DE3873670T2 - Richtungsbestimmender sensor mit bestimmung des empfangsignalverhaeltnisses. - Google Patents

Description

• Die offenbarte Erfindung bezieht sich allgemein auf Systeme zur Bestimmung des Eintreffswinkels, die Strahlung von einer entfernten Quelle elektromagnetischer Energie erfassen, wobei der abgestrahlte Energiestrahl im wesentlichen kohärent und/oder parallel ist, und betrifft insbesondere Systeme zur Bestimmung des Einfallswinkels, das eine zuverlässige Bestimmung des Einfallswinkels bei Vorhandensein von atmosphärischen Szintillationen ermöglicht.
• Systeme zur Bestimmung des Einfallswinkels bzw. Eintreffwinkels werden beispielsweise in Militärfahrzeugen wie Flugzeugen oder Panzern eingesetzt, um eintreffende Strahlung zu detektieren, die von entfernten Quellen ausgeht, die eine Gefahr für das Fahrzeug sein können. In solchen Fällen ist der Zweck der Systeme die Richtung von dem Fahrzeug zu der Gefahr zu bestimmen und so den Fahrzeugführer zu warnen. Solche Systeme können zusammen mit anderen elektromagnetischen Sensorsystemen verwendet werden, die zum Bestimmen des Typs der Quelle der elektromagnetischen Strahlung von der die einfallende Strahlung ausgeht, geeignet sind. Sensoren für Laserzieldesignatoren, die in Fahrzeugen oder festen Örtlichkeiten verwendet werden, können von solchen Systemen auch profitieren.
• Ein allgemeiner Typ eines Systems zum Bestimmen des Eintreff- bzw. Einfallswinkels umfaßt eine Sensoranordnung mit einem Feld aus vielen Detektoren, die in einem Halbkreis hinter einer Apertur in der Weise angeordnet sind, daß in Abhängigkeit von dem Eintreffwinkel des einfallenden Energiestrahls unterschiedliche Detektoren des Feldes beleuchtet werden. Die Detektorausgänge werden ausgewertet und der Einfallswinkel wird im Zusammenhang mit der Position des Detektors festgelegt, der den größten Ausgang aufweist. Dieses System ist elektronisch sehr komplex und folglich teuer.
• Ein weiteres bekanntes System umfaßt einen Detektor mit zwei Detektoren die durch zwei reflektierende Oberflächen getrennt sind und so angeordnet sind, daß die relative Menge von auf jeden der Detektoren fallenden Energie mit dem Einfallswinkel des Energiestrahls variiert. Bei so einem Gerät ist das Verhältnis des Ausgangs des einen Detektors zu dem anderen in Theorie proportional zu dem Einfallswinkel. Allgemein sind zwei Sensoranordnungen oder zwei Sätze von Detektorfeldern notwendig, um den zusammengesetzten Einfallswinkel zu bestimmen. Sie können in orthogonalen Ebenen angeordnet werden, jede zur Messung einer Komponente des gesamten Winkels.
• So ein System ist im allgemeinen nicht so teuer in der Herstellung wie das zuvorbeschriebene Mehrfachdetektorsystem. Jedoch beeinträchtigt das Vorhandensein von atmosphärischen Szintillationen aufgrund der sich ändernden Brechung in der Atmosphäre (der Mechanismus der beispielsweise das Glitzern der Sterne und Luftspiegelungen verursacht) die Zuverlässigkeit der Bestimmung des Eintreffwinkels. Wenn der Energiestrahl einen atmosphärischen Weg durchläuft wie er in vielen praktischen Anwendungsfällen für solche Systeme typisch ist, erzeugen Szintillationen rasch variierende, nicht uniforme konzentrierte Energiespitzen und -täler in Segmenten des Strahls. Dieser Zustand tritt häufig auf. Es ist bekannt, daß in solchen Systemen atmosphärische Szintillationen dazu führen, daß der Strahl aus einer anderen Richtung zu kommen scheint. Dies tritt deshalb auf, da in solchen Systemen die Strahlenergie über zwei oder mehrere Detektoren verteilt ist und die Szintillationen eine Nicht-Uniformität der Energieverteilung innerhalb des Strahlmusters bewirken. Folglich sind die Ausgänge der Detektoren dem Einfallswinkel nicht zugeordnet bzw. sind nicht indikativ für den Einfallswinkel.
• Das vorstehend beschriebene verhältnisbildende System löst nicht das Problem einer zuverlässigen und eindeutigen Einfallswinkelbestimmung bei Vorhandensein von atmosphärischen Szintillationen. Eine Lösung hierzu würde ein langanhaltendes Bedürfnis bei Anwendung von Laserdetektionssystemen in Flugzeugen, in Militärfahrzeugen und anderen Fahrzeugen befriedigen. Das offenbarte verhältnisbildende System stellt eine solche Lösung bereit.
• US-A-3 084 261 offenbart ein Gerät zur Verfolgung der Sonne, bei dem zylindrische Linsen zum Projizieren von Linienbilder über Strahlteiler auf Detektorpaare verwendet werden. Jedes Detektorpaar umfaßt einen Detektor mit einer dreieckigen Sensorfläche und einen Detektor mit einer quadratischen Sensorfläche, wobei die Richtung der Sonne aus dem Verhältnis der Sonnenbildlinie auf der Dreiecksfläche zu der auf der Quadratfläche abgeleitet wird.
• Die vorliegende Erfindung versucht ein System bereitzustellen, das bei Vorhandensein von atmosphärischen Szintillationen zuverlässig die Bestimmung des Einfallswinkels ermöglicht und das nicht komplex ist.
• Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Sensoranordnung mit einer Struktur mit ersten und zweiten parallelen Seiten, wobei die Seiten eine planare Apertur definieren, die sich senkrecht zu den Seiten erstreckt. Ein planarer Strahlteiler ist zwischen den Seiten angeordnet und ein erster und ein zweiter Detektor sind so angeordnet, daß entsprechende Teile der von unterschiedlichen Regionen des Strahlteilers transmittierten und reflektierten Strahlung empfangen werden, um erste und zweite Ausgänge bzw. Ausgaben in Bezug auf die Intensität der transmittierten und reflektierten Anteile der Strahlung bereitzustellen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler ein Substrat aufweist, das variierende Anteile der einfallenden Strahlung als Funktion der Strecke entlang des Strahlteilers in einer Richtung parallel zu den Seiten der Struktur transmittiert und reflektiert; und
• daß jeder der Detektoren in einer Richtung parallel zu den Seiten der Struktur eine Breite aufweist, die im Vergleich zum Strahlteiler in der gleichen Richtung klein ist.
• Die Erfindung kann in einem System realisiert sein, das den Einfallswinkel unter Bezugnahme auf ein Verhältnis einer Differenz und einer Summe von reflektierten und transmittierten Teilen der Strahlung bestimmt, die durch einen ersten und einen zweiten Detektor detektiert werden.
• Dies ermöglicht es, daß die Effekte von Szintillationen ausgelöscht werden, da die Ausgänge der Detektoren durch die gleichen Strahlungsenergieprofile verursacht werden und dies erlaubt eine zuverlässige Bestimmung des Einfallswinkels bei Vorhandensein von sich verschiebenden Profilen aufgrund von atmosphärischen Szintillationen. So ein System weist auch den Vorteil auf, daß die Bestimmung des Einfallswinkels im wesentlichen unbeeinflußt ist von dem Winkel innerhalb des Blickfeldes mit dem die elektromagnetischen Energiestrahlen auf die Sensoren des Systems einfallen. Dies trifft sowohl für die Ebene der Bestimmung als auch jede andere Ebene zu, insbesondere wenn die Strahlen als Ergebnis von atmosphärischen Szintillationen nicht gleichmäßig verteilt sind.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung des verhältnisbildenden Systems zur Bestimmung des Einfallswinkels, die ihre Verwendung zeigt.
• Fig. 2A-2B sind Längs- und Quer-Schnittdarstellungen einer bevorzugten Ausführungsform der Sensoranordnung von Fig. 1.
• Fig. 3A ist ein Diagramm, das den Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung illustriert, die von dem Gradienten-Strahlteiler der Sensoranordnung von Fig. 1 reflektiert und transmittiert wird, als eine Funktion dessen wohin auf den Gradientenstrahlteiler das Bündel elektromagnetischer Strahlen fällt.
• Fig. 3B ist ein Diagramm zur Illustrierung des Teils der einfallenden elektromagnetischen Strahlungsenergie, die auf den ersten und den zweiten Detektor der Sensoranordnung von Fig. 1 fällt, als eine Funktion dessen wohin das einfallende Bündel elektromagnetischer Strahlung auf den Gradientenstrahlteiler fällt. Weiterhin illustriert Fig. 3B den Effekt des Abblockens von Strahlen die parallel zu oder nahe zu der optischen Achse des ersten Detektors eintreffen und die Kompensation dieses Effekts mit einem Hilfsspiegelsystem.
• Fig. 3C ist ein Diagramm, daß das Ansprechen des ersten und zweiten Detektors der Sensoranordnung von Fig. 1 zeigt.
• Fig. 4A-4B sind plane Ansichten des Gradientenstrahlteilers von Fig. 1 mit keilförmigen Bereichen und mit stufenförmigen Bereichen.
• Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm der Geometrie der Detektorbreite und des Abstands zwischen dem ersten und zweiten Detektor der Sensoranordnung von Fig. 1, und für eine praktische Anwendung, das Verhältnis dieser Geometrie zu kleinen Variationen des Einfallswinkels, die in der Bestimmungsebene erfaßt werden.
• Fig. 6A-6B sind Seiten- bzw. Rückansichten einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung des offenbarten Systems, das brechende Elemente verwendet.
• Fig. 7 ist eine schematische Darstellung unter Verwendung von zwei Sensoranordnungen, um den Einfallswinkel in auf einander senkrecht stehenden Ebenen zu messen, um dadurch den gesamten Winkel zu bestimmen.
Detaillierte Beschreibung der Offenbarung
• Fig. 1 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau eines Ansprech-Verhältnis bildenden Systems zur Bestimmung des Eintreffwinkels. Das System umfaßt eine Sensoranordnung 2 mit einer optischen Achse X-X, und das so angeordnet ist, daß dadurch der Einfallswinkel R eines von einer entfernten Quelle elektromagnetischer Energie entlang einer Achse 9 herrührenden Stahls bestimmt werden kann. In Fig. 1 wird der Eintreffwinkel R in der Ebene bestimmt, die durch die optische Achse X-X und die Achse Y-Y gebildet wird, durch die Sensoranordnung 2 mit einem ersten Detektor 10 und einem zweiten nicht dargestellten Detektor in der Y-Z Ebene.
• Bezugnahme auf "Strahl" bedeutet in der vorliegenden Offenbarung jegliche Strahlen mit elektromagnetischer Energie mit einzelnen Strahlen die im wesentlichen kohärent oder parallel zueinander sind, wenn sie das System zur Eintreffwinkelbestimmung erreichen.
• Die Sensoranordnung wird komplett in ein Bündel von Energiestrahlen getaucht, die von einer Quelle in für die Anwendung solcher Systeme typischen Entfernung ausgehen. Die Strahlen sind im wesentlichen parallel und rühren beispielsweise von einem Laser oder einer Quelle für sichtbares Licht her, die einen Querschnitt aufweisen, der sehr klein im Vergleich zu der Entfernung der Quelle von der Sensoranordnung 2 ist. Da diese Strahlen jedoch im wesentlichen parallel sind, werden nur bestimmte davon auf den Detektor treffen. Die Strahlen 8 bezeichnen Bündel von Energiestrahlen mit der ungefähren Größe und Form eines Detektors, das von einer entfernten Quelle ausgeht und schließlich auf die Detektoren in der Sensoranordnung 2 trifft.
• Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 1 sei angemerkt, daß die Erfindung insbesondere damit befaßt ist die Effekte der sich ändernden Brechung in einem atmosphärischen Pfad zwischen der entfernten Quelle und der Sensoranordnung 2, die Intensitätsverteilung eines von der entfernten Quelle ausgehenden Strahles ändert, zu überwinden. Betrachtet man einen Strahl, der von solch einer entfernten Quelle ausgeht und bei der Quelle eine stetige Gausverteilung der elektrischen Energie aufweist, wie es schematisch durch die Energieprofilkurve 5 dargestellt ist. Während der Strahl durch die Atmosphäre hindurchtritt, wird es durch die atmosphärische Brechung zub einer extrem ungleichmäßigen Energieverteilung, wie es durch Energieprofil 6 schematisch dargestellt ist. Während der Strahl weiter in Richtung auf die Sensoranlage 2 zuläuft, kann es weiter zu einer anderen Verteilung modifiziert werden, wie es schematisch mit einem Energieprofil 7 angedeutet ist. Dieser Prozeß kann andauern bis der Strahl bei der Sensoranordnung 2 eintrifft.
• Eine Untersuchung der Energieprofile 6, 7 wird zeigen, daß unterschiedliche Segmente des Strahls, üblicherweise als "Szintells" bezeichnet, sich kontinuierlich ändern, dramatisch scharfe, konzentrierte Energiespitzen und -täler verschieben sich schnell über den Strahl mit der Zeit. Es wird angenommen, daß diese schnelle Verschiebung der Szintells über die Detektorfelder in bekannten verhältnisbildenden Systemen die Zweideutigkeit und die Unzuverlässigkeit im Bestimmen des Eintreffswinkels verursacht.
• Von nachfolgender Beschreibung des offenbarten Ansprech-Verhältnis-Bildenden-Eintreffwinkel-Systems und der in Bezug genommenen Figuren wird deutlich werden, wie die vorliegende Erfindung eine direkte Bestimmung dieses Winkels aus den Detektorausgängen erlaubt und die Mehrdeutigkeit und Unzuverlässigkeit der Bestimmung des Einfallswinkels überwindet.
• Die Sensoranordnung 2 ist schematisch detaillierter in den Fig. 2A und 2B gezeigt. Der Sensor 2 umfaßt ein Gehäuse 20, das im wesentlichen eine offene rechtwinklige Schachtel mit parallelen Seiten, parallelen Enden und einem Boden ist. Ein transparentes optisches Fenster 22 ist oben auf dem Gehäuse 20 parallel zu dem Boden montiert. Ein erster Detektor 10 und ein Substrat 14 sind auf der inneren Oberfläche des transparenten optischen Fensters 22 montiert. Ein zweiter Detektor gleicher Größe und gleicher Ansprechcharakteristik auf einfallende Energie wie der erste Detektor 10 und sein Substrat 16 sind auf dem Boden des Gehäuses 20 montiert und ist parallel zu dem ersten Detektor 10 ausgerichtet. Seitenspiegel 30 und 31 sind an den inneren Seiten des Gehäuses 20 parallel zueinander montiert. Hilfsspiegel 32, 33 sind auf dem Boden des Gehäuses 20 in gleichem Abstand von dem zweiten Detektor 12 montiert. Die Hilfsspiegel 32, 33 sind auf den ersten Detektor 10 mit gleichen entgegengerichteten Winkeln ausgerichtet.
• Ein Strahlteiler 24 der eine gradierte Reflektivität und eine entsprechende Transmittivität aufweist, ist in gleichem Abstand von den Detektoren 10, 12 und parallel zu diesen angeordnet. Alle inneren Oberflächen des Gehäuses 20 mit Ausnahme der Seitenspiegel 30, 31 und der Hilfsspiegel 32, 33 sind nicht reflektierend und streuenergieabsorbierend.
• Die Dimensionierung des Gehäuses 20 ist durch den Typ und die Größe der Detektoren 10, 12 bestimmt, die wiederum von der Energiemenge abhängig ist, die das System auf sammeln soll. Ein Sensor, der ausgelegt ist den Einfallswinkel von beispielsweise einem Laserstrahl mit Strahlung im nahen Infrarot zu bestimmen, weist eine ungefähre Größe von Höhe zu Breite zu Länge von 1 : 1 : 1,5 Zoll auf. Solch ein Sensor könnte erste und zweite Siliziumdetektoren 10, 12 umfassen die jeweils ungefähr ein Zoll lang und 1/10 Zoll breit sind.
• In Fig. 2A repräsentieren die Strahlen B1, B3 und B2 Strahlenbündel die aus unterschiedlichen Richtungen auf der Sensoranordnung 2 auftreffen. B1 stellt einen Strahl dar, der in einem Winkel +R an der äußersten rechten Kante des Blickfeldes der Sensoranordnung 2 eintrifft. B2 stellt einen Strahl dar, der in einem Winkel von -R an der entgegengesetzten Kante des Blickfeldes der Sensoranordnung 2 eintrifft. B3 und B4 repräsentieren Strahlen die annähernd parallel zu der optischen Achse X-X der Sensoranordnung 2 eintreffen. Für die vorliegende Beschreibung gilt, daß Winkel im Uhrzeigersinn von der optischen Achse mit plus und diejenigen entgegen dem Uhrzeigersinn von der optischen Achse mit minus bezeichnet werden.
• Die Einzelstrahlen 11 bezeichnen die Kanten des Bündels von Energiestrahlen die in jedem Beispiel für einfallende Strahlung den ersten Detektor 10 und den zweiten Detektor 12 treffen. Strahlen außerhalb davon, treffen auf keinen Detektor und werden durch die absorbierende Beschichtung auf den Wänden des Gehäuses 20 absorbiert. Die Einzelstrahlen 11 können verwendet werden, um den Pfad der einfallenden Strahlung zu den Detektoren nachzuvollziehen.
• Es wird angenommen, daß in Fig. 2A der einfallende Strahl oder noch beschreibender "Strahlbündel" B2 ist, das an der Kante des Blickfeldes der Sensoranordnung 2 eintrifft. Es tritt durch das Fenster 22 hindurch und fällt auf den Gradientenstrahlteiler 24. Der Strahlteiler 24 ist partiell mit einem reflektierenden Material beschichtet in der Weise, daß das einfallende Strahlbündel B2 teils durch die Beschichtung reflektiert und teils durch die Beschichtung hindurchtritt. Das Strahlbündel B2 wird in eine erste Komponente aufgeteilt, die von der Oberfläche des Gradientenstrahlteilers 24 in Richtung auf den ersten Detektor reflektiert wird, und in eine zweite Komponente, die durch den Gradientenstrahlteiler 24 in Richtung auf den zweiten Detektor 12 hindurchtritt.
• Ein Strahlbündel, das in der X-Y Ebene eintrifft, fällt auf den Gradientenstrahlteiler 24 in unterschiedlichen Punkten entlang der Länge des Strahlteilers 24 in Abhängigkeit des Eintreffwinkels R. Dies ergibt sich aus einer Betrachtung der Strahlbündel B1 bis B4 in Fig. 2A. Der Strahlteiler 24 ist derart beschichtet, daß die Menge der reflektierten und transmittierten Energiestrahlen abhängig ist von dem Ort auf dem Strahlteiler 24, der durch das Strahlbündel beleuchtet wird. Der Gradientenstrahlteiler 24 ist mit einer Beschichtung versehen, die eine Reflektivität und eine komplementäre Transmittivität aufweist, die gleichförmig von einer Kante des Blickfeldes zu der anderen beispielsweise von 80% Reflektivität und 20% Transmittivität im Punkt F zu 20% Reflektivität und 80% Transmittivität im Punkt G variiert. Die Punkte F und G sind Punkte in der Schnittdarstellung, in der die Strahlen bei der Blickfeldkante den Gradientenstrahlteiler treffen. Es ist der Gradient in Reflektivität und Transmittivität des Strahlteilers 24, der die Korrelation des Verhältnisses des Ansprechens des ersten Detektors 10 zu dem Ansprechen des zweiten Detektors 12 mit dem Einfallswinkel erlaubt.
• Falls in Fig. 2A die Einzelstrahlen 11 eines mit einem Winkel zwischen +R und -R einfallenden Strahlbündels wie B1, B2 oder B4 auf den ersten Detektor 10 und dem zweiten Detektor 12 fallen, ist leicht daraus zu ersehen, daß der erste Detektor 10 auf die erste Strahlungskomponente, die aus dem Bündel von Strahlen durch Reflexion von dem Gradientenstrahlteiler 24 abgeteilt wird, ansprechen wird. Der zweite Detektor 12 wird auf die zweite Strahlungskomponente ansprechen, die von den Einzelstrahlen 11 mittels Transmission durch den Gradientenstrahlteiler 24 abgeteilt wird. Für bestimmte Strahlbündel die parallel oder nahezu parallel zu der optischen Achse X-X eintreffen und die daher durch das erste Detektorsubstrat 14 abgeblockt oder teilweise abgeblockt werden, ist ein anderer Pfad zu den Detektoren 10, 12 vorgesehen, der kurz diskutiert wird.
• Fig. 2A zeigt die Einzelstrahlen die parallel zu der X-Y Ebene eintreffen, worin die Sensoranordnung 2 den Einfallswinkel festlegt. Am wahrscheinlichsten ist es jedoch, daß der einfallende Strahl nicht parallel zu der X-Y Ebene liegt. Er kann eine Komponente haben die in der X-Z Ebene liegt. Fig. 2B zeigt wie eine solche Komponente von den Seitenspiegeln 30, 31 reflektiert wird.
• Typische Einzelstrahlen der X-Z Ebene eines einfallenden Strahls sind in Fig. 2B durch die Einzelstrahlen E repräsentiert. Die Einzelstrahlen E werden von dem Seitenspiegel 30 zu dem Strahlteiler 24 reflektiert und laufen dann, wie vorstehend beschrieben, zu den Detektoren 10, 12. Die Einzelstrahlen E in in Fig. 2B sind aus einer Richtung von über der Detektoranordnung 2 ankommend gezeigt und werden durch den Seitenspiegel 30 reflektiert. Einzelstrahlen die von unterhalb der Sensoranordnung 2 ankommen, werden durch den Seitenspiegel 31 in ähnlicher Weise reflektiert.
• Die Reflexion von den Seitenspiegeln 30, 31 ändert nicht die Position des einfallenden Strahls entlang der Länge des Strahlteilers 24. Daher ist die durch Reflexion und Transmission durch den Strahlteiler aufgeteilte Energie indikativ für den Einfallswinkel, sowohl im Falle des Eintreffens außerhalb der Ebene als auch im Falle des Eintreffens in der Ebene.
• Bekannte Gradientenstrahlteilern umfassen eine Schicht partiell reflektierenden Materials, üblicherweise eines dünnen Metallfilms, der auf Glas oder einem anderen transparenten optischen Substrat aufgebracht ist. Die reflektierende Schicht ist mit einer geringerwerdenden Dicke entlang der Länge des Strahlteilers 24 aufgebracht. Die Größe der Reflexion und der komplementären Transmission des Strahlteilers 24 hängt von der Dicke der aufgebrachten Schicht ab. Durch Verjüngen bzw. durch Verringern der Dicke der auf gebrachten Schicht entlang der Länge des Strahlteilers 24 verändert sich das Verhältnis zwischen Reflektivität und Transmittivität des Strahlteilers 24 entlang seiner Länge.
• Fig. 3A zeigt wie die Reflektivität und Transmittivität des Strahlteilers 24 entlang seiner Länge variiert, wenn eine gleichmäßig sich verringernde Dicke der partiell reflektierenden Schicht verwendet wird.
• Es sei angemerkt, daß sich aus der Geometrie der Sensoranordnung 2 ergibt, daß die relative Position eines auf den Strahlteiler 24 einfallenden Strahlbündels mit dem Tangens des Einfallswinkels, Tan R, gleichgesetzt werden kann. Der Winkel R in Punkt F in dem Diagramm ist +45º und in Punkt G -45º Tan R ist in diesen Punkten +1 bzw. -1. Das gesamte Blickfeld wird durch 90º repräsentiert.
• Außerhalb des Gebiets zwischen dem Punkten F und G ist der Strahlteiler 24 bezüglich einfallender Strahlung transparent. Außer für die Strahlung, für die ein alternativer Pfad zu den Detektoren 10, 12 mittels den Hilfsspiegeln 32, 33 unter den nachfolgend beschriebenen Umständen bereitgestellt ist, wird jede andere Strahlung durch den Strahlteiler 24 hindurchtreten und durch die absorbierende Beschichtung an den Wänden der Sensoranordnung 2 absorbiert.
• Aus Fig. 2A ist zu ersehen, daß die aktiven Bereiche des ersten Detektors 10 und des zweiten Detektors 12 durch das Substrat 14 des ersten Detektors 10 abgeblockt werden je mehr der einfallende Strahl sich einer Position annähert, die nahezu parallel zu der optischen Achse X-X ist, wie dies z. B. bei Strahl B4 der Fall ist. Die Ansprache der Detektoren 10, 12 auf die einfallende Energie fängt an abzunehmen, bis das Ansprechen des ersten und zweiten Detektors Null wird, wenn der Strahl direkt parallel zu der optischen Achse X-X ist. Der Winkelbereich in dem dieses Abblocken auftritt hängt von der Detektorbreite und dem Abstand zwischen den Detektoren ab. Der Anteil der ausgestrahlten Energie, die auf den ersten Detektor 10 und den zweiten Detektor 12 fällt, als Funktion der relativen Position des Strahlenbündels auf dem Strahlteiler 24 ist in Fig. 3B gezeigt.
• Fig. 3B zeigt, daß in dem Fall der dargestellten Sensoranordnung das Aufnehmen von einfallender Energie, die entweder den ersten oder den zweiten Detektor 10, 12 erreichen, zwischen den relativen Positionen auf dem Strahlteiler von plus und minus 0,2 (was einem Einfallswinkel von plus und minus 11, 30 entspricht) rasch abnimmt. Der scharfe Energieabfall in diesem Bereich wird durch das Abblocken des einfallenden Strahlbündels durch das erste Substrat 14 bewirkt. Die die Detektoren 10, 12 erreichende Energie wird zu Null bei einer relativen Nullposition, die auf der optischen Achse X-X liegt. Um das Abblocken des Strahls in dem diskutierten Winkelbereich zu kompensieren, sind die Hilfsspiegel 32, 33 so plaziert, daß sie andere ungestörte Anteile des einfallenden Energiestrahls aufnehmen und sie auf den Strahlteiler reflektieren. Daher läuft mit Winkeln nahe der optischen Achse x-x eintreffende Strahlung auf einem alternativen Pfad zu dem ersten und zweiten Detektor 10, 12.
• Die Fig. 2A und 3B helfen die nachfolgende Erläuterung der Arbeitsweise der Hilfsspiegel zu verstehen. In Fig. 2A sind der rechte Hilfsspiegel 32 und der linke Hilfsspiegel 33 hinter einem volltransparenten Bereich des Substrats des Strahlteiler 24 angeordnet. Die Hilfsspiegel 32 und 33 sind auf dem Boden des Gehäuses 20 montiert und auf jeder Seite mit gleichem Abstand von dem zweiten Detektor 12 in Richtung auf die Wände des Gehäuses positioniert.
• Man betrachte das Strahlbündel B4, das annähernd parallel zu der optischen Achse X-X eintrifft. Gerade wenn ein Einzelstrahl 11 des Strahlbündels B4 durch das Substrat 14 abgeblockt zu werden beginnt, beginnt ein Einzelstrahl 11 des Strahlbündels B3, das parallel zu B4 ist und das den Hilfsspiegel 32 trifft, auf den Strahlteiler 24 reflektiert zu werden. Wenn der einfallende Strahl immer mehr parallel zu der optischen Achse X-X wird, werden mehr und mehr Einzelstrahlen durch den Hilfsspiegel 32 zu dem Strahlteiler 24 reflektiert und dann auf die Detektoren 10, 12 mittels Transmission und Reflexion von dem Strahlteiler 24 weitergeführt. Wenn schließlich der Strahl parallel zu der X-X Achse ist, erreichen alle Einzelstrahlen 11 des Strahlbündels B3 die Detektoren 10, 12 durch Reflexion von dem Hilfsspiegel 32. Es ist leicht zu ersehen, daß Reflexionen von dem linken Hilfsspiegel 33 sich in gleicher Weise verhalten wie von dem Spiegel 32, lediglich spiegelbildlich hierzu, da der Spiegel 33 äquidistant zu und auf der anderen Seite des zweiten Detektors 12 bezüglich des rechten Hilfsspiegels 32 angeordnet ist.
• Man betrachte die von dem Hilfsspiegel 33 reflektierte Energie. Es ist ersichtlich, daß die Strahlung zu dem ersten Detektor 10 mittels Transmission durch den Strahlteiler 24 und dem zweiten Detektor 12 mittels Reflexion von der Unterseite des Strahlteiler 24 weitergeführt wird. Die Transmission und Reflexion von der Unterseite des Strahlteilers 24 ist identisch zu der von der Oberseite. Die Aufteilung der Strahlungskomponenten ist daher in gleicher Weise gegeben wie bei dem Fall von einfallenden Strahlen von oben auf den Strahlteiler. Doch ist der Anteil von einfallender Strahlung, die auf dem ersten Detektor 10 und dem zweiten Detektor 12 reflektiert von dem Hilfsspiegel 33 eintrifft, umgekehrt zu dem Fall bei dem ein einfallender Strahl auf die Oberseite des Strahlteilers fallen würde, mit Ausnahme des Abblockens durch das Substrat 14.
• Die Hilfsspiegel 32, 33 sind bezüglich der optischen Achse X-X symmetrisch angeordnet. Da die Wirkung des Hilfsspiegels 33 die gleiche ist wie des Hilfsspiegels 32, aber spiegelverkehrt, fällt das einfallende von dem Hilfsspiegel 33 reflektierte Strahlbündel auf einen Teil des Strahlteilers 24, der ein Verhältnis zwischen Reflektivität und Transmittivität aufweist, das exakt komplementär zu dem Ort auf dem Strahlteiler ist, wo das von dem Hilfsspiegel 32 reflektierte Strahlbündel auftrifft. Folglich ist die Summe der durch Reflexion von den Hilfsspiegeln 32, 33 den ersten Detektor 10 und den zweiten Detektor 12 erreichenden Strahlung der Mittelwert der Strahlung, die durch komplementäre Reflektivität und Transmittivität des Strahlteilers 24 empfangen wird. Diese Mittelwertstrahlung ist die gleiche, wie jene, die empfangen werden würde von Strahlen, die nahe dem Zentrum des Strahlteilers reflektiert und transmittiert werden, und dem gleichen Einfallswinkel entsprechen, mit Ausnahme von dem Abblocken durch das Substrat 14. Daher ist die die Detektoren 10, 12 erreichende Strahlung indikativ für den Einfallswinkel, als ob die einfallenden Strahlen die Detektoren 10, 12 mittels Reflexion und Transmission von dem zentralen Bereich des Strahlteilers 24 erreicht hätten.
• Aus der vorstehenden Diskussion ergibt sich, daß der Sinn der Kodierung durch den Strahlteiler 24 durch die Arbeitsweise der Hilfsspiegel erhalten bleibt. Dies ist ersichtlich, falls die Einzelstrahlen 11 des Strahls B3 zu den Detektoren 10, 12 verfolgt werden. Falls der Strahl B3 sich in einer positiven Richtung (nach rechts in Fig. 2) bewegt, bewegen sich Einzelstrahlen 11 in negativer Richtung (nach links in Fig. 2A). Die Reflexion von der Unterseite des Strahlteilers 24 nimmt daher ab und Transmissionen durch den Strahlteiler 24 nimmt zu. Folglich nimmt die auf den zweiten Detektor 12 einfallende Energie ab und die auf den ersten Detektor 10 einfallende Energie nimmt zu. Dies ist natürlich die gleiche Kodierungsweise, als ob der Strahl von der Oberseite des Strahlteilers 24 empfangen werden würde.
• Die Funktionsweise der Hilfsspiegel kann durch Betrachtung der Fig. 2A in Verbindung mit den Fig. 3A-3C weiter verdeutlicht werden. Im Vergleich zu Fig. 3A, die die Energie illustriert, welche von dem Strahlteiler 24 transmittiert und reflektiert wird, zeigt Fig. 3B, daß eine Menge Strahlungsenergie an dem ersten Detektor 10 und dem zweiten Detektor 12 verlorengeht, wenn ein einfallender Strahl partiell oder voll durch das erste Detektorsubstrat 14 abgeblockt wird. In Fig. 3B illustriert die gestrichelte Linie auch den Anteil der einfallenden Energie, die von einem Hilfsspiegel 32 zu dem Strahlteiler 24 reflektiert wird. Wenn die beiden Hilfsspiegeln 32, 33 reflektierte Energie, die dem doppelten der Energie von einem Spiegel 32 entspricht, summiert wird und dann auf die Detektoren 10, 12 entsprechend der Wirkung des Gradientenstrahlteilers 24 aufgeteilt wird, ist das Ansprechen der Detektoren 10, 12 als Funktion auf den Einfallswinkel des Strahls das gleiche, als währe keine Blockade durch das Substrat 12 vorhanden.
• Fig. 3C illustriert das Ansprechen der Detektoren 10, 12 für jegliche einfallende Strahlung nach Kompensation durch die Wirkung der Hilfsspiegel 32, 33 in Kombination mit dem Strahlteiler 24. Das Ansprechen des ersten Detektors 10 zeigt die Kurve A und Kurve B bezieht sich auf den zweiten Detektor 12. Die Kurven sind analog zu der Variation der Reflektivität bzw. Transmittivität des Strahlteilers 24 zu sehen, wie sie in Fig. 3A dargestellt ist, und sind indikativ für den Einfallswinkel. Die Kurven A, B variieren linear als Funktion der Tangente des Einfallswinkels, Tan R. Das Verhältnis der Differenz zu der Summe des Ansprechens des ersten Detektors 10 und des zweiten Detektors 12 ist also eine lineare Funktion mit Tan R.
• R = Tan¹ K (A-B/A+B) (Gleichung 1)
• Das Ergebnis dieser Verhältnisbildung ist daher indikativ für den Einfallswinkel R. Dieses Verhältnis kann elektronisch mittels konventioneller und bekannter Signalverarbeitungseinrichtungen bestimmt werden.
• Der in Fig. 2A dargestellte Strahlteiler 24 ist im Handel erhältlich. Der reflektierende Film auf der Oberfläche des Strahlteilers 24 ist in sich verringernder Dicke entlang der Dimension aufgebracht, die sich im rechten Winkel zu der Länge des Detektors erstreckt. In solchen Strahlteilern ist der auf getragene Gradient zwischen zwei Substraten gleicher Dicke eingeschlossen, eines als mechanischer Träger und das andere um die notwendige optische Symmetrie bereitzustellen. Die Größe der Reflektivität und der komplementären Transmittivität eines Strahlteilers hängt im Prinzip von der Dicke des Films ab. Jedoch wird in solchen Filmen die Transmittivität sowohl durch Absorption als auch Reflektivität in dem Film beeinflußt. Die Absorption ist ein Effizienzverlust der nicht gewünscht ist.
• In den Fig. 4A-4B sind ebene Ansichten von zwei alternativen Ausführungsformen des Gradientenstrahlteilers 24 dargestellt. Die offenbarten Ausführungsformen könne als Keilzonen- bzw. Treppenzonen-Filmschichten bezeichnet werden.
• Die beschichteten streifenförmigen Zonen sind voll reflektierend und die unbeschichteten Zonen 42 des Substrats sind voll transparent. Dies eleminiert die Absorption des Films als einen Faktor bei der Transmission der Strahlenergie. Im allgemeinen lassen sich diese Ausführungsformen leichter herstellen als Strahlteiler mit einer sich verringernden Filmdicke.
• Die Beschichtung 40 ist ein Beispiel für ein sich wiederholendes Muster, das über die Breite H des Strahlteilers wiederholt wird. Die Abmessung H liegt parallel zu der Länge des ersten Detektors 10 und des zweiten Detektors 12 und hängt von der Größe der Detektoren ab, die benötigt wird um die gewünschte Menge an Energie aufzufangen. Die Abmessung L steht senkrecht auf der Länge des ersten und zweiten Detektors 10, 12 und kann in Abhängigkeit von dem gewünschten Blickfeld der Sensoranordnung gewählt werden.
• In Fig. 4B kann die Breite W jedes der linienförmigen Elemente der Stufenbereich-Beschichtung 0,001 Zoll sein. Die maximale Breite kombinierter Elemente kann 0,005 Zoll sein. Dies löscht im wesentlichen die Effekte von ungleichförmigen Szintells, die größer sind als 0,005 Zoll, in durch atmosphärische Szintillationen gestörten Strahlen aus, wie es in den vorstehenden Absätzen beschrieben ist. Beschichtungselemente mit 0,001 Zoll sind mit Herstellungstechniken für leichte Wiederholbarkeit vereinbar. Die Abmessung 1 in der stufenweisen Richtung der Beschichtungselemente ist so gewählt, daß sie die gleiche ist wie die Breite der Detektoren 10, 12.
• In der offenbarten Erfindung werden die Effekte von atmosphärischen Szintillationen substantiell reduziert, weil sowohl der erste Detektor 10 als auch der zweite Detektor 12 gleichmäßig durch Änderungen in den durch Szintillationen erzeugten Profilen der einfallenden Strahlung beeinflußt werden. Die folgenden Absätze und die Fig. 4A-B und 5 sollen zu einem Verständnis dessen führen, wie dies erreicht wird.
• Entlang der Abmessung H des Gradientenstrahlteilers 24 wird das einfallende Strahlbündel durch einen konstanten Faktor sowohl für die Reflexion als auch für die Transmission aufgeteilt. Im Falle des Treppenbereichs- oder Keilbereichs- Strahlteiler werden alle Cluster von Einzelstrahlen in dem Strahlbündel, die größer sind als der breiteste Bereich der undurchsichtigen Streifen 40 (oder der transparenten Streifen 42) durch diese Konstante aufgeteilt. Für den Fall, daß atmosphärische Szintillationen dafür sorgen, daß die Einzelstrahlen sich in solch kleine Cluster "gruppieren", bleibt der konstante Faktor für die Energieaufteilung im wesentlichen erhalten. Die Einzelstrahlen, die die Detektoren 10, 12 treffen, weisen weiterhin das Verhältnis auf, das durch die durchschnittliche Reflexion und komplementäre Transmission des Bereichs auf dem Strahlteiler 24 bestimmt wird, auf den das Strahlbündel fällt.
• Der erste und zweite Detektor 10, 12 sprechen auf den Durchschnitt der Energiestrahlen an, die jeweils über ihre Länge auftreffen. Wenn daher für in der Praxis auftretende Strahlgrößen die Antwort des ersten und des zweiten Detektors 10, 12 auf summiert und das Verhältnis gemäß Gleichung 1 gebildet wird, wird Tan R nicht durch die sich verschiebende Energieverteilung über die Breite des Strahlteilers 24 beeinflußt. Der Eintreffwinkel kann daher unzweideutig bestimmt werden.
• Es sei daran erinnert, daß gemäß der früheren Diskussion die Variation der Energieverteilung in der Meßebene oder in jeder anderen Ebene auftreten kann. Falls Variationen der Energieverteilung in der Meßebene auftreten, werden diese Variationen entlang der Abmessung L des Strahlteilers 24 nach Fig. 4A-B auftreten. Ein kleiner Effekt für die Bestimmung des Eintreffswinkels ergibt sich aus der endlichen Größe des Strahlbündels in dieser Abmessung. Während, wie bereits erläutert, die optischen Eigenschaften des Strahlteilers 24 entlang der Abmessung H gleichförmig sind, variieren diese Eigenschaften natürlich entlang der Abmessung L des Strahlteilers 24. Diese Variationen zusammen mit der Tatsache, daß das interessierende Strahlbündel eine Breite aufweist, die gleich der Breite der Detektoren 10, 12 ist, können eine geringe Variation des bestimmten Winkels erzeugen, falls die Energiestrahlen in dieser Richtung zu dem einen oder anderen Rand des Strahlbündels konzentriert sind. Die Variationen des bestimmten Winkels hängen von der Detektorbreite und dem Detektorabstand ab.
• Fig. 5 illustriert schematisch die Detektorbreite W und den Abstand S zwischen dem ersten Detektor 10, dem zweiten Detektor 12 und dem Strahlteiler 24. Einfallende Energieeinzelstrahlen 11 sind auf den Strahlteiler 24 in Punkten P, P' und P'' innerhalb des Blickfeldes einfallend gezeigt. Die Reflektivität und Transmittivität des Strahlteilers entlang der Abmessung L variiert gleichmäßig aber mit komplementären Werten. In dieser Richtung wird das auf jeden der Detektoren 10, 12 einfallende Energiestrahlbündel 11 über die Detektorbreite W integriert. Falls die Segmente des durch die Einzelstrahlen 11 repräsentierten Strahls gleichförmig sind, wird die Detektoransprache ein Mittelwert sein, der indikativ für den Einfallswinkel bezogen auf den Punkt P auf dem Strahlteiler ist. Falls die Einzelstrahlen 11 des Strahls an einer Ecke oder Kante konzentriert sind, wird in extremen Fällen die Detektoransprache indikativ für den Einfallswinkel in Bezug auf die Punkte P' oder P'' auf dem Strahlteiler sein.
• Aus der Geometrie von Fig. 5 folgt, das der maximale Winkelfehler auftreten kann, wenn der einfallende Strahl parallel zur optischen Achse ist. Dieser Winkelfehler, genannt dR, kann mit folgender Gleichung bestimmt werden:
• dR = Tan&supmin;¹ (W/2S) (Gleichung 2)
• Der Abstand der Detektoren kann so festgelegt werden daß der Winkelfehler minimiert wird. Falls ein zulässiger Fehler von beispielsweise dR = 5º für einem mit 0º (parallel zu der optischen Achse) einfallenden Strahl gewählt ist, ergibt sich für den Abstand S das 5,71 fache der Detektorbreite W.
• Die Fig. 6A-B illustrieren schematisch eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform umfaßt ein erstes transparentes optisches Substrat 201, ein zweites optisch Transparent 202, einen ersten Detektor 10, einen zweiten Detektor 12 und ein Hilfsprisma 232. Das erste Substrat 201 ist auf das zweite Substrat 202 auf geklebt. Der Gradientenstrahlteiler 24 ist auf einem der Substrate, dem ersten oder dem zweiten Substrat 201, 202 angeordnet. Das Hilfsprisma 232 ist seitlich von dem Detektor 10 plaziert und erfüllt die gleiche Funktion wie die zwei in Fig. 2A-B gezeigten Hilfsspiegel 32, 33. In der Ausführungsform nach den Fig. 6A-B leitet das Hilfsprisma 232 Energieeinzelstrahlen 11 zu den Detektoren 10, 12 weiter, wenn das einfallende Strahlbündel nahezu parallel oder parallel zu der optischen Achse X-X ist und daher durch das Detektorsubstrat 14 abgeblockt wird.
• In der alternativen Ausführungsform leitet das Prisma 232 Energie mittels eines Hilfsteils des Strahlteilers 24, das seitlich außerhalb des normalen Blickfeldes plaziert wird, anstelle eines Teils in dem Blickfeld, weiter, wie das die Hilfsspiegel 32, 33 der bevorzugten Ausführungsform tun. Um die durch das Substrat 14 abgeblockte Energie zu kompensieren, ist der Teil des Strahlteilers 24 der durch das Prisma 232 beleuchtet wird mit dem gleichem Muster beschichtet wie der Teil des Strahlteilers 24, der von Einzelstrahlen parallel oder nahezu parallel zu der Achse X-X abgeblockt ist. Die Gesamtenergie, die den ersten Detektor 10 und den zweiten Detektor 12 von dem Hilfsprisma 232 in Kombination mit der Reflexion von und komplementärer Transmission durch den Hilfsteil des Strahlteilers 24 erreicht, ist gleich der, als wäre keine Blockade durch das Substrat 14 vorhanden.
• Die optischen Substrate 201, 202 führen eine Zweideutigkeit in die Einfallswinkelbestimmung ein. Ein in einer Ebene eintreffender Strahl, der nicht die Ebene der Bestimmung des Einfallswinkels ist, wird auf den Gradientenstrahlteiler mit einem Winkel hingebrochen der näher an der Normalen zu der Strahlteileroberfläche ist, wie ein Strahl der den gleichen Einfallswinkel hat, jedoch in der Ebene der Bestimmung liegt. So ein Strahl erscheint als hätte er einen geringeren Einfallswinkel als der tatsächliche Winkel.
• Ein Korrekturfaktor kann durch bekannte Verfahren der Strahlverfolgung für die gewählten Dimensionen für Materialien aus denen die optischen Substrate 201, 202 gemacht sind, bestimmt werden. Für Substrate 201, 202 aus Glas mit einer Gesamtabmessung von ungefähr 1 · 1 · 1,5 Zoll wurde ein Korrekturfaktor abgeleitet. Dieser Korrekturfaktor ist gegeben durch:
• Rcorr = Rread · (1 + (Ψread/88.2)2.) (Gleichung 3)
• In Gleichung 3 ist Rcorr der korrigierte Einfallswinkel und Rread ist der gelesene bzw. angezeigte Einfallswinkel in der Ebene der Bestimmung und Ψread ist der gelesene oder angezeigte Einfallswinkel in der Ebene senkrecht zu der Ebene der Bestimmung. Für die vorstehend beschriebenen Substrate 201, 202 erkennt das System 36º für einen Strahl mit einer Komponente von 45º in der X-Y Ebene und einer Komponente von 45º in der X-Z Ebene. Während die luftgekoppelte Sensoranordnung gemäß der Fig. 2A-B bevorzugt ist, weil es keiner Korrekturen für Strahlen bedarf, die in einer Ebene außerhalb der Ebene der Bestimmung des Einfallswinkels eintreffen, kann die alternative Ausführungsform kleiner und stabiler aufgebaut werden als die bevorzugte Konstruktion. Sie weist daher strukturelle Vorteile bei harten Umgebungsbedingungen auf. Auch zeigt sie kleinere Polarisationseffekte.
• Die alternative Ausführungsform gemäß den Fig. 6A-B erfordert eine sorgfältige Auswahl der Substrat- und Klebematerialien, so daß die Brechungsindizes zusammenpassen und Luftblasen im wesentlichen vermieden werden.
• Sensoranordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung können in Paaren orientiert werden, wie es schematisch in Fig. 7 dargestellt ist, um den Einfallswinkel in zwei orthogonalen Ebenen zu bestimmen. In Fig. 7 bildet die Strahlachse der von einer entfernten Quelle 9 ausgehenden elektromagnetischen Strahlung einen zusammengesetzten Winkel A bezüglich der optischen Achse X-X der zwei Sensoranordnungen 100, 103. Es ist ein allgemeiner Aufbau gezeigt, wobei die rechte Sensoranordnung 100 den Einfallswinkel R in der X-Y Ebene und die linke Sensoranordnung 103 den Einfallswinkel R in der X-Z Ebene bestimmt. In der rechten Sensoranordnung 100 sind der erste Detektor 102 und der nicht dargestellte zweite Detektor längs und parallel zu der Z-Z Achse angeordnet. In der linken Sensoranordnung 103 ist der erste Detektor 105 und der nicht dargestellt zweite Detektor längs und parallel zu der Y-Y Achse angeordnet.
• Die Detektoransprache, die indikativ für den Winkel R und den Winkel Ψ ist, kann durch bekannte Signalverarbeitungseinrichtungen kombiniert werden um den gesamten Einfallswinkel A zu bestimmen.
• Der allgemeine Aufbau der Sensoranordnungen 100, 103 gemäß Fig. 7 deckt ein Blickfeld von bis zu 90º mal 90º ab. Eine Vielzahl von gepaarten Sensoranordnungen kann bereitgestellt werden, um ein größeres Blickfeld abzudecken.
• Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform und eine alternative Ausführungsform beschrieben wurde, wird ein Durchschnittsfachmann auf dem vorliegenden Gebiet erkennen, daß vielfältige Modifikationen und Verbesserungen gemacht werden können, ohne den Schutzumfang und den Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (15)

1. Eine Sensoranordnung (2) zum Bestimmen des Eintreffwinkels einer Komponente elektromagnetischer Strahlung die in einem Winkel (0) in einer Ebene einfällt; die Anordnung umfaßt: eine Struktur (20; 201, 202) mit ersten und zweiten parallelen Seiten (30, 31), wobei die Seiten (30, 31) eine planare Einfallsapertur für die Strahlung definieren; einen planaren Strahlteiler (24), der zwischen den Seiten (30, 31) angeordnet ist; einen ersten und einen zweiten Detektor (10, 12), die angeordnet sind, um entsprechende Teile der Strahlung zu empfangen, die von unterschiedlichen Bereichen des Strahlteilers (24) transmittiert und reflektiert werden, wodurch erste und zweite Ausgänge bezüglich der Intensitäten der transmittierten und reflektierten Teile der Strahlung bereitgestellt werden;

dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (24) ein Substrat aufweist, das variierende Anteile der einfallenden Strahlung als Funktion der Strecke entlang des Strahlteilers in einer Richtung parallel zu den Seiten (30, 31) der Struktur (20; 201, 202) transmittiert und reflektiert; und

daß jeder der Detektoren (10, 12) in einer Richtung parallel zu den Seiten (30, 31) der Struktur (20; 201, 202) eine Breite aufweist, die im Vergleich zum Strahlteiler in der gleichen Richtung klein ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, worin der erste Detektor (10) eine Detektionsoberfläche aufweist, die parallel zu den Flächen des Strahlteilers (24) ist und bei oder nahe der Apertur angeordnet ist, und worin der zweite Detektor (12) eine Detektionsoberfläche aufweist, die parallel zu dem Strahlteiler (24) ist und diesem gegenüberliegt, der erste und der zweite Detektor sind auf entgegengesetzten Seiten des Strahlteilers (24) angeordnet und der erste und der zweite Detektor (10, 12) sind im gleichen Abstand von dem Strahlteiler (24) angeordnet.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Struktur ein Gehäuse (20) ist, und die Seiten (30, 31) des Gehäuses (20) jeweils eine reflektierende Oberfläche aufweisen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, worin das Gehäuse (20) ein erstes und ein zweites paralleles Ende aufweist, die sich mit der ersten und der zweiten parallelen Seite (30, 31) zusammenfügen, das erste und zweite parallele Ende und die erste und zweite parallele Seite (30, 31) definieren die planare Apertur als eine generell rechtwinklige Apertur; und das Gehäuse (20) weist einen Boden auf, der sich zwischen dem ersten und zweiten Ende und der ersten und zweiten Seite (30, 31) erstreckt, der zweite Detektor (12) ist auf dem Boden angeordnet; die Enden und der Boden sind bezüglich der durch die planare Apertur einfallenden Strahlung im wesentlichen nicht-reflektiv.

5. Anordnung nach Anspruch 1, worin die Struktur ein erstes und ein zweites optisches Bauteil (201, 202) aufweist, die optisch mit dem Strahlteiler (24) verbunden sind, die Bauteile (201, 202) sind auf entgegengesetzten Seiten des Strahlteilers (24) angeordnet.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und des weiteren umfassend: eine Hilfsreflektoreinrichtung (32, 33; oder 232) zum dirigieren der Strahlung in Richtung auf den ersten und zweiten Detektor (10, 12), die andernfalls wenigstens teilweise durch den einen oder den anderen der Detektoren (10, 12) aufgrund des Einfallswinkels der Strahlung auf die Anordnung (2) abgeschattet werden würde.

7. Anordnung nach Anspruch 6, worin die Hilfsreflektoreinrichtung wenigstens eine reflektierende Oberfläche (32, 33) aufweist, die bezüglich des Strahlteilers (24) abgewinkelt ist und auf der Seite des Strahlteilers (24) angeordnet ist, die die durch den Strahlteiler (24) transmittierte Strahlung empfangen würde, die reflektierende Oberfläche ist dabei benachbart zu einer Seite des zweiten Detektors (12) angeordnet.

8. Anordnung nach Anspruch 6, worin die Hilfsreflektoreinrichtung wenigstens eine reflektierende Oberfläche (232) aufweist, die bezüglich des Strahlteilers (24) abgewinkelt ist und benachbart zu der planaren Eingangsapertur angeordnet ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Strahlteiler (24) ein transparentes optisches Substrat aufweist, das eine Mehrzahl von langgestreckten reflektierten Bereichen (40, Fig. 4A, 4B) aufweist.

10. Anordnung nach Anspruch 4, worin die reflektierenden Bereiche (40) generell die gleiche Länge, jedoch eine Breite aufweisen, die ihnen die Form von langgestreckten Keilen gibt.

11. Anordnung nach Anspruch 4, worin die reflektierenden Bereiche (40) unterschiedliche Längen aufweisen.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, worin die reflektierenden Bereiche Beschichtungen auf dem optischen Substrat sind.

13. Ein System mit der Sensoranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das des weiteren Signalverarbeitungseinrichtungen zum Empfangen des ersten und zweiten Ausgangs des ersten und zweiten Detektors (10, 12) aufweist, und zum Bestimmen des Eintreffwinkels der Komponenten der elektromagnetischen Strahlung aus den relativen Intensitäten der transmittierten und reflektierten Anteile, wie sie durch den ersten und zweiten Detektor (10, 12) detektiert werden, dient.

14. System nach Anspruch 13, worin die Signalverarbeitungseinrichtungen den Eintreffwinkel unter Bezugnahme auf ein Verhältnis einer Differenz und einer Summe der reflektierten und transmittierten Anteile der durch den ersten und zweiten Detektor (10, 12) detektierte Strahlung bestimmt.

15. System nach Anspruch 13 oder 14, mit einer Mehrzahl von den Sensoranordnungen (2) zum Bestimmen des Eintreffwinkels der Strahlung in jeweils unterschiedlichen Ebenen.