive layer 16 the refractive index can be changed in such a way that an increase in the numerical aperture is effected. Such a configuration is shown in Fig. 3 for a plane-ground exit surface and in Fig. 3a for a Partially ground or ground out rear exit surface is shown.
In F i g. 4 ist die Anwendung eines Tripelspiegel mit einer eingebauten Detektordiode für ein Nachrichtenübertragungssystem schematisch angedeutet. Der empfangene Laserstrahl 18 — der nur in halber Breite dargestellt ist — trifft auf den Tripelspiegel 10 und die in der Tripelspiegelspitze angeordnete Detektordiode 12 auf. Die fotoaktive Schicht 16 erzeugt ein elektrisches Signal, das in einem nachfolgenden Verstärker 20 verstärkt und einem Diskriminator 21 zugeführt wird, um den auf den Laserstrahl 18 impulsfömig aufmodulierten informationsinhalt zu gewinnen. In einem nachfolgenden Dekoder 22 wird das durch Demodulation gewonnene Signal dekodiert und entweder in einer Signalwiedergabestufe 23 zur Wiedergabe gebracht oder einer Reaktionsstufe 24 zugeführt, die irgendwelche gewünschte Sekundärfunktionen auslöst, wenn an einer ausgangsseitigen Klemme 25 ein Ausgangssignal auftritt. Die Signalwiedergabestufe kann Wiedergabeeinrichtungen für akustische und/oder optische Wiedergabe enthalten.In Fig. 4 is the application of a cube corner with a built-in detector diode for a communication system indicated schematically. The received Laser beam 18 - which is only shown in half width - hits the cube-corner mirror 10 and the in the prismatic mirror tip arranged detector diode 12. The photoactive layer 16 generates an electrical one Signal that is amplified in a subsequent amplifier 20 and fed to a discriminator 21, in order to obtain the information content modulated on the laser beam 18 in a pulsed manner. In one Subsequent decoder 22, the signal obtained by demodulation is decoded and either in a Signal playback stage 23 brought to playback or a reaction stage 24 fed to any The desired secondary functions are triggered when an output signal is sent to a terminal 25 on the output side occurs. The signal reproduction stage can reproduce devices for acoustic and / or optical reproduction contain.
Fur die Nachrichtenübertragung in entgegengesetzter Richtung wird mit Hilfe eines Mikrofons 26 ein Modulationssignal in einer Modulationsstufe 27 erzeugt, das nach einer Verstärkung in einem Verstärker 28A microphone 26 is used to transmit messages in the opposite direction Modulation signal generated in a modulation stage 27, which after amplification in an amplifier 28
«SW»..«SW» ..
einem Modulator 29 zugeführt wird, der den vom Tripelspiegel reflektierten Laserstrahl 30 entsprechend dem Modulationssignal impulsmoduliert. Der reflektierte Laserstrahl 30 ist ebenfalls nur in halber Breite angedeutet.a modulator 29 is supplied, which corresponds to the laser beam 30 reflected by the cube-corner mirror the modulation signal is pulse-modulated. The reflected laser beam 30 is also only half-width indicated.
Der Modulator 29 ist im Empfangsbetrieb für den Laserstrahl 18 frei durchlässig, d. h. der Laserstrahl erfährt keine wesentliche Schwächung. Im Sendebetrieb wird der reflektierte Laserstrahl 30 in herkömmlicher Weise moduliert.The modulator 29 is freely permeable to the laser beam 18 in the receiving mode, i. H. the laser beam does not experience any significant weakening. In the transmission mode, the reflected laser beam 30 is conventional Modulated way.
Bei einem derartigen Aufbau des Laser-Nachrichtenübertragungssystems kann auf der Empfangsseite auf einen eigenen Lasersender verzichtet werden, da der gewünschte Informationsinhalt auf den von demWith such a structure of the laser communication system a separate laser transmitter can be dispensed with on the receiving side, since the desired information content to the
Tripelspiegel reflektierten Laserstrahl aufmoduliert werden kann.Triple mirror reflected laser beam can be modulated.
Durch die Maßnahmen der Erfindung läßt sich eine Verkleinerung der empfangsseitigen Geräte bezüglich ihrer Bauform und Baugröße erzielen, wobei gleichzeitig der einfallende Laserstrahl optimal ausgenutzt werden kann, indem die Abtastung im wesentlichen im Kern der Signalkeule erfolgt, ohne daß dadurch ein wesentlicher Verlust bezüglich der reflektierten Lichtmenge auftritt. Durch das Vorsehen eines Filters zwischen dem Tripelspiegel, z. B. auf der Ebene 11, und der Detektordiode 12 kann ein für den Empfang durch die Detektordiode besonders günstiger Spektralbereich ausgefiltert werden.The measures of the invention make it possible to reduce the size of the devices on the receiving end with respect to achieve their design and size, while at the same time optimally utilizing the incident laser beam can be in that the sampling takes place essentially in the core of the signal lobe without thereby a significant loss in the amount of reflected light occurs. By providing a filter between the corner cube, z. B. on level 11, and the detector diode 12 can receive a through the detector diode is filtered out in a particularly favorable spectral range.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (9)
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