DE2921857C2 - Optisches Emfangssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Empfangssystem, mit mindestens einem als Signalempfänger dienenden Detektor, bei welchem dem Detektor ein optisches System aus mehreren Linsen vorgesetzt ist und der Detektor in der gemeinsamen Brennebene der Linsen angeordnet ist.

Auf verschiedenen Anwendungsgebieten, z. B. für insbesondere im infraroten Bereich arbeitende optische oder optoelektronische Geräte sind optische Empfänger erforderlich, die simultan einen großen Raumwinkel überwachen sollen, z. B. von etwa 360° in der Horizontalen und von —20° bis +60° in der Vertikalen. Gleichzeitig sollen derartige optische Empfänger aber in viele Einzelsegmente kleiner Winkel unterteilt sein, um einerseits richtungsselektiv zu arbeiten und andererseits eine wirkungsvolle Regelung gegen unterschiedliche Hintergrundhelligkeit vornehmen zu können. Dabei ist es üblich, daß der horizontale öffnungswinkel klein ist und nur wenige Grad, z. B. 5 bis 10° mißt, während der vertikale Öffnungswinkel im Vergleich dazu groß ist und z. B. etwa 30 bis 40° mißt. Bei derartigen optischen Empfängern ist somit ein asymmetrisches Gesichtsfeld erforderlich.

Detektoren, die in derartigen optischen Empfangssystemen Verwendung finden könnten, haben üblicherweise eine kreisförmige Empfangsfläche. Bei Vorschalten von sphärischen Linsen vor einen Detektor wird zwar die Detektoraperatur vergrößert, aber kein asymmetrisches Gesichtsfeld erzeugt.

Aus der Zeilschrift »Proceedings of the IEEE, Vol. 65, Nr. 1, Januar 1977, S. 121 bis 129 ist in Fig.2 eine Anordnung bekannt, bei der einem Detektor-Array ein aus einer sphärischen Linse und einer Zylinderlinse bestehendes astigmatisches optisches System vorgesetzt ist. Dieses optische System dient dazu, jeden Kanal einer Vielkanal-Maske auf einen eigenen Detektor zu richten.

Ferner sind aus dem Buch »Technische Optik«, von G.Schröder, Vogel-Verlag 1974, S.54 und 55 anamorphotisch abbildende optische Systeme, die aus zwei gekreuzten Zylinderlinsen bestehen, bekannt.

Außerdem ist durch die DE-AS 26 45 040 ein

Strahlungsdetektor zum Feststellen des Eindringens einer bewegten Sache oder Person bekannt, wobei die

> Anordnung nach F i g. 4 ein Raumüberwachungsgerät mit einem Aufbau der eingangs genannten Art darstellt, bei dem an der Vorderseite eines einen Strahlungsempfänger enthaltenden Gehäuses mehrere parallel angeordnete, vertikal orientierte Zylinderlinsen angeordnet sind. Damit werden, um mit einem einzigen Strahlungsempfänger Strahlung aus mehreren unterschiedlichen Richtungen empfangen zu können, streifenförmige Empfangsbereiche gebildet. Eine anamorphotische Abbildung zur Erzeugung eines asymmetrischen Gesichtsfeldes erfolgt dabei aber nicht, da nur mehrere schmale Streifen mit einem nur in der X-Richtung, also in der Horizontalen, festgelegten Öffnungswinkel, nicht aber ein einziges Gesichtsfeld mit in der Horizontalen und in der Vertikalen festgelegten Öffnungswinkeln gebildet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem optischen Empfangssystem der eingangs genannten Art bei Verwendung konventioneller Detektoren ein asymmetrisches Gesichtsfeld zu ermöglichen und gleichzeitig eine möglichst große Richtungsselektivität zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird bei einem optischen Empfangssystem der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das optische System aus zwei hintereinander angeordneten anamorphotisch abbildenden Linsen besteht.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß man ein asymmetrisches Gesichtsfeld mit Hilfe eines aus zwei Linsen bestehenden anamorphotisch abbildenden optischen Systems erreichen kann, da dessen Abbildungsmaßstab in zueinander senkrecht stehenden Bildrichtungen verschieden ist. Ein einem Detektor vorgesetztes anamorphotisch abbildendes optisches System aus zwei Linsen hat dementsprechend die Wirkung, in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen, z. B. in X- und in V-Richtung eines Koordinatensystems, unterschiedliche Öffnungswinkel zu bilden, indem die eine Linse das Gesichtsfeld des Detektors auf den kleinen öffnungswinkel, z. B. in der X'-Richtung begrenzt, während die andere Linse das Gesichtsfeld dann in der Y- Richtung auf den größeren öffnungswinkel einschränkt. Auf diese Weise wird mittels eines einem Detektor vorgesetzten optischen Systems aus zwei hintereinander angeordneten anamorphotisch abbildenden Linsen ein asymmetrisches Gesichtsfeld erzeugt, wobei wie bei sphärischen Linsen außerdem die Apertur des Detektors vergrößert wird. Dabei können in vorteilhafter Weise konventionelle Detektoren, also Detektoren, z. B. mit einer runden Empfangsfläche verwendet werden, so daß eine Sonderanfertigung speziell ausgebildeter Detektoren anderer Form vermieden wird. Ein weiterer Vorteil liegt aufgrund der durch das erfindungsgemäße optische Empfangssystem möglichen Unterteilung in viele Einzelsegmente kleiner Winkel in der hohen Richtungsselektivität bei gleichzeitiger Verringerung der Anzahl an Optiken und Detektoren. Die Unterteilung in viele Einzelsegmente ist ferner hinsichtlich einer bei Tagbetrieb eines optoelektronischen Gerätes erforderlichen hintergrundstrahlungsabhängigen wirkungsvollen

Rauschregelung von Vorteil, da bei manchen optoelektronischen Geräten tagsüber eine Rauschregelung

benötigt wird, um den unterschiedlichen Strahlungsfiuß von Sonne und hellem Hintergrund aufgrund der Detektionsrichtungen bewerten zu können.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Empfangssys;ems bestehen die beiden Linsen aus gekreuzten Zylinderlinsen mit zueinander senkrecht stehenden Zyü.iderachsen. Es ist jedoch auch möglich, andere anamorphotisch abbildende optische Systeme, z. B. aus Linsen mit torischen Flächen zu verwenden.

Bei den eingangs angegebenen optischen Empfängern ist der Horizontalkreis meist in 5 bis 10°-Segmente eingeteilt, die Vertikale in zwei Abschnitte von etwa 30—40°. Für diesen Fall läßt sich die Anzahl der Elemente der Linsen- und Detektoranordnung um den Faktor 4 reduzieren, wenn der Detektor aus einem Quadranten-Detektor besteht und die beiden Linsen derart ausgelegt sind, daß sie jeweils das Doppelte der geforderten Gesichtsfeldgröße begrenzen. Hierbei erfolgt dann die Reduzierung auf das endgültige Gesichtsfeld durch die Einzelsegmente des Quadranten-Detektors.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben.

Die Figur zeigt die bei dem erfindungsgemäßen optischen Empfangssystem vorgesehene anamorpholische Abbildung auf einen Detektor D, der eine kreisförmige Empfangsfläche besitzt. Als anamorphotisch abbildende Elemente sind dem Detektor D zwei hintereinander angeordnete gekreuzte Zylinderlinsen L1 und L 2 mit zueinander senkrecht stehenden Zylinderachsen vorgesetzt. Der Detektor D ist in der gemeinsamen Brennebene der beiden Linsen L 1 und L 2 angeordnet. Durch die Zylinderlinse L1 großer Brennweite wird das Gesichtsfeld des Detektors auf den kleinen öffnungswinkel in der X-Richtung, also in der Horizontalen, begrenzt. Die Zylinderlinse L 2, die zur ersten Linse Li gekreuzt steht, schränkt dann das Gesichtsfeld des Detektors in V-Richtung, also in der Vertikalen ein. Die Brennweiten der Zylinderlinsen berechnen sich dabei bei gegebenem Durchmesser ddes Detektors D und gefordertem Öffnungswinkel α bzw. β

2 tan all

und /·> =

2 tanjS/2

Die Divergenzwinkel ergeben sich zu

a = 2 arc lan

β = 2 are tan

2/,

Ein erfindungsgemäßes optisches Empfangssystem läßt sich in besonders vorteilhafter Weise, z. B. bei einem eine //?-Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich nachweisenden optoelektronischen Gerät einsetzen. Derartige Geräte haben ein horizontales Gesichtsfeld von 360° und ein vertikales Gesichtsfeld von 80°. Die Autlösung ist 5° horizontal und in zwei Abschnitten jeweils 40° vertikal. Demnach sind bei einem derartigen Gerät insgesamt 144 verschiedene Richtungen zu diskriminieren. Hierfür ist eine ebenso große Anzahl von Detektoren erforderlich. Bei einer symmetrischen Aufteilung der beiden Vertikalabschnit-

jo te ist der Einsatz von 36 Quadranten-Detektoren mit jeweils einer Sammeloptik möglich. Das Gesichtsfeld für jeden dieser Detektoren wird dann in der oben anhand der Figur näher erläuterten Weise mittels der beiden gekreuzten Linsen begrenzt. Die erste dieser Linsen, die Linse L1 erzeugt ein Gesichtsfeld von horizontal 10°, die zweite hierzu gekreuzt stehende Linse L 2 ein Gesichtsfeld von 80°. Damit ergibt sich für jedes Einzelelement eines Quadranten-Detektors ein Gesichtsfeld von 5 χ 40°.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Optisches Empfangssystem, mit mindestens einem als Signalempfänger dienenden Detektor, bei welchem dem Detektor ein optisches System aus mehreren Linsen vorgesetzt ist und der Detektor in der gemeinsamen Brennebene der Linsen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System aus zwei hintereinander angeordneten anamorphotisch abbildenden Linsen (L 1, L 2) besteht

2. Optisches Empfangssystem nach Anspruch 1, dadurcii gekennzeichnet, daß die beiden Linsen (L 1, L 2) aus gekreuzten Zylinderlinsen mit zueinander senkrecht stehenden Zylinderachsen bestehen.

3. Optisches Empfangssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) aus einem Quadranten-Detektor besteht und die beiden Linsen (L 1, L 2) derart ausgelegt sind, daß sie jeweils das Doppelte der geforderten Gesichtsfeldgröße begrenzen.

4. Optisches Empfangssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem IR- Warnempfänger.