DE2626306A1 - Corner prism or reflector for communications laser beam - is used in distance measuring equipment and has photodiode detector in truncated corner - Google Patents
Corner prism or reflector for communications laser beam - is used in distance measuring equipment and has photodiode detector in truncated cornerInfo
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Abstract
Description
Tripelprisma bzw. Tripelspiegel mit eingebautem Triple prism or triple mirror with built-in
Detektor Die Erfindung betrifft ein Tripelprisma bzw. Tripelspiegel zur Auswertung der in einem empfangenen und reflektierten Lichtstrahl, vorzugsweise in einem Laserstrahl enthaltenen Informationen. Detector The invention relates to a triple prism or triple mirror for evaluating the in a received and reflected light beam, preferably information contained in a laser beam.
Die Verwendung eines Tripelprismas bzw. eines Tripelspiegels zur Refl exion von optischen Signalen, insbesondere von Lasersignalen in eine der Einfallsrichtung entgegengesetzten Richtung ist allgemein bekannt.The use of a triple prism or a triple mirror for Refl exion of optical signals, in particular of laser signals, in one of the direction of incidence opposite direction is well known.
Aufgrund dieser Eigenschaft des Tripelprismas bzw. Tripelspiegels finden diese unter anderem bei der Entfernungsmessung Verwendung. Auch I,ctiin Aufbauen und Aufrechterhalten von Lasernachrichtenstrecken ist eine Ausrichtung des Laserstrahls auf die Empfangsstation und das Nachregeln dieser Ausrichtung erforderlich, wobei mit Hilfe eines Tripelspiegels an der Empfangsstation erzeugte Echosignale Verwendung finden. Bei derartigen Lasernachrichtenstrecken sind die Detektoren für die modulierten Lasersignale separat von deni zur Aufrechterhaltung der Ausrichtung verwendeten #iL>W?l- Tripelprisma am Empfangsgerät angebracht.Because of this property of the triple prism or triple mirror these are used, among other things, for distance measurement. Also I, ctiin build up and maintaining laser communications links is an alignment of the laser beam on the receiving station and readjusting this alignment is required, whereby echo signals generated with the aid of a triple mirror at the receiving station use Find. In such laser communication links, the detectors for the modulated Laser signals used separately by deni to maintain alignment #iL> W? l- Triple prism attached to the receiver.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tripelprisma bzw. einen Tripelspiegel nicht nur zur Reflexion von Echosignalen, sondern gleic llzeitig auch als Sensor für Lichtsignale, vorzugsweise Lasersignale, auszugestalten und zu verwenden.The invention is based on the object of a triple prism or a Triple mirror not only for reflecting echo signals, but also at the same time to design and use as a sensor for light signals, preferably laser signals.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Tripelprisma bzw. der Tripelspiegel mit einem eingebauten Lichtsensor bzw. einer Laser-Empfangsdiode versehen ist, daß der Lichtsensor Iizw.According to the invention, this object is achieved in that the triple prism or the triple mirror with a built-in light sensor or a laser receiving diode is provided that the light sensor Iizw.
die Laser-Empfangsdiode hinter einer planparallelen Fläche zur Eintrittsfläche und/oder hinter einer Rückstrahlfläche des Tripelprismas hzw. Tripelspiegels angeordnet ist, und daß vorzugsweise zwischen <ICi) Lichtsensor bzw. der Laser-Empfangsdiode und dem Austrittsfenster ein Filter und gegebenenfalls ein Linsensystem zur Fokussierung des ausgeblendeten Strahlenbündels auf die Fläche der fotoaktiven Schicht vorgesehen ist.the laser receiving diode behind a plane-parallel surface to the entrance surface and / or behind a reflective surface of the triple prism hzw. Triple mirror arranged is, and that preferably between <ICi) light sensor or the laser receiving diode and the exit window a filter and optionally a lens system for focusing of the masked beam of rays is provided on the surface of the photoactive layer is.
Mit einem derartigen gemäß den Merkmalen der Erfindung ausgestalten Tripelprisma bzw. Tripelspiegel läßt sich aus dem Kern des auf das Tripelprisma gerichteten Laserstrahls, d.h. an der Stelle des höchsten Energieinhaltes, das modulierte Lasersignal selbst zum Zweck der Nachrichtenentnahme ausblenden. Mit Hilfe des gegebenenfalls vorgesehenen Linsensystems zur Fokussierung des ausgeblendeten Strahlenbündels wird dieses an die Größe der fotoaktiven Schicht des Lichtsensors bzw.With such a design according to the features of the invention Triple prism or triple mirror can be removed from the core of the triple prism directed laser beam, i.e. at the point of the highest energy content, the modulated Hide the laser signal itself for the purpose of extracting messages. With the help of the if necessary provided lens system for focusing the masked beam is this to the size of the photoactive layer of the light sensor or
der Laser-Empfangsdiode angepaßt.adapted to the laser receiving diode.
Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Spitze des Tripelprismas bzw. Tripelspiegels planparallel zur Eintrittsfläche abgeschnitten ist, und daß die Laser-Empfangsdiode im Bereich der abgeschnittenen Spitze angeordnet ist.According to a special embodiment of the invention it is provided that the tip of the triple prism or triple mirror is plane-parallel to the entrance surface is cut off, and that the laser receiving diode in the area of the cut off Tip is arranged.
Damit Damit läß sich in besonders vorteilhafter Weise das Kernstrahlenbündel einer Laserstrahlungskeule abtasten, womit das Signalrauschverhältnis besonders günstig zu gestalten ist.In order to This can be used in a particularly advantageous manner scan the core beam of a laser beam, with which the signal-to-noise ratio is to be made particularly cheap.
Das für die Fokussierung des ausgeblendeten Strahlenbündels vorgesehene Linsensystem kann auch in der Weise ausgestaltet sein, daß die rückwärtige Austrittsfläche des Tripelspiegels linsenförmig zugeschliffen ist, daß die Laser-Empfangsdiode mit ihrer wirksamen Fläche im Brennpunkt des Linsensystems oder in der Nähe des Brennpunktes angeordnet ist.The one provided for focusing the masked beam The lens system can also be designed in such a way that the rear exit surface of the triple mirror is ground lens-shaped that the laser receiving diode with their effective area at the focal point of the lens system or in the vicinity of the focal point is arranged.
Es ist jedoch auch vorgesehen, daß eine der Rückstrahlflächen des Tripelspiegels mit einem Austrittsfenster versehen ist, hinter welchem die Laser-Empfangsdiode angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung läßt sich aufgrund der Umlenkung des Strahlenbündels an den Spiegelflächen selbst dann noch das modulierte Lasersignal empfangen, wenn bei schrägem Lichteinfall eine herkömmliche Fotodiode nur noch sehr schwach oder gar nicht mehr beleuchtet würde.However, it is also provided that one of the reflecting surfaces of the Triple mirror is provided with an exit window, behind which the laser receiving diode is arranged. In this embodiment of the invention, due to the deflection of the beam on the mirror surfaces, the modulated laser signal itself received when a conventional photodiode is only very much when the light falls at an angle would be dimly lit or not lit at all.
Um bei schräg einfallendem Strahlenbündel den auf den Lichtsensor auffallenden Strahlenanteil noch weiter zu vergrößern, ist ferner vorgesehen, daß das Linsensystem zur Vergrößerung des Empfangswinkels in eine Immersionsfiüssigkeit eingebettet ist. Diese Immersionsflüssigkeit kann auch zwischen die rückwärtige Austrittsfläche des linsenförniigen Anschliffs und die aktive Fläche des Lichtsensorseingebracht sein. Mit Hilfe einer solchen Immersionsflüssigkeit kann der Brechungsindex verändert und damit eine Erhöhung der numerischen Apertur erzielt werden.In order to apply to the light sensor when the bundle of rays is incident at an angle To increase the incident radiation even further, it is also provided that the lens system for enlarging the angle of reception in an immersion liquid is embedded. This immersion liquid can also be placed between the rear The exit surface of the lens-shaped bevel and the active surface of the light sensor are introduced be. With the help of such an immersion liquid, the refractive index can be changed and thus an increase in the numerical aperture can be achieved.
Mit den Maßnahmen der Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine Verringerung der Geräteabmessung auf der Empfangsseite ermöglicht, da auf ein separates Detektorgehäuse verzichtet und eine geschlossene einheitliche Bauform für die optische Eingangsstufe in Verbindung mit dem Tripelprisma zur#Erzeugung von Echosignalen erzielt werden kann, ohne daß daß durch die Austrittsfenster am Tripelspiegel ein sich in der Praxis nachteilig auswirkender Lichtverlust feststellen läßt. Man erhält durch die Erfindung eine sehr kleine Bauform und eine optimale Ausnutzung des einfallenden Lichtes im Bereich des Kernstrahlenbündels.With the measures of the invention, a reduction is achieved in an advantageous manner the device dimensions on the receiving side, since on a separate detector housing dispensed with and a closed, uniform design for the optical input stage can be achieved in conjunction with the triple prism for # generation of echo signals can without that through the exit window on the cube corner light loss that has a detrimental effect can be determined in practice. You get thanks to the invention, a very small design and optimal use of the incident Light in the area of the core beam.
Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, daß das Tripelprisma bzw. der Tripelspiegel für ein Nachrichtenübertragungs system Verwendung findet.According to the invention it is also provided that the triple prism or the triple mirror is used for a message transmission system.
bei welchem dem als Lichtsensor ausgebildeten Tripelprisma bzw. Tripelspiegel empfangsseitig eine Signalverarbeitungsstufe nachgeschaltet ist, und daß sendeseitig vor das Tripelprisma bzw. den Tripelspiegel ein Modulator geschaltet ist, mit welchen der vom Tripelprisma bzw. rl'l i)elspiegel reflektierte Lichtstrahl entsprechend einem von einer sendeseitigen Signalverarbeitungsstufe gelieferten Modulationssignal impulsmodulierbar ist.in which the triple prism or triple mirror designed as a light sensor a signal processing stage is connected downstream on the receiving side, and that on the transmitting side A modulator is connected in front of the triple prism or the triple mirror, with which the light beam reflected by the triple prism or rl'l i) el mirror accordingly a modulation signal supplied by a signal processing stage on the transmission side is pulse modulable.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Reschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit (lein Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Tripelspiegels mit einer in der Tripelspiegelspitze angeordneten Detektordiode; Fig. 2 einen Schnitt durch einen Tripelspiegel mit einer hinter einer Rückstrahlfläche angeordneten Detektordiode; Fig. 3 einen Schnitt durch den schematischen Aufbau einer Detektordiode mit einem in eine Immersionsflüssigkeit eingel)etteter Linsensystem; Fig. 3a eine weitere Ausgestaltung des Aufbaus einer Detektordiode; Fig. 4 Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Laserkommunikationssystems unter Verwendung eines Tripelspiegels gemäß der Erfindung.The advantages and features of the invention also emerge from the The following description of exemplary embodiments in connection with (lein claims and the drawing. 1 shows a perspective view of a triple mirror with a detector diode arranged in the prismatic mirror tip; Fig. 2 is a section by a triple mirror with a detector diode arranged behind a reflecting surface; 3 shows a section through the schematic structure of a detector diode with a lens system embedded in an immersion liquid; 3a shows another Design of the structure of a detector diode; Fig. 4 Fig. 4 a schematic representation of a laser communication system using a Triple mirror according to the invention.
In Fig. 1 ist ein Tripelspiegel in schematischer Darstellung von hinten gezeigt, bei dem durch die angedeutete Strahlumlenkung jeder einfallende Lichtstrahl in seinen Ausgangspunkt zurückreflektiert wird. Die Spitze des Tripelspiegels 10 ist längs einer planparallel zur Eintrittsfläche verlaufenden Ebene 11 abgeschnitten. Auf diese Ebene ist eine Laser-Empfangsdiode 12, welche nachfolgend auch als Detektordiode bezeichnet wird, derart aufgesetzt, daß das durch die Ebene 11 hindurchtretende Strahlenbündel auf die fotoaktive Schicht der Detektordiode auftrifft.In Fig. 1 is a cube corner mirror in a schematic representation from behind shown, in which each incident light beam by the indicated beam deflection is reflected back into its starting point. The tip of the triple mirror 10 is cut off along a plane 11 extending plane-parallel to the entry surface. At this level there is a laser receiving diode 12, which in the following also functions as a detector diode is referred to, placed in such a way that the plane 11 passing through Beams impinging on the photoactive layer of the detector diode.
Wenn man davon ausgeht, daß der Lasersender sehr genau auf den Tripelspiegel ausgerichtet ist und der Kern des gerichteten Laserstrahls auf die in der Tripelspiegelspitze angeordnete Detektordiode auftrifft, so läßt sich trotz des geringen, von der Detektordiode erfaßten Laserstrahlquerschnittes ein ausreichend großes Signal ableiten, um eine sichere Nachrichtenverbindung zwischen dem Lasersender und dem dem Tripelspiegel zugeordneten Laserempfänger zu gewährleisten.Assuming that the laser transmitter is very accurate on the cube corner is aligned and the core of the directed laser beam on the in the cube corner Arranged detector diode strikes, so can be despite the small, of the detector diode detected laser beam cross-section derive a sufficiently large signal to generate a secure communication link between the laser transmitter and the triple mirror to ensure assigned laser receiver.
Jedoch auch für den Fall, daß die Detektordiode 12 wie in Fig. 2 nicht in der Tripelspiegelspitze, sondern hinter einem Austrittsfenster an einer Rückstrahlfläche des Tripelspiegels angeordnet ist, läßt sich ein einwandfreier Empfang des Lasersignals aufgrund der Umlenkung des Laserstrahls 18 an den Rückstrahlflächen des Tripelspiegels erzielen.However, also in the event that the detector diode 12, as in FIG. 2, does not in the corner of the corner cube, but behind an exit window on a reflective surface the triple mirror is arranged, a perfect reception of the laser signal can be due to the deflection of the laser beam 18 at the reflective surfaces of the triple mirror achieve.
Durch diese Umlenkung an den Rückstrahlflächen ergibt sich sogar ein gewisser Kompensationseffekt, wenn der Tripelspiegel unter schrägeni Lichteinfall steht. Die herkömmlichen separat angeordneten Detektor.This deflection at the reflective surfaces even results in a certain compensation effect when the prismatic mirror is inclined at an angle stands. The conventional separately arranged detector.
dioden haben einen verhältnismäßig kleinen Empfangswinkel, so daß die fotoaktive Schicht bei schrägem Lichteinfall nur noch schwach oder gar nicht mehr beleuchtet wird. Wie aus der schematischen Darstellung gerriäß Fig. 2 hervorgeht, trifft jedoch der abgelenkte Lichtstrahl unter einen) einem günstigeren Winkel auf die fotoaktive Schicht, so daß diese noch ausreichend beleuchtet wird.diodes have a relatively small reception angle, so that the photoactive layer is weak or not at all when the light falls at an angle is illuminated more. As can be seen from the schematic illustration in Fig. 2, however, the deflected light beam hits under one) a cheaper one Angle on the photoactive layer so that it is still sufficiently illuminated.
Für den Fall, daß eine weitere Kompensation bei schrägem Lichteinfall wünschenswert ist, kann zwischen dem Austrittsfenster und der fotoaktiven Schicht 16 der Detektordiode 12 ein Linsensystem 14 angeordnet werden, mit dem eine Fokussierung der Lichtstrahlen auf die fotoaktive Schicht vorgenommen wird. Dabei kann durch Einfügen von Immersionsflüssigkeit 15 zwischen das Austrittsfenster und die fotoaktive Schicht 16 der Brechungsindex derart verändert werden, daß eine Erhöhung der numerischen Apertur bewirkt wird. Eine derartige Ausgestaltung ist in Fig. 3 für eine plangeschliffene Austrittsfläche und in Fig. 3a für eine an-bzw. aus geschliffene rückwärtige Austrittsfläche dargestellt.In the event that another compensation is required for inclined incidence of light is desirable can be between the exit window and the photoactive layer 16 of the detector diode 12, a lens system 14 can be arranged with which a focusing the light rays on the photoactive layer is made. It can go through Insertion of immersion liquid 15 between the exit window and the photoactive Layer 16 the refractive index can be changed in such a way that an increase in the numerical Aperture is effected. Such a configuration is shown in FIG. 3 for a surface-ground Exit surface and in Fig. 3a for an on or. from ground rear exit surface shown.
In Fig. 4ist die Anwendung eines Tripelspiegels n,it einer eingebauten Detektordiode für ein Nachrichtenübertragungssystem schematisch angedeutet. Der empfangene Laserstrahl 18 - der nur in halber Breite dargestellt ist - trifft auf den Tripelspiegel 10 und die in der Tripelspiegelspitze angeordnete Detektordiode 12 auf. Die fotoaktive Schicht 16 erzeugt ein elektrisches Signal, das in einem nachfolgenden Verstärker 20 verstärkt und einem Diskriminator 21 zugeführt wird, um den auf den Laserstrall1 18 impulsförrnig aufmodulierten Informationsinhalt zu gewinnen, In einen nachfolgenden Dekoder 22 wird das durch Demodulation gewonnene Signal dekodiert und entweder in einer Signalwiedergabestufe 23 zur Wiedergabe gebracht oder einer Reaktionsstufe 24 zugeführt, die irgendwelche gewünschte Sekundärfunktionen auslöst, wenn an einer ausgangsseitigen Klemme 25 ein Ausgangssignal auftritt. Die Signalwiedergabestufc kann Wiedergabe einrichtungen für akustische und/oder optische Wiedergabe enthalten.In Fig. 4, the use of a triple mirror n, it is a built-in one Detector diode for a communication system indicated schematically. Of the received laser beam 18 - which is only shown in half width - hits the prismatic mirror 10 and the detector diode arranged in the prismatic mirror tip 12 on. The photoactive layer 16 generates an electrical signal that is in a subsequent amplifier 20 is amplified and fed to a discriminator 21, to the information content modulated in a pulsed manner onto the laser beam win, in a subsequent decoder 22 is obtained by demodulation Signal decoded and either brought to playback in a signal playback stage 23 or fed to a reaction stage 24 which has any desired secondary functions triggers when an output signal occurs at an output terminal 25. the Signal playback stage can playback devices for acoustic and / or optical playback Reproduction included.
Für die Nachrichten übertragung in entgegengesetzter Richtung wird mit Hilfe eines Mikrofons 26 ein Modulationssignal in einer Modulationsstufe 27 erzeugt, das nach einer Verstärkung in einem Verstärker 28 einem Modulator 29 zugeführt wird, der den vom Tripelspiegel reflektierten Laserstrahl strahl 30 entsprechend dem Modulationssignal impuls moduliert. Der reflektier te Laserstrahl 30 ist ebenfalls nur in halber Breite angedeutet.For the transmission of messages in the opposite direction it is used a modulation signal in a modulation stage 27 with the aid of a microphone 26 generated, which is fed to a modulator 29 after amplification in an amplifier 28 the laser beam reflected by the triple mirror beam 30 pulse modulated according to the modulation signal. The reflected laser beam 30 is also only indicated in half width.
Der Modulator 29 ist im Empfangsbetrieb für den Laserstrahl 18 frei durch lässig, d. h. der Laserstrahl erfährt keine wesentliche Schwächung. Im Sendebetrieb wird der reflektierte Laserstrahl 30 in herkömmlicher Weise moduliert.The modulator 29 is free for the laser beam 18 in the receiving mode through casual, d. H. the laser beam is not significantly weakened. In broadcast mode the reflected laser beam 30 is modulated in a conventional manner.
Bei einem derartigen Aufbau des Laser-Nachrichtenübertragungssystenls kann auf der Empfangsseite auf einen eigenen Lasersender verzichtet werden, da der gewünschte Informationsinhalt auf den von dem Tripelspiegel reflektierten Laserstrahl aufmoduliert werden kann.With such a structure of the laser communication system a separate laser transmitter can be dispensed with on the receiving side, since the Desired information content on the laser beam reflected by the cube-corner mirror can be modulated.
Durch die Maßnahmen der Erfindung läßt sich eine Verkleinerung der empfangsseitigen Geräte bezüglich ihrer Bauform und Baugröße erzielen, wobei gleichzeitig der einfallende Laserstrahl optimal ausgenutzt werden kann, indem die Abtastung im wesentlichen im Kern der Signalkeule erfolgt, ohne daß dadurch ein wesentlicher Verlust bezüglich der reflektierten Lichtmenge auftritt. Durch das Vorsehen eines Filters zwischen dem Tripelspiegel, z. B. auf der Ebene 11, und der Detektordiode 12 kann ein für den Empfang durch die Detektordiode besonders günstiger Spektralbereich ausgefiltert werden.By the measures of the invention, a reduction in the Achieve receiving-side devices in terms of their design and size, while at the same time the incident laser beam can be optimally used by scanning takes place essentially in the core of the signal lobe without thereby causing an essential Loss in the amount of reflected light occurs. By providing one Filters between the corner cube, e.g. B. on level 11, and the detector diode 12 can be a spectral range that is particularly favorable for reception by the detector diode be filtered out.
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