HU193436B - Selective optical sensing apparatus, mainly for optical telecommunication equipments and optical locators - Google Patents

Selective optical sensing apparatus, mainly for optical telecommunication equipments and optical locators Download PDF

Info

Publication number
HU193436B
HU193436B HU842842A HU284284A HU193436B HU 193436 B HU193436 B HU 193436B HU 842842 A HU842842 A HU 842842A HU 284284 A HU284284 A HU 284284A HU 193436 B HU193436 B HU 193436B
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
optical
light
wavelength
selective
sensing device
Prior art date
Application number
HU842842A
Other languages
Hungarian (hu)
Other versions
HUT37832A (en
Inventor
Gyoergy Retfalvy
Peter Sugar
Zoltan Zorkoczky
Original Assignee
Tavkoezlesi Kutato Intezet
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tavkoezlesi Kutato Intezet filed Critical Tavkoezlesi Kutato Intezet
Priority to HU842842A priority Critical patent/HU193436B/en
Priority to YU01200/85A priority patent/YU120085A/en
Priority to US06/852,631 priority patent/US4742222A/en
Priority to PCT/HU1985/000047 priority patent/WO1986001005A1/en
Priority to JP60503449A priority patent/JPS61502985A/en
Priority to EP85903868A priority patent/EP0187849A1/en
Publication of HUT37832A publication Critical patent/HUT37832A/en
Publication of HU193436B publication Critical patent/HU193436B/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0425Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using optical fibers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0448Adjustable, e.g. focussing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0451Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using means for illuminating a slit efficiently, e.g. entrance slit of a photometer or entrance face of fiber
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/0266Field-of-view determination; Aiming or pointing of a photometer; Adjusting alignment; Encoding angular position; Size of the measurement area; Position tracking; Photodetection involving different fields of view for a single detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0488Optical or mechanical part supplementary adjustable parts with spectral filtering
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/06Restricting the angle of incident light
    • G01J2001/063Restricting the angle of incident light with selectable field of view
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/06Restricting the angle of incident light
    • G01J2001/063Restricting the angle of incident light with selectable field of view
    • G01J2001/066Restricting the angle of incident light with selectable field of view with an aiming optical device
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J2003/126Focal isolation type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

A selective optical detector for detecting a substantially punctual light susceptible of being collected in a predetermined wavelength range and visual angle is provided with an optical collector element made of a light-transparent material having wavelengths comprised within a predetermined range and a light-sensitive detector element. The invention is characterized in that the optical collector system has a focus surface characteristic of the predetermined wavelength range and which is located at a certain distance from the focus surfaces which are characteristic of the wavelengths outside of said range. The detector element is optically connected to the optical collector system by an opening provided in the focus surface pertaining to the predetermined wavelength range. The size of the opening substantially corresponds to the size of the surface of the focus of the light coming from the predetermined visual angle and pertaining to the predetermined wavelength range.

Description

A találmány tárgya szelektív optikai érzékelő berendezés, mely alkalmas optikai jelek vételére olyan alkalmazásoknál, ahol a térben terjedő fény-nyaláb párhuzamos vagy azzá tehető, és lényegében monokromatikus. Az érzékelőnek csupán szűk hullámhossz tartományba eső fényt kell érzékelnie, a tartományon kívüli fényre pedig érzéketlennek kell lennie.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a selective optical sensing apparatus suitable for receiving optical signals in applications where the spatially transmitted beam is parallel or can be made and is substantially monochromatic. The sensor should only detect light in the narrow wavelength range and be insensitive to light outside the range.

Világszerte jelentős kutatások folynak a lokátorok, távmérők, hírközlő eszközök és egyéb speciális mérőeszközök üzemi frekvenciájának optikai tartományba való kiterjesztése érdekében.Significant worldwide research is underway to extend the operating frequency of radar, telemetry, communication, and other specialty measuring devices to the optical range.

Azon optoelektronikai berendezések és mérőeszközök esetében, amelyek a térben (kozmikus, atmoszférikus, víz alatti) terjedő kis intenzitású közvetlen, vagy reflektált jeleket veszik, a vevő érzékenységét az érzékelő felületre bejutó háttér és zavaró fény jelentősen lerontja. A vevő látószögébe jutó háttér és zavaró fény lehetetlenné teszi a vevőben alkalmazott elektronikai alkatrészek érzékenységi lehetőségeinek kihasználását. Ezért a fent említett berendezések esetében gyakran külön megadják az éjszakai és nappali teljesítőképességet (hatótávolságot) is. Az ilyen optoelektronikai berendezések vevőjének funkciója rendszerint valamilyen keskeny spektrumú optikai jel vétele. Az érzékelő elem rendszerint valamilyen foton sokszorozó vagy valamilyen fényérzékeny félvezető eszköz, melyek viszonylag széles optikai spektrum vételére alkalmasak, saját szelektivitásuk nincs. Az eddig ismert optoelektronikai berendezések esetében a háttér és zavarófény hatását a vevő látószögének szűkítésével és szelektív avagy színszűrők alkalmazásával csökkentették.In the case of optoelectronic devices and measuring devices that receive direct or reflected signals of low intensity in space (cosmic, atmospheric, underwater), the receiver's sensitivity to the background and interfering light is significantly reduced. The background and distracting light from the receiver's angle of view make it impossible to take advantage of the sensitivity of the electronic components used in the receiver. Therefore, night and daytime performance (range) is often given separately for the above mentioned equipment. The receiver of such optoelectronic devices usually has the function of receiving a narrow spectrum optical signal. The sensing element is usually a photon multiplier or some photosensitive semiconductor device capable of receiving a relatively wide optical spectrum without having its own selectivity. In the prior art optoelectronic devices, the effects of background and interference are reduced by narrowing the receiver's field of view and applying selective or color filters.

Ezen megoldás hiányosságai a következők: a vevő látószögét nem lehet korlátlanul csökkenteni egyrészt a technikai-technológiai korlátok (célzás és rögzítés stabilitása), másrészt a közvetítő közeg inhomogenitása, a nyalábvándorlás miatt. Az optoelektronikai berendezéseknél az érzékelendő spektrum kiválasztását, a háttér és zavaró fény csökkentését szűrők alkalmazásával végzik. Viszonylag jó kiválasztást biztosít a kis sávszélességű interferencia szűrő, melynek spektrumszélessége 5—20 nm körüli érték. Ezeket az interferencia szűrőket alkalmazzák több eddig ismert optoelektronikai berendezés vevőjében. Közös hátrányuk az alkalmazásukkal bevitt többletcsillapítás. Ilyen alkalmazásokra számos példát találunk a szakirodalomban.The disadvantages of this solution are: the receiver's field of view cannot be reduced indefinitely due to technical-technological constraints (targeting and recording stability), and partly due to the inhomogeneity of the transmission medium and beam migration. In optoelectronic devices, the selection of the spectrum to be sensed and the reduction of background and interfering light are performed using filters. The low bandwidth interference filter with a spectral width of about 5 to 20 nm provides relatively good selection. These interference filters are used in receivers of several prior art optoelectronic devices. Their common disadvantage is the additional damping introduced by their application. There are many examples of such applications in the literature.

B.G.King., P.J.Fitzgerald és H.A. Steint: An Experimental Study of Atmospheric Optical Transmission” című cikkben (The Bell System Technical Journal Vol.62. No.3.1983) ismertetett kommunikációs kísérlethez tervezett optikai vevőben keskenysávú szűrőt használnak, mely 3 dB veszteséget okoz. A szűrő mellett még számos megoldást alkal2 maznak a háttérfény hatásának csökkentésére, árnyékoló kazettákat építettek az optika elé, behatárolták a vevő látószögét.B.G. King., P.J. Fitzgerald and H.A. The optical receiver designed for the communication experiment described in Steint: An Experimental Study of Atmospheric Optical Transmission (The Bell System Technical Journal Vol. 62, No. 3, 1983) uses a narrowband filter which causes a loss of 3 dB. In addition to the filter, there are several ways to reduce the effect of the backlight, shielding cassettes are placed in front of the optics, and the receiver's field of view is limited.

M.J. Green: Application of an Optical Data Link in an Airborne Scanning System (Review of Scientific Instruments, 53.k.8.sz. 1982, 1278—1280 old.) cikkben ismertetett optikai vevőben nagy nyereséget nem eredményező, a látható fényt kizáró infravörös szűrőt alkalmaznak.MJ Green: Application of an Optical Data Link in an Airborne Scanning System (Review of Scientific Instruments, pp. 538, 1278-1280, 1982), which does not result in high gain in the optical receiver, which excludes visible light employed.

G.Michael Lauham: Air Force Lasercom Space Measurement Unit (CH 1939-6/80, 1980 IEEE 27.2.1,—27.2.3.) című anyagban ismertetett optikai rendszerében a vevő keskenysávú (interferencia) szűrőt tartalmaz.G.Michael Lauham: In the optical system of the Air Force Lasercom Space Measurement Unit (CH 1939-6 / 80, 1980 IEEE 27.2.1-27.2.3), the receiver includes a narrowband (interference) filter.

Thomas F.Wiener: Strategic Laser Communications című cikkében (CH 1539-6/80 IEEE 27.4.1.—27.4.5.) a szabadtéri optikai vevő alapvető problémájaként említi a megfelelő szűrők alkalmazását, és javaslatot tesz a megoldásra is — nagybonyolultságú kristályfizikai szűrő — beépítésére. Ilyen szűrő vázlatát ismerteti az Electronic Design 1979. szeptemberi számában megjelent EÖTF Independently Controls Wavelenghth and Linewidth” cikk.Thomas F.Wiener, in his Strategic Laser Communications article (CH 1539-6 / 80 IEEE 27.4.1 - 27.4.5), mentions the use of appropriate filters as a fundamental problem for the outdoor optical receiver and suggests a solution - a complex crystalline physical filter - for installation. A sketch of such a filter is described in the September 1979 issue of Electronic Design, "EÖTF Independently Controls Wavelenghth and Linewidth".

Az interferencia szűrők és hasonló elven működő rezonáns keskenysávú szűrők alkalmazása azonban számos problémát vet fel, amelyek közül a legfontosabbak a következők:However, the use of interference filters and resonant narrowband filters operating on a similar principle raises a number of problems, the most important of which are:

- az interferencia szűrők bonyolult technológiával és rendkívüli pontosságigénnyel készülnek, ezért drágák és tömeggyártásuk nehézkes,- the interference filters are made using sophisticated technology and require a high degree of precision, which makes them expensive and difficult to mass-produce,

- az interferencia szűrők szelektivitásából adódó relatív nyereség mellett jelentős veszteséggel is számolni kell, mivel a hasznos jelet is erősen csillapítják, tehát a berendezésbe történő állandó beépítés esetén háttér és zavarófény nélküli esetben, amikor kiválasztásra nincs szükség, lerontják a vevő érzékenységét (csökkentik a hatótávolságot), holott ekkor -a szűrő nélküli jel/zaj viszony még nem korlátozná,- in addition to the relative gain from the selectivity of the interference filters, significant losses are expected as the useful signal is also greatly attenuated, thus reducing the receiver sensitivity (constant range) when permanently installed in the equipment without background and interference light , although at that time your filter-to-noise ratio would not limit it,

- az interferencia szűrők vevő oldali optikai rendszerbe történő beépítése nem egyszerű, mivel szűrő hatásukat főleg tengelyirányú, a rendszer optikai tengelyével párhuzamos nyalábra fejtik ki, a tengelyhez képest más szög alatt érkező nyalábok más hullámhosszokon adnak rezonanciát. A hiba korrigálása csak járulékos optikai elemek beépítésével, az optikai elemek számának növelésével lehetséges. Az optikai határfelületek számának ezzel együttjáró növekedése azonban további veszteségeket, csillapítástöbbletet eredményez,- the integration of the interference filters into the receiver-side optical system is simple, since its filtering effect is mainly applied to an axial beam parallel to the optical axis of the system, while beams arriving at different angles to the axis give resonance at different wavelengths. The correction of the error is possible only by adding additional optical elements and increasing the number of optical elements. However, the associated increase in the number of optical interfaces will result in additional losses,

- az interferencia szűrők rögzített hullámhosszra készülnek, nem hangolhatok, így a vevő nem állítható rá az érzékelendő fény hullámhosszára. Az áteresztő hullámtartomány a technológia eredményeként alakul ki, mely később az optikai rendszerbe való beépítés után nem változtatható, ugyanak-2193436 kor az adóeszközként alkalmazott fényforrások által kisugárzott fényhullámhossz szór, nagy sebességgel mozgó pl. íírobjektumok esetén eltolódik.- the interference filters are made at a fixed wavelength and cannot be tuned so that the receiver cannot be adjusted to the wavelength of the light to be detected. The transmitted wavelength range is the result of technology which cannot be changed after incorporation into the optical system, but at 2193436 the wavelength of light emitted by the light sources used as the transmitter is scattered, e.g. shifts for writing objects.

Az interferencia szűrők korlátozott lehetőségei miatt más megoldást is keresnek, így pl. kettős törő kristály felhasználásával akusztikai hullám vagy elektromos tér segítségével hangolható szűrőket fejlesztettek ki, melyek az interferencia szűrőknél bonyolultabbak és ezek alkalmazásakor is jelentős többletcsillapítással kell számolnunk.Due to the limited capabilities of the interference filters, other solutions are sought, e.g. using dual refractive crystals, filters that can be tuned by acoustic wave or electric field have been developed which are more complex than interference filters and require significant additional attenuation.

A felsorolt problémák miatt nem is alkalmaznak egyes szerényebb kivitelű szabadtéri optoelektronikai berendezésben interferencia szűrőket, vagy más nagy szelektivitású optikai szűrőt, hanem csak lényegesen gyengébb szelektivitású anyagukban színezett szűrőket,melyek számottevő szelektivitás hiánya miatt optikai jel/zaj viszony növekedést nem eredményeznek, gyengítik a hasznos jelet, csupán bizonyos mértékig megvédik az érzékelő eszközt, a különösen nagy intenzitású háttér és zavaró fény termikus hatásától. Pl. Takács Sándor (BME) Szélessávú hírközlési kísérletek az optikai tartományban című cikkében (Híradástechnika, 1980. 350. old.) leírt hírközlő összeállításban nem alkalmaznak semmilyen védőeszközt a környezeti fény kizárására. A CH 625923 lajstromszámú Liechtenstein-i szabadalmi leírásban ismertetett optikai vevőben alkalmazott megoldás se véd a háttérfény zavaró hatása ellen.Because of the problems listed above, some of the more modest outdoor optoelectronic devices do not use interference filters or other high-selectivity optical filters, but only filters with significantly lower selectivity, which, due to a lack of significant selectivity, do not increase optical signal-to-noise ratio. , only to a certain extent protect the sensor device from the thermal effects of extremely high intensity background and interfering light. Eg Sándor Takács (BME) In the telecommunication assembly described in his article Broadband Communications Experiments in the Optical Range (Telecommunications, 1980, p. 350) no protective devices are used to exclude ambient light. The solution used in the optical receiver described in Liechtenstein Patent No. CH 625923 does not protect against interference from the backlight.

A találmánnyal célunk egy olyan szelektív optikai érzékelő berendezés létrehozása, mely főleg optikai hírközlő berendezésekben és optikai lokátorokban alkalmazvaSUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a selective optical sensing device for use mainly in optical communications equipment and optical locators.

- meghatározott áteresztő hullámhossztartományban beérkező fényt az optikai gyűjtőrendszer csillapításán felül nem csillapítja,- it does not attenuate light received over a specified wavelength range beyond the attenuation of the optical acquisition system,

- lehetővé teszi a háttér és zavaró fény nagyságánál nagyságrendekkel kisebb intenzitású hasznos jel kiválasztását és érzékelését a megfelelő minőségű vétel eléréséhez,- allows selection and detection of a useful signal of less than an order of magnitude in background and interfering light to achieve adequate reception,

- lehetővé teszi az érzékelő berendezés ráhangolását a kívánt hullámhosszra,- allows the detection equipment to be tuned to the desired wavelength,

- lehetővé teszi a kiválasztási sávszélesség beállítását,- allows selection bandwidth to be set,

- lehetővé teszi az érzékelő berendezés vételi iránykarakterisztikájának állítását.- allows to adjust the reception characteristic of the detection device.

A kitűzött célt az általunk kidolgozott találmányban olyan berendezéssel oldjuk meg, melyet az 1. és 2. ábrán mutatunk be. A szelektív optikai érzékelő berendezés alkalmas főleg optikai hírközlő berendezésekhez és optikai lokátorokhoz kis spektrum sávszélességű vagy monokramatikus fény-nyaláb érzékelésére, melyben az érzékelendő fény-nyaláb felé irányított A optikai gyűjtőrendszer és á fényre érzékeny felülettel rendelkező C érzékelő elem van optikailag zárt alacsony reflexiójú tokba elrendezve, amely tokban a C érzékelő elem fényérzékeny felülete a B zárófelület mögött úgy van elrendezve, hogy annak F optikai nyílásán átjutó fény útjában helyezkedik el. Az A optikai gyűjtőrendszer fókusztávolság-hullámhosszfüggvénye az érzékelni kívánt fényhullámhosszhoz tartozó tartomány határain függvényen belül monoton változó, az A optikai gyűjtőrendszer és a C fényérzékelő elem fényérzékeny felülete között az érzékelendő fényhullámhosszhoz tartozó, fókuszfolt méretével azonos vagy nagyobb F optikai nyílású B zárófelület van elhelyezve. A B zárófelületen kiképzett F optikai nyílás az érzékelt fény hullámhosszának megfelelő f fókuszpontja síkjában van elrendezve.The object of the present invention is achieved by the apparatus shown in Figures 1 and 2. The selective optical sensing device is particularly suitable for optical communication devices and optical locators for detecting low-bandwidth or monochromatic light beams in which the optical acquisition system and the sensor element C having a light-sensitive surface are encapsulated in an optically closed low-reflection case , in which case the light-sensitive surface of the sensor element C is arranged behind the sealing surface B so that it is in the path of light passing through its optical opening F. The focal length wavelength function of the optical acquisition system A is monotonically variable within the limits of the range of the wavelength to be detected, and the optical spot F is equal to or greater than the focal area F of the detected wavelength between the light sensitive surface of the optical sensor system. The optical aperture F formed on the locking surface B is disposed in the plane of the focal point f corresponding to the wavelength of the detected light.

A 2. ábra az 1. ábrán bemutatott szelektív optikai berendezés érzékelő csillapítás-hullámhossz karakterisztikáját ábrázoltuk.Figure 2 is a graph showing the attenuation wavelength characteristics of the selective optical device shown in Figure 1.

Az 1. ábrán feltüntetett jelölések még az alábbiakat jelentik: f,, f2, f fókusztávolság, a-a pedig az A optikai gyűjtőrendszer fősíkja.The notations in Figure 1 also mean f, f 2 , f focal length, and aa the main plane of the optical acquisition system A.

Az A optikai gyűjtőrendszernek különböző hullámhosszúságú fényhez eltérő f’, f, f” fókuszpontja van, az A optikai gyűjtőrendszer színi eltérése következtében, ugyanakkor az A optikai gyűjtőrendszer gömbi hibája vagy más torzítások miatt az érzékelendő hullámhosszon kapott fókuszfolt méret a B zárófelület nyílásánál kisebb, ellenkező esetben a szűrőhatás csak többletcsillapítással együtt érvényesül. Természetesen a fókuszfolt intenzitáseloszlásától függően a szelektivitás többletcsillapítás árán növelhető. A B zárófelületen lévő F optikai nyílás az érzékelendő fény hullámhosszának megfelelő leképzési pontban van elhelyezve. A C érzékelő elem az érzékelendő fény útjában, a B zárófelület mögött van elhelyezve. A fény adott esetben fényvezetővel, pl. száloptikával eltéríthető.Optical acquisition system A has different focal points f ', f, f' for light of different wavelengths due to color difference of optical acquisition system A, but due to spherical error of optical acquisition system A or other distortions, In this case, the filtering effect is only effective with the additional damping. Of course, depending on the intensity distribution of the focus spot, selectivity can be increased at the cost of additional attenuation. The optical aperture F on the closure surface B is located at a point of imaging corresponding to the wavelength of light to be detected. The sensor element C is located in the path of the light to be detected, behind the sealing surface B. The light may be provided with a light guide, e.g. can be deflected by fiber optics.

Előnyös, ha az F optikai nyílás a C érzékelő elemmel együtt, vagy megfelelően nagy érzékelő felület esetén a C érzékelő elem nélkül a leképzési pontnak a hullámhossz függvényében felvett pályának megfelelően mozgathatóan van kialakítva, így a rendszer hangolható. Több irányból érkező fény esetén az egyes irányokhoz egy-egy F optikai nyílás társítható.Preferably, the optical aperture F, together with the sensor element C, or, in the case of a sufficiently large sensor surface, without the sensor element C, is movable according to the orbit of the imaging point as a function of wavelength, so that the system can be tuned. In the case of light coming from several directions, an optical aperture F may be associated with each direction.

Kedvező lehet, ha az F optikai nyílás mérete változtatható módon van kialakítva, mivel a méret megváltoztatásával a sávszélesség állítható.It may be advantageous if the size of the optical opening F is variable, since by changing the size the bandwidth can be adjusted.

Előnyös lehet, ha az F optikai nyílás alakja változtatható módon van kialakítva, mivel az alaknak megfelelően különböző irányból érkező fényre eltérő sávszélesség-karakterisztika alakítható ki. Különösen előnyös ez a megoldás, ha az átviteli út szórásának vagy a vevő mechanikai rezgéseinek kitüntetett iránya van.It may be advantageous if the shape of the optical aperture F is variable, since different bandwidth characteristics can be obtained for light coming from different directions according to the shape. This solution is particularly advantageous if the transmission path dispersion or the receiver mechanical vibrations have a preferred direction.

Segédjei kicsatolás vagy becsatolás esetén szükség lehet a H járulékos tükör alkalmazására is. E megoldás révén egyazon A optikai gyűjtőrendszeren pl. célzás és/vagy kétirányú kapcsolat is megvalósítható.If your assistants are unlinked or attached, you may also need to use the optional H mirror. With this solution, the same Optical Collection System can be used for example. targeting and / or bidirectional linking is also possible.

-3193436-3193436

Előnyös lehet, ha az A optikai gyűjtőrendszer és az F optikai nyílással ellátott B zárófelület között a G járulékos takaró elem van, mivel ezzel megakadályozhatjuk, hogy a tengelyben érkező, törést nem szenvedő nyaláb töredék szűrőhatás nélkül áthaladhasson a nyíláson. Ez az intézkedés az érzékelés a C érzékelő elem sávgörbéjének oldalmeredekségét növeli. Ilyen a járulékos takaró elem az A optikai gyűjtőrendszer előtt is elhelyezhető.It may be advantageous to have an additional covering element G between the optical collection system A and the sealing surface B with the optical opening F, since this prevents the non-fractured beam entering the shaft from passing through the opening without filtering effect. This measure increases the page slope of the sensing element C bar. Such an additional cover element may also be located in front of the optical collection system A.

A találmány szerinti berendezés C érzékelő eleme célszerűen optoelektromos átalakító.The sensor element C of the device according to the invention is preferably an optoelectric converter.

A találmányt a továbbiakban rajz alapján ismertetjük részletesebben, amelyen a találmány szerinti optikai érzékelő példakénti kiviteli alakját tüntettük fel.The invention will now be described in more detail with reference to the drawing, which illustrates an exemplary embodiment of an optical sensor according to the invention.

Az 1. ábrán a találmány szerinti A szelektív optikai érzékelő berendezést ábrázoltunk metszetben, az ábrázolhatóság érdekében eltorzított méretekkel.Figure 1 is a sectional view of the selective optical sensor apparatus A according to the invention with distorted dimensions for the sake of illustration.

A 2. ábra az 1. ábra szerinti érzékelő csillapításhullámhossz karakterisztikáját mutatja.Figure 2 shows the damping wavelength characteristic of the sensor of Figure 1.

Az 1. ábrában vázolt az A optikai gyűjtőrendszer — a gyakorlatban általában lencserendszer. Az A optikai gyűjtőrendszer célszerűen nagy színi eltérésre méretezett, de kis torzítási) optika, melynek az érzékelendő hullámhosszra érvényes fókusz síkjában F optikai, nyílással ellátott B zárófelűlet van elhelyezve, míg a C érzékelő elem a B zárófelület mögött van. A C érzékelő elem valamely ismert optoelektromos átalakító pl. PIN dióda. Az érzékelendő hullámhosszúságú fény fókusz síkjában elhelyezett B zárófelület F optikai nyílásán a kiválasztott hullámhosszúságú fény-nyaláb csillapítás nélkül áthalad és a C érzékelő elem felületére jut. Ezt jelképezi az 1. ábra D vételi hullámhossz sugármenete. Más hullámhosszokhoz másmás f fókuszpont tartozik, az f, f’, f” fókuszpont a hullámhossz függvényében a b-b optikai tengelyen eltolódik, ezáltal az eltérő hullámhosszú fény a B zárófelület síkjában a B zárófelületen lévő F optikai nyílásnál nagyobb fényfoltot eredményez. Ezt az 1. ábra E nem vételi hullámhossz sugármenete jelképezi. A találmány szerinti C érzékelő elem csillapításkarakterisztikája a hullámhossz függvényében az F optikai nyílás nagyságának és az F optikai nyílás síkjában létrehozott fényfolt nagyságának viszonyából számítható.Figure 1 illustrates the optical acquisition system A - in practice, generally a lens system. Optical acquisition system A is preferably sized for large color deviation but small distortion optics, having an optical aperture F with an aperture F in the plane of focus for the wavelength to be detected, and a detector element C behind the aperture B. The sensor element C is a known optoelectric converter e.g. PIN diode. A beam of light of the selected wavelength passes through the optical aperture F of the locking surface B in the focal plane of the wavelength of light to be sensed, without damping, and reaches the surface of the sensor element C. This is represented by the radius D of the receive wavelength D in FIG. Other wavelengths have a different focal point f, the focal point f, f ', f' being shifted as a function of the wavelength on the optical axis b-b, resulting in a larger light spot in the plane of the closing surface B than the optical aperture F on the closing surface. This is represented by the radius of this non-reception wavelength in FIG. The attenuation characteristic of the detector element C according to the invention is calculated as a function of the wavelength in relation to the size of the optical aperture F and the magnitude of the light spot formed in the plane of the optical aperture F.

Példaként a 2. ábrán egy ilyen kipróbált A optikai gyűjtőrendszer csillapítás-karakterisztikája látható. Az alkalmazott A optikai gyűjtőrendszer egy gömbi hibára gondosan korrigált háromlencsés összeállítás. A megfelelő korrekció eredményeként a gömbi hiba miatt keletkező fókuszfolt mérete 20. pm. A lencsék anyaga SF 6 típusú nehéz fiint üveg, amelynek színszórása jelentős. Az alkalmazott A optikai gyűjtőrendszer 80 mm gyújtótávoiságú, 1-es fényerejű. A 4 fókusztávolság-hullámhossz függvényének változási meredeksége 820 nm hullámhossz környezetében 9,4 pm/nm. A B zárófelületen alkalmazott- F optikai nyílás átmérője az I görbe esetében 300 pm, a II görbe esetében 50 pm. A példa adataiból látható, hogy többletcsillapítás bevitele nélkül jelentős és ugyanakkor széles tartományban állítható szelektivitás érhető el reálisan megvalósítható eszközökkel a találmány szerinti megoldás alkalmazásával.As an example, Figure 2 shows the damping characteristic of such a tried and tested optical collection system. The Optical Collection System used is a three lens assembly carefully corrected for spherical error. As a result of proper correction, the focal spot resulting from a spherical error is 20 pm. The lenses are made of SF6 type heavy-duty fiberglass with significant color dispersion. The optical collecting system A used has a focal length of 80 mm and a luminance of 1. The change in slope of the focal length wavelength function 4 at 920 nm is 9.4 pm / nm. AB sealing surface applied - F optical aperture diameter in the case of curve I 50 pm to 300 pm, the curve II. From the data of the example, it can be seen that, without the addition of additional damping, significant and at the same time wide range of selectivity can be achieved by realistic means using the present invention.

A találmány szerinti szelektív optikai érzékelő berendezést egy digitális átvitel céljára kifejlesztett optikai hírközlő berendezés vevőjében alkalmaztuk. A vevőberendezés 820 nm hullámhosszúságú optikai jel vételére szolgált. Közel monokromatikus forrásként az adóban félvezető lézert használtunk. Az alkalmazott lavina fotodióda tipikus meredeksége 65 A/W, zajekvivalens optikai teljesítmény 3· 10'15 W/Hz1/2. A C érzékelőelem hatásos felülete 0,2 mm2. Az optikai B zárófelület behelyezésével a belső reflexió és szóródás kizárása, valamint a színi eltérés és kisméretű F optikai nyílás következtében keletkező hullámhossz-függő átvitel együttes hatásaként a találmány szerinti C érzékelő elemmel felszerelt optoelektronikai hírközlő berendezés nappali hatótávolsága 2—3 kmről 10—15 km-re növekedett az egyéb jellemzők változása nélkül, éjszakai hatótávolsága, (háttér és zavarófény nélküli üzem) nem változott, vagyis az eredeti 10—15 km értékű maradt.The selective optical sensing apparatus of the present invention has been used in a receiver of an optical communication apparatus developed for digital transmission. The receiver is designed to receive an optical signal of 820 nm wavelength. A semiconductor laser was used as a near monochromatic source in the transmitter. The avalanche photodiode used in the typical slope of 65 A / W, zajekvivalens optical output 3 · 10 '15 W / Hz 1/2. The effective surface area of the sensor element is 0.2 mm 2 . As a result of the insertion of optical barrier B in combination with the exclusion of internal reflection and scattering and the wavelength-dependent transmission due to color deviation and small optical aperture F, the optoelectronic communication device equipped with the sensor element C according to the invention has a daily range of increased overnight without altering other characteristics, its night range (no background and no distracting operation) remained unchanged, leaving the original 10-15 km.

Ugyanilyen eredmények várhatók más, a kis sávszélességű primer vagy szekunder jelek hatásán alapuló aktív vagy passzív optoelektronikai berendezésekben való alkalmazás esetén is (lézer távmérők, lézer lokátorok, passzív infralokátorok, aktív infra távcsövek) .The same results are expected for other active or passive optoelectronic devices based on the effects of low bandwidth primary or secondary signals (laser rangefinders, laser locators, passive infra-locators, active infrared telescopes).

összefoglalva a találmány szerinti szelektív optikai érzékelő berendezés számos előnnyel rendelkezik, ezek pedig a következők:In summary, the selective optical sensing device of the present invention has a number of advantages which include:

- feleslegessé teszi az interferencia szűrők vagy még bonyolultabb kristályfizikai szűrők alkalmazását,- eliminates the need for interference filters or more complex crystalline physics filters,

- alkalmazása tiszta nyereséget eredményez, többletcsillapítást nem okoz,- its use results in a net profit, does not result in additional attenuation,

- előállítása egyszerű és olcsó, különleges technológiát nem igényel,- it is simple and cheap to produce and does not require any special technology,

- az érzékelendő hullámhosszra hangolható,- tunable to the wavelength to be detected,

- az érzékelendő sávszélesség beállítható,- adjustable bandwidth,

- az optoelektronikai berendezés iránykarakterisztikája változtatható,- the directional characteristics of the optoelectronic device are variable,

- hatására jelentősen növekszik a szabadtéri optoelektronikai berendezések hatótávolsága.- significantly increases the range of outdoor optoelectronic devices.

Claims (8)

1. Szelektív optikai érzékelő berendezés, főleg optikai hírközlő berendezésekhez és optikai lokátorokhoz kis spektrum sávszélességű vagy monokromatikus fény-nyaláb ér-4193436 zékelésére, melyben az érzékelendő fény-nyaláb felé irányított optikai gyűjtőrendszer (A) és a fényre érzékeny felülettel rendelkező érzékelő elem (C) van optikailag zárt, alacsony reflexiójú tokban elrendezve, amely 5 tokban az érzékelő elem (C) fényérzékeny felülete zárófelület (B) mögött úgy van elrendezve, hogy annak optikai nyílásán (F) átjutó fény útjában helyezkedik el, azzal jellemezve, hogy az optikai gyűjtőrendszer (A) 10 fókusztávolság - hullámhosszfüggvénye az érzékelni kívánt fényhullámhosszhoz tartozó tartomány határain belül monoton változó, az optikai gyűjtőrendszer (A) és az érzékelő elem (C) fényérzékeny felülete között az érzé- 15 kelendő fényhullámhosszhoz tartozó fókuszfolt méretével azonos vagy nagyobb optikai nyílású (F) zárófelület (B) van elhelyezve, a zárófelületen (B) kiképzett optikai nyílás (F) az érzékelt fény hullámhosszának 20 megfelelő fókuszpontja (f) síkjában van elrendezve.A selective optical sensing device, in particular for optical communication devices and optical locators for low-bandwidth or monochromatic light-beam arrays 4193436, comprising an optical acquisition system (A) directed toward the light beam to be detected and a sensing element (C). ) is arranged in an optically sealed, low-reflection case, in which the light-sensitive surface of the sensing element (C) is arranged behind a sealing surface (B) so that it passes in the path of light through its optical opening (F), (A) Focal length 10 - its wavelength function within the range of the wavelength to be detected is monotonically variable between the optical acquisition system (A) and the light-sensitive surface of the sensor element (C) with the size of the focal spot of the wavelength to be detected s, the optical aperture (F) formed on the closure surface (B) is disposed in the plane of the focal point (f) of the wavelength of the detected light. 2. Az 1. igénypont szerinti szelektív optikai érzékelő berendezés, azzal jellemezve, hogy az optikai nyílás (F) a fókuszpontnak 25 (f) az érzékelendő fényhullámhossz függvényében felvett pályáján mozgatható módon van elhelyezve.Selective optical sensing device according to Claim 1, characterized in that the optical aperture (F) is arranged movably along the path of the focal point 25 (f) as a function of the wavelength of light to be detected. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti szelektív optikai érzékelő berendezés, azzal jellemezve, hogy az optikai nyílás (F) mérete változtatható módon van kialakítva.Selective optical sensing device according to claim 1 or 2, characterized in that the size of the optical opening (F) is variable. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti szelektív optikai érzékelő berendezés, azzal jellemezve, hogy az optikai nyílás (F) alakja változtatható módon van kiképezve.4. A selective optical sensing device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the shape of the optical opening (F) is variable. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti szelektív optikai érzékelő berendezés, azzal jellemezve, hogy ki- és/vagy becsatoló járulékos tükörrel van ellátva.5. A selective optical sensing device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it has an additional mirror and / or a coupling mirror. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti szelektív optikai érzékelő berendezés, azzal jellemezve, hogy az optikai gyűjtőrendszer (A) és az optikai nyílással (F) ellátott zárófelület (B) között járulékos takaró elem (G) van elhelyezve.6. A selective optical sensing device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an additional covering element (G) is disposed between the optical collection system (A) and the sealing surface (B) provided with the optical opening (F). 7. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti szelektív optikai érzékelő berendezés, azzal jellemezve, hogy az optikai gyűjtőrendszer (A) előtt járulékos takaró elem (G) van elhelyezve.7. A selective optical sensing device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an additional cover element (G) is provided in front of the optical collection system (A). 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti szelektív optikai érzékelő berendezés, azzal jellemezve, hogy érzékelő eleme (C) optoelektromos átalakító.8. A selective optical sensing device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor element (C) is an optoelectric converter.
HU842842A 1984-07-23 1984-07-23 Selective optical sensing apparatus, mainly for optical telecommunication equipments and optical locators HU193436B (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU842842A HU193436B (en) 1984-07-23 1984-07-23 Selective optical sensing apparatus, mainly for optical telecommunication equipments and optical locators
YU01200/85A YU120085A (en) 1984-07-23 1985-07-22 Selective optic detector device especially for data transfer devices for optic locators
US06/852,631 US4742222A (en) 1984-07-23 1985-07-23 Selective optical detector apparatus utilizing longitudinal chromatic aberration
PCT/HU1985/000047 WO1986001005A1 (en) 1984-07-23 1985-07-23 Selective optical detector, particularly for telecommunication devices and optical locators
JP60503449A JPS61502985A (en) 1984-07-23 1985-07-23 Selective optical detection device, especially for information transmission devices and optical radar
EP85903868A EP0187849A1 (en) 1984-07-23 1985-07-23 Selective optical detector, particularly for telecommunication devices and optical locators

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU842842A HU193436B (en) 1984-07-23 1984-07-23 Selective optical sensing apparatus, mainly for optical telecommunication equipments and optical locators

Publications (2)

Publication Number Publication Date
HUT37832A HUT37832A (en) 1986-02-28
HU193436B true HU193436B (en) 1987-10-28

Family

ID=10961336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU842842A HU193436B (en) 1984-07-23 1984-07-23 Selective optical sensing apparatus, mainly for optical telecommunication equipments and optical locators

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0187849A1 (en)
JP (1) JPS61502985A (en)
HU (1) HU193436B (en)
WO (1) WO1986001005A1 (en)
YU (1) YU120085A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19604363A1 (en) * 1995-02-23 1996-08-29 Zeiss Carl Fa Auxiliary fibre optic focussing module for microscopy
DE10331906B4 (en) * 2003-07-15 2005-06-16 Leica Microsystems Heidelberg Gmbh Light source with a microstructured optical element and microscope with light source

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1045818A (en) * 1951-06-21 1953-12-01 Applic De La Lumiere Electroni Selective light reader device
DE1797108A1 (en) * 1968-08-16 1970-12-03 Eltro Gmbh IR optical imaging system
DE2109561C3 (en) * 1971-03-01 1981-02-12 Bodenseewerk Geraetetechnik Gmbh, 7770 Ueberlingen Infrared radiation detector for target seeker heads
US3905675A (en) * 1973-02-15 1975-09-16 Honeywell Inc Optical systems having stop means for preventing passage of boundary wave radiation
CH625923A5 (en) * 1978-12-19 1981-10-15 Welte Yvon Installation for transmitting digital data by infrared light waves
CH638067A5 (en) * 1978-12-20 1983-08-31 Ibm ARRANGEMENT FOR SEPARATING AN OPTICAL SIGNAL FROM AMBIENT LIGHT.
US4421985A (en) * 1981-06-30 1983-12-20 Vought Corporation Dark field infrared telescope

Also Published As

Publication number Publication date
EP0187849A1 (en) 1986-07-23
WO1986001005A1 (en) 1986-02-13
YU120085A (en) 1987-12-31
JPS61502985A (en) 1986-12-18
HUT37832A (en) 1986-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7863570B2 (en) Multiband, single element wide field of view infrared imaging system
US9322992B2 (en) Devices and methods for multimode light detection
US4657386A (en) In-flight engine control optical pyrometer
US4128759A (en) Fiber optic delay line filter
EP0394266A1 (en) Optical spectral analyzer
US5978121A (en) Method and device for the optical transmission of data over distances in space
US20040013361A1 (en) Compensating for chromatic dispersion in optical fibers
US4681434A (en) Dual spectra optical pyrometer having a serial array of photodectectors
US6608708B1 (en) System and method for using a holographic optical element in a wireless telecommunication system receiver
US8933393B2 (en) Electromagnetically-shielded optical system having a waveguide beyond cutoff extending through a shielding surface of an electromagnetically shielding enclosure
HU193436B (en) Selective optical sensing apparatus, mainly for optical telecommunication equipments and optical locators
US4742222A (en) Selective optical detector apparatus utilizing longitudinal chromatic aberration
FR2687803A1 (en) ELECTROMAGNETIC RADIATION RECEIVER.
Katsukawa et al. Focal plane instrument for the Solar UV-Vis-IR Telescope aboard SOLAR-C
US6791073B1 (en) Optical receiver having baffle including a plurality of apertures
US11874478B1 (en) Range correcting radiometric lens, method of optical design, and range finding system using same
EP3872448A1 (en) Method and device for evaluating parameters characterizing atmospheric turbulence
KR101894798B1 (en) A Light Transceiver for Pollutant Detection Telescope
Islam et al. Wide field of regard metalens receiver for free space optical communication
CN113899450B (en) Medium wave infrared spectrometer capable of eliminating heat difference
Tonita et al. Design and testing of an on-sky astrophotonic telescope platform for on-chip instrumentation
RU2191417C1 (en) Optical-electron device for remote detection of systems of secretive visual observation
Betz Infrared Fabry-Perot and heterodyne spectrometers
SU1007061A1 (en) Device for determining atmosphere transparancy
CN117157512A (en) Monitoring system based on optical MEMS

Legal Events

Date Code Title Description
HU90 Patent valid on 900628
HMM4 Cancellation of final prot. due to non-payment of fee
HNF4 Restoration of lapsed final prot.