DE2714178A1 - Omnidirectional receiver for optical signals - has rotation symmetrical reflector directing transversal radiation to control sensor - Google Patents

Omnidirectional receiver for optical signals - has rotation symmetrical reflector directing transversal radiation to control sensor

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Abstract

An omnidirectional receiver for optical signals has a rotation symmetrical w.r.t. a vertical axis reflector which reflects transversal to the axis radiation incident from any direction to an area near the axis, in which a receiver centred w.r.t. the axis is placed. The receiver consists of a sensor in a transversal to the axis plane, detecting the point of incidence of the radiation deflected by the reflector. The sensor is connected to an evaluation device determining the azimuth of the point of incidence w.r.t. the axis. It delivers a corresponding signal.

Description

Rundumempfangseinrichtung für optische Signale All-round receiving device for optical signals

Die Erfindung betrifft eine Rundumempfangseinrichtung für optische Signale, mit einem bezüglich einer etwa lotrechten Achse rotationssymmetrischen Reflektor, der queraxial aus beliebiger Richtung einfallende Strahlung in einen achsnahen Bereich reflektiert, in dem ein zur Achse zentrierter Empfänger angeordnet ist. The invention relates to an all-round receiving device for optical Signals with a rotationally symmetrical with respect to an approximately perpendicular axis Reflector, the transversely axially incident radiation from any direction in a near the axis, in which a receiver centered on the axis is arranged is.

Eine Rundumempfangseinrichtung dieser Art ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 942 840 bekannt. Gegenüber Anordnungen, bei denen eine Vielzahl von einzelnen Empfängern mit begrenztem Empfangswinkelbereich derart angeordnet sind, daß sie sich zu einem omnidirektionalen Empfänger ergänzen, hat die bekannte Bauart den Vorteil, daß sie den Rundumempfang mit einer sehr einfachen, platzsparenden, robusten und kostenmäßig wenig aufwendigen Anordnung ermöglicht. An all-round receiving device of this type is from the German utility model 1 942 840 known. Compared to arrangements in which a large number of individual Receivers with a limited receiving angle range are arranged in such a way that that they complement each other to an omnidirectional receiver, has the well-known design the advantage that you can enjoy all-round reception with a very simple, space-saving, enables robust and inexpensive arrangement.

Durch geeignete Gestaltung des Reflektors kann weiter erreicht werden, daß auch Strahlen, die unter einem von 900 abweichenden Winkel zur Achse eintreffen, empfangen werden können, so daß die Empfangseinrichtung gegen Verkippungen ihrer lotrechten Achse relativ unempfindlich ist.A suitable design of the reflector can further achieve that rays also arrive at an angle other than 900 to the axis, can be received, so that the receiving device against tilting of their perpendicular axis is relatively insensitive.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rundumempfangseinrichtung zu schaffen, die eine Ermittlung der Einfallsrichtung der Strahlung mit guter Genauigkeit ermöglicht. The object of the invention is to create an all-round receiving device, which enables the direction of incidence of the radiation to be determined with good accuracy.

Die Ermittlung der Einfallsrichtung von aus beliebiger Richtung einfallenden Strahlen war bisher nur möglich entweder durch die bereits erwähnte Verwendung einer Vielzahl von Einzelempfängern, von denen Jeder Strahlung nur aus einem eng begrenzten Winkelbereich empfangen kann, oder aber durch Verwendung eines rotierenden Empfängers (z.B. nach DT-OS 24 53 265). Im ersten Fall ergibt sich eine verhältnismäßig kostspielige und platzaufwendige Anordnung, deren Genauigkeit bei der Winkelerfassung für den Aufbau von Ubertragungsstrecken nicht ausreichen dürfte. Die Verwendung eines rotierenden Empfängers hat den Nachteil, daß er ein aus bestimmter Richtung einfallendes Signal immer nur kurzzeitig im Moment des Durchgangs durch diese Richtung empfangen kann, so daß die Erfassung einer vom Signal in zeitlicher Folge übertragenen, z.B. pulscodierten Information nicht möglich ist. The determination of the direction of incidence of incident from any direction Blasting was previously only possible either through the already mentioned use of a Large number of individual receivers, each of which only emits radiation from a narrowly limited range Angular range can be received, or by using a rotating receiver (e.g. according to DT-OS 24 53 265). In the first case, the result is a relatively expensive one and space-consuming arrangement, the accuracy of which in the angle detection for the Establishing transmission links should not be sufficient. The use of a rotating Receiver has the disadvantage that it receives a signal arriving from a certain direction can only receive briefly at the moment of passage through this direction, so that the acquisition of one of the signal in time sequence transferred, e.g. pulse-coded information is not possible.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß von einer Rundumempfangseinrichtung der eingangs genannten Art ausgegangen wird, und daß deren Empfänger aus einer in einer etwa queraxialen Fläche angeordneten Sensoranordnung zur Erfassung des Auftreffpunktes der vom Reflektor kommenden Strahlung besteht, und daß die Sensoranordnung an eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Azimutwinkels des Auftreffpunktes bezüglich der Achse und zur Abgabe eines entsprechenden Signals angeschlossen ist. According to the invention, the stated object is achieved in that of an all-round receiving device of the type mentioned is assumed, and that their receiver consists of a sensor arrangement arranged in an approximately transverse axial surface to detect the point of impact of the radiation coming from the reflector, and that the sensor arrangement is connected to an evaluation device for determining the azimuth angle of the point of impact with respect to the axis and for emitting a corresponding signal connected.

Die Lage des Auftreffpunktes der vom rotationssymmetrischen Reflektor umgelenkten Strahlung auf der Sensoranordnung entspricht direkt der Einfallsrichtung der Strahlung auf den Reflektor, so daß der in der Auswerteeinrichtung ermittelte Azimutwinkel ç des Auftreffpunktes unmittelbar die Einfallsrichtung angibt. Die Genauigkeit, mit der der Auftreffpunkt und damit der Azimutwinkel ermittelt werden können, hängt selbstverständlich von der Art und Dichte der verwendeten Sensoranordnung ab. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Matrixanordnung oder um eine Ringanordnung von Photodioden handeln, oder aber z.B. auch um den elektronisch abtastbaren Schirm einer Bildaufnahmeröhre (Vidiconröhre). The position of the point of impact of the rotationally symmetrical reflector deflected radiation on the sensor arrangement corresponds directly to the direction of incidence the radiation on the reflector, so that the determined in the evaluation device Azimuth angle ç of the point of impact directly indicates the direction of incidence. the Accuracy with which the point of impact and thus the azimuth angle are determined depends of course on the type and density of the sensor arrangement used away. This can in particular be a matrix arrangement or a ring arrangement be about photodiodes, or e.g. also about the electronically scannable screen an image pickup tube (vidicon tube).

Die erfindungsgemäße Empfangseinrichtung ist besonders geeignet für jede Art von Signalübertragungsstrecken mittels optischer Signale (worunter sowohl Lichtsignale im sichtbaren Bereich als auch Signale im Infrarotbereich bzw. Mikrowellenbereich verstanden werden), insbesondere für Laser-Nachrichtenstrecken zwischen Fahrzeugen, Schiffen, sowohl im militärischen Bereich, z.B. auch für Schuß- und Manöversimulation, als auch im zivilen Bereich, z.B. auf Großbaustellen, Ölfeldern oder zwischen Fischereifahrzeugen. Ein besonderer Vorteil der Empfangseinrichtung besteht darin, daß es wegen der relativen Unempfindlichkeit der Anordnung gegen Verkippungen der Hochachse nicht erforderlich ist, die Empfangseinrichtung auf einer kreiselstabilisierten Lageplattform anzuordnen. The receiving device according to the invention is particularly suitable for any type of signal transmission route using optical signals (including both Light signals in the visible range as well as signals in the infrared range or microwave range understood), especially for laser communication routes between vehicles, Ships, both in the military sector, e.g. also for shot and maneuver simulation, as well as in the civil sector, e.g. on large construction sites, oil fields or between fishing vessels. A particular advantage of the receiving device is that it is because of the relative Insensitivity of the arrangement to tilting of the vertical axis is not required is to arrange the receiving device on a gyro-stabilized platform.

Das in der Auswerteeinrichtung abgegebene, den Azimutwinkel anzeigende Signal kann zum Steuern einer analogen oder digitalen Anzeigeeinrichtung verwendet werden, an der der Azimutwinkel der Einfallsrichtung abgelesen werden kann, und/oder das Signal kann zum selbsttätigen Ausrichten eines Antwortsenders in die betreffende Richtung dienen. The output in the evaluation device indicating the azimuth angle Signal can be used to control an analog or digital display device at which the azimuth angle of the direction of incidence can be read, and / or the signal can automatically align a responder in the relevant Serve direction.

Außer der den Azimutwinkel bestimmenden Auswerteeinrichtung kann das empfangene Signal auch weiteren Demodulier- oder Decodiereinrichtungen zur Ermittlung des vom Signal übertragenen Informationsgehaltes zugeführt werden. In addition to the evaluation device determining the azimuth angle, the received signal also further demodulating or decoding devices for determination of the information content transmitted by the signal.

Diese kann das empfangene Signal entweder von der für die Azimutbestimmung verwendeten Sensoranordnung oder von einem zusätzlichen Einzelsensor empfangen.This can take the received signal either from the one for the azimuth determination used sensor arrangement or from a additional single sensor receive.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings explained.

Fig. 1 zeigt ein Aufbauschema einer erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung im Längsschnitt. 1 shows a construction diagram of a receiving device according to the invention in longitudinal section.

Fig. 2 zeigen in Draufsicht zwei Beispiele für Sensor-und 3 anordnungen für die erfindungsgemäße Empfangseinrichtung. Fig. 2 show a plan view of two examples of sensor and 3 arrangements for the receiving device according to the invention.

Gemäß Fig. 1 ist ein zu einer Achse 1 rotationssymmetrischer Reflektor 2 vorgesehen, dessen kegelförmige oder im Schnitt schwach parabolisch gekrümmte Reflektorfläche 3 queraxial einfallende Strahlung 4 etwa achsparallel in einen achsnahen Bereich umlenkt. Die umgelenkte Strahlung tritt durch eine als Fresnel-Linse ausgebildete fokussierende Optik 5 und trifft auf einen Empfänger 6, der als selektiv positionsempfindliche Sensoranordnung ausgebildet ist. Die Sensoranordnung 6 ist an eine Auswerteeinrichtung 7 angeschlossen, die ein Signal erzeugt, welches dem dem Auftreffpunkt 8 entsprechenden Azimutwinkel ç bezüglich der Achse 1, von einer festen Bezugslinie aus gerechnet, und damit auch dem Azimutwinkel der Einfallsrichtung der Strahlung 4 entspricht. Mit dem Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung 7 kann z.B. eine Anzeigeeinrichtung 9 angesteuert werden, die die Einfallsrichtung der Strahlung 4 bezüglich der Achse 1 z.B. in analoger Form durch eine Marke 10 (z.B. According to FIG. 1, a reflector that is rotationally symmetrical about an axis 1 is shown 2 provided, its conical or slightly parabolic curved section Reflector surface 3 transversely axially incident radiation 4 approximately axially parallel into an axially Diverts area. The deflected radiation passes through a Fresnel lens focusing optics 5 and meets a receiver 6, which is selectively position-sensitive Sensor arrangement is formed. The sensor arrangement 6 is connected to an evaluation device 7 connected, which generates a signal which corresponds to the point of impact 8 Azimuth angle ç with respect to axis 1, calculated from a fixed reference line, and thus also corresponds to the azimuth angle of the direction of incidence of the radiation 4. With the output signal of the evaluation device 7, for example, a display device 9 are controlled, which the direction of incidence of the radiation 4 with respect to the Axis 1 e.g. in analog form by a mark 10 (e.g.

selektiv ansteuerbare LED-Anzeige) oder aber in digitaler Form anzeigt.selectively controllable LED display) or in digital form.

Für eine Auswertung der in der empfangenen Strahlung 4 z.B. durch Pulscodierung enthaltenen Information ist eine Decodier- bzw. Demoduliereinrichtung 11 vorgesehen. Diese empfängt das Signal entweder von der Sensoranordnung 6 oder aber von einem zusätzlichen Einzelsensor 12. Letzteres hat den Vorteil, daß der nicht für die Zwecke der Azimutbestimmung benötigte Sensor 12 speziell für die Zwecke der Informationserfassung ausgelegt, z.B. ein besonders breitbandiger Sensor sein kann. Außerdem kann der Sensor 12 oberhalb der fokussierenden Optik 5 angeordnet sein, so daß er z.B. For an evaluation of the radiation 4 received in, for example Information contained in pulse coding is a decoding or demodulating device 11 provided. This receives the signal either from the sensor arrangement 6 or but of an additional individual sensor 12. The latter has the advantage that the Sensor 12 not required for the purpose of determining the azimuth specifically for the purposes the information acquisition, e.g. be a particularly broadband sensor can. In addition, the sensor 12 can be arranged above the focusing optics 5 so that he can e.g.

Strahlung, die beim Durchgang durch die Optik 5 geschwächt wird, ungeschwächt empfangen kann. Das Ausgangssignal der Decodier- bzw. Demodulierstufe 11 kann in beliebiger Weise zu Anzeige- und Steuerzwecken verwendet werden, und z.B.Radiation that is weakened when passing through the optics 5, unattenuated can receive. The output signal of the decoding or demodulating stage 11 can be in be used in any way for display and control purposes, and e.g.

kann auch die Azimutwinkelanzeige in der Anzeigeeinrichtung 9 von dem Ausgangssignal der Decodiereinrichtung 11 abhängig gemacht werden.can also display the azimuth angle in the display device 9 of FIG the output signal of the decoder 11 can be made dependent.

Wie in Fig. 2 in Draufsicht dargestellt, kann der Empfänger 6 eine Ringanordnung von einzelnen Photosensoren 15 aufweisen, die insbesondere als Photodioden, hochempfindliche Avalanche-Photodioden od.dgl. ausgebildet sein können und mit ihren Signal ausgangsleitungen 16 an die Auswerte- einrichtung 7 angeschlossen sind. Da der Kranz von Sensoren 15 zur Achse 1 zentriert ist, zeigt der jeweils mit dem Auftreffpunkt 8 der Strahlung belegte Sensor unmittelbar den Azimutwinkel g der einfallenden Strahlung 4 relativ zu einer festen Bezugslinie 17 an. As shown in Fig. 2 in plan view, the receiver 6 can be a Have ring arrangement of individual photosensors 15, in particular as photodiodes, highly sensitive avalanche photodiodes or the like. can be trained and with their Signal output lines 16 to the evaluation device 7 connected are. Since the ring of sensors 15 is centered on axis 1, it shows in each case with the point of impact 8 of the radiation, the sensor directly occupied the azimuth angle g of the incident radiation 4 relative to a fixed reference line 17.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht die Sensoranordnung 6 aus einer Zeilen-Spaltenmatrix von Einzelsensoren 19. Uber die Zeilen-und Spalten-Signalleitungen kann, wiederum von der Achse 1 aus gerechnet, die x- und y-Koordinate des Auftreffpunktes 8 abgegriffen und dem Auswertegerät 7 zugeführt werden, welches hieraus den Azimutwinkel g ermittelt. In the embodiment according to FIG. 3, there is a sensor arrangement 6 from a row-column matrix of individual sensors 19. Via the row and column signal lines can, again calculated from axis 1, the x and y coordinates of the point of impact 8 are tapped and fed to the evaluation device 7, which from this determines the azimuth angle g determined.

Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform wird als Empfänger 6 der Bildempfangsschirm einer Vidiconröhre angeordnet, der mit einem Elektronenstrahl zeilenweise abgetastet wird, wobei die Ermittlung des Azimutwinkels des Auftreffpunktes 8 der Strahlung ähnlich wie in Fig. 3 aus der x- und y-Koordinate ermittelt werden kann. In another embodiment, not shown, the receiver 6 the image receiving screen of a vidicon tube placed with an electron beam is scanned line by line, the determination of the azimuth angle of the point of impact 8 of the radiation can be determined from the x and y coordinates in a manner similar to that in FIG. 3 can.

Durch die Jeweilige Formgeb~ung der reflektierenden Fläche 3 des Reflektors 2 kann erreicht werden, daß sich die Lage des Auftreffpunktes 8 der Strahlung auf den Empfänger 6 nur wenig ändert, wenn die Strahlung nicht senkrecht zur Achse 1, sondern, wie bei 4 angedeutet, unter einem von 900 abweichenden Winkel eintrifft. The respective shape of the reflective surface 3 of the Reflector 2 can be achieved that the position of the point of impact 8 of the radiation on the receiver 6 changes little if the radiation is not perpendicular to the axis 1, but, as indicated at 4, arrives at an angle other than 900.

Zahlreiche Abweichungen von den beschriebenen Ausführungsformen sind möglich. Insbesondere sind für den Reflektor 2 andere Realisierungsmöglichkeiten anwendbar, wie sie z.B. in dem bereits genannten DT-Gbm 1 942 840 dargestellt sind. Insbesondere kann der Reflektor 2 auch so ausgebildet sein, daß die Strahlung 4 vor Erreichen des Empfängers 8 die Achse 1 kreuzt, wobei dann der Azimutwinkel g des Auftreffpunktes 8 auf dem Empfänger von dem Azimutwinkel der einfallenden Strahlung 4 um 1800 abweicht. There are numerous deviations from the embodiments described possible. In particular, there are other implementation options for the reflector 2 applicable, as shown e.g. in the already mentioned DT-Gbm 1 942 840. In particular, the reflector 2 can also be designed so that the radiation 4 before reaching the receiver 8, the axis 1 crosses, the azimuth angle g of the point of impact 8 on the receiver from the azimuth angle of the incident radiation 4 differs by 1800.

Statt der dargestellten Sensoranordnungen sind andere, positionsempfindliche Sensoren für die Ermittlung des Azimutwinkels verwendbar, z.B. Quadrantendetektoren, totoempfindliche Ringdetektoren od.dgl. Instead of the sensor arrangements shown, there are other, position-sensitive ones Sensors can be used to determine the azimuth angle, e.g. quadrant detectors, dead-sensitive ring detectors or the like.

Das Ausgangs signal der Auswerteeinrichtung 7 kann zur Nachsteuerung eines Antwort senders entsprechend dem Azimutwinkel , d.h. in die Einfallsrichtung der Strahlung 4 dienen. The output signal of the evaluation device 7 can be used for readjustment a responder according to the azimuth angle, i.e. in the direction of incidence serve the radiation 4.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (10)

Patentansprüche 1. Rundumempfangseinrichtung für optische Signale, mit einem bezüglich einer etwa lotrechten Achse rotationssymmetrischen Reflektor, der queraxial aus beliebiger Richtung einfallende Strahlung in einem achsnahen Bereich reflektiert, in dem ein zur Achse zentrierter Empfänger angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Empfänger (6) aus einer in einer etwa queraxialen Fläche angeordneten Sensoranordnung zur Erfassung des Auftreffpunktes (8) der vom Reflektor (2) umgelenkten Strahlung besteht, und daß die Sensoranordnung an eine Auswerteeinrichtung (7) zur Ermittlung des Azimutwinkels p des Auftreffpunktes (8) bezüglich der Achse (1) und zur Abgabe eines entsprechenden Signals angeschlossen ist. Claims 1. All-round receiving device for optical signals, with a reflector that is rotationally symmetrical with respect to an approximately vertical axis, the radiation incident transversely axially from any direction in an area close to the axis reflected, in which a centered to the axis receiver is arranged, thereby it is noted that the receiver (6) consists of an approximately transverse axial Surface arranged sensor arrangement for detecting the point of impact (8) of the Reflector (2) deflected radiation, and that the sensor arrangement to a Evaluation device (7) for determining the azimuth angle p of the point of impact (8) with respect to the axis (1) and connected to output a corresponding signal is. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Sensoranordnung aus einer ringförmigen Anordnung von Einzelsensoren (15) besteht.2. Device according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the sensor arrangement consists of an annular arrangement of individual sensors (15) exists. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Sensoranordnung aus einer Zeilen-Spaltenmatrix von Einzelsensoren (19) besteht.3. Device according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the sensor arrangement consists of a row-column matrix of individual sensors (19) consists. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Sensoranordnung aus einem mittels Elektronenstrahl abtastbaren Schirm einer Bildaufnahmeröhre (Vidiconröhre) besteht.4. Device according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the sensor arrangement from a means Electron beam scannable Screen of an image pickup tube (vidicon tube). 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gek e n n z e i c h ne t , daß zwischen Reflektor (2) und Empfänger (6) eine fokussierende Optik (5) angeordnet ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that gek e n n z e i c h ne t that between reflector (2) and receiver (6) a focusing Optics (5) is arranged. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Empfänger (6) außerhalb der Fokalebene der Optik (5) angeordnet ist.6. Device according to claim 5, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the receiver (6) is arranged outside the focal plane of the optics (5). 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Empfänger (6) außer an die Auswerteeinrichtung (7) zur Ermittlung des Azimutwinkels an eine Decodier- bzw. Demoduliereinrichtung (11) für die vom Signal übertragene Information angeschlossen ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the receiver (6) except to the evaluation device (7) for Determination of the azimuth angle to a decoding or demodulating device (11) for the information transmitted by the signal is connected. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Empfänger zusätzlich zu der der Bestimmung des Azimutwinkels w dienenden Sensoranordnung (6) einen Einzelsensor (12) aufweist, der an die Decodier- bzw.8. Device according to claim 7, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the receiver is used in addition to the determination of the azimuth angle w Sensor arrangement (6) has an individual sensor (12) which is connected to the decoding or Demoduliereinrichtung (11) angeschlossen ist.Demodulating device (11) is connected. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das von der Auswerteeinrichtung (7) abgegebene, dem Azimutwinkel g entsprechende Signal eine analoge oder digitale Anzeigeeinrichtung (9) für die Einfallsrichtung der Strahlung (4) steuert.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the output from the evaluation device (7), the azimuth angle g corresponding signal an analog or digital display device (9) for the Direction of incidence of the radiation (4) controls. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung (7) zur Nachsteuerung eines richtbaren Antwort senders in die Einfallsrichtung der Strahlung (4) dient.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the output signal of the evaluation device (7) for readjustment a directional response transmitter in the direction of incidence of the radiation (4) is used.
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