DE3916362C2 - Anordnung zum Übertragen eines ein Informationssignal tragenden Lichtstrahls durch die Atmosphäre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Übertragen eines ein Informationssignal tragenden Lichtstrahls durch die Atmosphäre zur Datenübertragung mit Hilfe eines in bidirektionaler Weise gesendeten Lichtstrahls.

Mit Hilfe der Anordnung zum Übertragen eines ein Informationssignal tragenden Lichtstrahls durch die Atmosphäre der genannten Art kann zur Datenübertragung ein Lichtstrahl in den Raum gesendet werden. Dabei sind Sende-Empfangs-Ein­ richtungen z. B. auf den Dachspitzen von Gebäuden instal­ liert, 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 Empfangs­ einrichtung bestrahlt. Daten lassen sich somit zwischen den Gebäuden übertragen, die jeweils mit den Sende-Empfangsein­ richtungen ausgestattet sind.

Beim opto-atmosphärischen Verbindungssystem brauchen die Sende-Empfangssysteme nicht über spezielle Netzwerkleitun­ gen miteinander verbunden zu sein, beispielsweise über op­ tische Fasern oder dergleichen. Daher ist eine einfache Da­ tenübertragung möglich. Im Gegensatz zu Millimeterwellen, Mikrowellen oder dergleichen, lassen sich Lichtstrahlen mit scharfer Richtwirkung durch eine relativ einfache Einrich­ tung erzeugen. Das opto-atmosphärische Verbindungssystem kann daher auch Daten in hochverschlüsseltem Zustand über­ tragen.

Allerdings ist es bei einem opto-atmosphärischen Verbin­ dungssystem der genannten Art für die Sendeseite schwierig, den richtigen Ort zu finden, der mit dem ausgesendeten Lichtstrahl bestrahlt werden soll. Das Problem besteht dar­ in, den Azimutwinkel des vom Sender emittierten Licht­ strahls 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 gebil­ deten Lichtpunkts detektiert wird. Dieser Vorschlag ist je­ doch 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 detek­ tiert werden.

Beim oben genannten Vorschlag muß die Position des Licht­ punkts auf der Wand an der Empfängerseite wiederholt detek­ tiert werden, wobei der Azimutwinkel des emittierten Licht­ strahls ebenfalls wiederholt eingestellt wird, und zwar auf der Grundlage des zur Sendeseite übertragenen Detektorer­ gebnisses. Dies ist relativ umständlich.

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

Zur Lösung der oben genannten Probleme wurde bereits vorge­ schlagen, den Azimutwinkel des zu emittierenden Licht­ strahls mittels einer teleskopartigen Beobachtungseinrich­ tung 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 emittie­ renden Lichtstrahls so einstellen, daß dieser Lichtstrahl die Lichtempfangsfläche am Empfänger treffen kann.

Beim obigen Vorschlag müssen die optische Achse des Licht­ strahls 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. Demzu­ folge muß die Position des Lichtpunkts auf der Empfänger­ seite 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 Ein­ stellvorgang noch komplizierter wird.

Sind die optische Achse des von der Senderseite zu emittie­ renden Lichtstrahls und die optische Achse der Beobach­ tungseinrichtung so eingestellt, daß sie miteinander koin­ zidieren, so muß auch ein dazwischenliegendes Fehlersignal zur Senderseite übertragen werden. Zur Übertragung des Po­ sitionsfehlersignals ist also eine Netzwerkleitung erfor­ derlich. Wird in diesem Fall eine spezielle Netzwerkleitung verwendet, z. B. eine Telefonleitung oder dergleichen, so muß diese Leitung zwischen der Sende- und der Empfangsein­ richtung vorhanden sein. Dies führt aber zu einem sehr kom­ plexen 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 Mög­ lichkeit 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 Sen­ deseite benötigt, eine Lichtmodulationseinrichtung zur Mo­ dulierung des Lichtstrahls durch das Positionsfehlersignal, eine Demodulationseinrichtung zum Demodulieren des modu­ lierten Lichtstrahls, usw., so daß ein außerordentlich kom­ plexes opto-atmosphärisches Verbindungssystem erhalten wird.

Die US 3 504 182 und die US 3 566 126 beschreiben solche mit zwei Sendeeinrichtungen arbeitenden opto-atmosphärischen Verbindungssysteme.

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 in­ stalliert 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 einge­ stellt wird. Auch dies ist ein relativ komplizierter Vor­ gang.

Der Erfindung liebt die Aufgabe zugrunde, ein opto-atmos­ phärisches Verbindungssystem zu schaffen, das in einfacher Weise die Posi­ tion detektieren kann, die mit dem von der Sendeseite aus­ gestrahlten Lichtstrahl bestrahlt wird. Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung gemäß Patentanspruch 1 oder 10 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbei­ spiels einer Sende-Empfangseinrichtung nach der Erfindung bzw. eines opto-atmosphärischen Verbin­ dungssystems,

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

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

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Abschnitts ei­ nes optischen Sende-Empfangssystems der Licht­ strahl-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 ei­ ner Laserlichtquelle auf dem Targetschirm der Fernsehkamera zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung,

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

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbei­ spiels eines opto-atmosphärischen Verbindungssy­ stems nach der Erfindung,

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

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung der Art und Weise, wie eine Punktbreite eines Laserpunkts mit der Po­ sitionsbewegung 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 verwen­ deten Fokuseinstellschaltung,

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

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

Fig. 16 ein schematisches Diagramm einer Beziehung zwi­ schen einem Videosignal und einem Lichtpunkt zwecks Erläuterung der Betriebsweise der Azimut­ einstellschaltung 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 Bei­ spiels 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 opti­ schen Blocks in einem Kollimatorbereich der Erfin­ dung,

Fig. 23 eine perspektivische Ansicht eines weiteren opti­ schen Blocks in einem Kollimatorbereich der Erfin­ dung, und

Fig. 24 eine schematische Darstellung eines Hauptteils oder Kollimatorbereichteils in wiederum einem an­ deren Ausführungsbeispiel eines opto-atmosphäri­ schen 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 Verbindungs­ systems nach der Erfindung. Allgemein ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 10 eine erste Sende-Empfangseinrichtung be­ zeichnet. Die erste Sende-Empfangseinrichtung 10 wird nach­ folgend als Haupt-Sende-Empfangseinrichtung bezeichnet. Diese Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 befindet sich in einem Gehäuse 12 und ist z. B. auf der Dachspitze eines Ge­ bäudes installiert, um einen ein Informationssignal tragen­ den Lichtstrahl LA10 zu einer zweiten Sende-Empfangsein­ richtung zu übertragen und um einen ein Informationssignal tragenden Lichtstrahl LA20 von einer zweiten Sende-Emp­ fangseinrichtung zu empfangen. Die zweite Sende-Empfangs­ einrichtung ist im wesentlichen in der gleichen Weise wie die erste Sende-Empfangseinrichtung 10 konstruiert und nicht im einzelnen dargestellt. Diese zweite Sende-Emp­ fangseinrichtung wird nachfolgend als Target-Sende-Emp­ fangseinrichtung (Ziel-Sende-Empfangseinrichtung) bezeich­ net.

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

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

Ein Empfangsteil 9 befindet sich auf der Bedienungstafel 2A, um eine Fernsteuersignal zu empfangen, das von einer Fernsteuer-Befehlseinrichtung 8 gesendet wird. Es ist daher möglich, ohne Betätigung der Schalter 14A bis 14D und der Knöpfe 5A, 5B 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 2A befestigt, so daß sich durch diese Abdeckung die Monitoreinrichtung 13, die Schalter 14A bis 14D, die Knöpfe 5A, 5B und der Anzei­ geteil 6 abdecken lassen. Ist die transparente Bedienungs­ tafelabdeckung 1 am Gehäuse 12 montiert, so sind die Schal­ ter 14A bis 14D und die Knöpfe 5A, 5B nicht direkt zugäng­ lich. Eine bereits installierte Haupt-Sende-Empfangsein­ richtung 10 läßt sich dann jedoch mit Hilfe der Fernsteuer-Befehlseinrichtung 8 fernsteuern.

Das opto-atmosphärische Verbindungssystem 10 ist so ausge­ legt, daß es einen Lichtstrahl LA10 zu einer Targeteinrich­ tung sendet, die sehr weit entfernt von der Sendeein­ richtung ist.

Schon bei Einwirken eines sehr kleinen Schocks bzw. Schlags auf die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 wird daher die Bestrahlungsposition des optischen Strahls LA10 beträcht­ lich schwanken. Es besteht daher ein Risiko der Verschie­ bung der optischen Achse des Lichtstrahls LA10, wenn ein Benutzer die Schalter 14A bis 14D oder die Knöpfe 5A, 5B auf der Bedienungstafel 2A bei oder nach der Einstellung berührt. Um dieses Problem zu lösen, werden in Übereinstim­ mung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schalter 14A bis 14D und die Knöpfe 5A, 5B auf der Bedienungstafel 2A 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 2A befestigt, um einen Benutzer daran zu hindern, die Schalter 14A bis 14D und die Knöpfe 5A, 5B direkt zu betätigen. Die Monitoreinrichtung 13, die Schalter 14A bis 14D und die Knöpfe 5A, 5B sowie der Anzeigeteil 6 lassen sich somit wirksam gegen Wassertropfen, Staub, Schmutz und derglei­ chen, schützen.

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

Entsprechend der Fig. 2 enthält die Haupt-Sende-Empfangs­ einrichtung 10 eine Azimuteinstellschaltung 16 mit einer Grobeinstellschaltung 17 und einer Feineinstellschaltung 18. Die Grobeinstellschaltung 17 dient zur Grobeinstellung der optischen Achse L des Lichtstrahls LA10 in Richtung der Ziel-Sende-Empfangseinrichtung. Dagegen dient die Feinein­ stellschaltung 18 zur Feineinstellung des Azimuts der opti­ schen Achse, wobei die Feineinstellung mit größerer Ge­ nauigkeit als die durch die Grobeinstellschaltung 17 durch­ geführte Grobeinstellung erfolgt, so daß es möglich ist, die optische Achse L des Lichtstrahls LA10 im wesentlichen mit derjenigen des Lichtstrahls LA20 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 von Umschalteinrichtungen 19X und 19Y zu X-Achsenrichtungs- und Y-Achsenrichtungs-Treiberteilen 20X und 20Y einer Lichtstrahl-Sende-Empfangseinrichtung 20, um auf diese Weise die Lichtstrahl-Sende-Empfangseinrich­ tung 20 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 von Umschalteinrichtungen 19X und 19Y zu den X-Achsenrichtungs- und Y-Achsenrichtungs-Trei­ berteilen 20X und 20Y der Lichtstrahl-Sende-Empfangsein­ richtung 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 Ein­ stellfehler-Detektorschaltung 21 zugeführt. Die Detektor­ schaltung 21 ist eine Vergleichsschaltungseinrichtung und vergleicht die Ausgangssignale S_DX und S_DY bezüglich ihres Pegels mit einem Umschalt-Referenzwert. Sind die Grobein­ stell-Ausgangssignale S_DX und S_DY in ihrem Pegel höher als der Referenzwert, so liefert die Detektorschaltung 21 Um­ schaltsignale S_WX und S_WY zu den Umschalteinrichtungen 19X und 19Y, so daß die Umschalteinrichtungen 19X und 19Y ihre beweglichen Kontakte mit den festen Kontakten a verbinden, was dazu führt, daß die Lichtstrahl-Sende-Empfangseinrich­ tung 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-Refe­ renzwerts an, so werden die Umschalteinrichtungen 19X und 19Y 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-Betriebs­ art überführt wird.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel addiert die Detektor­ schaltung 21 die Absolutwerte der Y-Achsenrichtungs- und X-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignale S_DY und S_DX miteinander, um ein Additionssignal K zu erzeugen, und be­ stimmt, ob das Additionssignal K größer ist als ein vorbe­ stimmter 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 19X und 19Y durch die Umschaltsteuersignale S_WY und S_WX umgeschaltet, was zur Folge hat, daß die Umschalteinrichtungen 19Y und 19X ihre bewegbaren Kontakte wieder mit den festen Kontakten a ver­ binden, um selektiv das Y-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Aus­ gangssignal S_DY und das X-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Aus­ gangssignal S_DX auszuwählen.

Das Y-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignal S_DY und das X-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignal S_DX wer­ den jeweils zu Treiberschaltungen 28 und 36 in der Licht­ strahl-Sende-Empfangseinrichtung 20 geliefert, um auf diese Weise die Grobeinstell-Betriebsart aufrechtzuerhalten.

Ist andererseits das Additionssignal K kleiner als der vor­ bestimmte 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 19Y und 19X, der­ art, daß die Umschalteinrichtungen 19Y und 19X ihre be­ weglichen Kontakte wieder mit den festen Kontakten b ver­ binden, um das Y-Achsenrichtungs-Feineinstell-Ausgangssignal S_MY und das X-Achsenrichtungs-Feineinstell-Ausgangssi­ gnal S_MX auszuwählen. Dadurch erfolgt die Steuerung in der Feineinstell-Betriebsart.

Der vorbestimmte Wert Z wird so ausgewählt, daß er dem Lichtstrahl LA10 ermöglicht, Photodetektoren V1X, V2X und H1X, H2X (siehe Fig. 5) hinreichend zu bestrahlen, die in der Target-Sende-Empfangseinrichtung vorhanden sind. Ist der Additionswert K der Absolutwerte des Y-Achsenrichtungs- und des X-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignals S_DY und S_DX größer als der vorbestimmte Wert Z, so bedeutet dies, daß der Lichtstrahl LA10 nicht denjenigen Bereich be­ strahlt, 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 Licht­ strahl LA10 den Bereich bestrahlt, in dem die Feineinstell-Betriebsart ausgeführt wird.

Wie oben beschrieben, ist es durch Änderung der Position der Umschalteinrichtungen 19Y und 19X auf der Grundlage des Y-Achsenrichtungs- und des X-Achsenrichtungs-Grobeinstell-Ausgangssignals S_DY und S_DX möglich, die Grobeinstell-Be­ triebsart 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 opti­ schen Achse L des Lichtstrahls LA10, der vom optischen Sen­ de-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 Licht­ strahls LA10 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 20Y 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 LA10 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 ausge­ stattet, das sich um die Achse 42 herum dreht. Dieses Zahn­ rad 43 kämmt mit einem Zahnrad 44, so daß sich bei Drehung des Zahnrads 44 mit Hilfe eines Motors 45, der am Träger­ element 32 befestigt ist, die optische Achse L des Licht­ strahls LA10 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-Achsenrichtungs-Treiberteil 20X 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 Fokuspo­ sition einer Sende-Empfangslinse 52 bewegt, so daß die La­ serlichtquelle 50 dann den Lichtstrahl LA10 emittieren kann, der entlang der optischen Achse L und durch die Sen­ de-Empfangslinse 52 hindurchläuft. Breitet sich der Licht­ strahl LA20 entlang der optischen Achse L vom Kommunika­ tionsobjekt 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 Fokuspo­ sition der Sende-Empfangslinse 52 bewegt worden ist.

Eine Sendeschaltung 53 empfängt ein Informationssignal S_P1 zwecks Bildung eines Sende-Ausgangssignals S_AUS, wobei die Laserlichtquelle 50 das Sende-Ausgangssignal S_AUS empfängt und in den Lichtstrahl LA10 umwandelt. Der Lichtempfangs­ teil 51 wandelt den Lichtstrahl LA20 um, der über die Sen­ de-Empfangseinrichtung (nicht dargestellt) des Kommunika­ tionsobjekts abgestrahlt worden ist, um ein Empfangs-Ein­ gangssignal S_EIN zu erzeugen und dieses zu einer Empfangs­ schaltung 54 zu liefern.

Die Empfangsschaltung 54 bildet anhand des Empfangsein­ gangssignals S_EIN ein Empfangs-Informationssignal S_P2 und liefert ebenfalls zur Feineinstellschaltung 18 der Azimut­ einstellschaltung 16 (siehe Fig. 2) Feineinstell-Servofeh­ lersignale S_VH und S_VV, die von der Ziel-Sende-Empfangsein­ richtung gesendet werden und dem Empfangs-Informationssi­ gnal S_P2 überlagert sind.

Die Feineinstell-Servofehlersignale S_VH und S_VV sind so ge­ formt, daß der Bestrahlungspositionsfehler des Lichtstrahls LA10, der von der Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 kom­ mend auf die Kommunikationstarget-Sende-Empfangseinrichtung auftrifft, durch die Kommunikationstarget-Sende-Empfangs­ einrichtung detektiert und anschließend gesendet bzw. über­ tragen wird.

Wie die Fig. 5 zeigt, enthält im vorliegenden Ausführungs­ beispiel die Kommunikationstarget-Sende-Empfangseinrichtung eine Azimutfehler-Detektorschaltung 51X zum Detektieren ei­ nes Azimutfehlers bei der Feineinstellung der optischen Achse und detektiert den Versatz der optischen Achse L des Lichtstrahls LA10, der von der Haupt-Sende-Empfangseinrich­ tung 10 gesendet worden ist, durch vier Photodetektoren H1X, H2X und V1X, V2X, die um die Eintrittsfläche einer Sende-Empfangslinse 52X herum angeordnet sind.

Genauer gesagt sind die Photodetektoren H1X und H2X rechts und links von der Sende-Empfangslinse 52X angeordnet und liefern ihre Detektorausgangssignale zu einer Subtraktions­ schaltung SUB1. Die Subtraktionsschaltung SUB1 subtrahiert die Detektorausgangssignale der Photodetektoren H1X und H2X voneinander und erzeugt ein Feineinstell-Horizontalservo-Fehlersignal S_VH, das seinen Pegel ändert, wenn die opti­ sche Achse L des Lichtstrahls LA10 gegenüber dem Zentrum der Linse 52X in Horizontalrichtung verschoben wird. Dies führt zu folgender Gleichung:

S_VH = K_H {P(H1)-P(H2)} (3)

In der Gleichung (3) bedeuten P(H1) und P(H2) die jeweili­ gen Anteile der von den horizontalen Photodetektoren H1X, H2X empfangenen Lichtstrahlen, während K_H die Proportiona­ litätskonstante ist.

Die vertikalen Photodetektoren V1X und V2X befinden sich jeweils an der oberen und unteren Seite der Sende-Empfangs­ linse 52X und liefern ihre Detektorausgangssignale zu einer Subtraktionsschaltung SUB2. Die Subtraktionsschaltung SUB2 subtrahiert die Detektorausgangssignale zur Erzeugung des Feineinstell-Vertikalservo-Fehlersignals S_VV, dessen Pegel sich ändert, wenn die optische Achse L des Lichtstrahls LA10 gegenüber dem Zentrum der Linse 52X in vertikaler Richtung verschoben wird. Dies führt zu der nachfolgenden Gleichung:

S_VV = K_V {P(V1)-P(V2)} (4)

In der Gleichung (4) bedeuten P(V1) und P(V2) die Anteile der von den vertikalen Photodetektoren V1X und V2X empfan­ genen Lichtstrahlen, während K_V die Proportionalitätskon­ stante ist.

Die Kommunikationstarget-Sende-Empfangseinrichtung liefert die Feineinstell-Servofehlersignale S_VH und S_VV zu einer Modulationsschaltung 53X. Die Modulationsschaltung 53X überlagert die Servofehlersignale S_VH und S_VV dem Informa­ tionssignal S_P2, das von der Target-Sende-Empfangseinrich­ tung zur Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 gesendet worden ist und gibt ein Ausgangssignal S_AUSX aus, das dazu verwen­ det wird, den Lichtstrahl LA20 zu erzeugen.

Wie die Fig. 4 zeigt, empfängt die Haupt-Sende-Empfangsein­ richtung 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 Ach­ se, 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-Achsenrich­ tungs-Treiberteil 20X und zum Y-Achsenrichtungs-Treiberteil 20Y, wie die Fig. 2 zeigt, um auf diese Weise den Azimut der optischen Achse des Lichtstrahls LA10 zu korrigieren. Der Lichtstrahl LA10 ist somit im Ergebnis feineingestellt, so daß seine optische Achse L nicht gegenüber dem Zentrum der Sende-Empfangslinse 52X der Kommunikationstarget-Sende-Empfangseinrichtung versetzt ist.

Mit Hilfe der Feineinstellung in der oben beschriebenen Feineinstell-Betriebsart läßt sich die Haupt-Sende-Emp­ fangseinrichtung 10 nach der normalen Betriebsart feinein­ stellen, so daß die Senderichtung (Azimut der optischen Achse) des Lichtstrahls LA10 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. Zu­ sätzlich 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 LA10 während des Übergangs der Betriebsart von der Stopp-Betriebsart zur ak­ tiven 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-Empfangs­ einrichtung installiert ist, so kann sie die Sendeposition des Lichtstrahls LA20 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 Ob­ jektbündel eines Lichtstrahls LA14 verläuft im wesentlichen parallel zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA14 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 LA14 über einen halbdurchlässigen Spiegel 59 und die Tele­ photolinse 62 zur Fernsehkamera 55, und zwar als Bildauf­ nahmebündel LA13.

Wie die Fig. 6 zeigt, fokussiert die Fernsehkamera 55 das Bild der Umgebung der Target-Sende-Empfangseinrichtung und einen Lichtpunkts SP20 des Lichtstrahls LA20 über die Tele­ photolinse 62 auf XY-Koordinaten eines Targetschirms 55A, so daß es möglich wird, die Koordinatenposition des Licht­ punkts SP20 (Emissionsposition des Lichtstrahls LA20) zu detektieren bzw. die Koordinaten X2 und Y2 des Lichtpunkts SP20.

Die Haupt-Sende-Empfangseinrichtung 10 und die Target-Sen­ de-Empfangseinrichtung (Ziel-Sende-Empfangseinrichtung) sind so ausgelegt, daß sie Daten mit großer Dichte übertra­ gen können, und zwar dadurch, daß sie die Punktbreite des Datentransmissions-Lichtstrahls LA10 und des Datentransmis­ sions-Lichtstrahls LA20 so weit wie möglich verringern. Tatsächlich werden die Lichtstrahlen LA10 und LA20 mit dem Umgebungslicht geringer Energiedichte emittiert, wobei das Umgebungslicht geringer Energiedichte als Objektlichtbündel LA14 über die Telephotolinse 62 des optischen Grobeinstell­ systems ADJ auf die Fernsehkamera 55 fällt, so daß es auf dem Targetschirm 55A als Lichtpunkt SP20 fokussiert werden kann, der die Position der Target-Sende-Empfangseinrichtung repräsentiert.

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

Entsprechend der Fig. 4 wird ein Lichtbündel, das Teil des Lichtstrahls LA10 ist, der über die Sende-Empfangslinse 52 abgestrahlt wird, mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spie­ gels 58 des Kollimatorbereichs 56 seitlich abgebogen, um einen extrahierten Lichtstrahl LA11 zu erhalten, der dazu benutzt wird, die Emissionsposition des Lichtstrahls zu de­ tektieren. Der Lichtstrahl LA11 läuft zunächst durch einen Verschluß 65 und durch den halbdurchlässigen Spiegel 59 hindurch, wird an einem Prisma 60 umgelenkt, trifft wieder­ um 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-Empfangs­ linse 52 durch die Telephotolinse 62 hindurch und trifft auf die Fernsehkamera 55 als ein aufgenommenes Lichtbündel LA13 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 LA11 durch ihn hindurch in ein Dreikantprisma 60 fällt.

Das Dreikantprisma 60 ist so angeordnet, daß der Licht­ strahl LA11 auf dessen Basisfläche 60A auftrifft. Auf diese Weise wird ein reflektierter Lichtstrahl LA12 erhalten, dessen optische Achse parallel zum Lichtstrahl LA11 ver­ läuft, wobei der vom Dreikantprisma 60 reflektierte Licht­ strahl dann auf den halbdurchlässigen Spiegel 59 auftrifft. Der Lichtstrahl LA11 wird durch das Dreikantprisma 60 prak­ tisch in sich selbst zurückreflektiert.

Der halbdurchlässige Spiegel 59 reflektiert den reflektier­ ten Lichtstrahl LA12 im wesentlichen unter 90°, so daß der reflektierte Lichtstrahl LA13 (aufgenommenes Lichtbündel) über die Telephotolinse 62 in die Fernsehkamera 55 fällt.

Da die halbdurchlässigen Spiegel 58 und 59 mit hoher Genau­ igkeit parallel zueinander angeordnet sind, verläuft der reflektierte Lichtstrahl LA13 parallel zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA10, auch wenn der Kollimatorbereich 56 relativ zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA10 geneigt ist, wie durch den Pfeil e in Fig. 4 angedeutet ist.

Weiterhin wird das reflektierte Licht LA11 vom halbdurch­ lässigen Spiegel 58 durch das Dreikantprisma 60 zurückre­ flektiert, so daß das reflektierte Licht LA13 parallel zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA10 auch dann verläuft, wenn der Kollimatorbereich 56 relativ zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA10 versetzt ist, wie durch den Pfeil f in Fig. 4 angedeutet.

Die Fernsehkamera 55 fokussiert daher das aufgenommene Lichtbündel LA10 auf dem Targetschirm 55A als Lichtpunkt SP10, so daß deswegen die Position der Laserlichtquelle 50 in Form von Koordinatenwerten X1, Y1 auf dem Targetschirm detektiert werden kann, wie die Fig. 7 zeigt.

Da das den Lichtpunkt SP10 formende Lichtbündel LA12 durch den Kollimatorbereich 56 verarbeitet wird, so daß es auf die Fernsehkamera 55 als Aufnahmelichtbündel LA13 im we­ sentlichen parallel zum Lichtstrahl LA10 auftrifft, wie die Fig. 4 zeigt, ist leicht zu ersehen, daß die Koordinaten, an denen der Lichtpunkt SP10 auf dem Targetschirm 55A gemäß Fig. 7 fokussiert ist, und die Koordinaten, an denen der Lichtpunkt SP20 auf dem Targetschirm 55A gemäß Fig. 6 fo­ kussiert ist, zum selben Koordinatensystem gehören.

Daher kann gemäß Fig. 8 der Lichtpunkt SP10 in äquivalenter Weise die Position angeben, an der der Lichtstrahl LA10 die vertikale Oberfläche bestrahlt, die den Emissionspunkt des Lichtstrahls LA20 enthält, so daß es möglich ist, den Azi­ mutfehler der optischen Achse des Lichtstrahls LA10 aus den Koordinatenpositionsfehlern Δx und Δy auf dem Targetschirm 55A zu detektieren.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen die Ver­ schlüsse 65 und 66 (vgl. Fig. 4) jeweils aus einem opti­ schen 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 LA10 und das Bild des Objektlichtbündels LA14 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 frequenzunter­ teiltes Signal S_2V zu erzeugen, dessen Signalpegel sich mit einem Zyklus ändert, der zweimal so lang ist wie derjenige des Vertikalsynchronisationssignals SV. Die Fig. 10A zeigt die Wellenform des Vertikalsynchronisationssignals S_V, wäh­ rend die Fig. 103 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 frequenzunter­ teilten Signals S_2V mittels einer invertierenden Verstär­ kerschaltung 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 T1 aufnehmen, in der das frequenz­ unterteilte Signal S_2V den hohen Pegel annimmt. Durch Be­ dienung des Bildwechselschalters 14A in Fig. 1 ist es mög­ lich, 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-Empfangseinrich­ tung 10 gesendete Lichtstrahl LA20 einen hellen Lichtpunkt SP20 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 SP20 auf der Grundlage des von der Fernsehkamera 55 während der Periode T1 erhaltenen Videosignals ist es daher möglich, die Posi­ tion des opto-atmosphärischen Verbindungssystems auf der Target-Sendeseite zu ermitteln.

Wird in diesem Fall das 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 55A der Fern­ sehkamera 55 auf, da sich die Haupt-Sende-Empfangseinrich­ tung 10 sehr weit entfernt von der Target-Sendeseite befin­ det.

Der Lichtpunkt SP20 weist die kleinste Punktbreite auf, wenn der Lichtstrahl LA20 das kollimierte Licht ist. Wird der Lichtstrahl LA20 durch divergierendes oder konvergie­ rendes Licht gebildet, so wird ein Lichtpunkt SP20 mit grö­ ßerer Punktbreite erhalten.

Die Fernsehkamera 55 kann andererseits nur die Laserlicht­ quelle 50 während der Periode T2 aufnehmen, in der das in­ vertierte Signal S_2IV seinen hohen Pegel annimmt, so daß der helle Lichtpunkt SP10 auf dem Monitorschirm der Moni­ toreinrichtung 13 als Bild der Laserlichtquelle 50 darge­ stellt wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Wird daher der Lichtstrahl LA10 in Form parallelen Lichts emittiert, ähnlich wie der Lichtpunkt SP20, oder befindet sich die Laserlichtquelle 50 an der Fokusposition der Sen­ de-Empfangslinse 52, so wird ein Lichtpunkt SP10 mit der kleinsten Punktbreite erzeugt. Wird andererseits der Licht­ strahl LA10 als divergierender oder konvergierender Licht­ strahl übertragen oder befindet sich die Laserlichtquelle 50 vor oder hinter dem Fokuspunkt der Sende-Empfangslinse 52, so erhöht sich die Punktbreite des Lichtpunkts SP10 in Übereinstimmung mit seiner Ausdehnung, was in Fig. 11 zu erkennen ist.

Wird während der Periode T2 der Fokus-Steuermotor 142 durch ein von der Fernsehkamera 55 erhaltenes Videosignal S_E der­ art angetrieben, daß die Punktbreite des Lichtpunkts SP10 ihren kleinsten Wert annimmt, so läßt sich der Lichtstrahl LA10 als Parallel-Lichtstrahl nur durch die Haupt-Sende-Empfängereinrichtung 10 einstellen. Die Fokussierung der Lichtstrahls LA10 kann daher durch eine vereinfachte Ein­ richtung vorgenommen werden.

Wird der Fokus-Einstellschalter 14E mittels der Fernsteuer-Befehlseinrichtung 8 (vgl. Fig. 1) der Haupt-Sende-Emp­ fangseinrichtung 10 eingeschaltet, so wird die Fokusein­ stell-Betriebsart eingenommen. Dabei wird das Videosignal S_E (siehe Al bis AN + 5 in Fig. 12), das immer dann auf den hohen Pegel übergeht, wenn die Lichtpunkte SP10 und SP20 abgetastet bzw. gescannt werden, zu einer Wellenformer­ schaltung 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 logi­ scher Pegel) übergeht. Eine UND-Schaltung 164 empfängt das oben erwähnte Wellenformersignal S_S von der Wellenformer­ schaltung 163 und ebenfalls das invertierte Signal S_2IV, welches während der Periode T2 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 SP10 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 gebildete Summe) des Subträgersignals S_SC während der Abtastperiode des Lichtpunkts SP10.

Die Punktbreite des Lichtpunkts SP10 kann daher auf der Grundlage der Wellenzahl Z des Subträgersignals S_SC detek­ tiert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Punktbreite des Lichtpunkts SP10 durch entsprechende An­ steuerung des Fokus-Steuermotors 142 minimiert, derart, daß die Wellenzahl Z ihren kleinsten Wert annimmt.

Genauer gesagt treibt entsprechend der Fig. 9 das frequenz­ unterteilte 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 Sub­ traktionsschaltung 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 Zähl­ wert D_SP erzeugt, wenn sich die Laserlichtquelle von der Fokusposition der Sende-Empfangslinse 52 entfernt.

Eine Treiberschaltung 170 treibt den Fokus-Steuermotor 142 konstant an, so daß er sich mit einer sehr kleinen Ge­ schwindigkeit dreht. Wenn der Zählwert D_SP von der Subtrak­ tionsschaltung 168 seine Polarität wechselt, so wechselt auch die Treiberschaltung 170 die Antriebsrichtung für den Motor 142.

In der Praxis ist die Punktbreite des Laserpunkts SP10 an der Fokusposition der Sende-Empfangslinse 52 (siehe Fig. 11) minimiert. Die Punktbreite des Lichtpunkts SP10 vergrö­ ßert 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 de­ tektiert wird, auch detektiert wird, daß die Laserlicht­ quelle 50 nicht an der Fokusposition der Sende-Empfangslin­ se 52 positioniert ist, es jedoch nicht möglich ist zu de­ tektieren, 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 Trei­ berschaltung 170 den Fokus-Steuermotor 142 konstant an, um die Änderung der Punktbreite des Lichtpunkts SP10 zu detek­ tieren. Auf diese Weise läßt sich die Position der Laser­ lichtquelle 50 relativ zur Fokusposition der Sende-Emp­ fangslinse 52 auf der Grundlage des obigen Detektorergeb­ nisses ermitteln. Die Fokusposition des Lichtstrahls LA10 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 Geschwin­ digkeit angetrieben, so daß auch dann, wenn Daten während der Einstellung des Fokus des Lichtstrahls LA10 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 Subtrak­ tionsschaltung 168 in Fig. 9 bildet eine Vergleichsschal­ tung 173 in Fig. 13, die die Zählwerte D_SPN und D_SPN-1 mit­ einander vergleicht.

Die Treiberschaltung 170 in Fig. 9 enthält eine Motortrei­ berschaltung 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 Wellenformerschal­ tung 163 und die UND-Schaltung 164 in Fig. 9 bilden eine Lichtpunkt-Detektorschaltung, die die Punktbreite des Lichtpunkts SP10 detektiert. Ferner bilden der Fokus-Steu­ ermotor 142, die Halteschaltungen 166, 167, die Subtrak­ tionsschaltung 168 und die Treiberschaltung 170 in Fig. 9 eine Steuereinrichtung, die den Abstand zwischen der Laser­ lichtquelle 50 und der gemeinsamen Sende-Empfangslinse 52 auf der Grundlage des Detektorergebnisses der Lichtpunkt-Detektorschaltung einstellt.

Die Positionen der jeweiligen Lichtpunkte werden während der Perioden T1 und T2 detektiert, wie oben beschrieben, so daß dann bei einer Laserlichtquelle auf der Empfangsgeräte­ seite die Emissionsposition des Lichtstrahls LA10 und die Position der Empfangseinrichtung durch die Sendeeinrichtung detektiert werden können. Ferner wird die optische Achse des Lichtstrahls LA10 auf der Grundlage des oben beschrie­ benen Detektorergebnisses eingestellt, so daß sich die op­ tische Achse mit Hilfe einer vereinfachten Einrichtung ju­ stieren 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 SP10 und SP20 detektieren, jedoch kann nicht bestimmt werden, welcher der Lichtpunkte SP10 und SP20 dem Lichtpunkt des Lichtstrahls LA10 oder dem Lichtpunkt des Empfangsgeräts entspricht, und umgekehrt. Es läßt sich also nicht festle­ gen, in welcher Richtung die optische Achse L des Licht­ strahls LA10 korrigiert werden soll. Dies macht es unmög­ lich, die optische Achse L des Lichtstrahls LA10 entspre­ chend auszurichten.

Um dieses Problem zu lösen, kann daran gedacht werden, ei­ nen blinkenden Lichtstrahl LA10 zu erzeugen. Dies ist aber nicht sehr effektiv, da die Lichtpunkte SP10 und SP20 als Einzellichtpunkte aufgenommen werden, so daß nicht klar identifiziert werden kann, wann die Lichtpunkte SP10 und SP20 nahe beieinander liegen.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die Verschlüsse 65 und 66 wechselweise geöffnet und ge­ schlossen, so daß der Lichtstrahl LA13, der durch den Kol­ limatorbereich 56 reflektiert wird, und der Lichtstrahl, der von der Empfangseinrichtung emittiert wird, abwechselnd auf die Fernsehkamera 55 auftreffen. Die Lichtpunkte SP10 und SP20 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 LA10 auf der Grundlage des Videosignals S_E einstellen.

Wie die Fig. 14 und 15 zeigen, wird in der Azimut-Einstell­ schaltung ein Wellenformersignal S_S (siehe Fig. 15A) zu ei­ ner Zählerschaltung 176 geliefert, während ein Vertikalsyn­ chronisationssignal S_V (siehe Fig. 15B) und das Wellenfor­ mersignal S_S zu einer Flip-Flop-Schaltung 177 übertragen werden. Eine UND-Schaltung 178 erzeugt eine logische Summe aus dem Ausgangssignal S1 (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 S1 zu einem Zeitpunkt t1 auf den logischen Pegel H, zu dem das Vertikal-Synchronisationssignal S_V auf den hohen Pegel geht, während das Ausgangssignal S1 zu ei­ nem Zeitpunkt t2 auf den niedrigen Pegel L geht, zu dem das Wellenformersignal S_S auf den logischen Pegel H geht.

Die Zählerschaltung 176 erzeugt ein Signal S2 (Fig. 15E), das dadurch erhalten wird, daß das Wellenformersignal S_S durch den Wert 2 dividiert wird. Dieses Signal S2 und das Ausgangssignal von der UND-Schaltung 178 werden über eine ODER-Schaltung 180 zu einem Zähler 179 geliefert. Dadurch läßt sich der Vertikalabstand Y1 oder Y2 (siehe Fig. 6 oder 7) zwischen der Abtast-Startposition im aufgenommenen Bild und der Zentrumsposition des Lichtpunkts SP10 oder SP20 be­ rechnen, 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 A1 bis AN + 5 gemäß Fig. 16) durch die Anzahl n + m/2 der Ho­ rizontalabtastzeilen ausdrückt.

Ein Multiplexer 181 liefert abwechselnd einen Zählwert DY des Zählers 179 zu Halteschaltungen 182 und 183 mit jeder Vertikalzyklusperiode, wobei eine Subtraktionsschaltung 184 einen Positionsfehler Δy (siehe Fig. 8) derjenigen Position detektiert, an der der Lichtstrahl LA10 das Transmissions­ objekt oder Target bestrahlt.

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

Eine Flip-Flop-Schaltung 186 empfängt ein Horizontalsyn­ chronisationssignal S_H (Fig. 16B und 17A) und das Wellen­ formersignal S_S (Fig. 17B), wobei die Schaltung 186 ein Ausgangssignal S5 erzeugt. Entsprechend der Fig. 17C geht das Ausgangssignal S5 auf den logischen Pegel H zu einem Zeitpunkt t5, zu dem das Horizontalsynchronisationssignal S_H auf den hohen Pegel geht. Das Signal S5 geht anderer­ seits auf den logischen Pegel L zu einem Zeitpunkt t6, zu dem das Wellenformersignal S_S auf den logischen Pegel H geht.

Eine UND-Schaltung 187 empfängt das Ausgangssignal S5 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 Subträger­ signals S_SC detektieren, in der das Wellenformersignal S_S auf den logischen Pegel H beim Lichtpunkt SP10 oder SP20 geht, nachdem das Horizontalsynchronisationssignal S_H auf den hohen Pegel gegangen ist.

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

Befindet sich der Lichtpunkt SP10 oder SP20 nicht auf einer Abtastzeile und geht das Wellenformersignal S_S nicht auf den logischen Pegel H, so geht das Horizontalsynchronisa­ tionssignal S_H bei der nächsten Abtastzeile auf den hohen Pegel.

Nur wenn daher der Zählwert N der Zählerschaltung 188 klei­ ner ist als der vorbestimmte Wert, wird das Ausgangssignal der UND-Schaltung 187 zum Zähler 193 geliefert, so daß nur dann, wenn der Lichtpunkt SP10 oder SP20 auf der Abtastzei­ le existiert, das Subträgersignal S_SC zur Zählerschaltung 193 übertragen wird. Mit Hilfe des Zählers 193 läßt sich somit der Horizontalabstand vom Abtaststartpunkt zum Licht­ punkt SP10 oder SP20 im aufgenommenen Bild detektieren, und zwar durch die Wellenzahl N (Fig. 16) des Subträgersignals S_SC.

Ein Zähler 194 empfängt ein Ausgangssignal S6 (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 SP10 oder SP20 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 Subträger­ signals S_SC und zählt dann den Wert M/2, der halb so groß wie der Wert M ist, welcher die Punktbreite des Lichtpunkts SP10 oder SP20 ausdrückt. Dadurch lassen sich der Horizon­ talabstand X1 oder X2 (Fig. 6 und 7) zwischen der Abtast­ startposition und der Zentrumsposition des Lichtpunkts SP10 oder SP20 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 Aus­ gangssignal der Zählerschaltung 193 synchron mit dem Hori­ zontalsynchronisationssignal S_H, wobei ein Zählwert D_X von zwei benachbarten Abtastzeilen erzeugt und zu einer Ver­ gleichsschaltung 199 geliefert wird.

Die Vergleichsschaltung 199 erzeugt ein Haltesignal, wel­ ches auf hohen Pegel geht, nachdem der Zählwert D_X von zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeilen angestiegen ist. Er wird nicht verändert. Dieses Haltesignal wird über eine Multi­ plexerschaltung 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 Horizontalposi­ tionsdaten D_X1 und D_X2 der Lichtpunkte SP10 und SP20 zu ei­ ner Subtraktionsschaltung 204 liefern.

Die Subtraktionsschaltung 204 detektiert daher eine Hori­ zontalverschiebung zwischen den beiden Lichtpunkten SP10 und SP20. Die Treiberschaltung 36 treibt einen Motor 45 auf der Grundlage des Detektorergebnisses von der Subtraktions­ schaltung 204 an, um somit die Bestrahlungsposition in Ho­ rizontalrichtung einzustellen.

Genauer gesagt bestimmt die Treiberschaltung 36, ob der Subtraktionswert, der den Abstand Δx 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 LA10 über die gemeinsame Sende-Empfangslinse 52 zum sendenden Objekt übertragen. Ferner wird seine optische Achse durch den Kollimatorbe­ reich 56 gedreht, so daß er zunächst parallel zu sich selbst verläuft und dann auf die Fernsehkamera 55 auf­ trifft. 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 gelie­ fert, in der es in das Wellenformersignal S_S umgewandelt wird, welches den logischen Pegel H an den Lichtpunkten SP10 und SP20 annimmt. Dieses Wellenformersignal S_S wird über die UND-Schaltung 164 zur Zählerschaltung 165 übertra­ gen, so daß die Punktbreite des Lichtpunkts SP10 detektiert werden kann.

Das Detektorergebnis wird sequentiell in den Halteschaltun­ gen 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 Laser­ lichtquelle 50 in der Fokusposition der gemeinsamen Sende-Empfangslinse 52 zu positionieren. Auf diese Weise wird der von der Haupt-Sende-Übertragungseinrichtung 10 emittierte Lichtstrahl LA10 kollimiert.

Da der Lichtstrahl LA10 parallel abgebogen und dann aufge­ nommen wird und da die Punktbreite des Lichtpunkts SP10 auf der Grundlage des resultierenden Videosignals detektiert wird, läßt sich der Lichtstrahl LA10 nur mit Hilfe des op­ to-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 Licht­ strahls zu.

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

Anstelle der Verschlüsse 65 und 66 kann z. B. eine Lichtab­ schirmplatte 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 Verti­ kalsynchronisationssignal.

Ferner wurden gemäß dein obigen Ausführungsbeispiel halb­ durchlässige Spiegel 58 und 59 sowie ein Dreikantprisma 60 (corner cube prisma) zur Parallelabbiegung des Lichtstrahls LA10 verwendet. Die halbdurchlässigen 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 da­ durch erhalten, daß rechtwinklige Prismen 224 und 225 mit einem Parallelogrammprisma 226 verbunden werden. Die ge­ neigten Flächen 226A und 226B des Parallelogrammprismas 226 dienen mit hoher Genauigkeit zur Erzeugung der Paralleli­ tät.

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

Der optische Block 220 ist so angeordnet, daß seine geneig­ te Fläche 226A in Richtung der gemeinsamen Sende-Empfangs­ linse 52 weist, so daß der Lichtstrahl LA10 einerseits durch die geneigte Fläche 226A gerade hindurchläuft und an­ dererseits zum Teil an der geneigten Fläche 226A um 90° re­ flektiert wird. Das reflektierte Licht LA11 läuft durch die geneigte Fläche 226B hindurch in Richtung des Dreikantpris­ mas 60 (Fig. 4).

Das Dreikantprisma 60 ist so angeordnet, daß seine Basis bzw. Einfallsfläche einer das reflektierende Licht LA11 emittierenden Fläche 220A gegenüberliegt. Das durch das Dreikanteprisma 60 zurückgeworfene bzw. reflektierte Licht LA12 des reflektierten Lichts LA11 gelangt wiederum in den optischen Block 220, wobei das Licht LA12 parallel zum Licht LA11 liegt.

Das reflektierte Licht LA12 wird im optischen Block 220 er­ neut reflektiert, und zwar an der geneigten Fläche 226B, die parallel zur geneigten Fläche 226A liegt, und zwar un­ ter 90°, so daß schließlich reflektiertes Licht LA13 erhal­ ten wird, das in die Fernsehkamera 55 fällt.

Auf diese Weise ist es möglich, das Bild der Laserlicht­ quelle 50 anhand des reflektierten Lichts LA13 zu beobach­ ten, das in die Fernsehkamera 55 eintritt.

Die geneigten Flächen 226A und 226B des Parallelogrammpris­ mas 226 liegen mit hoher Genauigkeit parallel zueinander, so daß selbst dann, wenn der Kollimatorbereich 56 gegenüber der optischen Achse des Lichtstrahls LA10 versetzt ist, wie durch den Pfeil e in Fig. 4 angedeutet ist, oder dann, wenn die geneigte Fläche 226A des Parallelogrammprismas 226 nicht präzise der Linse 52 unter einem Winkel von 45° ge­ genüberliegt, die Fernsehkamera 55 das reflektierte Licht LA13 parallel zur optischen Achse des Lichtstrahls LA10 empfängt.

Das reflektierte Licht LA11 von der geneigten Fläche 226A wird weiterhin durch das Dreikantprisma 601 um 180° reflek­ tiert, wie oben beschrieben, so daß auch bei einer Ver­ schiebung des Kollimatorbereichs 56 gegenüber der optischen Achse des Lichtstrahls LA10, wie durch den Pfeil f in Fig. 4 angedeutet, die Fernsehkamera 55 das reflektierte Licht LA13 parallel zur optischen Achse des Lichtstrahls LA10 er­ hält.

Aufgrund dieses optischen Systems ist es möglich, einen Parallelisierungsfehler des reflektierten Lichts LA13 rela­ tiv zum Lichtstrahl LA10 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 Bestrahlungs­ position des Lichtstrahls LA10 zu detektieren.

Wie oben beschrieben, wird die Punktbreite des Lichtpunkts SP10 auf der Grundlage des Horizontalsynchronisationssi­ gnals und des oben erwähnten Subträgersignals detektiert. Hierauf ist die Erfindung jedoch ebenfalls nicht be­ schränkt. Statt dessen können auch andere Detektoreinrich­ tungen zum Einsatz kommen, in denen ein anderes Referenz­ taktsignal zur Durchführung der gewünschten Detektion ge­ zählt wird, oder dergleichen.

Der Lichtstrahl LA10 wird mit Hilfe einer bewegbaren Laser­ lichtquelle 50 kollimiert, wie zuvor erwähnt. Es ist aber auch möglich, den Lichtstrahl LA10 durch Einstellung der Linsenposition zu kollimieren.

Es ist allerdings nicht in jedem Fall erforderlich, durch die Fokuseinstellung den Lichtstrahl LA10 in der oben be­ schriebenen Weise zu kollimieren. Der Lichtstrahl LA10 kann auch so eingestellt werden, daß er mit einer vorbestimmten Breite emittiert wird.

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

In der Fig. 21 ist mit dem Bezugszeichen 320 eine Sendeein­ richtung des opto-atmosphärischen Verbindungssystems nach der Erfindung versehen. In der Sendeeinrichtung 320 befin­ det sich gemäß Fig. 21 ein halbdurchlässiger Spiegel 321 auf der optischen Achse L des Lichtstrahls LA10, wobei der halbdurchlässige Spiegel 321 um im wesentlichen 45° geneigt ist. Dieser halbdurchlässige Spiegel 321 bildet zusammen mit einem Dreikantprisma 315 (corner cube prisma) den Kolli­ matorbereich.

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

Ein Teil des Lichtstrahls LA10 läuft somit durch den halb­ durchlässigen Spiegel 321 hindurch, während ein Lichtstrahl LA16 durch Reflexion des Lichtstrahls LA10 am halbdurchläs­ sigen Spiegel 321 erzeugt wird, der in das Dreikantprisma 315 einfällt.

Ein Lichtstrahl LA14, der in die Sendeeinrichtung 320 ent­ lang der Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls LA10 ein­ fällt, wird durch den halbdurchlässigen Spiegel 321 so re­ flektiert, daß er in entgegengesetzter Richtung zum reflek­ tierten Lichtstrahl LA16 verläuft. Der Lichtstrahl LA14 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 Dreikantprisma 315 ist so ausgebildet, daß es einen re­ flektierten Lichtstrahl LA17 liefert, dessen optische Achse parallel zum reflektierten Lichtstrahl LA16 verläuft, wobei der Lichtstrahl LA17 durch den halbdurchlässigen Spiegel 321 hindurch ebenfalls in das Teleskop 305 fällt.

Im Ergebnis nimmt das Teleskop 305 den reflektierten Licht­ strahl LA17 auf, der von der Ausstrahlposition des Licht­ strahls LA10 emittiert wird, wobei ein Bild ähnlich demje­ nigen, das bei Verwendung der Laserlichtquelle an der Aus­ strahlposition erhalten wird, dem Bild der Empfangsgeräte­ seite überlagert und beobachtet werden kann, so daß es mög­ lich ist, die Ausstrahlposition des Lichtstrahls der Sende­ einrichtung 320 schnell und einfach zu bestätigen bzw. festzustellen.

Da der halbdurchlässige Spiegel 321 auf der optischen Achse L des Lichtstrahls LA10 liegt, wie oben beschrieben, kann der einfallende Lichtstrahl, der in entgegengesetzter Rich­ tung zum Lichtstrahl LA10 entlang der optischen Achse L des Lichtstrahls LA10 verläuft, in das Teleskop 305 als Licht­ strahl gelangen, der parallel zum reflektierten Lichtstrahl LA17 verläuft. Auf diese Weise wird eine Parallaxe erhalten.

Da außerdem der halbdurchlässige Spiegel 321 nur auf der optischen Achse des Lichtstrahls LA10 angeordnet ist, weist die Einrichtung einen sehr einfachen Aufbau auf.

Der reflektierte Lichtstrahl LA16, der am halbdurchlässigen Spiegel 321 reflektiert worden ist, wird mit Hilfe des Dreikantprismas 315 parallel zu sich selbst zurückreflek­ tiert und fällt dann in das Teleskop 305 ein. Der Einfall erfolgt in Richtung parallel zum einfallenden Lichtstrahl, der in entgegengesetzter Richtung zum Lichtstrahl LA10 ver­ läuft und am halbdurchlässigen Spiegel 321 um 90° in Rich­ tung 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 mög­ lich, den reflektierten Lichtstrahl LA17 zu empfangen, der sich so ausbreitet, als würde er von der Ausstrahlposition des Lichtstrahls LA10 ausgehen.

Der halbdurchlässige Spiegel 321 und das Dreikantprisma 315 werden mit hoher Oberflächengenauigkeit hergestellt, so daß daher auch die Ausstrahlposition des Lichtstrahls LA10 mit hoher Genauigkeit bestätigt werden kann.

Die Oberfläche des halbdurchlässigen Spiegel 321 wird im Vergleich zum Dreikantprisma 315 mit hoher Genauigkeit her­ gestellt, so daß eine sehr hohe Detektorgenauigkeit erzielt wird, wenn auch das Dreikantprisma 315 mit hoher Genauig­ keit 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 Oberflächengenauig­ keit 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 ge­ samte Kollimatorbereich relativ zur optischen Achse L des Lichtstrahls LA10 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 Licht­ strahls LA10, wie durch den Pfeil d in Fig. 21 gezeigt, ge­ dreht 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 Einrich­ tung zum Einsatz kommen, bei der der halbdurchlässige Spie­ gel 321 und das Dreikantprisma 315 durch einen einheitli­ chen optischen Block gebildet sind.

Genauer gesagt kann entsprechend der Fig. 22 das Dreikant­ prisma 315 mit einem optischen Block 335 verbunden bzw. verklebt sein, der einen rechteckförmigen Querschnitt auf­ weist und an seinem unteren Ende eine halbdurchlässige Spiegelfläche 335A besitzt.

Alternativ dazu zeigt die Fig. 23 einen optischen Block 336 mit kreisförmigem Querschnitt, der eine halbdurchlässige Spiegelfläche 336A und eine flache bzw. ebene Einfallsflä­ che 336B an einem seiner Enden besitzt. Das Dreikantprisma 315 ist mit dem anderen Ende dieses optischen 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 halb­ durchlässige Spiegel 321 auf der optischen Achse L des Lichtstrahls LA10 angeordnet, jedoch ist dies nicht unbe­ dingt erforderlich. Er kann sich auch innerhalb des Bündels des Lichtstrahls LA10 an einem solchen Ort befinden, der es ermöglicht, die Ausstrahlposition (Bestrahlungsposition) des Lichtstrahls genau zu detektieren.

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

Wie erwähnt, fällt ein Teil des Lichtstrahls LA10, der von der Linse mit großer numerischer Apertur (NA) ausgeht, bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen in ein Tele­ skop 305. Statt dessen ist es auch möglich, daß der gesamte Lichtstrahl LA10 in das Teleskop 305 eintritt und der Kol­ limatorbereich 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 Ausfüh­ rungsbeispiels, der den Hauptteil darstellt.

In Fig. 24 ist eine Sendeeinrichtung des opto-atmosphäri­ schen Verbindungssystems nach der Erfindung mit dem Bezugs­ zeichen 430 versehen. In der Sendeeinrichtung 430 befindet sich ein halbdurchlässiger Spiegel 431 auf der optischen Achse L des Lichtstrahls LA10, wobei der halbdurchlässige Spiegel 431 gegenüber der optischen Achse um etwa 45° ge­ neigt ist. Der halbdurchlässige Spiegel 431 und das Drei­ kantprisma 415 (Dachprisma) bilden den Kollimatorbereich.

Die Oberfläche des halbdurchlässigen Spiegels 431 weist ei­ ne hohe Genauigkeit auf und ist so ausgebildet, daß sie etwa die Hälfte des auftreffenden Lichts reflektiert, so daß ein Teil des Lichtstrahls LA10 durch den halbdurchläs­ sigen Spiegel 431 hindurchläuft und sein anderer Teil am halbdurchlässigen Spiegel 431 reflektiert wird, um einen reflektierten Lichtstrahl LA18 zu bilden, der in ein Tele­ skop 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 halbdurchläs­ sigen Spiegel 431 und eine Linse zurück zur Laserlichtquel­ le geführt wird, beträchtlich reduziert werden kann.

Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 21 läßt sich der Anteil des zurückreflektierten Lichtstrahls in der Pra­ xis in einem genügend großen Bereich reduzieren, so daß ein Lichtstrahl LA10 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 LA15, der sich entgegen­ gesetzt zur Bestrahlungsrichtung des Lichtstrahls LA10 aus­ breitet und auf die Sendeeinrichtung 430 auftrifft, durch den halbdurchlässigen Spiegel 431 in entgegengesetzter Richtung zum Lichtstrahl LA18 abgelenkt bzw. reflektiert, um einen reflektierten Lichtstrahl LA19 zu erzeugen, der auf das Dreikantprisma 415 auftrifft.

Das Dreikantprisma 415 erzeugt daher einen reflektierten Lichtstrahl LA20, der parallel zur optischen Achse des re­ flektierten Lichtstrahls LA19 verläuft, durch den halb­ durchlässigen Spiegel 431 hindurchtritt und schließlich in das Teleskop 405 einfällt.

Mit dem reflektierten Lichtstrahl LA20 wird also die Kompo­ nente des einfallenden Lichtstrahls LA15, dessen optische Achse parallel zum Lichtstrahl LA10 verläuft, in das Teles­ kop 405 hineingeführt, und zwar parallel zum reflektierten Lichtstrahl LA18 des Lichtstrahls LA10, so daß es möglich wird, den reflektierten Lichtstrahl LA20 so zu erhalten, als wäre er von der Ausstrahlposition bzw. Bestrahlungspo­ sition des Lichtstrahls LA10 emittiert worden.

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

Claims (10)

1. Anordnung zum übertragen eines ein Informationssignal tragen­ den Lichtstrahls durch die Atmosphäre mit einer Sendeeinrichtung und einer von der Sendeeinrichtung entfernt angeordneten Empfängereinrich­ tung, bei der die Sendeeinrichtung enthält:

• - eine Lichtquelleneinrichtung (50) zum Erzeugen des mit dem Infor­ mationssignal modulierten Lichtstrahls (LA10),
• - ein erstes optisches System (52) zum übertragen des Lichtstrahls (LA10) von der Lichtquelleneinrichtung (50) zur Empfängereinrichtung,
• - ein zweites optisches System (58, 59, 60) zum Umlenken eines Teils des Lichtstrahls (LA10), so daß dieser Teilstrahl parallel zum Licht­ strahl (LA10) verläuft, und
• - ein drittes optisches System (59, 60, 62, 55) zum Beobachten des durch das zweite optische System umgelenkten Lichtstrahls (LA13) und der Empfängereinrichtung.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das dritte optische System ein Steuersignal auf der Grundlage eines Beobachtungsergebnisses erzeugt, und die Sendeeinrichtung weiterhin eine Positionssteuereinrichtung zur Steuerung einer Position der Sendeeinrichtung entsprechend dem Steu­ ersignal vom dritten optischen System aufweist, derart, daß der Licht­ strahl auf die Empfängereinrichtung gerichtet wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der das dritte optische System ei­ nen Bildsensor (55) zum Erzeugen von Bilddaten des durch das zweite op­ tische System umgelenkten Lichtstrahls und der Empfängereinrichtung enthält.

4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der die Empfängereinrichtung einen zweiten Lichtstrahl (LA20) zur Sendeeinrichtung überträgt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der das dritte optische System weiterhin einen Verschluß (65, 66) zum wahlweisen Einblenden des durch das zweite optische System umgelenkten Lichtstrahls oder des Bildes der Empfängereinrichtung zum Bildsensor (55) enthält.

6. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das zweite optische System ei­ nen halbdurchlässigen Spiegel zwischen dem ersten optischen System und der Empfängereinrichtung enthält, durch den ein Teil des Licht­ strahls (LA10) hindurchtritt und ein anderer Teil des Lichtstrahls (LA10) in Richtung auf das dritte optische System reflektiert wird.

7. Anordnung nach Anspruch 6, bei der das zweite optische System weiterhin eine Reflexionseinrichtung (415) aufweist, und das Bild der Empfängereinrichtung durch den halbdurchlässigen Spiegel (431) reflek­ tiert und durch die Reflexionseinrichtung (415) zum dritten optischen Sy­ stem (405) geführt wird.

8. Anordnung nach Anspruch 6, bei der das zweite optische System weiterhin eine Reflexionseinrichtung (315) aufweist, der durch den halb­ durchlässigen Spiegel (321) reflektierte Lichtstrahl (LA16) an der Refle­ xionseinrichtung (315) reflektiert wird und durch den halbdurchlässigen Spiegel (321) zum dritten optischen System (305) läuft, und bei der das Bild der Empfängereinrichtung durch den halbdurchlässigen Spiegel (321) zum dritten optischen System (305) reflektiert wird.

9. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das dritte optische System ei­ nen Bildsensor (55) zur Erzeugung von Bilddaten des durch das zweite op­ tische System umgelenkten Lichtstrahls, eine Punktdetektoreinrichtung zum Detektieren einer Punktbreite des Lichtstrahls in Übereinstimmung mit den vom Bildsensor erzeugten Bilddaten und eine Positionssteuerein­ richtung zur Steuerung der gegenseitigen Position von Lichtquellenein­ richtung (50) und erstem optischen System (52) enthält.

10. Anordnung zum Übertragen eines ein Informationssignal tragen­ den Lichtstrahls durch die Atmosphäre mit einer Sendeeinrichtung und einer von der Sendeeinrichtung entfernt angeordneten Empfängereinrich­ tung, bei der

• - die Sendeeinrichtung enthält:
  • - eine erste Lichtquelleneinrichtung zum Erzeugen eines ersten Lichtstrahls und
  • - ein erstes optisches System zum Übertragen des durch die erste Lichtquelleneinrichtung erzeugten ersten Lichtstrahls,
• - die Empfängereinrichtung enthält:
  • - eine erste Detektoreinrichtung zum Empfangen des von der Sende­ einrichtung über das erste optische System übertragenen ersten Lichtstrahls, die die gegenseitige Position von empfangenem ersten Lichtstrahl und Empfängereinrichtung detektiert und ein Positions­ fehlersignal erzeugt
  • - eine zweite Lichtquelleneinrichtung zum Erzeugen eines zweiten Lichtstrahls, der mit dem durch die erste Detektoreinrichtung er­ zeugten Positionsfehlersignal moduliert ist, und
  • - ein zweites optisches System zum Übertragen des durch die zweite Lichtquelleneinrichtung erzeugten zweiten Lichtstrahls zur Sende­ einrichtung, und
• - die Sendeeinrichtung weiterhin enthält:
  • - eine zweite Detektoreinrichtung zum Empfangen des von der Em­ pfängereinrichtung über das zweite optische System übertragenen zweiten Lichtstrahls, sowie zum Demodulieren des zweiten Licht­ strahls zwecks Gewinnung des Positionsfehlersignals, und
  • - eine Positionssteuereinrichtung zum Steuern einer Position der Sendeeinrichtung nach Maßgabe des von der zweiten Detektorein­ richtung erhaltenen Positionsfehlersignals, derart, daß der erste Lichtstrahl auf die Empfängereinrichtung ausgerichtet wird.