DE3029130C2 - Integrated optical lens device - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte optische Linseneinrichtung für einen Empfänger von Licht- oder Infrarotstrahlung eines impulsdauermodulierten Mehrkanalsystems mit Zeitmultiplex-Signalübertragung, mit als Lichtblitze zu empfangenden Nadelimpulsen aus einem, aus einer Impulsfolge abgeleiteten Nadelimpuls- ;-aster, bei der der Linsenkörper aus der zentrierten Anordnung einer Kugelkalotte mit anschließendem Zylinder besteht und an die Grundfläche des zylindrischen Linsenteils ein Halbleiter-Signalwandltr für den Empfang der Licht- oder Infrarotstrahlung mit seiner strahlungsempfindlichen aktiven Fläche angesetzt ist.The invention relates to an integrated optical lens device for a receiver of light or Infrared radiation of a pulse duration modulated multi-channel system with time-division multiplex signal transmission, with needle pulses to be received as flashes of light from a needle pulse derived from a pulse train ; -aster, in which the lens body from the centered There is an arrangement of a spherical cap with an adjoining cylinder and to the base of the cylindrical Partly a semiconductor signal converter for the lens Reception of light or infrared radiation with its radiation-sensitive active surface is set.
Für den Empfang von durch infrarotstrahlung übermittelten Signalen sind Halbleiter-Signalwandler zur nachrichtentechnischen Weiterverarbeitung erforderlich. Diese Signalwandler sind ebene Elemente, deren strahlungsempfindliche aktive Fläche nicht beliebig groß ist. Zur Erhöhung der Einstrahlung sind Linsensysteme erforderlich.Semiconductor signal converters are used to receive signals transmitted by infrared radiation required for communications processing. These signal converters are flat elements, whose radiation-sensitive active surface is not arbitrarily large. To increase the radiation are Lens systems required.
In der Zeitschrift »feinwerktechnik + micronic« Bd. 78, Heft 2, 1974, Seiten 69—73, wird in dem Aufsatz »Gehäuse für optoelektronische Halbleiter-Bauelemente« von W. Schöberl insbesondere in den Figuren 2 und 12 eine Linseneinrichtung aus Kugelkalotte und Zylinder samt Halbleitersignalwandler für den Empfang von Licht- bzw. Infrarotstrahlung beschrieben, wobei im wesentlichen Empfänger für parallel einfallende Strahlen vorgesehen sind. Nachteilig ist hier, daß seitlich einfallendes Licht bzw. Streulicht als Nutzsignal nicht berücksichtigt ist.In the magazine "feinwerktechnik + micronic" vol. 78, issue 2, 1974, pages 69-73, in the article "Housing for optoelectronic semiconductor components" by W. Schöberl in particular in Figures 2 and 12 a lens device consisting of a spherical cap and cylinder including a semiconductor signal converter for reception described by light or infrared radiation, with essentially receiver for parallel incident rays are provided. The disadvantage here is that laterally incident light or scattered light is not used as a useful signal is taken into account.
In der Zeitschrift »Solid State Technology«, März 1975, S. 35—37, wird in dem Aufsatz »Radial Distribution of multicolor Semiconductor Lamps« von Robert Hall and Bryan F. Jones die Lichtstreuungsverteilung von ausgestrahltem Licht einer Linse aus kugelkalottenförmigen und zylindrischen Linsenteilen untersucht. Wie aus diesen Untersuchungen hervorgeht, ist im Analogschluß zwischen gesendeten und empfangenen Lichtstrahlen extrem seitliche Streustrahlung benachteiligt. In the journal “Solid State Technology”, March 1975, pp. 35-37, the article “Radial Distribution of multicolor Semiconductor Lamps «by Robert Hall and Bryan F. Jones the light scattering distribution investigated by emitted light from a lens made of spherical cap-shaped and cylindrical lens parts. As can be seen from these investigations, there is an analogous connection between sent and received Light rays extremely lateral scattered radiation at a disadvantage.
Für die erhöhte Betriebssicherheit von Dolmetschoder Konferenzanlagen mit teilnehmerseitig beweglichen bzw. stellungsvariablen Empfängern soll auch eine möglichst extreme Streustrahlung noch zu einem gesicherten Empfang führen.For increased operational safety of interpreting or conference systems with movable ones on the participant's side or position-variable receivers should also achieve the most extreme possible scattered radiation secure reception.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine integrierte optische Linseneinrichtung der eingangs genannten Art, die insbesondere zur Verwendung in tragbaren Empfängern vorgesehen ist, zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Empfängers so auszubilden, daß auch unter großen Winkeln einfallende Streustrahlung zum elektrischen Nutzsignal beiträgt und eine Störung des Nutzsignals durch Hochfrequenzstrahlung verhindert wird.The invention is therefore based on the object of providing an integrated optical lens device of the initially introduced mentioned type, which is intended in particular for use in portable receivers, to increase the operational reliability of the receiver in such a way that scattered radiation is incident even at large angles contributes to the useful electrical signal and a disturbance of the useful signal by high-frequency radiation is prevented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem kugelkalottenförmigen und dem zylindrischen Linsenteil ein kegelstumpfförmiger Linsenteil ausgebildet ist. dessen Grundfläche zum zylindrischen Linsenteil weist, wobei der Brechungsindex des Materials des Linsenkörpers etwa 1,5 beträgt.This object is achieved in that between the spherical cap-shaped and the cylindrical lens part a frustoconical lens part is formed. its base to cylindrical lens part, wherein the refractive index of the material of the lens body is about 1.5.
daß der kegelstumpfförmige Linsenteil aus einem Kegel mit einem Öffnungswinkel von 80° und der kugelkalottenförmige Linsenteil aus einem Kugelausschnitt mit einem Öffnungswinkel von 120° gebildet sind, wobei die Kegelstumpfgrundfläche und die Halbkugelebene der Halbkugel, aus der der kugelkalottenförmige Linsenteil gebildet ist, in einer Ebene liegen, daß die strahlungsempfindliche aktive Fläche parallel zur Kegelstumpfgrundfläche liegt und ein Drittel des Kreisdurchmessers bei kreisförmiger bzw. ein Drittel der längeren Rechteckseite bei rechteckiger strahlungsempfindlicher aktiver Fläche des Halbleiter-Signaiwandlers von der Kegelstumpfgrundfiäche entfernt ist und daß der Durchmesser der Kegelstumpfgrundfläche das Dreifache des Durchmessers bzw. der längeren Rechteckseite der strahlungsempfindlichen aktiven Fläche beträgt, und daß zur Hochfrequenzabschirmung in der Grenzzone zwischen kugelkalottenförmigem und kegelstumpfförmigem Linsenteil ein Schirmring in Oberflächennähe im Linsenkörper oder außerhalb des Linsenkörpers vorgesehen ist. Vorteilhaft ist hier, daß durch die optischen Eigenschaften der Linse der gesamte vor der strahlungsempfindlichen aktiven Fläche liegende Halbraim auf diese Fläche abgebildet wird, wobei zudem keine ausgeprägte Richtungsempfindlichkeit besteht. Aus Fertigungsgründen ist die Zusammensetzung des Linsenkörpers aus einfachen geometrischen Körpern vorteilhaft Weiterhin ist die Kombination von Linse, Signalwandler und Hochfrequenzsperre an sich ein großer Vorteil. Vorteilhaft ist hier noch, wie die Erfahrung zeigt, die vorgesehene Proportion, die im interessierenden Bereich eine hinreichende erste Annäherung ergibt.that the frustoconical lens part consists of a cone with an opening angle of 80 ° and the spherical cap-shaped Lens part are formed from a spherical section with an opening angle of 120 °, the The base of the truncated cone and the hemispherical plane of the hemisphere from which the spherical cap-shaped lens part is formed, lie in a plane that the radiation-sensitive active surface is parallel to the truncated cone base and a third of the circle diameter for circular or a third of the longer Rectangular side with a rectangular radiation-sensitive active surface of the semiconductor signal converter from the Truncated cone base is removed and that the diameter of the truncated cone base is three times of the diameter or the longer side of the rectangle of the radiation-sensitive active area, and that for high frequency shielding in the border zone between spherical cap-shaped and frustoconical Lens part, a screen ring is provided near the surface in the lens body or outside the lens body is. The advantage here is that, due to the optical properties of the lens, the entire lens is in front of the radiation-sensitive Active area lying half-area is mapped on this area, with also none there is pronounced directional sensitivity. For manufacturing reasons, the composition of the Lens body made of simple geometric bodies is advantageous Furthermore, the combination of lens, Signal converter and high frequency blocker in itself a great advantage. Another advantage here is how that Experience shows that the intended proportion is a sufficient first approximation in the area of interest results.
Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung sieht vor, daß der zylindrische Linsenteil an der dem kegelstumpfförmigen Linsenteil abgewandten Seite mit einem zentrisch liegenden zylindrischen bzw. quaderförmigen Loch ausgenommen ist, das zur Aufnahme von Halbleiter-Signalwandlern dient. Vorteilhaft sind hier Montage- und /ustiervereinfachungen. Zudem bietet das so gebildete Gehäuse einen guten Schutz.An additional feature of the invention provides that the cylindrical lens part on the side facing away from the frustoconical lens part with a centric lying cylindrical or cuboid hole is excluded, the for receiving Semiconductor signal converters are used. Assembly and / or simplifications are advantageous here. It also offers Housing formed in this way provide good protection.
Als weiteres Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß Linsenkörper und strahlungsempfindliche aktive Fläche mittels eines Klebers mit gleichem Brechungsindex wie der Linsenkörper verbunden sind. Vorteilhaft sind hier die günstigere Signalausbeute sowie geringere Streuverluste durch den Kleber.As a further feature of the invention it is provided that lens bodies and radiation-sensitive active Surface are connected by means of an adhesive with the same refractive index as the lens body. Advantageous are the more favorable signal yield and lower scatter losses due to the adhesive.
Als zusätzliche Merkmale der Erfindung sind vorgesehen:The following additional features of the invention are provided:
daß zwei Halbleiter-Signalwandler mit quadratischer strahlungsempfindlicher aktiver Fläche nebeneinanderliegend
vorgesehen sind, wobei deren Halterungen einen inaktiven Zwischensteg bilder, und
daß der Schirmring rait mindestens einem Masseabieiter versehen ist, wobei dieser Masseabieiter in der
hinsichtlich einer minimalen Schattenwirkung günstigsten Konfiguration möglichst nahe der Oberfläche des
Linsenkörpers angeordnet ist.that two semiconductor signal converters with a square, radiation-sensitive active surface are provided side by side, with their brackets forming an inactive intermediate web, and
that the screen ring is provided with at least one ground conductor, this ground conductor being arranged as close as possible to the surface of the lens body in the configuration that is most favorable in terms of a minimal shadow effect.
Vorteilhaft ist hier, daß zur Abschirmung störender HoQhfrequenzfelder ein mit der Empfängermasse verbundener Metallring in den Linsenkörper so eingegossen ist, daß dieser Schirmring im Bereich des Überganges von Kugelform und Kegelform liegt, wodurch zudem die Schattenwirkung des Ringes auf den Halbleiter-Signaiwandler klein zu halten ist.The advantage here is that to shield interfering high frequency fields with the receiver ground connected metal ring is cast into the lens body so that this screen ring in the area of the There is a transition from spherical shape and conical shape, which also creates the shadow effect of the ring the semiconductor signal converter is to be kept small.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt unJ wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described.
Die Figur zeigt ein Beispiel der Linseneinrichtung im LängsschnittThe figure shows an example of the lens device in longitudinal section
In der Figur ist ausgehend von einer quadratischen, strahlungsempfindlichen aktiven Fläche F von zwei nebeneinanderliegenden Halbleiter-Signalwandlern 5 die Linseneinrichtung konstruiert wobei unter Außerachtlassen von einem durch das Gehäuse der Halbleiter-Signalwandler S bedingten inaktiven Steg, eine aktive Rechteck fläche entsteht. Die sich dabei aus den längeren Rechteckseiten ergebende effektive Länge /ist als Maßeinheit 1 vorgesehen. In einem Zylinder Z mit einem Durchmesser 3 / ist zur Fixierung der Lage der Halbleiter-Signalwandler 5 symmetrisch zur Zylinderachse A, die zugleich die Linsenachse bildet, eineIn the figure, based on a square, radiation-sensitive active area F of two adjacent semiconductor signal converters 5, the lens device is constructed, ignoring an inactive web caused by the housing of the semiconductor signal converter S, an active rectangular area is created. The effective length / resulting from the longer sides of the rectangle is provided as a unit of measurement 1. In a cylinder Z with a diameter 3 / is to fix the position of the semiconductor signal converter 5 symmetrically to the cylinder axis A, which at the same time forms the lens axis, a
Ausnehmung G vorgesehen, die als Gehäuse fur die Halbleiter-Signalwandler 5 dient. Die optisch relevante Höhe des Zylinders Z bis zur strahlungsempfindlichen Fläche F beträgt V3/. An diesen Zylinder Z ist, geometrisch gesehen, zentrisch ein Kegelstumpf KE'mitRecess G is provided, which serves as a housing for the semiconductor signal converter 5. The optically relevant height of the cylinder Z up to the radiation-sensitive surface F is V 3 /. From a geometrical point of view, a truncated cone KE 'is centrally located on this cylinder Z
einem Kegelöffnungswinkel von 8? angesetzt Auf diesen Kegelstumpf KE ist eine Kug^ikaiotte KU aufgesetzt, die aus einem Kugelausschnitt mit einem Öffnungswinkel von 120° gebildet ist, wobei die fiktive Halbkugelgrundfläche und die Kegelstumpfgrundfläche in einer ^bene liegen. Die beschriebene geometrische Linsenform besteht aus durchsichtigem klarem Plexiglas mit einem Brechungsindex von 1,5. wobei zudem die strahlungsempfindliche aktive Fläche F der Halbleiter-Signalwandler 5 in der Ausnehmung C des Zylinders Z an diesen mit einem Kleber mit gleichem Brechungsindex angeklebt sind. In der Kugel-Kegel-Übergangszone ist ein aus dünnem Blech gestanzter Schirmring R mit einer Breite von etwa 1 mm in Oberflächennähe eingegossen; zur Halterung des Schirmringes R in dera cone opening angle of 8? attached A spherical ikaiotte KU is placed on this truncated cone KE , which is formed from a spherical section with an opening angle of 120 °, the fictitious hemispherical base area and the truncated cone base area lying in one plane. The geometrical lens shape described consists of transparent clear Plexiglas with a refractive index of 1.5. In addition, the radiation-sensitive active surface F of the semiconductor signal converter 5 in the recess C of the cylinder Z is glued to the latter with an adhesive with the same refractive index. A screen ring R punched from thin sheet metal with a width of about 1 mm is cast near the surface in the spherical-cone transition zone; to hold the shield ring R in the
J5 Gußform sind zwei Abstandsstifte vorgesehen, die mit dem Schirmring R elektrisch gut leitend verbunden als Masseabieiter E dienen, wobei die Ableiter möglichst nahe der Oberfläche des Linsenkörpers iiegea Die Befestigung der Linseneinrichtung· am tragbaren Emp- J5 casting mold, two spacer pins are provided which , when connected to the shield ring R with good electrical conductivity, serve as ground conductors E , the arresters being as close as possible to the surface of the lens body.
fänger erfolgt durch Einlöten der Masseabieiter £und der 1 ialbleiteranschlüsse HA in eine Schaltungsplatine. Sowohl Masseabieiter £als auch der Schirmring R sind zur Abschirmung von HochfrequenzeinstraMung auf die strahlungsempfindliche aktive Fläche Fvorgesehen;dieThe catcher is done by soldering the earth conductor £ and the 1 ialbleiteran connections HA in a circuit board. Both the earth conductor £ and the shield ring R are provided for shielding against high-frequency interference on the radiation-sensitive active surface F;
4> Schattenwirkung auf diese Fläche ist geringfügig. Die als Halbleiter-Signalwandler 5 verwendeten Fotodioden haben ein planes Kunststoffgehäuse mit einer als strahlungsempfindliche aktive Fläche ausgebildeten Stirnfläche. 4> The shadow effect on this area is slight. The photodiodes used as semiconductor signal converters 5 have a flat plastic housing with an end face designed as a radiation-sensitive active surface.
'" Die erfindungsgemäße Linseneinrichtung ist zur Verwendung speziell bei der Übertragung von Tonsignalen in Dolmetschanlagen vorgesehen. Charakteristisch f'ir diesen Anwendungsfall ist, daß der Einfall des Infrarotlichtes aus beliebiger Richtung auf den Empfän- '"The lens device according to the invention is intended for use specifically in the transmission of audio signals in interpreting. Characteristic f'ir this application is that the incidence of infrared light from any direction to the recipient
ger erfolgen kann, vobei die Strahlungsintensität im Raum durch in Deckennähe angebrachte, als Sender dienende Strahler verteilt ist. Die Linseneinrichtung selbst ist am Empfänger so angebracht, daß die beiden Halbleiter-Signalwandler 5 bei Benutzung des Empfän-ger can take place, whereby the radiation intensity im Space is distributed by radiators installed near the ceiling and serving as transmitters. The lens device itself is attached to the receiver so that the two semiconductor signal converters 5 when using the receiver
gers in der wahrscheinlichsten Lage (Gerät um den Hals gehängt oder angesteckt) horizontal im Raum liegen, wobei die Mittellinie der Linseneinrichlung unter einem Winkel von etwa 45° nach oben weist, da der Infrarotlichteinfall im allgemeinen von höher gelegenengers are in the most likely position (device hung around the neck or plugged in) horizontally in the room, wherein the center line of the lens device points upwards at an angle of approximately 45 °, since the Infrared light incidence generally from higher elevations
Strahlern erfolgt. Vorteilhaft ist. daß durch die Kombination von Kugel-Kegel die Lichtausbeutc für streifenden Einfall stark erhöht wird, daß durch die Kombination von Kueel und Kegel und der Verwcn-Emitters takes place. Is beneficial. that through the Combination of ball-cone the Lichtausbeutc for grazing incidence is greatly increased that by the Combination of kueel and cone and the use
dung von zwei Halbleiter-Signakvandlern S die Richtungsempfindlichkeit in der Kbenc der strahlungsempfindlichen, aktiven Flache F gering ist, daß durch einen in den Linsenkörper eingegossenen Schirmring R im Bereich des Überganges Kugel-Kegel die hochfrequenten Störungen stark reduziert werden ohne wesentliche Beeinträchtigung des Infraroilichteinfalls auf die Halblcitcr-Signalwandler S. Wesentlich ist noch, daß durch den auf die strahlungsempfindlichc aktive [■'lache /·' abgebildeten I lalbraum und die geringe Riehtungsabhiingigkeit der Lin.seneinrichtung auch bei Bewegen des Fimpfüngers im kaum praktisch keine Fading-Erscheinungen auftreten, wobei hier die Senderverteilung und die Reflexionen eine günstige Auswirkung In·, ben.The use of two semiconductor signal converters S the directional sensitivity in the Kbenc of the radiation-sensitive, active surface F is low, that a shield ring R cast into the lens body in the area of the spherical-cone transition greatly reduces the high-frequency interference without significantly impairing the incident infrared light on the Half-liter signal converter S. It is also important that due to the radiation-sensitive active hollow space and the low directional dependence of the lens device, hardly any fading phenomena occur, even when the finger is moved the transmitter distribution and the reflections have a beneficial effect In ·, ben.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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