DE2342345A1 - Signal transmission over divergent light beam - involves capturing signal using receiver with low directional sensitivity - Google Patents

Abstract

The optical-electric transducer in the receiver is a large area photodiode without a focussing optical system; the divergent light beam is modulated with a carrier frequency, which is in turn frequency modulated with a very wide swing with the signal to be transmitted; the carrier frequency is so low, that at maximum swing the lower sideband spectrum overlaps very little with the l.f. frequency bands of interfering light sources; these interferences are suppressed in the receiver by filters; in order to transmit sound signals, the carrier frequency is around 100 kHz, and maximum swing about +- 50 kHz; in order to transmit a t.v. sound signal, the carrier is obtained by unmixing from the t.v. receiver sound.

Description

Einrichtung zur Übertragung einer In forma über einen breitgefächerten Lichtstrahl. Device for the transmission of an in forma over a wide beam of light.

Stand der TechnikState of the art

Es ist eine Vielzahl von Lichtsprechanlagen bekannt, bei denen durch Modulation eines meist eng gebündelten Lichtstrahls eine Information, z.B. Sprache, über eine grössere Entfernung übertragen vird. Als Lichtquellen sind Glühbirnen bekannt, deren Helligkeit mit dem Sprachrhythmus schwankt, oder auch Lumineszenz-Dioden. Um die Reichweite zu vergrössern, werden Optiken verwendet, die das Licht am Sender scharf bündeln und am Empfänger teleskopartig sammeln und verstärken.A large number of intercom systems are known in which, by modulating a mostly tightly bundled light beam, a Transferring information, e.g. voice, over a greater distance vird. Light bulbs are known as light sources, the brightness of which fluctuates with the rhythm of speech, or else Luminescent Diodes. In order to increase the range, optics are used that focus the light sharply on the transmitter and on the Collect and amplify receivers telescopically.

Aufgabetask

Beim vorliegenden Fall besteht die Aufgabe, eine Information, z.B. den Ton eines Fernsehgerätes oder auch eines Rundfunkgerätes mittels eines modulierten Lichtstrahles, vorzugsweise eines Infrarot-Lichtstrahles, nicht scharf gebündelt über eine grosse Entfernung, sondern breitgestrahlt über eine kurze Entfernung, z.B. innerhalb der Wände eines Zimmers, auf mit Lichtempfängern versehene Kopfhörer zu übertragen derart, daß nur die Träger dieser Kopfhörer die Information wahrnehmen, während die übrigen im Raum befindlichen Personen den Ton nicht hören können.In the case at hand, the task is to provide information E.g. the sound of a television set or a radio set by means of a modulated light beam, preferably of an infrared light beam, not sharply bundled over a long distance, but wide beam over a short distance, e.g. within the walls of a room, with To transmit headphones equipped with light receivers in such a way that only the wearers of these headphones perceive the information, while the rest of the people in the room cannot hear the sound.

Durch den Fortfall der Bündelung tritt eine breite Streuung des mit Informationsgehalt versehenen Lichtes ein. Da am Lichtempfänger des mit der Information zu speisenden Kopfhörers ebenfalls eine sehr breitgefächerte Erapfangs-Charakteristik vorhanden sein muß, 3teht am Lichtempfänger nur ein winziger Bruchteil der vom Sender abgestrahlten Lichtenergie zur Verfügung. Die nach dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen reichen nicht aus, um einen rauschfreien Empfang zu gewährleisten. Es müssen besondere Mittel ergriffen werden, die vom System her eine genügend stör- und verzerrungsarme Übertragung sicherstellen. Die AufgabeThe omission of the bundling results in a broad scattering of the light provided with information content. Because on the light receiver The headphones to be fed with the information also have a very wide range of detection characteristics only a tiny fraction of the light energy emitted by the transmitter is available at the light receiver. The after Measures known from the prior art are insufficient to ensure noise-free reception. It must be special Means are taken that ensure a sufficiently low-interference and low-distortion transmission from the system. The task

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wird mit den in den Ansprüchen 1 bis 6 gekennzeichneten Mitteln gelöst.is characterized with in claims 1 to 6 Funds resolved.

Vorteileadvantages

Die Vorteile liegen nicht nur im Fortfall des sonst für den Kopfhörer erforderlichen Kabels, wodurch der Hörer nicht mehr in seiner Bewegungsfreiheit behindert wird, sondern vor allem im Rahmen des Umweltschutzes, da unter Anwendung vorliegender Erfindung ein viel grösserer Teil von Hörern von Kopfhörern Gebrauch macht als bishertThe advantages are not only in the omission of the cable otherwise required for the headphones, which means the listener is no longer hindered in its freedom of movement, but above all in the context of environmental protection, since under application According to the present invention, a much larger proportion of listeners use headphones than before

Die Eltern von Kleinkindern, deren Schlaf nicht gestört v/erden soll, verschiedene Familienmitglieder, die ver schiedene Programme abhören wollen, xsw.The parents of small children whose sleep should not be disturbed, various family members who ver want to listen to different programs, xsw.

Das verwendete übertragungsmittel (z.B. Infrarot) ist nicht sichtbar und kann auch durch Wände hindurch den Bereich des Zimmers nicht verlassen und keine Störwirkung auf benachbarte Nachrichten-Anlagen ausüben. Der Fortfall von Optiken und die Gewinnung der Trägerfrequenz mit großem Frequenzhub durch ümmischung unmittelbar aus der Ton-ZF des Fernsehempfängers macht die Anlage preiswert und einfach.The means of transmission used (e.g. infrared) is not Visible and cannot leave the area of the room even through walls and has no disruptive effect on neighboring ones Exercise message attachments. The elimination of optics and the generation of the carrier frequency with a large frequency deviation By mixing directly from the audio IF of the television receiver, the system is inexpensive and simple.

Die Anwendung von Frequenzmodulation erlaubt die Aussteuerung der elektrisch-optischen Wandler mit Rechteck-Spannungen, wodurch ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird. Die relativ* niedrige Frequenz des Trägers und seiner Seitenbänder erlaubt die Anwendung großflächiger Foto-Dioden mit relativ hoher Stromausbeute. Ihre hohe Kapazität dient dabei gMchzeitig als Siebmittel gegen höhere Frequenzen, z.B. die Harmonische des Trägers und dessen Seitenbänder. Es erübrigen sich besondere Siebmittel zum Abschneiden der nicht zum Empfangskanal gehörenden höheren Frequenzen. The use of frequency modulation allows the modulation the electrical-optical converter with square-wave voltages, whereby an optimal efficiency is achieved. The relative * low frequency of the carrier and its sidebands allows the use of large-area photo diodes with relatively high Current efficiency. Their high capacity also serves as a screening medium against higher frequencies, e.g. the harmonics of the wearer and its side ligaments. There is no need for special screening means for cutting off the higher frequencies that do not belong to the receiving channel.

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Durch den großen Frequenz-Hub wird Kauschen weitgehend vermieden. Einflüsse von Stör-Lichtquellen, z.B. Raumbeleuchtung, werden durch einen einfachen und preiswerten Bandpass im Empfänger eliminiert, dessen Grenz-Frequenz am oberen Ende des Harmonischen-Spektrtims der Stör-Lichtquellen und dem unteren Ende des Seitenband-Spektrums des frequenzmödulierten Trägers liegt. Das FrequenzSpektrum des Lichtes, das vom Fernsehbildschirm ausgeht, enthält nur minimale Infrarot-Anteile, so das hierdurch In der Praxis keine Störungen auftreten.Due to the large frequency deviation, thimbles are largely avoided. Influences of interfering light sources, e.g. room lighting, are eliminated by a simple and inexpensive bandpass in the receiver, the cutoff frequency at the upper end the harmonic spectrum of the interference light sources and the the lower end of the sideband spectrum of the frequency modulated carrier. The frequency spectrum of the light coming from the television screen goes out, contains only minimal infrared components, so that in practice no interference occurs.

Erläuterung der ErfindungExplanation of the invention

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert* The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment *

Abb. 1 zeigt die Einrichtung angewendet bei einem Fernsehempfänger und Abb. 2 zeigt ein Frequenz-Schema.Fig. 1 shows the device applied to a television receiver and Fig. 2 shows a frequency scheme.

Der in Abb. 1 gezeigte Fernsehempfänger I mit seinem Bildschirm trägt an seiner Vorderfront einen elektrisch-optischen Wandler 3, der in einem breiten Winkel oC Infrarot-Licht In den Raum 4 vor dem Fernsehgerät 1 strahlt. Der Kopf des Zuschauers 5 trägt einen Kopfhörer 6, an dent ein Lichtempfanger 7 angebracht ist, der einen optisch-elektrischen Wandler enthält, der ebenfalls eine breitgefächerte (Winkel β } Empfangs-Charakteristik hat und damit aus dem Raum 4 die dort vorhandene Licht-Informationen aufnehmen kann.The television receiver I shown in Fig. 1 with its screen carries an electrical-optical converter 3 on its front, which radiates infrared light into the room 4 in front of the television set 1 at a wide angle oC. The head of the viewer 5 wears headphones 6 to which a light receiver 7 is attached, which contains an opto-electrical converter, which also has a wide (angle β } reception characteristic and thus the light information available there from the room 4 can accommodate.

Im freien Raum kann der Zuschauer 5 immer dann den Ton des Fernsehgerätes 1 noch hören, wenn sich innerhalb der Begrenzungen des Winkels (Ju und des Winkels β eine gerade Verbindungslinie zwischen dem elektrisch-optischen Wandler des Fernsehgerätes und dem optisch-elektrischen Wandler des Lichtempfängers herstellen läßt.In free space, the viewer 5 can still hear the sound of the television set 1 if a straight connection line is established between the electrical-optical converter of the television set and the optical-electrical converter of the light receiver within the limits of the angle (Ju and the angle β leaves.

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In einem geschlossenen flaum werden Jedoch die Lichtwellen an vielen Gegenständen und an den iZimusexwäiiden reflektiert, so daß sich die Grexzen der Winkel **- und /S verwischen» 13er gesamte Raum des Zimmers 1st mit modulierten Iiichtwelleii erfüllt, In der Praxis besteht eine völlige Bewegungsfreiheit für üen Zuschauer 5. Er kann anhand der getroffenen und noch zu erläuternden elektrischen Maßnahmen überall ungehindert und ohne Störungen den Fernseh-Ton. hören»In a closed fluff, however, the light waves are reflected on many objects and on the edges, so that the limits of the angles ** - and / S are blurred. The entire space of the room is filled with modulated light waves. In practice there is complete freedom of movement for the viewer 5. With the help of the electrical measures that have been taken and are still to be explained, the television sound can be heard anywhere unhindered and without interference. hear"

Die besonderen elektrischen Maßnafacaen sind nan folgendes Abb» 2 zeigt das Frequenz—Schema. Auf einer Frequenz-Achse sind die verschiedenen StSr- und ifbertraguxigs-Frequenzen eingezeichnet» Am unteren Ende der Frequenz—Achse, bei loo Hz, liegen die stärksten Störungen_r verursacht durch Baum-Beleuchtung. Diese Störungen haben Harmonische» die sich iaa besonderen bei Leuchtstofflampen zwstv absenkend, jedoch relativ weit zu höheren Frequenzen erstrecken. Aber Auch Glühlampen verursachen bei höheren Harmonischen von loo Hz noch Störungen, da ihr Licht stark Infrarot-haltig ist. Diese Störungen werden im Empfänger in bekannter Weise durch den Sperrbereich eines Bandpasses abgeschnitten.. .The special electrical measures are shown in the following Fig. 2 shows the frequency scheme. On a frequency axis, the various StSr- and ifbertraguxigs frequencies are "located at the lower end of the frequency axis in loo Hz, maximum disturbance are _r caused by tree lighting. These disturbances have harmonic "which iaa special fluorescent lamps zwstv absenkend, but relatively far extend to higher frequencies. But even incandescent lamps cause disturbances at higher harmonics of 100 Hz, since their light contains a lot of infrared. These interferences are cut off in the receiver in a known manner by the blocking range of a band pass.

Bei etwa loo kHz liegt der Träger f„. Dieser Träger ist eine Rechteckspannung, die die elektrisch-optischen Wandler ira Sender 3 (Abb. 1) voll ein- bzw» ausschaltet. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Anordnung maxiiaiert» Der Träger wird frequenzmoduliert mit einem Hub von etwa * SO kHz, entsprechend dem Hub des Fernseh-Tonsenders» Dies bedeutet, dafi durch Um-Mischen (Oszillator 5,4 MHz) der Tonzwischenfrequenz eines Fernsehgerätes dieser frequenzmodulierte Träger fj mit dem richtigen Frequenz-Hub in einfachster Weise hergestellt werden kann. Zur Gewinnung einer Rechteckspannung wird nach dem ümmischen der Träger f_T in bekannter Weise begrenzt»The carrier f “lies at about 100 kHz. This carrier is a square wave voltage that fully switches the electrical-optical converter in the transmitter 3 (Fig. 1) on or off. This maximizes the efficiency of the arrangement. »The carrier is frequency-modulated with a stroke of about * 50 kHz, corresponding to the stroke of the television sound transmitter Carrier fj can be produced in the simplest way with the correct frequency swing. In order to obtain a square-wave voltage, the carrier f _{T is} limited in a known manner after mixing.

Der Träger fy, läfit sich aber auch aus der Niderfrequenz eines eine Ton-Information abgehenden Nachrichtenmittels dadurch herstellen, daß ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) an denThe carrier fy, however, can also be produced from the low frequency of an outgoing audio message by connecting a voltage-controlled oscillator (VCO) to the

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niederfrequenten Ausgang des Nachrichtenmittels angeschlossen wird*low-frequency output of the communication medium is connected *

Die obere Frequenzbandgrenze für die Frequenz-Modulation des Trägers ist dadurch gegeben, daß eine zwecks höherer Lichtausbeute großflächigere Foto-Diode als optisch-elektrischer Wandler eine große Eigenkapazität besitzt, die die hochfrequenten Schwingungen kapazitiv kurzschließt. So besitzt z^B. eine mit gutem Erfolg feerwendete Foto-Diode mit ca. 2o qmm Oberfläche eine Kapazität von etwa loo pF je nach angelegter Vorspannung. Dies bedeutet in der Praxis, daß die Umwandlung einer Lichtschwingung 100 * 50 kHz noch ohne wesentliche Verluste stattfindet, während die durch dia Rechteckspannung verursachte 3. Harmonische (300 kHz * _15o ^₁J₂) und weitere Harmonische schon soweit geschwächt werden, daß Überschneidungen der Seitenbänder der Harmonischen untereinander zu keinen hörbaren Störungen mehr führen. Die Anwendung einer so bemessenen Foto-Diode hat den Vorteil, daß der genormte Frequenz-Hub der Fernseh-Ton-Sendung benutzt werden kann. Eine noch großflächigere Foto-Diode würde zwar grössere Lichtausbeute bringen. Ihre obere Frequenzgrenze läge aber so tief, daß mit einem geringeren Hub gearbeitet werdenmmüßte, zu dessen Erzeugung wiederum aufwendige Mittel notwendig wären.The upper frequency band limit for the frequency modulation of the carrier is given by the fact that a photo diode with a larger surface area than an optical-electrical converter has a large inherent capacitance, which capacitively short-circuits the high-frequency oscillations. For example, a photo diode that has been used with good success and has a surface area of approx. In practice, this means that the conversion of a light oscillation 100 * 50 kHz still takes place without significant losses, while the 3rd harmonic (300 kHz * ₁₅₀ ^ ₁ J ₂ ) caused by the square wave voltage and other harmonics are weakened to such an extent that they overlap of the sidebands of the harmonics no longer lead to any audible interference. The use of a photo diode of such dimensions has the advantage that the standardized frequency range of the television sound broadcast can be used. An even larger photo diode would bring greater light output. Their upper frequency limit would, however, be so low that one would have to work with a smaller stroke, which in turn would require expensive means to generate it.

Zur Erhöhung der ausgestrahlten Lichtleistung werden in Weiterbildung der Erfindung mehrere Lurainiszenz-Dioden in Reihe geschaltet. Dadurch ergibt sich eine bessere Anpassung an die Ausgangs-Impedanz eines mit Transistoren bestückten LeistungsVerstärkers.To increase the emitted light output are in training the invention several lurainiscence diodes connected in series. This results in a better adaptation to the output impedance a power amplifier equipped with transistors.

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Claims (5)

PatentansprücheClaims 1. Einrichtung zur übertragung einer Information über einen breitgefächerten Lichtstrahl, der von einem Lichtempfänger geringer Richtungsempfindlichkeit empfangen wird, daa durch gekennzeichnet, daß als optischelektrischer Wandler im Empfänger eine großflächige Foto-Diode ohne bündelnde Optik verwendet wird, daß der breitgefächerte Lichtstrahl mit einer Träger-Frequenz moduliert wird, die ihrerseits mit einem sehr großen Hub mit der zu übertragenen Information frequenzmoduliert wird, daß die Trägerfrequenz so niedrig liegt, daß bei maximalem Hub das untere Seitenbandspektrum der Trägerfrequenz die niederfrequenten Frequenzbänder von Störlichtquellen noch nicht wesentlich überschneidet und daß im Empfänger diese niederfrequenten Frequenzbänder von Störlichtquellen durch Siebmittel unterdrückt werden.1. Device for the transmission of information via a broad beam of light that is received by a light receiver of low directional sensitivity, characterized in that a large-area photo diode is used as an opto-electrical converter in the receiver without focusing optics, that the broad beam of light with a carrier Frequency is modulated, which in turn is frequency modulated with a very large deviation with the information to be transmitted, that the carrier frequency is so low that at maximum deviation the lower sideband spectrum of the carrier frequency does not yet significantly overlap the low-frequency frequency bands of interference light sources and that in the receiver these low-frequency ones Frequency bands of interference light sources are suppressed by screening means. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i chne t, daß zum Zwecke der übertragung einer Ton-Information die Trägerfrequenz bei etwa loo kHz und der größte Frequenzhub etwa £ 50 kHz beträgt.2. Device according to claim 1, characterized in that e i chne t for the purpose of transmitting sound information the carrier frequency is around 100 kHz and the largest frequency deviation is around £ 50 kHz. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Träger zum Zwecke der übertragung eines Fernsehtones durch Ummischen aus der Tonzwischenfrequenz des Fernsehempfängers gewonnen wird.3. Device according to claim 1 and 2, characterized that the carrier for the purpose of transmitting a television sound by shuffling from the Intermediate audio frequency of the television receiver is obtained. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der frequenzmodulierte Träger durch einen Multivibrator erzeugt wird, dessen Frequenz spannungsgesteuert ist (VCO).4. Device according to claim 1 and 2, characterized that the frequency-modulated carrier is generated by a multivibrator whose frequency is voltage-controlled is (VCO). 09816/037909816/0379 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4 , -& a d-u'r c h g β k e η η ζ e lehnet *. daß der elektriscäi.'-c^tiscäie Wandler im Lichtsender mit einer Hechteekspanniang wird.5. Device according to claim 1 to 4, - & a d-u'r chg β k e η η ζ e lehnet *. that the electrical converter in the light transmitter is connected to a Hechteekspanniang. €· Einrichtung nach Anspruch 1 Ms 5 _# äaduzch g e kenn ζ e i c h η e t , daB als elektrisch-optischer Wandler im Lichtsender mehrere in Reihe geschaltete Lumineszenz-Dioden verwendet, werden»· Device according to claim 1 Ms 5 _# äaduzch ge eich η et that several luminescent diodes connected in series are used as an electrical-optical converter in the light transmitter » 509816/0279509816/0279 VJVJ LeerseiteBlank page