DE2921857A1

DE2921857A1 - Optisches empfangssystem

Info

Publication number: DE2921857A1
Application number: DE19792921857
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Phys Blankenfeld
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1979-05-30
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DE2921857C2

Description

Optisches EmDfanRssvstem
Die Erfindung betrifft ein optisches Empfangssystem, mit mindestens einem als Signalempfänger dienenden Detektor.
Auf verschiedenen Anwendungsgebieten, z.B. fUrtinsbesondere im infraroten Bereich arbeitende optische oder optoelektronische Geräte sind optische Empfänger erforderlich, die simultan einen großen Raumwinkel überwachen sollen, z.B. von etwa 3600 in der Horizontalen und von - 200 bis + 600 in der Vertikalen. Gleichzeitig sollen derartige optische Empfänger aber in viele Einzelsegmente kleiner Winkel unterteilt sein, um einerseits richtungsselektiv zu arbeiten und andererseits eine wirkungsvolle Regelung gegen unterschiedliche.Hintergrundhelligkeit vornehmen zu können. Dabei ist es üblich, daß der horizontale Öffnungswinkel klein ist und nur wenige Grad, z.B. 5 bis 100 mißt, während der vertikale Öffnungswinkel im Vergleich dazu groß ist und z.B. etwa 30 bis 400 mißt. Bei derartigen optischen Empfängern ist somit ein asymmetrisches Gesichtsfeld erforderlich.
Detektoren, die in derartigen optischen Empfangssystemen Verwendung finden konnten9 haben üblicherweise eine kreisförmige Empfangsfläche. Bei Vorschalten von sphärischen Linsen vor einen Detektor wird zwar die Detektorapertur vergrößert, aber kein asymmetrisches Gesichtsfeld erzeugt Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem optischen Empfangs system der eingangs genannten Art bei Verwendung konventioneller Detektoren ein asymmetrisches Gesichtsfeld zu ermöglichen und gleich zeitig eine möglichst große Richtungsselek-tivität zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird bei einem optischen Empfangssystem der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Detektor ein anamorphotisch abbildendes optisches System aus zwei Linsen vorgesetzt und der Detektor in der gemeinsamen Brennebene der beiden Linsen angeordnet ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß man ein asymmetrisches Gesichtsfeld mit Hilfe eines aus zwei Linsen bestehenden anamorphotisch abbildenden optischen Systems erreichen kann, da dessen Abbildungsmaßstab in zueinander senkrecht stehenden Bildrichtungen verschieden ist. Ein einem -Detektor vorgesetztes anamorphotisch abbildendes optisches System aus ztJei Linsen hat dementsprechend die Wirlnwng, in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen, z.B. in X- und in Y-Richtung eines Koordinatensystems, unterschiedliche Öffnungswinkel zu bilden, indem die eine Linse das Gesichtsfeld des Detektors auf den kleinen Öffnungswinkel, z.B. in der X-Richtung begrenzt, während die andere Linse das Gesichtsfeld dann in der Y-Richtung auf den größeren Öffnungswinkel einschränkt. Auf diese Weise wird mittels eines einem Detektor vorgesetzten anamorphotisch abbildenden optischen Systems ein asymmetrisches Gesichtsfeld erzeugt, wobei wie bei sphärischen Linsen außerdem die Apertur des Detektors vergrößert wird. Dabei können in vorteilhafter Weise konventionelle Detektoren, also Detektoren, z.B. mit einer runden Empfangsfläche verwendet werden, so daß eine Sonderanfertigung speziell ausgebildeter Detektoren anderer Form vermieden wird. Ein weiterer Vorteil liegt aufgrund der durch das erfindungsgemäße optische Empfangssystem möglichen Unterteilung in viele Einzelsegmente kleiner Winkel in der hohen Richtungsselektivität bei gleichzeitiger Verringerung der Anzahl an Optiken und Detektoren. Die Unterteilung in viele Einzelsegmente ist ferner hinsichtlich einer bei Tagbetrieb eines optoelektronischen Gerätes erforderlichen hintergrundstrahlungsabhängigen wirkungsvollen Rauschregelung von Vorteil, da bei manchen optoelektronischen Geräten tagsüber eine Rauschregelung benötigt wird, um den unterschiedlichen Strahlungsfluß von Sonne und hellem Hintergrund aufgrund der Detektionsrichtungen bewerten zu können.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen- Empfangssystems bestehen die beiden Linsen aus hintereinander angeordneten gekreuzten Zylinderlinsen mit zueinander senkrecht stehenden Zylinderachsen. Es ist Jedoch auch möglich, andere anamorphotisch abbildende optische Systeme, z.B. aus Linsen mit torischen Flächen zu verwenden.
Bei den eingangs angegebenen optischen 'Emprängern ist der Horizontalkreis meist in 5 bis 10°-Segmente eingeteilt, die Vertikale in zwei Abschnitte von etwa 30 -400. Für diesen Fall läßt sich die Anzahl der Elemente der Linsen- und Detektoranordnung um den Faktor 4 reduzieren, wenn der Detektor aus einem Quadranten-Detektor besteht und die beiden Linsen derart ausgelegt sind, daß sie jeweils das Doppelte der geforderten Gesichtsfeldgröße begrenzen. Hierbei erfolgt dann die Reduzierung auf das endgültige Gesichtsfeld durch die Einzelsegmente des Quadranten-Detektors.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben.
Die Figur zeigt die bei dem erfindungsgemäßen optischen Empfangs system vorgesehene anamorphotische Abbildung auf einen Detektor D, der eine kreisförmige Empfangsfläche besitzt. Alsaiamorphotisch abbildende Elemente sind dem Detektor D zwei hintereinander angeordnete gekreuzte Zylinderlinsen L1 und L2 mit zueinander senkrecht stehenden Zylinderachsen vorgesetzt. Der Detektor D ist in der gemeinsamen Brennebene der beiden Linsen L1 und L2 angeordnet. Durch die Zylinderlinse L1 großer Brennweite wird das Gesichtsfeld des Detektors auf den kleinen Öffnungswinkel in der X-Richtung, also in der Horizontalen, begrenzt. Die Zylinderlinse L2, die zur ersten Linse L7 gekreuzt steht, schränkt dann das Gesichtsfeld des Detektors in Y-Richtung, also in der Vertikalen ein. Die Brennweiten der Zylinderlinsen berechnen sich dabei bei gegebenem Durchmesser d des Detektors D und gefordertem Öffnungswinkel d bzw. P zu Die Divenzwinkel ergeben sich zu « = 2 arc tan p = 2 arc tan Ein erfindungsgemäßes optisches Empfangssystem läßt sich in besonders vorteilhafter Weise, z.B. bei einem eine IR-Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich nachweisenden optoelekronischen Gerät einsetzen.
Derartige Geräte haben ein horizontales Gesichtsfeld von 3600 und ein vertikales Gesichtsfeld von 800 Die Auflösung ist 50 horizontal und in zwei Abschnitten Jeweils 400, vertikal. Demnach sind bei einem derartigen Gerät insgesamt 144 verschiedene Richtungen zu diskriminieren. Hierfür ist eine ebenso große Anzahl von Detektoren erforderlich. Bei einer symmetriachen Aufteilung der beiden Vertikalabschnitte ist der Einsatz von 36 Quadranten-Detektoren mit jeweils einer Sammeloptik möglich. Das Gesichtsfeld für jeden dieser Detektoren wird dann in der oben anhand der Figur näher erläuterten Weise mittels der beiden gekreuzten Linsen begrenzt. Die erste dieser Linsen, die Linse L1 erzeugt ein Gesichtsfeld von horizontal 10°, die zweite hierzu gekreuzt stehende Linse L2 ein Gesichtsfeld von 800.
Damit ergibt sich für Jedes Einzelelement eines Quadranten-Detektors ein Gesichtsfeld von 5 x 400.
4 Patentansprüche 1 Figur Zusnmmenfassung OPtisches Smnfangssvstem Die Erfindung betrifft ein optisches Empfangssystem, bei dem zur Erzeugung eines asymmetrischen Gesichtsfeldes einem Detektor (D) ein anamorphotisch abbildendes optisches System, z.B. aus zwei gekreuzten Zylinderlinsen (L1, L2) vorgesetzt und der Detektor in der gemeinsamen Brennebene dieser Linsen angeordnet ist. Es läßt sich auf diese Weise ein optisches Empfangssystem mit einem horizontalen Gesichtsfeld von 3600 una einem vertikalen Gesichtsfeld von z.B. 800 in viele Einzelsegmente kleiner Winkel unterteilen, z.B. mit einem Gesichtsfeld von 50 in der Horizontalen bzw. in zwei Abschnitten von 400 in der Vertikalen.Die Erfindung ist für optische Empfänger allgemein geeignet.
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Claims

PatentansPrüche Optisches Empfangssystem, mit mindestens einem als Signalempfänger dienenden Detektor, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Detektor (D) ein anamorphotisch abbildendes optisches System aus zwei Linsen (L1, L2) vorgesetzt und der Detektor in der gemeinsamen Brennebene der beiden Linsen angeordnet ist.
2. Optisches Empfangssystem nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Linsen (L1, L2) aus hintereinander angeordneten gekreuzten Zylinderlinsen mit zueinander senkrecht stehenden Zylinderachsen bestehen.
3. Optisches Empfangssystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , ß der Detektor (D) aus einem Quadranten-Detektor besteht und die beiden Linsen (L1, L2) derart ausgelegt sind, daß sqe Jeweils das Doppelte der geforderten Gesichtsfeldgröße begrenzen.
4. Optisches Empfangssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e'k e n n z e i c h n e t durch die Verwendung in einem IR-Warnempfänger.