DE3916362A1 - Opto-atmosphaerisches verbindungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein opto-atmosphärisches Verbindungssystem gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 11 und insbesondere auf ein opto-atmosphärisches Verbindungssystem zur Datenübertragung mit Hilfe eines in bidirektionaler Weise gesendeten Lichtstrahls.

Mit Hilfe des opto-atmosphärischen Verbindungssystems der genannten Art kann zur Datenübertragung ein Lichtstrahl in den Raum gesendet werden. Dabei sind Sende-Empfangs-Einrichtungen z. B. auf den Dachspitzen von Gebäuden installiert, die mehrere Kilometer weit auseinander liegen. Der Azimutwinkel jeweils eines auszusendenden Lichtstrahls wird so eingestellt, daß der von der Sende-Empfangseinrichtung emittierte Lichtstrahl den Lichtempfangsteil der Empfangseinrichtung bestrahlt. Daten lassen sich somit zwischen den Gebäuden übertragen, die jeweils mit den Sende-Empfangseinrichtungen ausgestattet sind.

Beim opto-atmosphärischen Verbindungssystem brauchen die Sende-Empfangssysteme nicht über spezielle Netzwerkleitungen miteinander verbunden zu sein, beispielsweise über optische Fasern oder dergleichen. Daher ist eine einfache Datenübertragung möglich. Im Gegensatz zu Millimeterwellen, Mikrowellen oder dergleichen, lassen sich Lichtstrahlen mit scharfer Richtwirkung durch eine relativ einfache Einrichtung erzeugen. Das opto-atmosphärische Verbindungssystem kann daher auch Daten in hochverschlüsseltem Zustand übertragen.

Allerdings ist es bei einem opto-atmosphärischen Verbindungssystem der genannten Art für die Sendeseite schwierig, den richtigen Ort zu finden, der mit dem ausgesendeten Lichtstrahl bestrahlt werden soll. Das Problem besteht darin, den Azimutwinkel des vom Sender emittierten Lichtstrahls genau einzustellen.

Um die mit dem Lichtstrahl zu bestrahlende Position präzise detektieren zu können, ist an der Empfängerseite eine Wand vorhanden, wobei die Position eines auf dieser Wand gebildeten Lichtpunkts detektiert wird. Dieser Vorschlag ist jedoch nicht sehr hilfreich, da der Anteil des an der Wand reflektierten und zurück zur Sendeseite übertragenen Lichts sehr klein ist. Daher kann selbst in der Nacht, wenn nur wenig Umgebungslicht vorhanden ist, die mit dem Lichtstrahl zu bestrahlende Position nicht ohne Schwierigkeiten detektiert werden.

Beim oben genannten Vorschlag muß die Position des Lichtpunkts auf der Wand an der Empfängerseite wiederholt detektiert werden, wobei der Azimutwinkel des emittierenden Lichtstrahls ebenfalls wiederholt eingestellt wird, und zwar auf der Grundlage des zur Sendeseite übertragenen Detektorergebnisse. Dies ist relativ umständlich.

Ferner ist es nicht möglich, eine große Wand an der Empfängerseite an der Dachspitze eines Gebäudes oder dergleichen zu installieren, so daß praktisch die Einstellung des Azimutwinkels des zu emittierenden Lichtstrahls undurchführbar ist.

Zur Lösung der oben genannten Probleme wurde bereits vorgeschlagen, den Azimutwinkel des zu emittierenden Lichtstrahls mittels einer teleskopartigen Beobachtungseinrichtung einzustellen, die sich an der Senderseite befindet. Koinzidieren mit anderen Worten die optische Achse des vom Sender ausgestrahlten Lichtstrahls und die optische Achse der Beobachtungseinrichtung miteinander, die zuvor justiert worden ist, so läßt sich der Azimutwinkel des zu emittierenden Lichtstrahls so einstellen, daß dieser Lichtstrahl die Lichtempfangsfläche am Empfänger treffen kann.

Beim obigen Vorschlag müssen die optische Achse des Lichtstrahls und die optische Achse der Beobachtungseinrichtung vorher so eingestellt werden, daß sie miteinander mit hoher Genauigkeit koinzidieren, was viel Arbeit erfordert. Der obige Vorschlag eignet sich daher nur zur Grobeinstellung des Azimutwinkels des zu emittierenden Lichtstrahls. Demzufolge muß die Position des Lichtpunkts auf der Empfängerseite wiederholt detektiert werden, wobei die Einstellung des Azimutwinkels des zu emittierenden Lichtstrahls auf der Grundlage der zum Sender übertragenen Detektorergebnisse erfolgt.

Wird ein Lichtstrahl mit scharfer Richtwirkung verwendet, so muß der Azimutwinkel des zu emittierenden Lichtstrahls mit hoher Genauigkeit eingestellt werden, so daß der Einstellvorgang noch komplizierter wird.

Sind die optische Achse des von der Senderseite zu emittierenden Lichtstrahls und die optische Achse der Beobachtungseinrichtung so eingestellt, daß sie miteinander koinzidieren, so muß auch ein dazwischenliegendes Fehlersignal zur Senderseite übertragen werden. Zur Übertragung des Positionsfehlersignals ist also eine Netzwerkleitung erforderlich. Wird in diesem Fall eine spezielle Netzwerkleitung verwendet, z. B. eine Telefonleitung oder dergleichen, so muß diese Leitung zwischen der Sende- und der Empfangseinrichtung vorhanden sein. Dies führt aber zu einem sehr komplexen opto-atmosphärischen Verbindungssystem. Eine leichte Datenübertragung zwischen Sende-Empfangssystemen an den Dachspitzen von Gebäuden ist damit nicht mehr möglich.

Um das oben erwähnte Problem zu lösen, wurde als eine Möglichkeit bereits vorgeschlagen, den Lichtstrahl von der Empfängerseite zur Sendeseite zu übertragen, um somit die Übertragung des Positionsfehlersignals zu ermöglichen. Hierzu wird jedoch eine zusätzliche Sendeeinrichtung zur Aussendung des Lichtstrahls von der Empfängerseite zur Sendeseite benötigt, eine Lichtmodulationseinrichtung zur Modulierung des Lichtstrahls durch das Positionsfehlersignal, eine Demodulationseinrichtung zum Demodulieren des modulierten Lichtstrahls, usw., so daß ein außerordentlich komplexes opto-atmosphärisches Verbindungssystem erhalten wird.

Erfolgt die Einstellung der optischen Achsen durch einen ununterbrochenen Regel- bzw. Servobetrieb, so muß ferner an der Empfängerseite die Lichtabstrahleinrichtung durchgehend betrieben werden, damit von ihr das Positionsfehlersignal zur Sendeseite übertragen werden kann.

Damit die Empfängerseite das Positionsfehlersignal erzeugen kann, wenn das opto-atmosphärische Verbindungssystem installiert ist, muß der von der Senderseite emittierte Lichtstrahl zu einem gewissen Betrag aufgeweitet sein, so daß ein stärkerer Lichtstrahl benötigt wird.

Wird weiterhin der Fokus des Lichtstrahls eingestellt, so wird der richtig fokussierte Zustand des Lichtstrahls auf der Empfängerseite wiederholt detektiert, so daß anhand der Detektorergebnisse die Aufweitung des Lichtstrahls eingestellt wird. Auch dies ist ein relativ komplizierter Vorgang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein opto-atmosphärisches Verbindungssystem zu schaffen, das die oben beschriebenen Nachteile nicht mehr aufweist. Insbesondere ist es Ziel der Erfindung, ein opto-atmosphärisches Verbindungssystem zu schaffen, das in einfacher Weise die Position detektieren kann, die mit dem von der Sendeseite ausgestrahlten Lichtstrahl bestrahlt wird.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein opto- atmosphärisches Verbindungssystem zu schaffen, das die Position, die mit dem von einem Sender abgestrahlten Lichtstrahl bestrahlt wird, ohne Verbindung der Sendeseite und der Empfangsseite über eine neue Verbindungsleitung detektieren kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optoatmosphärisches Verbindungssystem zu schaffen, das in der Lage ist, die Positionierung eines von der Sendeseite abgestrahlten Lichtstrahls zur Empfangsseite automatisch vorzunehmen.

Ziel der Erfindung ist es ferner, ein opto-atmosphärisches Verbindungssystem zu schaffen, das automatisch die Positionierung eines von der Sendeseite zur Empfängerseite abgestrahlten Lichtstrahls durch Verwendung eines Zweischritt- Servosystems vornehmen kann, zu dem ein Grobeinstell-Servosystem und ein Feineinstell-Servosystem gehören.

Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein opto-atmosphärisches Verbindungssystem zu schaffen, das den relativen Abstand zwischen einer Lichtübertragungslinse und einer Lichtquelle automatisch so einstellen kann, daß sich die Aufweitung des von der Sendesystemseite abgetrahlten Lichtstrahls in geeigneter Weise steuern läßt.

Lösungen der gestellten Aufgabe finden sich in den kennzeichnenden Teilen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein opto-atmosphärischen Verbindungssystem (optical atmospheric lind system) nach der Erfindung zur Übertragung eines ein Informationssignal tragenden Lichtstrahls zwischen einer Sendeeinrichtung und einer von der Sendeeinrichtung entfernt angeordneten Empfängereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Sendeeinrichtung folgendes enthält:

• - eine Lichtquelleneinrichtung zur Erzeugung des mit dem Informationssignal modulierten Lichtstrahls,
• - ein erstes optisches System zur Übertragung des Lichtstrahls von der Lichtquelleneinrichtung zur Empfängereinrichtung,
• - ein zweites optisches System zum Umlenken wenigstens eines Teils des Lichtstrahls und
• - ein drittes optisches System zum Beobachten des durch das zweite optische System umgelenkten Lichtstrahls und der Empfängereinrichtung.

Ein opto-atmosphärisches Verbindungssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Übertragung eines ein Informationssignal tragenden Lichtstrahls zwischen einer Sendeeinrichtung und einer von der Sendeeinrichtung entfernt angeordneten Empfängereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Sendeeinrichtung

• - die Sendeeinrichtung folgendes enthält:
  • - eine erste Lichtquelleneinrichtung zur Erzeugung eines ersten Lichtstrahls und
  • - ein erstes optisches System zur Übertragung des durch die erste Lichtquelleneinrichtung erzeugten ersten Lichtstrahls,
• - die Empfängereinrichtung enthält:
  • - eine erste Detektoreinrichtung zum Empfang des von der Sendeeinrichtung über das erste optische System übertragenen ersten Lichstrahls, die die gegenseitige Position von empfangenem ersten Lichtstrahl und Empfängereinrichtung detektiert und ein Positionsfehlersignal erzeugt,
  • - eine zweite Lichtquelleneinrichtung zur Erzeugung eines zweiten Lichtstrahls, der mit dem durch die erste Detektoreinrichtung erzeugten Positionsfehlersignal moduliert ist, und
  • - ein zweites optisches System zur Übertragung des durch die zweite Lichtquelleneinrichtung erzeugten zweiten Lichtstrahls zur Sendeeinrichtung, und
• - die Sendeeinrichtung weiterhin enthält:
  • - eine zweite Detektoreinrichtung zum Empfang des von der Empfängereinrichtung über das zweite optische System übertragenen zweiten Lichtstrahls sowie zur Demodulation des zweiten Lichtstrahls zwecks Gewinnung des Positionsfehlersignals, und
  • - eine Positionssteuereinrichtung zur Steuerung einer Position der Sendeeinrichtung in Übereinstimmung mit dem von der zweiten Detektoreinrichtung erhaltenen Positionsfehlersignal, derart, daß der Lichtstrahl auf die Empfängereinrichtung ausgerichtet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Sende-Empfangseinrichtung nach der Erfindung bzw. eines opto-atmosphärischen Verbindungssystems,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung der Sende-Empfangseinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Lichtstrahl- Sende-Empfangseinrichtung in der Sende-Empfangseinrichtung nach Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines optischen Sende-Empfangssystems der Lichtstrahl- Sende-Empfangseinrichtung nach Fig. 3,

Fig. 5 eine im Sende-Empfangssystem nach der Erfindung vorhandene Detektorschaltung für den Azimutfehler bei der Feineinstellung der optischen Achse,

Fig. 6 einen schematisch dargestellten Targetschirm einer Fernsehkamera, die nach der Erfindung zum Einsatz kommt,

Fig. 7 eine schematische Repräsentation eines Bildes einer Laserlichtquelle auf dem Targetschirm der Fernsehkamera zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung,

Fig. 8 eine schematische Repräsentation des Targetschirms der Fernsehkamera zwecks Erläuterung der Ermittlung eines Positionsfehlersignals,

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines opto-atmosphärischen Verbindungssystems nach der Erfindung,

Fig. 10A bis 10C Wellenformdiagramme zur Erläuterung der Betriebsweise des opto-atmosphärischen Verbindungssystems nach Fig. 9,

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung der Art und Weise, wie eine Punktbreite eines Laserpunkts mit der Positionsbewegung einer Laserlichtquelle relativ zu einer gemeinsamen Sende-Empfangslinse verändert wird,

Fig. 12 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen einem Videosignal und einem Lichtpunkt,

Fig. 13 ein Blockdiagramm einer nach der Erfindung verwendeten Fokuseinstellschaltung,

Fig. 14 ein Blockdiagramm einer Azimuteinstellschaltung, die nach der Erfindung zum Einsatz kommt,

Fig. 15A bis 15E jeweils Wellenformdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Azimuteinstellschaltung nach Fig. 14,

Fig. 16 ein schematisches Diagramm einer Beziehung zwischen einem Videosignal und einem Lichtpunkt zwecks Erläuterung der Betriebsweise der Azimuteinstellschaltung nach der Erfindung gemäß Fig. 14.

Fig. 17A bis 17E Wellenformdiagramme zur Erläuterung der in Fig. 14 gezeigten Azimuteinstellschaltung,

Fig. 18 eine Draufsicht zur Darstellung eines anderen Beispiels einer Lichtabschirmplatte in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 19 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Art und Weise, wie die Lichtabschirmplatte in Fig. 18 betrieben wird,

Fig. 20 eine perspektivische Ansicht eines optischen Blocks in einem Kollimatorbereich der Erfindung,

Fig. 21 eine schematische Darstellung eines Hauptteils oder eines Kollimatorbereichteils eines weiteren Ausführungsbeispiels eines opto-atmosphärischen Verbindungssystems nach der Erfindung,

Fig. 22 eine perspektivische Ansicht eines anderen optischen Blocks in einem Kollimatorbereich der Erfindung,

Fig. 23 eine perspektivische Ansicht eines weiteren optischen Blocks in einem Kollimatorbereich der Erfindung, und

Fig. 24 eine schematische Darstellung eines Hauptteils oder Kollimatorbereichteils in wiederum einem anderen Ausführungsbeispiel eines opto-atmosphärischen Verbindungssystems nach der Erfindung.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines opto-atmosphärischen Verbindungssystems nach der Erfindung. Allgemein ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 10 eine erste Sende-Empfangseinrichtung bezeichnet. Die erste Sende-Empfangseinrichtung 10 wird nachfolgend als Haupt-Sende-Empfangseinrichtung bezeichnet. Diese Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 befindet sich in einem Gehäuse 12 und ist z. B. auf der Dachspitze eines Gebäudes installiert, um einen ein Informationssignal tragenden Lichtstrahl LA 10 zu einer zweiten Sende-Empfangseinrichtung zu übertragen und um einen ein Informationssignal tragenden Lichtstrahl LA 20 von einer zweiten Sende-Empfangseinrichtung zu empfangen. Die zweite Sende-Empfangseinrichtung ist im wesentlichen in der gleichen Weise wie die ersten Sende-Empfangseinrichtung 10 konstruiert und nicht im einzelnen dargestellt. Diese zweite Sende-Empfangseinrichtung wird nachfolgend als Target-Sende-Empfangseinrichtung (Ziel-Sende-Empfangseinrichtung) bezeichnet.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, weist das Gebäude der Haupt- Sende-Empfangseinrichtung 10 eine Bedienungstafel 2 A an seiner Vorderwand auf. Diese Bedienungstafel 2 A ist mit Schaltern 14 A, 14 B, 14 C und 14 D sowie mit Knöpfen 5 A und 5 B ausgestattet.

Der Schalter 14 A wird zur Änderung eines Bildes verwendet, das auf einem Schirm eines Monitors oder einer Display-Einrichtung 13 dargestellt wird. Der Schalter 14 B dient zur Leistungsversorgung der Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10. Die Schalter 14 C und 14 D dienen zur Verschiebung der optischen Achsen in Horizontal- und Vertikalrichtung, während der Schalter 14 E zur Einstellung des Fokuspunkt dient. Die Knöpfe 5 A und 5 B werden zur Einstellung der Verstärkung verwendet, so daß die optischen Achsen in Horizontal- und Vertikalrichtung durch einen Servo-Steuerbetrieb einstellbar bzw. justierbar sind. Weiterhin ist an der Vordertafel 2 A ein Displayteil 6 vorgesehen, um die Position anzuzeigen, die mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, und dergleichen.

Ein Empfangsteil 9 befindet sich auf der Bedienungstafel 2 A, um eine Fernsteuersignal zu empfangen, das von einer Fernsteuer-Befehlseinrichtung 8 gesendet wird. Es ist daher möglich, ohne Betätigung der Schalter 14 A bis 14 D und der Knöpfe 5 A, 5 B die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 mit Hilfe der Fernsteuer-Befehlseinrichtung 8 fernzusteuern.

Eine transparente Bedienungstafelabdeckung 1 ist mit Hilfe von Schrauben 11 an der Bedienungstafel 2 A befestigt, so daß sich durch diese Abdeckung die Monitoreinrichtung 13, die Schalter 14 A bis 14 D, die Knöpfe 5 A, 5 B und der Anzeigeteil 6 abdecken lassen. Ist die transparente Bedienungstafelabdeckung 1 am Gehäuse 12 montiert, so sind die Schalter 14 A bis 14 D und die Knöpfe 5 A, 5 B nicht direkt zugänglich. Eine bereits installierte Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 läßt sich dann jedoch mit Hilfe der Fernsteuer- Befehlseinrichtung 8 fernsteuern.

Das opto-atmosphärische Verbindungssystem 10 ist so ausgelegt, daß es einen Lichtstrahl LA 10 zu einer Targeteinrichtung sendet, die sehr weit entfernt von der Sendeeinrichtung ist.

Schon bei Einwirken eines sehr kleinen Schocks bzw. Schlags auf die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 wird daher die Bestrahlungsposition des optischen Strahls LA 10 beträchtlich schwanken. Es besteht daher ein Risiko der Verschiebung der optischen Achse des Lichtstrahls LA 10, wenn ein Benutzer die Schalter 14 A bis 14 D oder die Knöpfe 5 A, 5 B auf der Bedienungstafel 2 A bei oder nach der Einstellung berührt. Um dieses Problem zu lösen, werden in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schalter 14 A bis 14 D und die Knöpfe 5 A, 5 B auf der Bedienungstafel 2 A nicht direkt betätigt, sondern mittels der Fernsteuer- Befehlseinrichtung 8 ferngesteuert. Hierdurch läßt sich die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 wirksam gegen Stöße bzw. Erschütterungen schützen.

Die transparente Bedienungstafelabdeckung 1 ist darüber hinaus mit Hilfe von Schrauben 11 an der Bedienungstafel 2 A befestigt, um einen Benutzer daran zu hindern, die Schalter 14 A bis 14 D und die Knöpfe 5 A, 5 B direkt zu betätigen. Die Monitoreinrichtung 13, die Schalter 14 A bis 14 D und die Knöpfe 5 A, 5 B sowie der Anzeigeteil 6 lassen sich somit wirksam gegen Wassertropfen, Staub, Schmutz und dergleichen, schützen.

Die Fig. 2 zeigt in schematischer Weise eine Schaltungsanordnung der Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10.

Entsprechend der Fig. 2 enthält die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 eine Azimuteinstellschaltung 16 mit einer Grobeinstellschaltung 17 und einer Feineinstellschaltung 18. Die Grobeinstellschaltung 17 dient zur Grobeinstellung der optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10 in Richtung der Ziel-Sende-Empfangseinrichtung. Dagegen dient die Feineinstellschaltung 18 zur Feineinstellung des Azimuts der optischen Achse, wobei die Feineinstellung mit größerer Genauigkeit als die durch die Grobeinstellschaltung 17 durchgeführte Grobeinstellung erfolgt, so daß es möglich ist, die optische Achse L des Lichtstrahls LA 10 im wesentlichen mit derjenigen des Lichtstrahls LA 20 zur Koinzidenz zu bringen. Es läßt sich daher in der Praxis auf diese Weise ein genügend genauer optischer Übertragungsweg einstellen bzw. aufrechterhalten.

Die Grobeinstellschaltung 17 liefert X-Achsenrichtungs- und Y-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignale S _DX und S _DY über feste Kontakte a vom Umschalteinrichtungen 19 X und 19 Y zu X-Achsenrichtungs- und Y-Achsenrichtungs-Treiberteilen 20 X und 20 Y einer Lichtstrahl-Sende-Empfangseinrichtung 20, um auf diese Weise die Lichtstrahl-Sende-Empfangseinrichtung in der Grobeinstellbetriebsart zu betreiben. Die Feineinstellschaltung 18 liefert dagegen X-Achsenrichtungs- und Y-Achsenrichtungs-Feineinstell-Ausgangssignale S _MX und S _MY über feste Kontakte b vom Umschalteinrichtungen 19 X und 19 Y zu den X-Achsenrichtungs- und Y-Achsenrichtungs-Treiberteilen 20 X und 20 Y der Lichtstrahl-Sende-Empfangseinrichtung 20, um die Lichtstrahl-Sende-Empfangseinrichtung 20 in der Feineinstell-Betriebsart zu betreiben.

Die X-Achsenrichtungs- und Y-Achsenrichtungs-Grobeinstell- Ausgangssignale S _DX und S _DY werden weiterhin einer Einstellfehler- Detektorschaltung 21 zugeführt. Die Detektorschaltung 21 ist eine Vergleichsschaltungseinrichtung und vergleicht die Ausgangssignale S _DX und S _DY bezüglich ihres Pegels mit einem Umschalt-Referenzwert. Sind die Grobeinstell- Ausgangssignale S _DX und S _DY in ihrem Pegel höher als der Referenzwert, so liefert die Detektorschaltung 21 Umschaltsignale S _WX und S _WY zu den Umschalteinrichtungen 19 X und 19 Y, so daß die Umschalteinrichtungen 19 X und 19 Y ihre beweglichen Kontakte mit den festen Kontakten a verbinden, was dazu führt, daß die Lichtstrahl-Sende-Empfangseinrichtung 20 wieder in die Grobeinstell-Betriebsart übergeht. Nehmen in diesem Zustand die Grobeinstell-Ausgangssignale S _DX und S _DY wieder einen Pegel unterhalb des Umschalt-Referenzwerts an, so werden die Umschalteinrichtungen 19 X und 19 Y durch die Detektorschaltung 21 so umgeschaltet, daß ihre bewegbaren Kontakte wieder mit den festen Kontakten b in Verbindung stehen, was dazu führt, daß die Lichtstrahl- Sende-Empfangseinrichtung 20 in die Feineinstell-Betriebsart überführt wird.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel addiert die Detektorschaltung 21 die Absolutwerte der Y-Achsenrichtungs- und X- Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignale S _DY und S _DX miteinander, um ein Additionssignal K zu erzeugen, und bestimmt, ob das Additionssignal K größer ist als ein vorbestimmter Wert Z. Ist das Additionssignal K größer als der vorbestimmte Wert Z oder läßt sich die Beziehung zwischen dem Additionssignal K und dem vorbestimmten Wert Z durch die nachfolgende Gleichung (1) ausdrücken, nämlich zu

K = |S _DY| + |S _DX| < Z (1)

so werden die Umschalteinrichtungen 19 X und 19 Y durch die Umschaltsteuersignale S _WY und umgeschaltet, was zur Folge hat, daß die Umschalteinrichtungen 19 Y und 19 X ihre bewegbaren Kontakte wieder mit den festen Kontakten a verbinden, um selektiv das Y-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignal S _DY und das X-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignal S _WY auszuwählen.

Das Y-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignal S _DY und das X-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignal S _DX werden jeweils zu Treiberschaltungen 28 und 36 in der Lichtstrahl- Sende-Empfangseinrichtung 20 geliefert, um auf diese Weise die Grobeinstell-Betriebsart aufrechtzuerhalten.

Ist andererseits das Additionssignal K kleiner als der vorbestimmte Wert Z oder gilt folgende Beziehung zwischen dem Additionssignal K und dem vorbestimmten Wert Z, die sich durch die nachfolgende Gleichung (2) bestimmt, nämlich die Beziehung

K = |S _DY| + |S _DX| ≦ Z (2)

so liefert die Detektorschaltung 21 Umschaltsteuersignale S _WY und S _WX zu den Umschalteinrichtungen 19 Y und 19 X, derart, daß die Umschalteinrichtungen 19 Y und 19 X ihre beweglichen Kontakte wieder mit den festen Kontakten b verbinden, um das Y-Achsenrichtungs-Feineinstell-Ausgangssignal S _MY und das X-Achsenrichtungs-Feineinstell-Ausgangssignal S _MX auszuwählen. Dadurch erfolgt die Steuerung in der Feineinstell-Betriebsart.

Der vorbestimmte Wert Z wird so ausgewählt, daß er dem Lichtstrahl LA 10 ermöglicht, Photodetektoren V 1 X, V 2 X und H 1 X, H 2 X (siehe Fig. 5) hinreichend zu bestrahlen, die in der Target-Sende-Empfangseinrichtung vorhanden sind. Ist der Additionswert K der Absolutwert des Y-Achsenrichtungs- und des X-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignal S _DY und S _DX größer als der vorbestimmte Wert Z, so bedeutet dies, daß der Lichtstrahl LA 10 nicht denjenigen Bereich bestrahlt, in welchem die Feineinstell-Betriebsart ausgeführt wird. Fällt dagegen der Additionswert K der Absolutwerte der Fehlersignale S _DY und S _DX innerhalb eines Bereichs des vorbestimmten Werts Z, so bedeutet dies, daß der Lichtstrahl LA 10 den Bereich bestrahlt, in dem die Feineinstell- Betriebsart ausgeführt wird.

Wie oben beschrieben, ist es durch Änderung der Position der Umschalteinrichtungen 19 Y und 19 X auf der Grundlage des Y-Achsenrichtungs- und des X-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignals S _DY und S _DX möglich, die Grobeinstell-Betriebsart und die Feineinstell-Betriebsart auszuwählen.

Die Lichtstrahl-Sende-Empfangseinrichtung 20 enthält ein optisches Sende-Empfangssystem 30, das in perspektivischer Ansicht in Fig. 3 dargestellt ist.

Entsprechend der Fig. 3 ist ein Halter 31 mit U-förmigem Aufbau am Gehäuse 12 befestigt, wobei der Halter 31 ein kreisförmiges Trägerelement 32 auf einer Achse 34 mit Hilfe von Trägerelementen 33 trägt, so daß der Azimut der optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10, der vom optischen Sende- Empfangssystems 30 emittiert wird, in Y-Achsenrichtung (Vertikalrichtung) eingestellt werden kann.

Das Trägerelement 32 ist mit einem Zahnrad 35 ausgestattet, welches sich um die Achse 34 herum dreht. Das Zahnrad 35 kämmt mit einem Zahnrad 37, so daß sich bei Drehung des Zahnrads 37, das über einen Motor 26 angetrieben wird, der am Halter 31 befestigt ist, die optische Achse L des Lichtstrahls LA 10 in Vertikalrichtung dreht, wie durch den Pfeil a in Fig. 3 angegeben ist. Der Motor 26 wird mittels einer Treiberschaltung 28 im Y-Achsenrichtungs-Treiberteil 20 Y angetrieben, wie die Fig. 2 zeigt.

Das ringförmige Trägerelement 32 trägt ein zylindrisches Linsenträgerelement 40 über ein Trägerelement 41, so daß das Linsenträgerelement 40 um eine Achse 42 rotieren kann. Der Azimut der optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10 kann daher in X-Achsenrichtung (Richtung nach links und rechts) eingestellt werden, wie ebenfalls in Fig. 3 zu erkennen ist.

Das Linsenträgerelement 40 ist mit einem Zahnrad 43 ausgestattet, das sich um die Achse 42 herum dreht. Dieses Zahnrad 43 kämmt mit einem Zahnrad 44, so daß sich bei Drehung des Zahnrads 44 mit Hilfe eines Motors 45, der am Trägerelement 32 befestigt ist, die optische Achse L des Lichtstrahls LA 10 nach links und rechts in Fig. 3 drehen läßt, wie durch den Pfeil b angegeben ist. Der Motor 45 erscheint auch in Fig. 2 und wird über eine Treiberschaltung 36 im X- Achsenrichtung-Treiberteil 20 X angetrieben.

Das Linsenträgerelement 40 enthält entsprechend Fig. 4 eine Laserlichtquelle 50 und einen Lichtempfangsteil 51, die auf der optischen Achse L angeordnet sind und die sich entlang der optischen Achse L mit Hilfe eines Fokus-Steuermotors 142 bewegen lassen. Die Laserlichtquelle 50 wird mit Hilfe des Fokus-Steuermotors 142 in geeigneter Weise zur Fokusposition einer Sende-Empfangslinse 52 bewegt, so daß die Laserlichtquelle 50 dann den Lichtstrahl LA 10 emittieren kann, der entlang der optischen Achse L und durch die Sende-Empfangslinse 52 hindurchläuft. Breitet sich der Lichtstrahl LA 20 entlang der optischen Achse L vom Kommunikationsobjekt aus, so wird er über die Sende-Empfangslinse 52 vom Lichtempfangsteil 51 empfangen, der ebenfalls mit Hilfe des Fokus-Steuermotors 142 in geeigneter Weise zur Fokusposition der Sende-Empfangslinse 52 bewegt worden ist.

Eine Sendeschaltung 53 empfängt ein Informationssignal S _{P 1} zwecks Bildung eines Sende-Ausgangssignals S _AUS, wobei die Laserlichtquelle 50 das Sende-Ausgangssignal S _AUS empfängt und in den Lichtstrahl LA 10 umwandelt. Der Lichtempfangsteil 51 wandelt den Lichtstrahl LA 20 um, der über die Sende- Empfangseinrichtung (nicht dargestellt) des Kommunikationsobjekts abgestrahlt worden ist, um ein Empfangs-Eingangssignal S _EIN zu erzeugen und dieses zu einer Empfangsschaltung 54 zu liefern.

Die Empfangsschaltung 54 bildet anhand des Empfangseingangssignals S _EIN ein Empfangs-Informationssignal S _{P 2} und liefert ebenfalls zur Feineinstellschaltung 18 der Azimuteinstellschaltung 16 (siehe Fig. 2) Feineinstell-Servofehlersignale S _VH und S _VV, die von der Ziel-Sende-Empfangseinrichtung gesendet werden und dem Empfangs-Informationssignal S _{P 2} überlagert sind.

Die Feineinstell-Servofehlersignale S _VH und S _VV sind so geformt, daß der Bestrahlungspositionsfehler des Lichtstrahls LA 10, der von der Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 kommend auf die Kommunikationstarget-Sende-Empfangseinrichtung auftrifft, durch die Kommunikationstarget-Sende-Empfangseinrichtung detektiert und anschließend gesendet bzw. übertragen wird.

Wie die Fig. 5 zeigt, enthält im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kommunikationstarget-Sende-Empfangseinrichtung eine Azimutfehler-Detektorschaltung 51 X zum Detektieren eines Azimutfehlers bei der Feineinstellung der optischen Achse und detektiert den Versatz der optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10, der von der Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 gesendet worden ist, durch vier Photodetektoren H 1 X, H 2 X und V 1 X, V 2 X, die um die Eintrittsfläche einer Sende-Empfangslinse 52 X herum angeordnet sind.

Genauer gesagt sind die Photodetektoren H 1 X und H 2 X rechts und links von der Sende-Empfangslinse 52 X angeordnet und liefern ihre Detektorausgangssignale zu einer Subtraktionsschaltung SUB 1. Die Subtraktionsschaltung SUB 1 subtrahiert die Detektorausgangssignale der Photodetektoren H 1 X und H 2 X voneinander und erzeugt ein Feineinstell-Horizontalservo- Fehlersignal S _VH, das seinen Pegel ändert, wenn die optische Achse L des Lichtstrahls LA 10 gegenüber dem Zentrum der Linse 52 X in Horizontalrichtung verschoben wird. Dies führt zu folgender Gleichung:

S _VH = K _H {P(H 1) -P(H 2)} (3)

In der Gleichung (3) bedeuten P(H 1) und P(H 2) die jeweiligen Anteile der von der horizontalen Photodetektoren H 1 X, H 2 X empfangenen Lichtstrahlen, während K _H die Proportionalitätskonstante ist.

Die vertikalen Photodetektoren V 1 X und V 2 X befinden sich jeweils an der oberen und unteren Seite der Sende-Empfangslinse 52 X und liefern ihre Detektorausgangssignale zu einer Subtraktionsschaltung SUB 2. Die Subtraktionsschaltung SUB 2 subtrahiert die Detektorausgangssignale zur Erzeugung des Feineinstell-Vertikalservo-Fehlersignals S _VV, dessen Pegel sich ändert, wenn die optische Achse L des Lichtstrahls LA 10 gegenüber dem Zentrum der Linse 52 X in vertikaler Richtung verschoben wird. Dies führt zu der nachfolgenden Gleichung:

S _VV = K _V {P(V 1) -P(V 2)} (4)

In der Gleichung (4) bedeuten P(V 1) und P(V 2) die Anteile der von den vertikalen Photodetektoren V 1 X und V 2 X empfangenen Lichtstrahlen, während K _V die Proportionalitätskonstante ist.

Die Kommunikationstarget-Sende-Empfangseinrichtung liefert die Feineinstell-Servofehlersignale S _VH und S _VV zu einer Modulationsschaltung 53 X. Die Modulationsschaltung 53 X überlagert die Servofehlersignale S _VH und S _VV dem Informationssignal S _{P 2}, das von der Target-Sende-Empfangseinrichtung zur Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 gesendet worden ist und gibt ein Ausgangssignal S _AUSX aus, das dazu verwendet wird, den Lichtstrahl LA 20 zu erzeugen.

Wie die Fig. 4 zeigt, empfängt die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 die Feineinstell-Servofehlersignale S _VH und S _VV an ihrer Empfangsschaltung 54 und liefert diese Signale zur Azimuteinstellschaltung 16. Die Azimuteinstellschaltung 16 verarbeitet die Feineinstell-Servofehlersignale S _VH und S _VV zur Erzeugung eines Azimutsignals S _CM für die optische Achse, das die Signalpegel der Servofehlersignale S _VH und S _VV zu Null macht. Die Azimuteinstellschaltung 16 liefert das Azimutsignal S _CM für die optische Achse zum X-Achsenrichtungs- Treiberteil 20 X und zum Y-Achsenrichtungs-Treiberteil 20 Y, wie die Fig. 2 zeigt, um auf diese Weise den Azimut der optischen Achse des Lichtstrahls LA 10 zu korrigieren. Der Lichtstrahl LA 10 ist somit im Ergebnis feineingestellt, so daß seine optische Achse L nicht gegenüber dem Zentrum der Sende-Empfangslinse 52 X der Kommunikationstarget-Sende- Empfangslinse 52 X der Kommunikationstarget-Sende- Empfangseinrichtung versetzt ist.

Mit Hilfe der Feineinstellung in der oben beschriebenen Feineinstell-Betriebsart läßt sich die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 nach der normalen Betriebsart feineinstellen, so daß die Senderichtung (Azimut der optischen Achse) des Lichtstrahls LA 10 identisch mit der Richtung bzw. dem Azimut der Target-Sende-Empfangseinrichtung ist, wobei eine hinreichende Genauigkeit durch die Feineinstell- Servofehlersignale S _VH und S _VV erreicht wird, die von der Target-Sende-Empfangseinrichtung gesendet worden sind. Zusätzlich enthält die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 ein optisches Grobeinstellsystem ADJ, das die Grobeinstellung in der Grobeinstell-Betriebsart ausführt, so daß die Ziel- Sende-Empfangseinrichtung den Lichtstrahl LA 10 während des Übergangs der Betriebsart von der Stopp-Betriebsart zur aktiven Betriebsart empfangen kann, beispielsweise dann, wenn das opto-atmosphärische Verbindungssystem installiert ist oder wenn es einer Wartung oder Inspektion unterzogen wird.

Anhand der Fig. 4 läßt sich erkennen, daß das optische Grobeinstellsystem ADJ eine Fernsehkamera 55 enthält, die auf dem Gehäuse 12 integral befestigt ist. Verwendet die Fernsehkamera 55 eine Telephotolinse 62 zur Bildaufnahme der Umgebung eines Orts, an dem die Target-Sende-Empfangseinrichtung installiert ist, so kann sie die Sendeposition des Lichtstrahls LA 20 aufnehmen, der von der Target-Sende-Empfangseinrichtung abgestrahlt wird, als auch das Bild seiner Umgebung.

Weiterhin befindet sich ein Kollimatorbereich 56 vor der Fernsehkamera 55 und der Sende-Empfangslinse 52. Ein Objektbündel eines Lichtstrahls LA 14 verläuft im wesentlichen parallel zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA 14 und fällt über ein Fenster 63 und einen Verschluß 66 in den Kollimatorbereich 56 ein. Der Kollimatorbereich 56 leitet das Objektbündel des auf ihn auftreffenden Lichtstrahls LA 14 über einen halbdurchlässigen Spiegel 59 und die Telephotolinse 62 zur Fernsehkamera 55, und zwar als Bildaufnahmebündel LA 13.

Wie die Fig. 6 zeigt, fokussiert die Fernsehkamera 55 das Bild der Umgebung der Target-Sende-Empfangseinrichtung und eines Lichtpunkts SP 20 des Lichtstrahls LA 20 über die Telephotolinse 62 auf XY-Koordinaten eines Targetschirms 55 A, so daß es möglich wird, die Koordinatenposition des Lichtpunkts SP 20 (Emissionsposition des Lichtstrahls LA 20) zu detektieren bzw. die Koordinaten X 2 und Y 2 des Lichtpunkts SP 20.

Die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 und die Target-Sende- Empfangseinrichtung (Ziel-Sende-Empfangseinrichtung) sind so ausgelegt, daß sie Daten mit großer Dichte übertragen können, und zwar dadurch, daß sie die Punktbreite des Datentransmissions-Lichtstrahls LA 10 und des Datentransmissions- Lichtstrahls LA 20 so weit wie möglich verringern. Tatsächlich werden die Lichtstrahlen LA 10 und LA 20 mit dem Umgebungslicht geringer Energiedichte emittiert, wobei das Umgebungslicht geringer Energiedichte als Objektlichtbündel LA 14 über die Telephotolinse 62 des optischen Grobeinstellsystems ADJ auf die Fernsehkamera 55 fällt, so daß es auf dem Targetschirm 55 A als Lichtpunkt SP 20 fokussiert werden kann, der die Position der Target-Sende-Empfangseinrichtung repräsentiert.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das auf dem Targetschirm 55 A fokussierte Bild auf dem Monitor 13 dargestellt, der an der Bedienungstafel 12 a (siehe Fig. 1) des Gehäuses 12 vorhanden ist. Das visuelle Feld der Telephotolinse 62 ist so ausgewählt, daß es eine Einrichtung 13 A (z. B. Gebäude, usw.), auf dem die Target-Sende-Empfangseinrichtung installiert ist, und seine Umgebung erfaßt und aufnimmt. Der Benutzer kann daher die Position eines Bildes 13 B eines von der Target-Sende-Empfangseinrichtung emittierten Lichtstrahls in Form von Koordinatenwerten auf dem Targetschirm 55 A der Fernsehkamera 55 ablesen, wie die Fig. 1 zeigt.

Entsprechend der Fig. 4 wird ein Lichtbündel, das Teil des Lichtstrahls LA 10 ist, der über die Sende-Empfangslinse 52 abgestrahlt wird, mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels 58 des Kollimatorbereichs 56 seitlich abgebogen, um einen extrahierten Lichtstrahl LA 11 zu erhalten, der dazu benutzt wird, die Emissionsposition des Lichtstrahls zu detektieren. Der Lichtstrahl LA 11 läuft zunächst durch einen Verschluß 65 und durch den halbdurchlässigen Spiegel 59 hindurch, wird an einem Prisma 60 umgelenkt, trifft wiederum auf den halbdurchlässigen Spiegel 59 auf und wird in Richtung der Telephotolinse 62 abgelenkt. Er verläuft dann nahezu parallel zur optischen Achse L der Sende-Empfangslinse 52 durch die Telephotolinse 62 hindurch und trifft auf die Fernsehkamera 55 als ein aufgenommenes Lichtbündel LA 13 auf.

Der halbdurchlässige Spiegel 59 liegt mit hoher Genauigkeit parallel zum halbdurchlässigen Spiegel 58 und bewirkt, daß der durch den halbdurchlässigen Spiegel 58 extrahierte Lichtstrahl LA 11 durch ihn hindurch in ein Dreikantprisma 60 fällt.

Das Dreikantprisma 60 ist so angeordnet, daß der Lichtstrahl LA 11 auf dessen Basisfläche 60 A auftrifft. Auf diese Weise wird ein reflektierter Lichtstrahl LA 12 erhalten, dessen optische Achse parallel zum Lichtstrahl LA 11 verläuft, wobei der vom Dreikantprisma 60 reflektierte Lichtstrahl dann auf den halbdurchlässigen Spiegel 59 auftrifft. Der Lichtstrahl LA 11 wird durch das Dreikantprisma 60 praktisch in sich selbst zurückreflektiert.

Der halbdurchlässige Spiegel 59 reflektiert den reflektierten Lichtstrahl LA 12 im wesentlichen unter 90°, so daß der reflektierte Lichtstrahl LA 13 (aufgenommenes Lichtbündel) über die Telephotolinse 62 in die Fernsehkamera 55 fällt.

Da die halbdurchlässigen Spiegel 58 und 59 mit hoher Genauigkeit parallel zueinander angeordnet sind, verläuft der reflektierte Lichtstrahl LA 13 parallel zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10, auch wenn der Kollimatorbereich 56 relativ zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10 geneigt ist, wie durch den Pfeil e in Fig. 4 angedeutet ist.

Weiterhin wird das reflektierte Licht LA 11 vom halbdurchlässigen Spiegel 58 durch das Dreikantprisma 60 zurückreflektiert, so daß das reflektierte Licht LA 13 parallel zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10 auch dann verläuft, wenn der Kollimatorbereich 56 relativ zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10 versetzt ist, wie durch den Pfeil f in Fig. 4 angedeutet.

Die Fernsehkamera 55 fokussiert daher das aufgenommene Lichtbündel LA 10 auf dem Targetschirm 55 A als Lichtpunkt SP 10, so deswegen die Position der Laserlichtquelle 50 in Form von Koordinatenwerten X 1, Y 1 auf dem Targetschirm detektiert werden kann, wie die Fig. 7 zeigt.

Da das den Lichtpunkt SP 10 formende Lichtbündel LA 12 durch den Kollimatorbereich 56 verarbeitet wird, so daß es auf die Fernsehkamera 55 als Aufnahmelichtbündel LA 13 im wesentlichen parallel zum Lichtstrahl LA 10 auftrifft, wie die Fig. 4 zeigt, ist es leicht zu ersehen, daß die Koordinaten, an denen der Lichtpunkt SP 10 auf dem Targetschirm 55 A gemäß Fig. 7 fokussiert ist, und die Koordinaten, an denen der Lichtpunkt SP 20 auf dem Targetschirm 55 A gemäß Fig. 6 fokussiert ist, zum selben Koordinatensystem gehören.

Daher kann gemäß Fig. 8 der Lichtpunkt SP 10 in äquivalenter Weise die Position angeben, an der der Lichtstrahl LA 10 die vertikale Oberfläche bestrahlt, die den Emissionspunkt des Lichtstrahls LA 20 enthält, so daß es möglich ist, den Azimutfehler der optischen Achse des Lichtstrahls LA 10 aus den Koordinatenpositionsfehlern Δ x und Δ y auf dem Targetschirm 55 A zu detektieren.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen die Verschlüsse 65 und 66 (vgl. Fig. 4) jeweils aus einem optischen Flüssigkristallelement. Die Verschlüsse 65 und 66 werden alternativ geöffnet und geschlossen, und zwar durch die Grobeinstellschaltung 17, so daß die Fernsehkamera 55 alternativ bzw. wechselweise das Bild des Lichtstrahls LA 10 und das Bild des Objektlichtbündels LA 14 aufnehmen kann, das von der Kommunikationsobjekt-Sende-Empfangseinrichtung gesendet wird.

Die Fig. 9 und 10A bis 10C zeigen, daß eine Zählerschaltung 160 ein Vertikalsynchronisationssignal S _V empfängt, das von der Fernsehkamera 55 geliefert wird, um ein frequenzunterteiltes Signal S _2V zu erzeugen, dessen Signalpegel sich mit einem Zyklus ändert, der zweimal so lang ist wie derjenige des Vertikalsynchronisationssignals S _V. Die Fig. 10A zeigt die Wellenform des Vertikalsynchronisationssignals S _V, während die Fig. 10B die Wellenform des frequenzunterteilten Signals S _2V zeigt. Der Verschluß 66 wird durch das Signal S _2V angesteuert.

Der Verschluß 65 wird durch ein invertiertes Signal S _2IV angesteuert, das sich durch Invertierung des frequenzunterteilten Signals S _2V mittels einer invertierenden Verstärkerschaltung 161 ergibt. Das invertierte Signal S _2IV ist in Fig. 10C gezeigt. Die Verschlüsse 65 und 66 werden daher wechselweise bzw. alternativ geöffnet und geschlossen, und zwar mit jedem Zyklus des Vertikalsynchronisationssignals S _V.

Im Ergebnis kann die Fernsehkamera 55 die Target-Sendeseite nur während der Periode T 1 aufnehmen, in der das frequenzunterteilte Signal S _2V den hohen Pegel annimmt. Durch Bedienung des Bildwechselschalters 14 A in Fig. 1 ist es möglich, das Bild der Target-Sendeseite auf dem Monitorschirm der Monitoreinrichtung 13 darzustellen, wie die Fig. 6 zeigt.

Im Bild der Target-Sendeseite stellt der von der Target- Sende-Empfangseinrichtung zur Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 gesendete Lichtstrahl LA 20 einen hellen Lichtpunkt SP 20 an einer Position dar, an der das opto-atmosphärische Verbindungssystem installiert ist, wie die Fig. 6 ebenfalls erkennen läßt.

Durch Detektieren der Position des Lichtpunkts SP 20 auf der Grundlage des von der Fernsehkamera 55 während der Periode T 1 erhaltenen Videosignals ist es daher möglich, die Position des opto-atmosphärischen Verbindungssystems auf der Target-Sendeseite zu ermitteln.

Wird in diesem Fall des Gebäude auf der Target-Sendeseite durch Einstellung der Telephotolinse 62 in geeigneter Weise fokussiert, so trifft das Lichtbündel im wesentlichen aus dem Unendlichen kommend auf den Targetschirm 55 A der Fernsehkamera 55 auf, da sich die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 sehr weit entfernt von der Target-Sendeseite befindet.

Der Lichtpunkt SP 20 weist die kleinste Punktbreite auf, wenn der Lichtstrahl LA 20 das kollimierte Licht ist. Wird der Lichtstrahl LA 20 durch divergierendes oder konvergierendes Licht gebildet, so wird ein Lichtpunkt SP 20 mit größerer Punktbreite erhalten.

Die Fernsehkamera 55 kann andererseits nur die Laserlichtquelle 50 während der Periode T 2 aufnehmen, in der das invertierte Signal S _2IV seinen hohen Pegel annimmt, so daß der helle Lichtpunkt SP 10 auf dem Monitorschirm der Monitoreinrichtung 13 als Bild der Laserlichtquelle 50 dargestellt wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Wird daher der Lichtstrahl LA 10 in Form parallelen Lichts emittiert, ähnlich wie der Lichtpunkt SP 20, oder befindet sich die Laserlichtquelle 50 an der Fokusposition der Sende- Empfangsliste 52, so wird ein Lichtpunkt SP 10 mit der kleinsten Punktbreite erzeugt. Wird andererseits der Lichtstrahl LA 10 als divergierender oder konvergierender Lichtstrahl übertragen oder befindet sich die Laserlichtquelle 50 vor oder hinter dem Fokuspunkt der Sende-Empfangslinse 52, so erhöht sich die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 in Übereinstimmung mit seiner Ausdehnung, was in Fig. 11 zu erkennen ist.

Wird während der Periode T 2 der Fokus-Steuermotor 142 durch ein von der Fernsehkamera 55 erhaltenes Videosignal S _E derart angetrieben, daß die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 ihren kleinsten Wert annimmt, so läßt sich der Lichtstrahl LA 10 als Parallel-Lichtstrahl nur durch die Haupt-Sende- Empfängereinrichtung 10 einstellen. Die Fokussierung der Lichtstrahls LA 10 kann daher durch eine vereinfachte Einrichtung vorgenommen werden.

Wird der Fokus-Einstellschalter 14 E mittels der Fernsteuer- Befehlseinrichtung 8 (vgl. Fig. 1) der Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 eingeschaltet, so wird die Fokuseinstell- Betriebsart eingenommen. Dabei wird das Videosignal S _E (siehe A 1 bis AN + 5 in Fig. 12), das immer dann auf den hohen Pegel übergeht, wenn die Lichtpunkt SP 10 und SP 20 abgetastet bzw. gescannt werden, zu einer Wellenformerschaltung 163 geliefert, die in Fig. 9 gezeigt ist.

Entsprechend der Fig. 9 erzeugt die Wellenformerschaltung 163 ein Wellenformersignal S _S, das an der vorderen Kante des Videosignals S _E auf den logischen Pegel H (hoher logischer Pegel) übergeht. Eine UND-Schaltung 164 empfängt das oben erwähnte Wellenformersignal S _S von der Wellenformerschaltung 163 und ebenfalls das invertierte Signal S _2IV , welches während der Periode T 2 auf den hohen Pegel geht, und zwar zusammen mit einem Subträgersignal S _SC (siehe Fig. 12B), so daß die UND-Schaltung 164 das Subträgersignal S _SC zu einer Zählerschaltung 165 während der Abtastperiode des Lichtpunkts SP 10 liefert.

Die Zählerschaltung 165 wird in Antwort auf das invertierte Signal S _2IV zurückgesetzt und detektiert eine Wellenzahl Z (durch die in Fig. 12B gezeigten Wellenzahlen Z _{N +1}, Z _{N +2}, Z _{N +3} und Z _{N +4} gebildeten Summe) des Subträgersignals S _SC während der Abtastperiode des Lichtpunkts SP 10.

Die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 kann daher auf der Grundlage der Wellenzahl Z des Subträgersignals S _SC detektiert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 durch entsprechende Ansteuerung des Fokus-Steuermotors 142 minimiert, derart, daß die Wellenzahl Z ihren kleinsten Wert annimmt.

Genauer gesagt treibt entsprechend der Fig. 9 das frequenzunterteilte Signal S _2V zwei in Reihe zueinander geschaltete Halteschaltungen 166 und 167 an, wobei die Halteschaltung 166 den Zählwert der Zählerschaltung 165 empfängt. Die in Reihe geschalteten Halteschaltungen 166 und 167 liefern den Zählwert D _SPN der Zählerschaltung 165 und einen Zählwert D _{SPN -1} eines vorhergehenden Zyklus zusammen zu einer Subtraktionsschaltung 168.

Bewegt sich daher die Laserlichtquelle 50 in Richtung auf die Fokusposition der Sende-Empfangslinse 52, so erzeugt die Subtraktionsschaltung 168 einen negativen Zählwert D _SP, während die Subtraktionsschaltung 168 einen positiven Zählwert D _SP erzeugt, wenn sich die Laserlichtquelle von der Fokusposition der Sende-Empfangsliste 52 entfernt.

Eine Treiberschaltung 170 treibt den Fokus-Steuermotor 142 konstant an, so daß er sich mit einer sehr kleinen Geschwindigkeit dreht. Wenn der Zählwert D _SP von der Subtraktionsschaltung 168 seine Polarität wechselt, so wechselt auch die Treiberschaltung 170 die Antriebsrichtung für den Motor 142.

In der Praxis ist die Punktbreite des Laserpunkts SP 10 an der Fokusposition der Sende-Empfangslinse 52 (siehe Fig. 11) minimiert. Die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 vergrößert sich, wenn die Laserlichtquelle 50 entweder vor oder hinter der Fokusposition zu liegen kommt. Es besteht dann das Problem, daß selbst dann, wenn nur die Punktbreite detektiert wird, auch detektiert wird, daß die Laserlichtquelle 50 nicht an der Fokusposition der Sende-Empfangslinse 52 positioniert ist, es jedoch nicht möglich ist zu detektieren, ob die Laserlichtquelle 50 in Richtung auf die Sende-Empfangslinse 52 zu oder von dieser weg bewegt werden soll.

Die vorliegende Erfindung löst das oben genannte Problem. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel treibt die Treiberschaltung 170 den Fokus-Steuermotor 142 konstant an, um die Änderung der Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 zu detektieren. Auf diese Weise läßt sich die Position der Laserlichtquelle 50 relativ zur Fokusposition der Sende-Empfangslinse 52 auf der Grundlage des obigen Detektorergebnisses ermitteln. Die Fokusposition des Lichtstrahls LA 10 kann daher durch Lokalisierung der Laserlichtquelle 50 an der Fokusposition der gemeinsamen Sende-Empfangslinse 52 eingestellt werden.

Der Fokus-Steuermotor 142 wird mit sehr kleiner Geschwindigkeit angetrieben, so daß auch dann, wenn Daten während der Einstellung des Fokus des Lichtstrahls LA 10 übertragen werden, eine geeignete und für die Praxis hinreichende Punktbreite erhalten wird.

Entsprechend der Fig. 13 bilden die Halteschaltungen 166 und 167 in Fig. 9 erste und zweite Registerschaltungen 171 und 172, die die Zählwerte D _SPN und D _{SPN -1} in Antwort auf das frequenzunterteilte Signal S _2V halten. Die Subtraktionsschaltung 168 in Fig. 9 bildet eine Vergleichsschaltung 173 in Fig. 13, die die Zählwerte D _SPN und D _{SPN -1} miteinander vergleicht.

Die Treiberschaltung 170 in Fig. 9 enthält eine Motortreiberschaltung 174, die den Fokus-Steuermotor 142 antreibt, und eine Inverterschaltung 175, die die Antriebsrichtung des Motors 142 auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses von der Vergleichsschaltung 173 invertiert.

Die Zählerschaltungen 160 und 165, die Wellenformerschaltung 163 und die UND-Schaltung 164 in Fig. 9 bilden eine Lichtpunkt-Detektorschaltung, die die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 detektiert. Ferner bilden der Fokus-Steuermotor 142, die Halteschaltungen 166, 167, die Subtraktionsschaltung 168 und die Treiberschaltung 170 in Fig. 9 eine Steuereinrichtung, die den Abstand zwischen der Laserlichtquelle 50 und der gemeinsamen Sende-Empfangslinse 52 auf der Grundlage des Detektorergebnisses der Lichtpunkt- Detektorschaltung einstellt.

Die Positionen der jeweiligen Lichtpunkt werden während der Perioden T 1 und T 2 detektiert, wie oben beschrieben, so daß dann bei einer Laserlichtquelle auf der Empfangsgeräteseite die Emissionsposition des Lichtstrahls LA 10 und die Position der Empfangseinrichtung durch die Sendeeinrichtung detektiert werden können. Ferner wird die optische Achse des Lichtstrahls LA 10 auf der Grundlage des oben beschriebenen Detektorergebnisse eingestellt, so daß sich die optische Achse mit Hilfe einer vereinfachten Einrichtung justieren läßt.

Werden das Bild auf der Empfangsgeräteseite und das Bild der Laserlichtquelle 50 zusammen aufgenommen, wie die Fig. 8 zeigt, so lassen sich die Positionen der Lichtpunkte SP 10 und SP 20 detektieren, jedoch kann nicht bestimmt werden, welcher der Lichtpunkte SP 10 und SP 20 dem Lichtpunkt des Lichtstrahls LA 10 oder dem Lichtpunkt des Empfangsgeräts entspricht, und umgekehrt. Es läßt sich also nicht festlegen, in welcher Richtung die optische Achse L des Lichtstrahls LA 10 korrigiert werden soll. Dies macht es unmöglich, die optische Achse L des Lichtstrahls LA 10 entsprechend auszurichten.

Um dieses Problem zu lösen, kann daran gedacht werden, einen blinkenden Lichtstrahl LA 10 zu erzeugen. Dies ist aber nicht sehr effektiv, da die Lichtpunkte SP 10 und SP 20 als Einzellichtpunkte aufgenommen werden, so daß nicht klar identifiziert werden kann, wann die Lichtpunkt SP 10 und SP 20 nahe beieinander liegen.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die Verschlüsse 65 und 66 wechselweise geöffnet und geschlossen, so daß der Lichtstrahl LA 13, der durch den Kollimatorbereich 56 reflektiert wird, und der Lichtstrahl, der von der Empfangsrichtung emittiert wird, abwechselnd auf die Fernsehkamera 55 auftreffen. Die Lichtpunkte SP 10 und SP 20 lassen sich daher genau identifizieren, so daß die Richtung, in der die optische Achse verschoben werden muß, ermittelt werden kann.

Bei diesem Ausführungsbeispiel läßt sich ferner der Azimut des Lichtstrahls LA 10 auf der Grundlage des Videosignals S _E einstellen.

Wie die Fig. 14 und 15 zeigen, wird in der Azimut-Einstellschaltung ein Wellenformersignal S _S (siehe Fig. 15A) zu einer Zählerschaltung 176 geliefert, während ein Vertikalsynchronisationssignal S _V (siehe Fig. 15B) und das Wellenformersignal S _S zu einer Flip-Flop-Schaltung 177 übertragen werden. Eine UND-Schaltung 178 erzeugt eine logische Summe aus dem Ausgangssignal S 1 (Fig. 15C) von der Flip-Flop- Schaltung 177 und einem Horizontal-Synchronisationssignal S _H (Fig. 15D). Wie in Fig. 15C zu erkennen ist, geht das Ausgangssignal S 1 zu einem Zeitpunkt t 1 auf den logischen Pegel H, zu dem das Vertikal-Synchronisationssignal S _V auf den hohen Pegel geht, während das Ausgangssignal S 1 zu einem Zeitpunkt t 2 auf den niedrigen Pegel L geht, zu dem das Wellenformersignal S _S auf den logischen Pegel H geht.

Die Zählerschaltung 176 erzeugt ein Signal S 2 (Fig. 15E), das dadurch erhalten wird, daß das Wellenformersignal S _S durch den Wert 2 dividiert wird. Dieses Signal S 2 und das Ausgangssignal von der UND-Schaltung 178 werden über eine ODER-Schaltung 180 zu einem Zähler 179 geliefert. Dadurch läßt sich der Vertikalabstand Y 1 oder Y 2 (siehe Fig. 6 oder 7) zwischen der Abtast-Startposition im aufgenommenen Bild und der Zentrumposition des Lichtpunkts SP 10 oder SP 20 berechnen, und zwar durch die Anzahl der Horizontallinien. Die Anzahl der Horizontallinien stellt einen Wert dar, der den Abstand zwischen der Startposition der Rasterabtastung und dem Zentrum des Lichtpunkts im Videosignal S _E (von A 1 bis AN + 5 gemäß Fig. 16) durch die Anzahl n + m/2 der Horizontalabtastzeilen ausdrückt.

Ein Multiplexer 181 liefert abwechselnd einen Zählwert D _Y des Zählers 179 zu Halteschaltungen 182 und 183 mit jeder Vertikalzyklusperiode, wobei eine Subtraktionsschaltung 184 einen Positionsfehler Δ y (siehe Fig. 8) derjenigen Position detektiert, an der der Lichtstrahl LA 10 das Transmissionsobjekt oder Target bestrahlt.

Die Treiberschaltung 28 treibt den Motor 26 so an, daß ein den Positionsfehler Δ y repräsentierender Subtraktionswert zu Null wird. Auf diese Weise wird die Bestrahlungsposition in Vertikalrichtung eingestellt.

Eine Flip-Flop-Schaltung 186 empfängt ein Horizontalsynchronisationssignal S _H (Fig. 16B und 17A) und das Wellenformersignal S _S (Fig. 17B), wobei die Schaltung 186 ein Ausgangssignal S 5 erzeugt. Entsprechend der Fig. 17C geht das Ausgangssignal S 5 auf den logischen Pegel H zu einem Zeitpunkt t 5, zu dem das Horizontalsynchronisationssignal S _H auf den hohen Pegel geht. Das Signal S 5 geht andererseits auf den logischen Pegel L zu einem Zeitpunkt t 6, zu dem das Wellenformersignal S _S auf den logischen Pegel H geht.

Eine UND-Schaltung 187 empfängt das Ausgangssignal S 5 und ein Subträgersignal S_SC (Fig. 16C und 17D) und liefert ihr Ausgangssignal zu einem Zähler 188. Auf diese Weise läßt sich die Zeitperiode durch die Wellenzahl N des Subträgersignals S _SC detektieren, in der das Wellenformersignal S _S auf den logischen Pegel H beim Lichtpunkt SP 10 oder SP 20 geht, nachdem das Horizontalsynchronisationssignal S _H auf den hohen Pegel gegangen ist.

Eine Vergleichsschaltung 189 öffnet das Gate einer UND- Schaltung 191, wenn der Zählerwert N des Zählers 188 kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, so daß das Ausgangssignal der UND-Schaltung 187 durch eine ODER-Schaltung 192 zu einem Zähler 193 geliefert wird.

Befindet sich der Lichtpunkt SP 10 oder SP 20 nicht auf einer Abtastzeile und geht das Wellenformersignal S _S nicht auf den logischen Pegel H, so geht das Horizontalsynchronisationssignal S _H bei der nächsten Abtastzeile auf den hohen Pegel.

Nur wenn daher der Zählwert N der Zählerschaltung 188 kleiner ist als der vorbestimmte Wert, wird das Ausgangssignal der UND-Schaltung 187 zum Zähler 193 geliefert, so daß nur dann, wenn der Lichtpunkt SP 10 oder SP 20 auf der Abtastzeile existiert, das Subträgersignal S _SC zur Zählerschaltung 193 übertragen wird. Mit Hilfe des Zählers 193 läßt sich somit der Horizontalabstand vom Abtaststarterpunkt zum Lichtpunkt SP 10 oder SP 20 im aufgenommenen Bild detektieren, und zwar durch die Wellenzahl N (Fig. 16) des Subträgersignals S _SC.

Ein Zähler 194 empfängt ein Ausgangssignal S 6 (Fig. 17E), das sich durch Frequenzunterteilung des Subträgersignals S _SC um den Wert 2 ergibt, und ebenfalls das Wellenformersignal S _S. Das dadurch erhaltene Ausgangssignal, das die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 oder SP 20 ausdrückt, wird zu der ODER-Schaltung 192 geliefert, und zwar über eine Verzögerungsschaltung 196 mit einer Verzögerungszeit von einer Horizontalperiode (1H).

Der Zähler 193 zählt daher die Wellenzahl N des Subträgersignals S _SC und zählt dann den Wert M/2, der halb so groß wie der Wert M ist, welcher die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 oder SP 20 ausdrückt. Dadurch lassen sich der Horizontalabstand X 1 oder X 2 (Fig. 6 und 7) zwischen der Abtaststartposition und der Zentrumposition des Lichtpunkts SP 10 oder SP 20 im aufgenommenen Bild abwechselnd detektieren, und zwar durch die Wellenzahl N des Subträgersignals S _SC (siehe Fig. 16).

Halteschaltungen 197 und 198 empfangen sequentiell das Ausgangssignal der Zählerschaltung 193 synchron mit dem Horizontalsynchronisationssignal S _H, wobei ein Zählwert D _X von zwei benachbarten Abtastzeilen erzeugt und zu einer Vergleichsschaltung 199 geliefert wird.

Die Vergleichsschaltung 199 erzeugt ein Haltesignal, welches auf hohen Pegel geht, nachdem der Zählwert D _X von zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeilen angestiegen ist. Er wird nicht verändert. Dieses Haltesignal wird über eine Multiplexerschaltung 200 abwechselnd zu Halteschaltungen 201 und 202 geliefert.

Ein Multiplexer 203 liefert abwechselnd das Ausgangssignal des Zählers 193 zu den Halteschaltungen 201 und 202, so daß die Halteschaltungen 201 und 202 jeweils Horizontalpositionsdaten D _{X 1} und D _{X 2} der Lichtpunkte SP 10 und SP 20 zu einer Subtraktionsschaltung 204 liefern.

Die Subtraktionsschaltung 204 detektiert daher eine Horizontalverschiebung zwischen den beiden Lichtpunkten SP 10 und SP 20. Die Treiberschaltung 36 treibt einen Motor 45 auf der Grundlage des Detektorergebnisses von der Subtraktionsschaltung 204 an, um somit die Bestrahlungsposition in Horizontalrichtung einzustellen.

Genauer gesagt bestimmt die Treiberschaltung 36, ob der Subtraktionswert, der den Abstand Δ x angibt, positiv oder negativ ist. Sie treibt den Motor 45 auf der Grundlage des ermittelten Ergebnisses an, um den Subtraktionswert zu Null zu machen.

Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung wird der von der Laserlichtquelle 50 emittierte und durch das vorbestimmte Datensignal modulierte Lichtstrahl LA 10 über die gemeinsame Sende-Empfangslinse 52 zum sendenden Objekt übertragen. Ferner wird seine optische Achse durch den Kollimatorbereich 56 gedreht, so daß er zunächst parallel zu sich selbst verläuft und dann auf die Fernsehkamera 55 auftrifft. Die Fernsehkamera 55 erzeugt abwechselnd ein Bild der Laserlichtquelle 50 und das Bild des sendenden Objekts in Synchronisation mit dem Vertikalsynchronisationssignal S _V.

In Übereinstimmung mit Fig. 9 wird das Videosignal S _E von der Fernsehkamera 55 zur Wellenformerschaltung 163 geliefert, in der es in das Wellenformersignal S _S umgewandelt wird, welches den logischen Pegel H an den Lichtpunkten SP 10 und SP 20 annimmt. Dieses Wellenformersignal S _S wird über die UND-Schaltung zur Zählerschaltung 165 übertragen, so daß die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 detektiert werden kann.

Das Detektorergebnis wird sequentiell in den Halteschaltungen 166 und 167 gehalten, wobei die Ausgangssignale der Halteschaltungen 166 und 167 zu der Subtraktionsschaltung 168 geliefert werden. Hierdurch läßt sich detektieren, ob die Laserlichtquelle 50 in Richtung auf die Fokusposition der gemeinsamen Sende-Empfangslinse 52 oder von dieser weg bewegt wird. Auf der Grundlage dieses Detektorergebnisses kehrt dann die Treiberschaltung 170 die Drehrichtung des Fokus-Steuermotors 142 um, um auf diese Weise die Laserlichtquelle 50 in der Fokusposition der gemeinsamen Sende- Empfangslinse 52 zu positionieren. Auf diese Weise wird der von der Haupt-Sende-Übertragungseinrichtung 10 emittierte Lichtstrahl LA 10 kollimiert.

Da der Lichtstrahl LA 10 parallel abgebogen und dann aufgenommen wird und da die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 auf der Grundlage des resultierenden Videosignals detektiert wird, läßt sich der Lichtstrahl LA 10 nur mit Hilfe des opto-atmosphärischen Verbindungssystems oder der Haupt-Sende- Empfangseinrichtung 10 parallelisieren.

Der Lichtstrahl kann somit parallel eingestellt werden ohne eine Verbindungsleitung von der Sendeobjektseite zur opto-atmosphärischen Verbindungssystemseite, was beim Stand der Technik nicht der Fall ist. Die Einrichtung nach der Erfindung weist somit einen erheblich einfacheren Aufbau auf und läßt eine leichtere Fokuseinstellung des Lichtstrahls zu

Entsprechend der obigen Beschreibung bestehen die Verschlüsse jeweils aus optischen Flüssigkristallelementen, die abwechselnd geöffnet und geschlossen werden. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Selbstverständlich können auch andere Verschlüsse zum Einsatz kommen, z. B. elektrische Verschlüsse oder mechanische Verschlüsse.

Anstelle der Verschlüsse 65 und 66 kann z. B. eine Lichtabschirmplatte 208 mit einem unter einem vorbestimmten Winkel ausgenommenen Teil verwendet und im Lichtweg angeordnet werden, wobei die Lichtabschirmplatte 208 mit Hilfe eines Motors 209 gedreht wird, und zwar synchron mit dem Vertikalsynchronisationssignal.

Ferner wurden gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel halbdurchlässige Spiegel 58 und 59 sowie ein Dreikantenprisma 60 (corner cube prism) zur Parallelabbiegung des Lichtstrahls LA 10 verwendet. Die halbdurchlässsigen Spiegel 58 und 59 können aber auch durch ein Prisma ersetzt werden, das eine parallelogrammähnliche Form aufweist. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 20 näher beschrieben.

Entsprechend der Fig. 20 wird ein optischer Block 220 dadurch erhalten, daß rechtwinklige Prismen 224 und 225 mit einem Parallelogrammprisma 226 verbunden werden. Die geneigten Flächen 226 A und 226 B des Parallelogrammprismas 226 dienen mit hoher Genauigkeit zur Erzeugung der Parallelität.

Weiterhin befindet sich ein dünner Aluminiumfilm auf den geneigten Flächen 226 A und 226 B des Parallelogrammprismas 226, so daß die geneigten Flächen 226 A und 226 B als halbdurchlässige Spiegel arbeiten.

Der optische Block 220 ist so angeordnet, daß seine geneigte Fäche 226 A in Richtung der gemeinsamen Sende-Empfangslinse 52 weist, so daß der Lichtstrahl LA 10 einerseits durch die geneigte Fläche 226 A gerade hindurchläuft und andererseits zum Teil an der geneigten Fläche 226 A um 90° reflektiert wird. Das reflektierte Licht LA 11 läuft durch die geneigte Fläche 226 B hindurch in Richtung des Dreikantenprismas 60 (Fig. 4).

Das Dreikantenprisma 60 ist so angeordnet, daß seine Basis bzw. Einfallsfläche einer das reflektierende Licht LA 11 emittierende Fläche 220 A gegenüberliegt. Das durch das Dreikantenprisma 60 zurückgeworfene bzw. reflektierte Licht LA 12 des reflektierten Lichts LA 11 gelangt wiederum in den optischen Block 220, wobei das Licht LA 12 parallel zum Licht LA 11 liegt.

Das reflektierte Licht LA 12 wird im optischen Block 220 erneut reflektiert, und zwar an der geneigten Fläche 226 B, die parallel zur geneigten Fläche 226 liegt, und zwar unter 90°, so daß schließlich reflektiertes Licht LA 13 erhalten wird, das in die Fernsehkamera 55 fällt.

Auf diese Weise ist es möglich, das Bild der Laserlichtquelle 50 anhand des reflektierten Lichts LA 13 zu beobachten, das in die Fernsehkamera 55 eintritt.

Die geneigten Flächen 226 A und 226 B des Parallelogrammprismas 226 liegen mit hoher Genauigkeit parallel zueinander, so daß selbst dann, wenn der Kollimatorbereich 56 gegenüber der optischen Achse des Lichtstrahls LA 10 versetzt ist, wie durch den Pfeil e in Fig. 4 angedeutet ist, oder dann, wenn die geneigte Fläche 226 A des Parallelogrammprismas 226 nicht präzise der Linse 52 unter einem Winkel von 45° gegenüberliegt, die Fernsehkamera 55 das reflektierte Licht LA 13 parallel zur optischen Achse des Lichtstrahls LA 10 empfängt.

Das reflektierte Licht LA 11 von der geneigten Fläche 226 A wird weiterhin durch das Dreikantenprisma 601 um 180° reflektiert, wie oben beschrieben, so daß auch bei einer Verschiebung des Kollimatorbereichs 56 gegenüber der optischen Achse des Lichtstrahls LA 10, wie durch den Pfeil f in Fig. 4 angedeutet, die Fernsehkamera 55 das reflektierte Licht LA 13 parallel zur optischen Achse des Lichtstrahls LA 10 erhält.

Aufgrund dieses optischen Systems ist es möglich, einen Parallelisierungsfehler des reflektierten Lichts LA 13 relativ zum Lichtstrahl LA 10 mit hoher Genauigkeit und kleiner als 10 Sekunden (Bogensekunden) zu erhalten. Beträgt in diesem Fall die Fehlergenauigkeit 10 Sekunden, so wird ein Positionierungsfehler von 48 mm an einer 1 km entfernten Position erzeugt, so daß es möglich wird, die Bestrahlungsposition des Lichtstrahls LA 10 zu detektieren.

Wie oben beschrieben, wird die Punktbreite des Lichtpunkts SP 10 auf der Grundlage des Horizontalsynchronisationssignals und des oben erwähnten Subträgersignals detektiert. Hierauf ist die Erfindung jedoch ebenfalls nicht beschränkt. Statt dessen können auch andere Detektoreinrichtungen zum Einsatz kommen, in denen ein anderes Referenztaktsignal zur Durchführung der gewünschten Detektion gezählt wird, oder dergleichen.

Der Lichtstrahl LA 10 wird mit Hilfe einer bewegbaren Laserlichtquelle 50 kollimiert, wie zuvor erwähnt. Es ist aber auch möglich, den Lichtstrahl LA 10 durch Einstellung der Linsenposition zu kollimieren.

Es ist allerdings nicht in jedem Fall erforderlich, durch die Fokuseinstellung den Lichtstrahl LA 10 in der oben beschriebenen Weise zu kollimieren. Der Lichtstrahl LA 10 kann auch so eingestellt werden, daß er mit einer vorbestimmten Breite emittiert wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 21 beschrieben. Die Fig. 21 zeigt nur einen Hauptteil dieses Ausführungsbeispiels, nämlich den Kollimatorbereichsteil.

In der Fig. 21 ist mit dem Bezugszeichen 320 eine Sendeeinrichtung des opto-atmosphärischen Verbindungssystem nach der Erfindung versehen. In der Sendeeinrichtung 320 befindet sich gemäß Fig. 21 ein halbdurchlässiger Spiegel 321 auf der optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10, wobei der halbdurchlässige Spiegel 321 um im wesentlichen 45° geneigt ist. Dieser halbdurchlässige Spiegel 321 bildet zusammen mit einem Dreikantprisma 315 (corner cube prism) den Kollimatorbereich.

Die Oberfläche des halbdurchlässigen Spiegels 321 ist mit hoher Genauigkeit hergestellt, so daß das auftreffende Licht zur Hälfte reflektiert wird.

Ein Teil des Lichtstrahls LA 10 läuft somit durch den halbdurchlässigen Spiegel 321 hindurch, während ein Lichtstrahl LA 16 durch Reflexion des Lichtstrahls LA 10 am halbdurchlässigen Spiegel 321 erzeugt wird, der in das Dreikantenprisma 315 einfällt.

Ein Lichtstrahl LA 14, der in die Sendeeinrichtung 320 entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls LA 10 einfällt, wird durch den halbdurchlässigen Spiegel 321 so reflektiert, daß er in entgegengesetzter Richtung zum reflektierten Lichtstrahl LA 16 verläuft. Der Lichtstrahl LA 14 fällt somit in ein Teleskop 305 hinein. Es braucht nicht besonders erwähnt zu werden, daß das Teleskop 305 in Fig. 21 auch durch die Fernsehkamera 55 ersetzt werden kann, wie dies in Fig. 4 der Fall ist.

Das Dreikantenprisma 315 ist so ausgebildet, daß es einen reflektierten Lichtstrahl LA 17 liefert, dessen optische Achse parallel zum reflektierten Lichtstrahl LA 16 verläuft, wobei der Lichtstrahl LA 17 durch den halbdurchlässigen Spiegel 321 hindurch ebenfalls in das Teleskop 305 fällt.

Im Ergebnis nimmt das Teleskop 305 den reflektierten Lichtstrahl LA 17 auf, der von der Ausstrahlposition des Lichtstrahls LA 10 emittiert wird, wobei ein Bild ähnlich demjenigen, das bei Verwendung der Laserlichtquelle an der Ausstrahlposition erhalten wird, dem Bild der Empfangsgeräteseite überlagert und beobachtet werden kann, so daß es möglich ist, die Ausstrahlposition des Lichtstrahls der Sendeeinrichtung 320 schnell und einfach zu betätigen bzw. festzustellen.

Da der halbdurchlässige Spiegel 321 auf der optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10 liegt, wie oben beschrieben, kann der einfallende Lichtstrahl, der in entgegengesetzter Richtung zum Lichtstrahl LA 10 entlang der optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10 verläuft, in das Teleskop 305 als Lichtstrahl gelangen, der parallel zum reflektierten Lichtstrahl LA 17 verläuft. Auf diese Weise wird eine Parallelaxe erhalten.

Da außerdem der halbdurchlässige Spiegel 321 nur auf der optischen Achse des Lichtstrahls LA 10 angeordnet ist, weist die Einrichtung einen sehr einfachen Aufbau auf.

Der reflektierte Lichtstrahl LA 16, der am halbdurchlässigen Spiegel 321 reflektiert worden ist, wird mit Hilfe des Dreikantprismas 315 parallel zu sich selbst zurückreflektiert und fällt dann in das Teleskop 305 ein. Der Einfall erfolgt in Richtung parallel zum einfallenden Lichtstrahl, der in entgegengesetzter Richtung zum Lichtstrahl LA 10 verläuft und am halbdurchlässigen Spiegel 321 um 90° in Richtung zum Teleskop 305 abgelenkt wird. Auch wenn daher der halbdurchlässige Spiegel 321 nicht genau um 45° gegenüber der optischen Achse L geneigt ist, ist es immer noch möglich, den reflektierten Lichtstrahl LA 17 zu empfangen, der sich so ausbreitet, als würde er von der Ausstrahlposition des Lichtstrahls LA 10 ausgehen.

Der halbdurchlässige Spiegel 321 und das Dreikantprisma 315 werden mit hoher Oberflächengenauigkeit hergestellt, so daß daher auch die Ausstrahlposition des Lichtstrahls LA 10 mit hoher Genauigkeit bestätigt werden kann.

Die Oberfläche des halbdurchlässigen Spiegel 321 wird im Vergleich zum Dreikantprisma 315 mit hoher Genauigkeit hergestellt, so daß eine sehr hohe Detektorgenauigkeit erzielt wird, wenn auch das Dreikantprisma 315 mit hoher Genauigkeit gefertigt wird.

Experimentelle Ergebnisse zeigen, daß der Positionsfehler an einer 1 km entfernten Position auf 9 mm gesenkt werden kann, wenn das Dreikantprisma 315 eine Oberflächengenauigkeit von 2 Sekunden aufweist. Die hohe Detektorgenauigkeit läßt sich durch Erhöhung der Herstellungsgenauigkeit des Dreikantprismas 315 erzielen. Die Ausstrahlposition bzw. bestrahlte Position des Lichtstrahls kann daher mit hoher Genauigkeit bestätigt werden, unabhängig davon, ob der gesamte Kollimatorbereich relativ zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10 geneigt ist oder nicht, wie durch den Pfeil c in Fig. 21 angedeutet ist, und unabhängig davon, ob das Teleskop 305 relativ zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10, wie durch den Pfeil d in Fig. 21 gezeigt, gedreht oder geneigt ist.

Entsprechend dem obigen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 21 enthält der Kollimatorbereich den halbdurchlässigen Spiegel 321 und das Dreikantprisma 315. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Vielmehr kann auch eine Einrichtung zum Einsatz kommen, bei der der halbdurchlässige Spiegel 321 und das Dreikantprisma 315 durch einen einheitlichen optischen Block gebildet sind.

Genauer gesagt kann entsprechend der Fig. 22 das Dreikantprisma 315 mit einem optischen Block 355 verbunden bzw. verklebt sein, der einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist und an seinem unteren Ende eine halbdurchlässige Spiegelfläche 355 A besitzt.

Alternativ dazu zeigt die Fig. 23 einen optischen Block 336 mit kreisförmigem Querschnitt, der eine halbdurchlässige Spiegelfläche 336 A und eine flache bzw. ebene Einfallsfläche 336 B an einem seiner Enden besitzt. Das Dreikantprisma 315 ist mit dem anderen Ende dieses optischen Blocks 336 ist mit dem anderen Ende dieses opt 05713 00070 552 001000280000000200012000285910560200040 0002003916362 00004 05594ischen Blocks 336 verbunden (entweder einstückig oder durch Verklebung), um den optischen Block zu erhalten. Der Kollimatorbereich kann somit einen vereinfachten Aufbau aufweisen, was zu einem vereinfachten opto-atmosphärischen Verbindungssystem führt.

Entsprechend den obigen Ausführungsbeispielen ist der halbdurchlässige Spiegel 321 auf der optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10 angeordnet, jedoch ist dies nicht unbedingt erforderlich. Er kann sich auch innerhalb des Bündels des Lichtstrahls LA 10 an einem solchen Ort befinden, der es ermöglicht, die Ausstrahlposition (Bestrahlungsposition) des Lichtstrahls genau zu detektieren.

Mit dem halbdurchlässigen Spiegel 321 der oben beschriebenen Art kann die Hälfte des einfallenden Lichts reflektiert werden. Dies ist jedoch ebenfalls nicht unbedingt erforderlich. Es kann auch ein halbdurchlässiger Spiegel mit einem höheren Reflexionsvermögen oder mit einem niedrigeren Reflexionsvermögen zum Einsatz kommen, falls dies erforderlich ist.

Wie erwähnt, fällt ein Teil des Lichtstrahls LA 10, der von der Linse mit großer numerischer Apertur (NA) ausgeht, bei den oben bechriebenen Ausführungsbeispielen in ein Teleskop 305. Statt dessen ist es auch möglich, daß der gesamte Lichtstrahl LA 10 in das Teleskop 305 eintritt und der Kolimatorbereich nach erfolgter Einstellung entfernt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 24 im einzelnen beschrieben. Die Fig. 24 zeigt nur den Kollimatorbereichsteil dieses Ausführungsbeispiels, der den Hauptteil darstellt.

In Fig. 24 ist eine Sendeeinrichtung des opto-atmosphärischen Verbindungssystems nach der Erfindung mit dem Bezugszeichen 430 versehen. In der Sendeeinrichtung 430 befindet sich ein halbdurchlässiger Spiegel 431 auf der optischen Achse L des Lichtstrahls LA 10, wobei der halbdurchlässige Spiegel 431 gegenüber der optischen Achse um etwa 45° geneigt ist. Der halbdurchlässige Spiegel 431 und das Dreikantprisma 415 (Dachprisma) bilden den Kollimatorbereich.

Die Oberfläche des halbdurchlässigen Spiegels 431 weist eine hohe Genauigkeit auf und ist so ausgebildet, daß sie etwa die Hälfte des auftreffenden Lichts reflektiert, so daß ein Teil des Lichtstrahls LA 10 durch den halbdurchlässigen Spiegel 431 hindurchläuft und sein anderer Teil am halbdurchlässigen Spiegel 431 reflektiert wird, um einen reflektierten Lichtstrahl LA 18 zu bilden, der in ein Teleskop 405 hineinfällt.

Das optische System des Teleskops oder dergleichen ist mit einer Linse an seiner Eintrittsseite ausgestattet, so daß die Lichtmenge des zurückreflektierten Lichtstrahls, der an der Eintrittsfläche reflektiert und über den halbdurchlässigen Spiegel 431 und eine Linse zurück zur Laserlichtquelle geführt wird, beträchtlich reduziert werden kann.

Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 21 läßt sich der Anteil des zurückreflektierten Lichtstrahls in der Praxis in einem genügend großen Bereich reduzieren, so daß ein Lichtstrahl LA 10 erhalten wird, der im Vergleich zum Stand der Technik ein geringeres Rauschen aufweist. Hierdurch wird es möglich, Daten mit hoher Qualität zu übertragen.

Andererseits wird der Lichtstrahl LA 15, der sich entgegengesetzt zur Bestrahlungsrichtung des Lichtstrahls LA 10 ausbreitet und auf die Sendeeinrichtung 430 auftrifft, durch den halbdurchlässigen Spiegel 431 in entgegengesetzter Richtung zum Lichtstrahl LA 18 abgelenkt bzw. reflektiert, um einen reflektierten Lichtstrahl LA 19 zu erzeugen, der auf das Dreikantprisma 415 auftrifft.

Das Dreikantprisma 415 erzeugt daher einen reflektierten Lichtstrahl LA 20, der parallel zur optischen Achse des reflektierten Lichtstrahls LA 19 verläuft, durch den halbdurchlässigen Spiegel 431 hindurchtritt und schließlich in das Teleskop 405 einfällt.

Mit dem reflektierten Lichtstrahl LA 20 wird also die Komponente des einfallenden Lichtstrahls LA 15, dessen optische Achse parallel zum Lichtstrahl LA 10 verläuft, in das Teleskop 405 hineingeführt, und zwar parallel zum reflektierten Lichtstrahl LA 18 des Lichtstrahls LA 10; so daß es möglich wird, den reflektierten Lichtstrahl LA 10 so zu erhalten, als wäre er von der Ausstrahlposition bzw. Bestrahlungsposition des Lichtstrahls LA 10 emittiert worden.

Dasselbe Bild wie dasjenige, das bei Positionierung der Laserlichtquelle an der Ausstrahl- bzw. Bestrahlungsposition erhalten wird, kann dem Bild der Empfangsapparatseite überlagert und visuell bestätigt werden. Hierdurch läßt sich die Ausstrahlposition bzw. Bestrahlungsposition des Lichtstrahls auf der Seite der Sendeeinrichtung 403 in einfacher Weise einstellen bzw. bestätigen.

Claims (11)

1. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem zur Übertragung eines ein Informationssignal tragenden Lichtstrahls zwischen einer Sendeeinrichtung und einer von der Sendeeinrichtung entfernt angeordneten Empfängereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung folgendes enthält:

• - eine Lichtquelleneinrichtung (50) zur Erzeugung des mit dem Informationssignal modulierten Lichtstrahls (LA 10),
• - ein erstes optisches System (52) zur Übertragung des Lichtstrahls (LA 10) von der Lichtquelleneinrichtung (50) zur Empfängereinrichtung,
• - ein zweites optisches System (58, 59, 60) zum Umlenken wenigstens eines Teils des Lichtstrahls (LA 10), und
• - ein drittes optisches System (59, 62, 55) zum Beobachten des durch das zweite optische System umgelenkten Lichtstrahls (LA 10) und der Empfängereinrichtung.

2. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische System den Teil des Lichtstrahls (LA 10) so umgelenkt, daß dieser parallel zum Lichtstrahl (LA 10) verläuft.

3. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte optische System ein Steuersignal auf der Grundlage eines Beobachtungsergebnisses erzeugt, und daß die Sendeeinrichtung weiterhin eine Positionssteuereinrichtung zur Steuerung einer Position der Sendeeinrichtung entsprechend dem Steuersignal vom dritten optischen System aufweist, derart, daß der Lichtstrahl auf die Empfängereinrichtung gerichtet wird.

4. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte optische System einen Bildsensor (55) zur Erzeugung von Bilddaten des durch das zweite optische System umgelenkten Lichtstrahls und der Empfängereinrichtung enthält.

5. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängereinrichtung einen zweiten Lichtstrahl (LA 20) zur Sendeeinrichtung überträgt.

6. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte optische System weiterhin einen Verschluß (65, 66) zur wahlweisen Lieferung des durch das zweite optische System umgelenkten Lichtstrahls und des Bildes der Empfängereinrichtung zum Bildsensor (55) enthält.

7. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische System einen halbdurchlässigen Spiegel zwischen dem ersten optischen System und der Empfängereinrichtung enthält, durch den ein Teil des Lichtstrahls (LA 10) hindurchtritt und ein anderer Teil des Lichtstrahls (LA 10) in Richtung auf das dritte optische System reflektiert wird.

8. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische System weiterhin eine Reflexionseinrichtung (415) aufweist, und daß das Bild der Empfängereinrichtung durch den halbdurchlässigen Spiegel (413) reflektiert und durch die Reflexionseinrichtung (415) zum dritten optischen System (405) geführt wird.

9. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite optische System weiterhin eine Reflexionseinrichtung (315) aufweist, der durch den halbdurchlässigen Spiegel (321) reflektierte Lichtstrahl (LA 16) an der Reflexionseinrichtung (315) reflektiert wird und durch den halbdurchlässigen Spiegel (321) zum dritten optischen System (305) läuft, und daß das Bild der Empfängereinrichtung durch den halbdurchlässigen Spiegel (321) zum dritten optischen System (305) reflektiert wird.

10. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte optische System einen Bildsensor (55) zur Erzeugung von Bilddaten des durch das zweite optische System umgelenkten Lichtstrahls, eine Punktdetektoreinrichtung zum Detektieren einer Punktbreite des Lichtstrahls in Übereinstimmung mit den vom Bildsensor erzeugten Bilddaten und eine Positionssteuereinrichtung zur Steuerung der gegenseitigen Position von Lichtquelleneinrichtung (50) und erstem optischen System (52) enthält.

11. Opto-atmosphärisches Verbindungssystem zur Übertragung eines ein Informationssignal tragenden Lichtstrahls zwischen einer Sendeeinrichtung und einer von der Sendeeinrichtung entfernt angeordneten Empfängereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Sendeeinrichtung folgendes enthält:
  • - eine erste Lichtquelleneinrichtung zur Erzeugung eines ersten Lichtstrahls und
  • - ein erstes optisches System zur Übertragung des durch die erste Lichtquelleneinrichtung erzeugten ersten Lichtstrahls,
• - die Empfängereinrichtung folgendes enthält:
  • - eine erste Detektoreinrichtung zum Empfang des von der Sendeeinrichtung über das erste optische System übertragenen ersten Lichtstrahls, die die gegenseitige Position von empfangenem ersten Lichtstrahl und Empfängereinrichtung, detektiert und ein Positionsfehlersignal erzeugt,
  • - eine zweite Lichtquelleneinrichtung zur Erzeugung eines zweiten Lichtstrahls, der mit dem durch die erste Detektoreinrichtung erzeugten Positionsfehlersignal moduliert ist, und
  • - ein zweites optisches System zur Übertragung des durch die zweite Lichtquelleneinrichtung erzeugten zweiten Lichtstrahls zur Sendeeinrichtung, und
• - die Sendeeinrichtung weiterhin enthält:
  • - eine zweite Detektoreinrichtung zum Empfang des von der Empfängereinrichtung über das zweite optische System übertragenen zweiten Lichtstrahls sowie zur Demodulation des zweiten Lichtstrahls zwecks Gewinnung des Positionsfehlersignals, und
  • - eine Positionssteuereinrichtung zur Steuerung einer Position der Sendeeinrichtung in Übereinstimmung mit dem von der zweiten Detektoreinrichtung erhaltenen Positionsfehlersignal, derart, daß der Lichtstrahl auf die Empfängereinrichtung ausgerichtet wird.