ES2549977A1

ES2549977A1 - Methods and optoelectronic devices to collimate and/or to determine the degree of collimation of a light beam (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Info

Publication number: ES2549977A1
Application number: ES201500458A
Authority: ES
Inventors: Luis Miguel SÁNCHEZ BREA; José María HERRERA FERNÁNDEZ
Original assignee: Universidad Complutense de Madrid
Current assignee: Universidad Complutense de Madrid
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2015-11-03
Anticipated expiration: 2035-06-19
Also published as: ES2549977B2

Abstract

Métodos y dispositivos optolectrónicos para colimar y/o determinar el grado de colimación de un haz de luz. La invención se refiere a un método para determinar el grado de colimación de un haz de luz y a un método para colimar un haz de luz mediante el cálculo de los periodos de dos autoimágenes, o más, generadas por una red de difracción a distancias diferentes. Además, incluye dispositivos optoelectrónicos diseñados para llevar a cabo ambos métodos. Los distintos dispositivos comprenden una red de difracción (3), uno o varios sistemas de fotodetección (4) y un dispositivo electrónico de procesamiento de datos (5). Cuando se incluye un único sistema de fotodetección, se obtienen dos o más autoimágenes mediante espejos o mediante la inclinación del sistema de fotodetección con respecto al eje óptico del dispositivo. Los dispositivos diseñados para colimar un haz incluyen un elemento colimador (2).Optoelectronic methods and devices to collimate and/or determine the degree of collimation of a light beam. The invention relates to a method for determining the degree of collimation of a light beam and to a method for collimating a light beam by calculating the periods of two self-images, or more, generated by a diffraction grating at different distances. In addition, it includes optoelectronic devices designed to carry out both methods. The various devices comprise a diffraction grating (3), one or more photodetection systems (4) and an electronic data processing device (5). When a single photodetection system is included, two or more self-images are obtained by means of mirrors or by tilting the photodetection system with respect to the optical axis of the device. Devices designed to collimate a beam include a collimating element (2).

Description

Métodos y dispositivos optoelectrónicos para colimar y/o para determinar el grado de colimación de un haz de luz. Optoelectronic methods and devices for collimating and / or for determining the degree of collimation of a light beam.

Technical sector

La presente invención se encuadra en el sector de la Tecnología Óptica y más concretamente en el sector de Dispositivos Optoelectrónicos. The present invention falls within the Optical Technology sector and more specifically in the Optoelectronic Devices sector.

State of the art

El grado de colimación de un haz de luz es de gran importancia en numerosas aplicaciones ópticas, tales como dispositivos metrológicos, sistemas para iluminación, óptica de consumo, aplicaciones de los láseres, etc. Se dice que un haz luminoso se encuentra colimado cuando su grado de colimación es máximo. En esta situación el haz de luz se propaga paralelamente y, en el caso ideal, la divergencia es mínima. Existen métodos sencillos, bien conocidos, para colimar una fuente de luz general, mediante el uso de una lente o un sistema de lentes, tal como comparar el tamaño del haz a varias distancias o el método de autocolimación, donde se coloca un objeto real en el foco de una lente convergente para que la imagen se forme en el infinito. Seguidamente se coloca detrás de la lente un espejo plano que refleja los rayos de luz de tal forma que la imagen del mismo tamaño se forma en el objeto. Estos métodos de fácil implementación son aproximados y en la mayoría de las aplicaciones industriales o experimentales producen excesiva incertidumbre. The degree of collimation of a beam of light is of great importance in numerous optical applications, such as metrological devices, lighting systems, consumer optics, laser applications, etc. It is said that a light beam is collimated when its degree of collimation is maximum. In this situation the light beam propagates in parallel and, in the ideal case, the divergence is minimal. There are simple, well-known methods to collimate a general light source, through the use of a lens or lens system, such as comparing the beam size at various distances or the method of self-polymerization, where a real object is placed in the focus of a converging lens so that the image is formed in infinity. A flat mirror is then placed behind the lens that reflects the rays of light so that the image of the same size is formed on the object. These easily implemented methods are approximate and in most industrial or experimental applications produce excessive uncertainty.

Las técnicas interferométricas para colimar un haz de luz o medir su grado de colimación conocidas como LSI (del inglés "lateral shearing interferometry") están entre las más precisas, siendo conocidas desde hace varias décadas Interferometric techniques to collimate a beam of light or measure its degree of collimation known as LSI (from the English side lateral shearing interferometry) are among the most precise, being known for several decades

[D. Malacara, ed., Optical Shop Testing (Wiley, New York, 1978)]. La base de estas técnicas consiste en duplicar el frente de ondas bajo estudio, desplazarlo ligeramente y obtener el patrón de interferencia entre el frente de ondas original y el desplazado. Sin embargo, para producir dicho patrón se requiere el uso de haces de luz que tengan un alto grado de coherencia temporal y espacial, como suelen ser los láseres. [D. Malacara, ed., Optical Shop Testing (Wiley, New York, 1978)]. The basis of these techniques is to duplicate the wavefront under study, shift it slightly and obtain the interference pattern between the original and the displaced wavefront. However, to produce such a pattern, the use of light beams that have a high degree of temporal and spatial coherence is required, such as lasers.

En muchas situaciones es necesario colimar o conocer el grado de colimación de un haz de luz proveniente de otro tipo de fuentes tales como diodos emisores de luz (LEOs, del inglés "Iight-emitting diodes"), diodos láser, láseres de emisión superficial con cavidad vertical (VCSELs, del inglés "vertical-cavity surface-emitting lasers") y otras fuentes que presentan un cierto grado de coherencia parcial temporal y/o espacial. In many situations it is necessary to collimate or know the degree of collimation of a beam of light from other sources such as light emitting diodes (LEOs), laser diodes, surface emission lasers with vertical cavity (VCSELs) from English "vertical-cavity surface-emitting lasers") and other sources that have a certain degree of temporal and / or spatial partial coherence.

Los colimadores que utilizan redes de difracción, mediante el efecto Talbot, constituyen una técnica atractiva y muy precisa para la colimación de haces de luz de este tipo de fuentes. La ventaja de utilizar las autoimágenes de las redes de difracción para determinar el grado de colimación de un haz de luz es que los requisitos de la fuente de iluminación son menos restrictivos, pues el fenómeno no se debe a las interferencias, sino a la difracción. De esta forma, no es necesario que la fuente sea puntual para producir autoimágenes, ni necesita que sea monocromática. Collimators that use diffraction nets, using the Talbot effect, constitute an attractive and very precise technique for collimating light beams from this type of source. The advantage of using the self-images of diffraction networks to determine the degree of collimation of a light beam is that the requirements of the light source are less restrictive, since the phenomenon is not due to interference, but to diffraction. In this way, it is not necessary that the source be punctual to produce self-images, nor does it need to be monochromatic.

Recientemente, se ha desarrollado una técnica para determinar el grado de colimación basada en una conjunción de redes de difracción lineales y circulares, como es la presentada en [K. Patorski, K. Pokorski, and M. Trusiak, "Circular-linear grating Talbot interferometry with moiré Fresnel imaging for beam collimation" Opt. Lett. 39, 291 (2014)]. El inconveniente de esta técnica es la notable dificultad en el procesado de las señales obtenidas a la salida del sistema de colimación. Otro ejemplo para medir con baja incertidumbre el grado de colimación de un haz con un grado de coherencia parcial se muestra en [L.M. Sanchez-Brea, F.J. Torcal-Milla, F. J. SalgadoRemacha, T. Morlanes, 1. Jimenez-Castillo, and E. Bernabeu, "Collimation method using a double grating system" Appl. Opt. 49, 3363 (2010)] donde se utilizan dos redes de difracción lineales. No obstante, esta técnica requiere un desplazamiento lateral de la red, por lo que el dispositivo se vuelve complicado y costoso. También fuentes con alto grado de policromaticidad pueden generar autoimágenes cuando se utiliza una red de difracción. Por ejemplo, es conocido que las fuentes policromáticas pueden generar autoimágenes estables a una larga distancia [N Guérineau, B. Harchaoui, J. Primot "Talbot experiment re-examined: demonstration of an achromatic and continuous self-imaging regime," Optics Communications 180 199-203 (2000)]. Por otra parte, se puede determinar el grado de colimación de un haz mediante la medida del periodo de una autoimagen y la comparación con el periodo de la red de difracción que forma dicha autoimagen [L.M. SanchezBrea, F.J. Torcal-Milla, J.M. Herrera-Fernandez, T. Morlanes, and E. Bernabeu "Self-imaging technique for beam collimation" Optics Letters 39(19) 57645767 (2014)]. Cuando el periodo de la autoimagen es el mismo que el de la red, entonces el haz está colimado. La principal desventaja de esta técnica es la necesidad de conocer el periodo de la red con una precisión elevada, del orden del nanómetro en muchos casos. Esto supone un control muy estricto de las condiciones ambientales y del posicionado de los diferentes elementos ópticos y opto-electrónicos. Pequeñas variaciones de temperatura, rotaciones, desalineamientos de los componentes, etc. pueden producir variaciones del periodo de la red de difracción utilizada o variaciones del periodo de las autoimágenes. Por ello, es necesario idear un sistema que no necesite el conocimiento previo de la red de difracción utilizada. Recently, a technique has been developed to determine the degree of collimation based on a conjunction of linear and circular diffraction networks, as presented in [K. Patorski, K. Pokorski, and M. Trusiak, "Circular-linear grating Talbot interferometry with moiré Fresnel imaging for beam collimation" Opt. Lett. 39, 291 (2014)]. The drawback of this technique is the remarkable difficulty in processing the signals obtained at the exit of the collimation system. Another example for measuring with low uncertainty the degree of collimation of a beam with a degree of partial coherence is shown in [L.M. Sanchez-Brea, F.J. Torcal-Milla, F. J. SalgadoRemacha, T. Morlanes, 1. Jimenez-Castillo, and E. Bernabeu, "Collimation method using a double grating system" Appl. Opt. 49, 3363 (2010)] where two linear diffraction networks are used. However, this technique requires a lateral displacement of the network, so that the device becomes complicated and expensive. Also sources with a high degree of polychromaticity can generate self-images when a diffraction network is used. For example, it is known that polychromatic sources can generate stable self-images over a long distance [N Guérineau, B. Harchaoui, J. Primot "Talbot experiment re-examined: demonstration of an achromatic and continuous self-imaging regime," Optics Communications 180 199-203 (2000)]. On the other hand, the degree of collimation of a beam can be determined by measuring the period of a self-image and the comparison with the period of the diffraction network that forms said self-image [L.M. SanchezBrea, F.J. Torcal-Milla, J.M. Herrera-Fernandez, T. Morlanes, and E. Bernabeu "Self-imaging technique for beam collimation" Optics Letters 39 (19) 57645767 (2014)]. When the period of the self-image is the same as that of the network, then the beam is collimated. The main disadvantage of this technique is the need to know the period of the network with high precision, of the order of the nanometer in many cases. This implies a very strict control of the environmental conditions and the positioning of the different optical and opto-electronic elements. Small variations in temperature, rotations, component misalignment, etc. they can produce variations of the period of the diffraction network used or variations of the period of the self-images. Therefore, it is necessary to devise a system that does not need prior knowledge of the diffraction network used.

La difracción es un fenómeno característico de la luz ligado a su carácter ondulatorio donde un haz luminoso deja de seguir una trayectoria rectilínea, tal y como indica la óptica geométrica, al encontrarse con un obstáculo o al atravesar una abertura. El efecto Talbot tiene lugar cuando una onda incide sobre una red de difracción. En el régimen de campo cercano se pueden encontrar réplicas de la forma del objeto conocidas como autoimágenes (del inglés "self-images") situadas en Zk = k p2/A, siendo k un número entero, p el periodo de la red y A la longitud de onda de campo incidente. Las distancias donde se localizan las autoimágenes, Zk, se denominan distancias de Talbot. Diffraction is a characteristic phenomenon of light linked to its wave character where a light beam ceases to follow a rectilinear path, as indicated by geometric optics, when encountering an obstacle or passing through an opening. The Talbot effect takes place when a wave hits a diffraction network. In the near field regime you can find replicas of the object shape known as self-images (in English "self-images") located at Zk = k p2 / A, where k is an integer, p the period of the network and A the incident field wavelength. The distances where the self-images, Zk, are located are called Talbot distances.

Basados en los fenómenos físicos mencionados, se conocen en el estado de la técnica diversos dispositivos que comprueban el grado de colimación de un haz. Entre las patentes relacionadas con la invención cabe destacar: Based on the physical phenomena mentioned, various devices that check the degree of collimation of a beam are known in the state of the art. Among the patents related to the invention are:

La patente CN1080997 (A) que muestra un dispositivo que testea el grado de colimación de una fuente de luz láser de forma computerizada comprensiva. Incluye un ancho rango de medidas siempre que se trate de una fuente de luz láser. Patent CN1080997 (A) which shows a device that tests the degree of collimation of a laser light source in a comprehensive computerized form. It includes a wide range of measurements whenever it is a laser light source.

La patente CN101469977 (A) que muestra un dispositivo que comprueba la colimación incrementando la precisión y con una estructura compacta. Patent CN101469977 (A) which shows a device that checks collimation by increasing accuracy and with a compact structure.

En definitiva existe en el estado de la técnica la necesidad de un método de determinación del grado de colimación de un haz de forma robusta y sencilla, y la necesidad de un método para obtener un haz con alto grado de colimación. Además, ambos métodos deben ser muy precisos por lo que deben ser invariantes frente a las condiciones ambientales y de posicionamiento de los diferentes elementos de los que consten sus respectivos montajes. Asimismo deben ser compatibles con distintos tipos de fuentes de luz, y no solamente con haces con alto grado de coherencia y monocromaticidad. Por otro lado, estos métodos deben ser independientes del periodo de la red de difracción. Ultimately, there is a need in the state of the art for a method of determining the degree of collimation of a beam in a robust and simple way, and the need for a method for obtaining a beam with a high degree of collimation. In addition, both methods must be very precise, so they must be invariant against the environmental conditions and positioning of the different elements of their respective assemblies. They must also be compatible with different types of light sources, and not only with beams with a high degree of coherence and monochromaticity. On the other hand, these methods must be independent of the period of the diffraction network.

Detailed description of the invention

La presente invención se refiere a un método de medición del grado de colimación de un haz de luz y a un método para colimar un haz de luz con elevada precisión. Ambos utilizan el efecto Talbot producido por la difracción en régimen de campo cercano y las autoimágenes generadas por una red de difracción para comprobar el grado de colimación y realizar la colimación. Estos métodos pueden ser aplicados a haces provenientes de fuentes extensas y/o policromáticas con gran independencia de las condiciones ambientales, del posicionado de los elementos opto-mecánicos y del periodo de la red de difracción. The present invention relates to a method of measuring the degree of collimation of a beam of light and a method of collimating a beam of light with high precision. Both use the Talbot effect produced by diffraction in a near-field regime and the self-images generated by a diffraction network to check the degree of collimation and perform collimation. These methods can be applied to beams from large and / or polychromatic sources with great independence of the environmental conditions, the positioning of the opto-mechanical elements and the period of the diffraction network.

En esta memoria descriptiva, se entiende por "haz de luz" o, simplemente, "haz" cualquier tipo de haz de luz, incluido un haz láser, capaz de producir autoimágenes al incidir sobre una red de difracción. In this specification, "light beam" or, simply, "beam" means any type of light beam, including a laser beam, capable of producing self-images when affecting a diffraction network.

Para medir el grado de colimación de un haz, en la presente invención se utiliza una red de difracción 3 de un periodo p. Al propagarse la luz, debido a efectos difractivos, se generan autoimágenes a determinadas distancias de la red de difracción 3 [K. Patorsky, "The self-imaging phenomenon and its applications," Progress in Optics 27 1-108 (1989)]. Si A es la longitud de onda media del haz de luz, y la red de difracción 3 modula su amplitud, las autoimágenes generadas se ubican a distancias de Talbot enteras o semienteras Zk = k p2/ A siendo k un número entero. No obstante, es posible encontrar autoimágenes a distancias distintas, aunque suelen presentar una amplitud menor. En la referencia [L.M. Sanchez-Brea, F.J. Torcal-Milla, J.M. Herrera-Fernandez, T. Morlanes, and E. Bernabeu "Self-imaging technique for beam collimation" Optics Letters 39(19) 5764-5767 (2014)] se describe una técnica con la cual se puede medir el grado de colimación de un haz de luz comparando el periodo de una red de difracción 3 con el periodo de una autoimagen. Para ello, se requiere un conocimiento muy preciso del periodo de la red de difracción 3 y del periodo de la autoimagen. En la solución del artículo de L.M. Sanchez-Brea y col. de 2014, se asume que el periodo de la red de difracción 3 es conocido. Las redes de difracción se pueden grabar con precisiones muy pequeñas, del orden de 1 nanómetro, bajo condiciones muy controladas, mediante, por ejemplo, técnicas de haces de electrones. Sin embargo, para la realización práctica de un dispositivo no es posible mantener estas condiciones tan estrictas. Por ejemplo, cuando varía la temperatura ambiental, el periodo de la red de difracción 3 se puede ver modificado debido a dilataciones del substrato en el cual ha sido grabada. También se requiere que las condiciones mecánicas del dispositivo sean muy estrictas, controlando de una forma muy precisa las tolerancias de posición y giro de los elementos ópticos del sistema. Por ejemplo, si la red de difracción 3 está ligeramente rotada respecto de un sistema de fotodetección utilizado para la medición, el periodo de la autoimagen observado se verá modificado. Esto hace que el procedimiento de medida descrito en el artículo científico de To measure the degree of collimation of a beam, a diffraction network 3 of a period p is used in the present invention. When the light propagates, due to diffractive effects, auto-images are generated at certain distances from the diffraction network 3 [K. Patorsky, "The self-imaging phenomenon and its applications," Progress in Optics 27 1-108 (1989)]. If A is the average wavelength of the light beam, and the diffraction network 3 modulates its amplitude, the generated auto-images are located at whole or half-Talbot Talbot distances Zk = k p2 / A where k is an integer. However, it is possible to find self-images at different distances, although they tend to have a smaller amplitude. In the reference [L.M. Sanchez-Brea, F.J. Torcal-Milla, J.M. Herrera-Fernandez, T. Morlanes, and E. Bernabeu "Self-imaging technique for beam collimation" Optics Letters 39 (19) 5764-5767 (2014)] describes a technique with which the degree of collimation of a beam of light comparing the period of a diffraction network 3 with the period of a self-image. For this, a very precise knowledge of the period of the diffraction network 3 and the period of the self-image is required. In the solution of the article by L.M. Sanchez-Brea et al. of 2014, it is assumed that the period of diffraction network 3 is known. Diffraction networks can be recorded with very small accuracies, of the order of 1 nanometer, under very controlled conditions, by means of, for example, electron beam techniques. However, for the practical realization of a device it is not possible to maintain these strict conditions. For example, when the ambient temperature varies, the period of the diffraction network 3 can be modified due to expansion of the substrate in which it has been recorded. It is also required that the mechanical conditions of the device be very strict, controlling in a very precise way the position and rotation tolerances of the optical elements of the system. For example, if the diffraction network 3 is slightly rotated with respect to a photodetection system used for the measurement, the period of the observed self-image will be modified. This makes the measurement procedure described in the scientific article of

L.M. Sanchez-Brea y col. de 2014 no sea válido para un dispositivo que actúe en condiciones estándar. L.M. Sanchez-Brea et al. 2014 is not valid for a device that acts in standard conditions.

En la presente invención, para determinar el grado de colimación de un haz de luz, se plantea, en primer lugar, comparar el periodo de, al menos, dos autoimágenes generadas por una red de difracción 3, y no como se propone en el artículo [L.M. Sanchez-Brea, F.J. Torcal-Milla, J.M. Herrera-Fernandez, In the present invention, in order to determine the degree of collimation of a light beam, it is proposed, first, to compare the period of at least two self-images generated by a diffraction network 3, and not as proposed in the article [LM Sanchez-Brea, F.J. Torcal-Milla, J.M. Herrera-Fernandez,

T. Morlanes, and E. Bernabeu "Self-imaging technique for beam collimation" Optics Letters 39(19) 5764-5767 (2014)] entre el periodo de la red de difracción 3 y una de sus autoimágenes. T. Morlanes, and E. Bernabeu "Self-imaging technique for beam collimation" Optics Letters 39 (19) 5764-5767 (2014)] between the period of the diffraction network 3 and one of its self-images.

Respecto a la medida del periodo de la autoimagen, en dicho artículo se plantea utilizar un array lineal de fotodetectores o una cámara bidimensional para obtener los datos del experimento. Debido a que la medida de la intensidad luminosa de las autoimágenes generadas 1(x) suele ser bastante ruidosa se propone el uso de la función semivariograma para la medida del periodo de las autoimágenes, definido como [LM Sanchez-Brea, FJ TorcalMilla, E Bernabeu "Variogram-based method for contrast measurement" Applied Optics 46(22) 5027-5032 (2007)] Regarding the measurement of the period of the self-image, in this article it is proposed to use a linear array of photodetectors or a two-dimensional camera to obtain the data of the experiment. Because the measurement of the light intensity of the generated auto images 1 (x) is usually quite noisy, the use of the semivariogram function is proposed to measure the period of the auto images, defined as [LM Sanchez-Brea, FJ TorcalMilla, E Bernabeu "Variogram-based method for contrast measurement" Applied Optics 46 (22) 5027-5032 (2007)]

y(h) = ]:([I(x + h) -I(x)]2)xJ (1)y (h) =]: ([I (x + h) -I (x)] 2) xJ (1)

donde x es la posición central de los fotodetectores y (-) significa promedio espacial respecto de x. where x is the central position of the photodetectors and (-) means spatial average with respect to x.

En primer lugar, dado que el semivariograma de una función periódica también es periódico con el mismo periodo no hay variación en la medida del mismo. En segundo lugar, debido a que se calcula como promedios estadísticos espaciales, la función semivariograma es capaz de eliminar las fluctuaciones aleatorias propias de las medidas de la intensidad y, por ello, se puede calcular el periodo de la autoimagen con menor incertidumbre que si lo hiciéramos directamente a partir de las medidas de intensidad luminosa. En dicho artículo se calcula la posición de los primeros mínimos del semivariograma y, a través de ellos, se realiza un ajuste lineal. Cuando la calidad de la señal y del semivariograma es buena, como cuando se utiliza un haz proveniente de un láser, esta técnica es aceptable. Sin embargo, en la presente invención se pretende determinar el grado de colimación para fuentes parcialmente coherentes espacial y/o temporalmente. Entonces, las autoimágenes pueden tener una menor calidad y verse afectadas por el ruido. Así, con esta forma de medir el periodo no se obtienen los resultados de incertidumbre requeridos. In the first place, since the semivariogram of a periodic function is also periodic with the same period, there is no variation in its measurement. Secondly, because it is calculated as spatial statistical averages, the semivariogram function is able to eliminate the random fluctuations typical of the intensity measurements and, therefore, the period of the self-image can be calculated with less uncertainty than if We made directly from the measurements of light intensity. In this article the position of the first minimums of the semivariogram is calculated and, through them, a linear adjustment is made. When the quality of the signal and semivariogram is good, as when using a beam from a laser, this technique is acceptable. However, in the present invention it is intended to determine the degree of collimation for partially coherent sources spatially and / or temporarily. Then, the self-images may have lower quality and be affected by noise. Thus, with this way of measuring the period, the required uncertainty results are not obtained.

Para calcular el periodo del semivariograma, un aspecto de la presente invención se refiere a utilizar un ajuste por mínimos cuadrados a todo el semivariograma, en lugar de solamente a la posición de los mínimos del semivariograma, como se hacía en el citado artículo científico. Esto permite tener un número mucho mayor de puntos para el ajuste y, por ello, el periodo se calcula menor incertidumbre. To calculate the semivariogram period, one aspect of the present invention refers to using a square least adjustment to the entire semivariogram, instead of only the position of the semivariogram minima, as was done in the cited scientific article. This allows to have a much greater number of points for the adjustment and, therefore, the period is calculated less uncertainty.

Otro aspecto de la invención se refiere a un método para colimar un haz de luz con precisión mediante la medida del periodo de, al menos, dos autoimágenes generadas por una red de difracción 3. Another aspect of the invention relates to a method for collimating a beam of light with precision by measuring the period of at least two self-images generated by a diffraction network 3.

En la Figura 1, se muestra un dispositivo optoelectrónico con el que se puede tanto determinar el grado de colimación de un haz de luz como colimar un haz de luz, en ambos casos mediante la medida del periodo de dos autoimágenes producidas por una red de difracción 3 cuyo periodo no es necesario conocer. El único requisito necesario es que dichas autoimágenes se produzcan a distancias distintas. Sea un haz de luz con un grado de colimación desconocido, proveniente de una fuente de luz 1. Por ejemplo, dicho haz puede provenir de un láser, un diodo láser, un LEO u otro tipo de fuente de luz con una determinada coherencia parcial espacial o temporal. Este haz se intenta colimar mediante un elemento de colimación 2 que puede ser una lente de una focal objeto t, un conjunto de lentes o un elemento óptico difractivo. Posteriormente, se ubica una red de difracción 3 que produce autoimágenes en semidistancias de Talbot Zk = k pZ¡A, donde k es un número entero. Si la fuente de iluminación 1 no está ubicada a una distancia t del elemento de colimación 2, sino que tiene un desplazamiento llz respecto a este punto, el haz presenta una cierta convergencia o divergencia dependiendo del signo de llz. Este haz atraviesa la red de difracción 3. A una distancia Z2' entre la red de difracción 3 y el plano de observación donde se encuentra situado un sistema de fotodetección 4, se obtiene una distribución periódica de luz, donde el periodo viene determinado por In Figure 1, an optoelectronic device is shown with which the degree of collimation of a light beam can be determined as well as collimating a light beam, in both cases by measuring the period of two self-images produced by a diffraction network 3 whose period is not necessary to know. The only necessary requirement is that these self-images occur at different distances. Be a light beam with an unknown degree of collimation, coming from a light source 1. For example, said beam can come from a laser, a laser diode, a LEO or other type of light source with a certain spatial partial coherence or temporary This beam is intended to collimate by means of a collimation element 2 which can be a lens of a focal object t, a set of lenses or a diffractive optical element. Subsequently, a diffraction network 3 is located that produces self-images in Talbot's semi-distances Zk = k pZ¡A, where k is an integer. If the light source 1 is not located at a distance t from the collimation element 2, but has a displacement llz with respect to this point, the beam has a certain convergence or divergence depending on the sign of llz. This beam crosses the diffraction network 3. At a distance Z2 'between the diffraction network 3 and the observation plane where a photodetection system 4 is located, a periodic distribution of light is obtained, where the period is determined by

Pl1z = (1 +aZ2)P, (2) Pl1z = (1 + aZ2) P, (2)

siendo a ~ -llz¡tz. La distancia Zz puede ser la propia de una autoimagen, es decir, la semidistancia de Talbot Zk = k p2 lA, con k = 1,2, .. , etc., u otra distancia en la cual se produzca una modulación periódica de la cantidad luminosa. Si ubicamos dos sistemas de fotodetección 4 de las autoimágenes a distintas distancias ZZA Y ZZB, sobre cada uno de los sistemas de fotodetección 4 se generarán autoimágenes cuyo periodo será PA y PB, respectivamente. being a ~ -llz¡tz. The distance Zz can be that of a self-image, that is, the semi-distance of Talbot Zk = k p2 lA, with k = 1,2, .., etc., or another distance in which a periodic modulation of the luminous quantity If we locate two photodetection systems 4 of the self-images at different distances ZZA and ZZB, on each of the photodetection systems 4 autoimagers will be generated whose period will be PA and PB, respectively.

A través de la medida del periodo de estas autoimágenes se puede determinar el grado de colimación de un haz de luz. No obstante, las auto imágenes con intensidad luminosa [ex) normalmente presentan fluctuaciones aleatorias debidas a efectos tales como suciedad, inhomogeneidades del haz luminoso, errores en la fabricación de las redes de difracción, etc. Es por ello que se utiliza la ecuación (1) para determinar el periodo de la autoimagen. The degree of collimation of a beam of light can be determined by measuring the period of these self-images. However, auto images with light intensity [ex) normally show random fluctuations due to effects such as dirt, inhomogeneities of the light beam, errors in the manufacture of diffraction networks, etc. That is why equation (1) is used to determine the period of the self-image.

Si se utiliza una cámara CCO, CMOS, o un array lineal de fotodetectores como sistema de fotodetección 4 para capturar la distribución de intensidad [ex), los píxeles están distribuidos de forma periódica. Por consiguiente, la definición del semivariograma se puede simplificar de la siguiente forma If a CCO camera, CMOS, or a linear array of photodetectors is used as a photodetection system 4 to capture the intensity distribution [ex), the pixels are distributed periodically. Therefore, the semivariogram definition can be simplified as follows

donde N es el número total de píxeles, li = l(iAX) es la intensidad luminosa del haz medida con el píxel i, y Ax es la distancia entre píxeles. where N is the total number of pixels, li = l (iAX) is the light intensity of the beam measured with pixel i, and Ax is the distance between pixels.

En la Figura 2a, se muestra como ejemplo un perfil de intensidad experimental I(x) para una fuente de iluminación 1 LEO cuya longitud de 5 onda media es 880 nanómetros y una red de difracción 3 cuyo periodo es 100 micrómetros. La autoimagen se mide a una distancia Z2 = 22.72 milímetros donde se sitúa el sistema de fotodetección 4. En la Figura 2b se muestra el semivariograma obtenido con la ecuación (3) para el ejemplo de la Figura 2a. Como se puede observar, aunque la distribución de intensidad luminosa I(x) 10 de la autoimagen no sea de gran calidad, el semivariograma es muy suave y sinusoidal. Desde el punto de vista teórico, el semivariograma de una función sinusoidal pura es también una función sinusoidal pura del mismo periodo. Sin embargo, cuando la señal periódica tiene fluctuaciones, éstas se reflejan en la envolvente del semivariograma, no en su periodo. Por ello, para In Figure 2a, an experimental intensity profile I (x) is shown as an example for a 1 LEO illumination source whose average wavelength is 880 nanometers and a diffraction network 3 whose period is 100 micrometers. The autoimage is measured at a distance Z2 = 22.72 millimeters where the photodetection system 4 is located. Figure 2b shows the semivariogram obtained with equation (3) for the example of Figure 2a. As can be seen, although the distribution of light intensity I (x) 10 of the self-image is not of high quality, the semivariogram is very smooth and sinusoidal. From a theoretical point of view, the semivariogram of a pure sine function is also a pure sine function of the same period. However, when the periodic signal has fluctuations, these are reflected in the semivariogram envelope, not in its period. Therefore, for

15 determinar el periodo de forma precisa, se puede ajustar el semivariograma experimental a la siguiente función 15 determine the period accurately, the experimental semivariogram can be adjusted to the following function

2y(h) = (al +f3l h +ylhZ +olh3) -(az +f32h +Y2h2 +ozh3) COS C;h) , (4) 2y (h) = (al + f3l h + ylhZ + olh3) - (az + f32h + Y2h2 + ozh3) COS C; h), (4)

donde se hace un ajuste polinómico a las envolventes superior e inferior. Con este ajuste, que se puede hacer mediante algoritmos de ajuste u where a polynomial adjustment is made to the upper and lower envelopes. With this adjustment, which can be done using adjustment algorithms or

20 optimización, se obtiene el periodo P de la autoimagen. Una vez determinado el periodo PA y PB de las dos autoimágenes mediante este procedimiento es posible calcular el grado de colimación del haz. Para ello, utilizamos la ecuación (2) para cada una de las distancias ZZA YZZB 20 optimization, the period P of the self-image is obtained. Once the PA and PB period of the two self-images has been determined by this procedure, it is possible to calculate the degree of collimation of the beam. To do this, we use equation (2) for each of the distances ZZA YZZB

PA = (1 +aZZA)p, (S) 25 PB = (1 + azZB)p· PA = (1 + aZZA) p, (S) 25 PB = (1 + azZB) p ·

Dividiendo ambas ecuaciones y despejando se determina el valor del grado Dividing both equations and clearing determines the value of the degree

de colimación a, of collimation to,

a = _ •

PB-PA PB-PA

(6)(6)

PB Z2A -PAZ2B PB Z2A -PAZ2B

También, se puede determinar que el haz de luz está colimado cuando el 30 periodo de las dos autoimágenes, obtenido por los dos sistemas de fotodetección 4, es el mismo. Also, it can be determined that the light beam is collimated when the period of the two self-images, obtained by the two photodetection systems 4, is the same.

Asimismo, a partir de la definición de a, a = -/J.Z/[2, se puede determinar la distancia entre la fuente de luz 1 y el plano focal objeto del elemento de colimación 2, que resulta ser Also, from the definition of a, a = - / J.Z / [2, the distance between the light source 1 and the focal plane object of the collimation element 2 can be determined, which turns out to be

/J.Z = PrPA [2. (7)/J.Z = PrPA [2. (7)

PBZZA-PAzZB PBZZA-PAzZB

5 Por lo tanto, un aspecto de la invención se refiere a un método para determinar el grado de colimación de un haz de luz aplicable independientemente del grado de coherencia y/o de la cromaticidad del haz, así como de las condiciones ambientales en las que se encuentre inmerso, y es más robusto que otras opciones del estado de la técnica frente a Therefore, one aspect of the invention relates to a method for determining the degree of collimation of an applicable light beam regardless of the degree of coherence and / or the chromaticity of the beam, as well as the environmental conditions in which is immersed, and is more robust than other prior art options compared to

10 variaciones de las condiciones opto-mecánicas de la configuración para la implementación del mencionado método. El método comprende: 10 variations of the opto-mechanical conditions of the configuration for the implementation of the mentioned method. The method comprises:

a) hacer incidir el haz de luz sobre una red de difracción 3, a) make the light beam affect a diffraction network 3,

b) detectar, al menos, dos autoimágenes generadas por la red de difracción 3 del paso a), estando cada una de ellas a distinta distancia de Talbot, ZA '* ZB, 15 de dicha red de difracción 3, b) detecting at least two self-images generated by the diffraction network 3 of step a), each being at a different distance from Talbot, ZA '* ZB, 15 of said diffraction network 3,

c) determinar los periodos PA y PB de las autoimágenes detectadas en el paso b), c) determine the PA and PB periods of the self-images detected in step b),

d) calcular el grado de colimación del haz a mediante la ecuación d) calculate the degree of collimation of the beam a through the equation

(6) (6)

20 El periodo P de la red de difracción 3 puede ser conocido o no. Además, la red de difracción 3 puede actuar por reflexión o transmisión, lo que determina que el haz se refleje en la red de difracción o se transmita a su través. La red de difracción 3 puede ser una red de Ronchi, que modula la amplitud, aunque también podría ser una red con una modulación sinusoidal u otro tipo de 20 Period P of diffraction network 3 may or may not be known. In addition, the diffraction network 3 can act by reflection or transmission, which determines that the beam is reflected in the diffraction network or transmitted through it. The diffraction network 3 can be a Ronchi network, which modulates the amplitude, although it could also be a network with a sinusoidal modulation or other type of

25 modulación de amplitud y/o fase. 25 amplitude and / or phase modulation.

La determinación de los periodos PA y PB de las autoimágenes puede realizarse mediante cualquier algoritmo de ajuste que permita una alta resolución; preferentemente, se realiza mediante la técnica del ajuste del semivariograma a la función The determination of the PA and PB periods of the self-images can be performed using any adjustment algorithm that allows a high resolution; preferably, it is done using the semivariogram adjustment function technique

La invención también se refiere a un método para colimar un haz de luz. Este método comprende: The invention also relates to a method of collimating a beam of light. This method comprises:

a) hacer incidir el haz de luz que se desea colimar sobre un elemento colimador 2, a) make the light beam to collide on a collimating element 2,

b) hacer incidir el haz colimado en el paso a) sobre una red de difracción 3, b) make the collimated beam in step a) impact on a diffraction net 3,

c) detectar, al menos, dos autoimágenes generadas por la red de difracción 3 del paso b) a, al menos, dos distancias distintas de Talbot, ZA, ZB, de dicha red de difracción 3, c) detecting at least two self-images generated by the diffraction network 3 of step b) at least two different distances from Talbot, ZA, ZB, of said diffraction network 3,

d) modificar la distancia entre la fuente de luz 1 y el elemento colimador 2 mediante el desplazamiento de la fuente de luz 1 y/o del elemento colimador 2 a lo largo del eje óptico, y repetir el paso c) hasta que los periodos PA y PB de las autoimágenes sean iguales. d) modify the distance between the light source 1 and the collimating element 2 by moving the light source 1 and / or the collimating element 2 along the optical axis, and repeat step c) until the periods PA and PB of the self images are the same.

Para obtener esta posición de forma precisa, una opción es determinar la intersección de los ajustes lineales a mínimos cuadrados obtenidos mediante un barrido de las medidas de los periodos de las autoimágenes al mover la fuente de luz 1 y/o el elemento colimador 2 a lo largo del eje óptico, siguiendo los siguientes pasos: To obtain this position precisely, one option is to determine the intersection of the linear adjustments to least squares obtained by scanning the measurements of the periods of the self-images when moving the light source 1 and / or the collimating element 2 to the optical axis length, following the steps below:

i) Realizar un ajuste por mínimos cuadrados a cada una de las expresiones i) Make an adjustment for least squares to each of the expressions

PA = (1 + aZ2A)P, (5) PB = (1 + aZ2B)P, PA = (1 + aZ2A) P, (5) PB = (1 + aZ2B) P,

ii) Determinar la intersección de los ajustes realizados en i). ii) Determine the intersection of the adjustments made in i).

Otra opción es calcular Pv = IPAPB/(PA -PB)I Y desplazar la fuente de luz 1 y/o el elemento colimador 2 a lo largo del eje óptico hasta que Pv tienda a infinito. Another option is to calculate Pv = IPAPB / (PA -PB) I and move the light source 1 and / or the collimating element 2 along the optical axis until Pv tends to infinity.

Una tercera opción para determinar cuándo PA = PB, en el caso de que se produzcan franjas de Vernier, es desplazar la fuente de luz 1 y/o el elemento de colimación 2 hasta que visualmente desaparezca el patrón de franjas de Vernier. A third option to determine when PA = PB, in the case of Vernier stripes, is to shift the light source 1 and / or the collimation element 2 until the Vernier stripe pattern visually disappears.

El elemento de colimación 2 puede ser una lente, un conjunto de lentes o un elemento óptico difractivo o un híbrido difracto-refractivo. The collimation element 2 may be a lens, a set of lenses or a diffractive optical element or a diffracto-refractive hybrid.

El periodo P de la red de difracción 3 puede ser conocido o no. Además, la red de difracción 3 puede actuar por reflexión o transmisión, lo que determina que el haz se refleje en la red de difracción o se transmita a su través. La red de difracción 3 puede ser una red de Ronchi que modula la amplitud, aunque también podría ser una red con una modulación sinusoidal u otro tipo de modulación de amplitud y/o fase. The period P of the diffraction network 3 may or may not be known. In addition, the diffraction network 3 can act by reflection or transmission, which determines that the beam is reflected in the diffraction network or transmitted through it. The diffraction network 3 can be a Ronchi network that modulates the amplitude, although it could also be a network with a sinusoidal modulation or other type of amplitude and / or phase modulation.

La determinación de los periodos PA y PB de las autoimágenes puede realizarse mediante cualquier algoritmo de ajuste que permita una baja incertidumbre; preferentemente, se realiza mediante la técnica del ajuste del semivariograma a la función The determination of the PA and PB periods of the self-images can be performed by any adjustment algorithm that allows a low uncertainty; preferably, it is done using the semivariogram adjustment function technique

En la Figura 2 se muestra un ejemplo de la obtención del punto de colimación mediante la determinación de la intersección de los ajustes realizados en ii). An example of obtaining the collimation point by determining the intersection of the adjustments made in ii) is shown in Figure 2.

Para poder medir el periodo de dos autoimágenes generadas por una red de difracción 3 y generar un haz colimado de acuerdo con los métodos descritos, la presente invención se refiere también a varios dispositivos optoelectrónicos diseñados con este fin. En todos ellos, para crear un dispositivo colimador, se añade al dispositivo un elemento de colimación 2 entre la fuente de luz 1 y la red de difracción 3. El elemento de colimación 2 puede ser una lente de una focal objeto t, un conjunto de lentes o un elemento óptico difractivo. In order to be able to measure the period of two auto-images generated by a diffraction network 3 and generate a collimated beam according to the methods described, the present invention also relates to several optoelectronic devices designed for this purpose. In all of them, to create a collimator device, a collimation element 2 is added to the device between the light source 1 and the diffraction network 3. The collimation element 2 can be a lens of a focal object t, a set of lenses or a diffractive optical element.

Para determinar el grado de colimación de un haz de luz, un primer dispositivo optoelectrónico se representa esquemáticamente en la Figura 1 e incluye: To determine the degree of collimation of a light beam, a first optoelectronic device is schematically represented in Figure 1 and includes:

--: una red de difracción 3 de periodo p, que puede o no ser conocido, que está situada en el eje óptico del dispositivo y que genera autoimágenes, a diffraction network 3 of period p, which may or may not be known, which is located on the optical axis of the device and which generates self-images,

--: al menos, dos sistemas de fotodetección 4, que pueden ser arrays lineales de fotodetectores, cámaras CCO o cámaras CMOS, que se encuentran ubicados fuera del eje óptico ya distancias diferentes Z2A Y Z2B con respecto a la red de difracción 3, donde se hallan dos autoimágenes, at least two photodetection systems 4, which can be linear arrays of photodetectors, CCO cameras or CMOS cameras, which are located outside the optical axis and at different distances Z2A and Z2B with respect to the diffraction network 3, where two self images,

--: un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de las señales recibidas por los sistemas de fotodetección 4 para la obtención de los periodos PA y PB y, en el caso de que el dispositivo optoelectrónico se utilice para colimar un haz de luz, para la monitorización de la distancia Az. an electronic device 5 for processing the signals received by the photodetection systems 4 for obtaining the PA and PB periods and, in the event that the optoelectronic device is used to collimate a light beam, for distance monitoring Az.

La Figura 1 a es una vista en perspectiva y la Figura 1 b eS una vista lateral. Se muestran los sistemas de fotodetección 4 y el dispositivo electrónico de procesamiento de las autoimágenes 5 separados para una mejor comprensión pero, en este dispositivo, al menos uno de los sistemas de fotodetección 4 podría ir pegado al dispositivo electrónico de procesamiento de las autoimágenes 5. Figure 1 a is a perspective view and Figure 1 b is a side view. The photodetection systems 4 and the electronic processing device of the separated self-images 5 are shown for a better understanding but, in this device, at least one of the photodetection systems 4 could be attached to the electronic processing device of the self-images 5.

Un segundo dispositivo optoelectrónico está representado en la Figura Figura A second optoelectronic device is represented in Figure Figure

4. En este caso, se incluye en el eje óptico un divisor de haz 6, entre la red de difracción 3 y dos sistemas de fotodetección 4, de manera que los dos sistemas de fotodetección 4 están situados a la salida del divisor de haz 6, uno situado en el eje óptico del dispositivo y el otro en el eje perpendicular al mismo, pudiendo medir la misma zona de la red de difracción 3. Colocando los dos sistemas de fotodetección 4 a diferentes distancias, tomando como origen la red de difracción 3, se obtienen dos autoimágenes a partir de una única zona de la red de difracción 3. Se muestra los sistemas de fotodetección 4 y el dispositivo electrónico de procesamiento de las autoimágenes 5 separados para una mejor comprensión pero, en este dispositivo, al menos uno de los sistemas de fotodetección 4 podría ir pegado al dispositivo electrónico de procesamiento de las autoimágenes 5. 4. In this case, a beam splitter 6 is included in the optical axis, between the diffraction network 3 and two photodetection systems 4, so that the two photodetection systems 4 are located at the output of the beam splitter 6 , one located on the optical axis of the device and the other on the axis perpendicular to it, being able to measure the same area of the diffraction network 3. Placing the two photodetection systems 4 at different distances, taking as origin the diffraction network 3 , two self-images are obtained from a single area of the diffraction network 3. The photodetection systems 4 and the electronic processing device of the separate self-images 5 are shown for better understanding but, in this device, at least one of The photodetection systems 4 could be attached to the electronic processing device of the self-images 5.

Un tercer dispositivo optoelectrónico incluye dos espejos 7 situados a la salida del divisor de haz 6, uno situado en el eje óptico del dispositivo y el otro perpendicular al mismo, con la cara espejada orientada hacia el divisor de haz 6 de manera que los dos espejos 7 redirigen la luz hasta un único sistema de fotodetección 4, como se aprecia en la Figura 5Figura 5. Cada uno de los dos espejos 7 incluye sobre su cara espejada una máscara 8 de un material opaco y antirreflectante que bloquea parte del haz de tal forma que las autoimágenes no solapen. A third optoelectronic device includes two mirrors 7 located at the exit of the beam splitter 6, one located on the optical axis of the device and the other perpendicular thereto, with the mirrored face oriented towards the beam splitter 6 so that the two mirrors 7 redirect the light to a single photodetection system 4, as shown in Figure 5. Figure 5. Each of the two mirrors 7 includes on its mirrored face a mask 8 of an opaque and anti-reflective material that blocks part of the beam in such a way. that the self-images do not overlap.

Una variación particular con respecto al tercer dispositivo optoelectrónico se refiere a un cuarto dispositivo, mostrado en la Figura Figura 6a, que incluye dos espejos 7 pero, en este caso, sin máscaras opacas antirreflectantes. Estos espejos redirigen la luz hasta un único sistema de fotodetección 4 donde las dos autoimágenes se solapan. Si se utilizan fuentes de luz que no tienen un alto grado de coherencia, no se producen interferencias entre las dos imágenes sino que se solapan, produciéndose un nuevo patrón de franjas conocido como patrón de franjas de Vernier (Figura Figura 6b). En este caso, el periodo del patrón de las franjas de Vernier es mucho mayor que el periodo de las autoimágenes situadas en ZA Y ZB, que tienen un periodo similar al periodo de la red de difracción 3 que las genera. Por ello, se determina la posición de colimación del haz incrementando notablemente la precisión. En este caso, el dispositivo es útil para colimar un haz de luz, bien mediante la ecuación Pv = IPAPB/(PA -PB) 1. o bien de forma visual. A particular variation with respect to the third optoelectronic device refers to a fourth device, shown in Figure Figure 6a, which includes two mirrors 7 but, in this case, without opaque anti-reflective masks. These mirrors redirect the light to a single photodetection system 4 where the two self-images overlap. If light sources are used that do not have a high degree of coherence, there is no interference between the two images but they overlap, producing a new stripe pattern known as the Vernier stripe pattern (Figure Figure 6b). In this case, the period of the Vernier stripe pattern is much greater than the period of the self-images located in ZA and ZB, which have a period similar to the period of the diffraction network 3 that generates them. Therefore, the collimation position of the beam is determined by significantly increasing the accuracy. In this case, the device is useful for collimating a beam of light, either by the equation Pv = IPAPB / (PA -PB) 1. or visually.

Un quinto dispositivo optoelectrónico está representado en la Figura Figura 7 y está formado por una red de difracción 3, un sistema de fotodetección 4 y un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de las autoimágenes generadas por la red de difracción 3 y de comparación de los periodos PA y PB' En este caso, el sistema de fotodetección 4 está inclinado con respecto al eje óptico del dispositivo un ángulo e, de manera que se obtienen múltiples autoimágenes de las que se eligen, al menos, dos para medir el grado de colimación del haz de luz procedente de la fuente de iluminación 1, de acuerdo con el método de la invención. El ángulo epuede ser de 45º ± 30º. A fifth optoelectronic device is represented in Figure Figure 7 and is formed by a diffraction network 3, a photodetection system 4 and an electronic device 5 for processing the auto images generated by the diffraction network 3 and comparing the periods PA and PB 'In this case, the photodetection system 4 is inclined with respect to the optical axis of the device an angle e, so that multiple self-images are obtained from which at least two are chosen to measure the degree of collimation of the beam of light from the lighting source 1, according to the method of the invention. The angle can be 45º ± 30º.

Los sistemas de fotodetección 4 pueden ubicarse en una cámara con distribución bidimensional, como pueden ser una cámara CMOS o una cámara CCO. The photodetection systems 4 can be located in a camera with two-dimensional distribution, such as a CMOS camera or a CCO camera.

Por otro lado, como dispositivo electrónico 5 de procesamiento de datos se puede emplear una placa electrónica, un microprocesador o un ordenador. On the other hand, as an electronic data processing device 5 an electronic board, a microprocessor or a computer can be used.

Breve descripción de las figuras Brief description of the figures

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, a set of drawings is attached as an integral part of said description, where, for illustrative and non-limiting purposes, it has been represented the next:

Figura 1. Muestra, de forma esquemática, la configuración básica de uno de los dispositivos optoelectrónicos de la invención y la distribución de los diferentes componentes: 1 fuente de luz, 2 elemento de colimación que, en este caso, es una lente, 3 red de difracción, 4 sistema de fotodetección que puede ser un array lineal de fotodetectores, una cámara CCO o CMOS, presentándose en esta configuración dos sistemas de fotodetección ubicados a distancias de Talbot Z2A Y Z2B' respectivamente, siendo Z2A *Z2B, 5 dispositivo electrónico de procesamiento de las autoimágenes y comparación de los periodos PA y PB' Figure 1. It shows, schematically, the basic configuration of one of the optoelectronic devices of the invention and the distribution of the different components: 1 light source, 2 collimation element which, in this case, is a lens, 3 network diffraction, 4 photodetection system that can be a linear array of photodetectors, a CCO or CMOS camera, presenting in this configuration two photodetection systems located at distances of Talbot Z2A and Z2B 'respectively, being Z2A * Z2B, 5 electronic device of self-image processing and comparison of PA and PB periods

Figura 2. (a) Muestra un ejemplo de perfil de intensidad experimental ¡(x) obtenido con una red de difracción 3 de periodo P = 100 micrómetros medido a una distancia Z2 de 22.72 millmetros, donde se sitúa un sistema de fotodetección 4. (b) Muestra un ejemplo de semivariograma obtenido para la señal de la Figura 2a (línea discontinua) y ajuste de dicho semivariograma a la función descrita en la ecuación (4) (línea continua). Figure 2. (a) Shows an example of an experimental intensity profile ¡(x) obtained with a diffraction network 3 of period P = 100 micrometers measured at a distance Z2 of 22.72 millimeters, where a photodetection system 4 is located. ( b) Shows an example of a semivariogram obtained for the signal of Figure 2a (dashed line) and adjustment of said semivariogram to the function described in equation (4) (continuous line).

Figura 3. Cálculo experimental del periodo de las autoimágenes según el Ejemplo 8, mediante la técnica descrita en la ecuación (5). Figure 3. Experimental calculation of the period of the self-images according to Example 8, using the technique described in equation (5).

Figura 4. Muestra, de forma esquemática, la configuración de un dispositivo de la invención en el que se utiliza un divisor de haz 6. Figura 5Figura 5. Muestra, de forma esquemática, la configuración de un dispositivo de la invención en el que se utilizan dos espejos 7 a la salida de un divisor de haz 6, un espejo situado en el eje óptico y el otro espejo situado perpendicularmente al eje óptico, con la cara espejada orientada hacia el divisor de haz 6, de forma que los espejos redirigen la luz hasta un sistema de fotodetección 4 compuesto por dos o más arrays lineales de fotodetectores pertenecientes, por ejemplo, a una cámara CMOS. Figure 4. Shows, schematically, the configuration of a device of the invention in which a beam splitter is used 6. Figure 5 Figure 5. Shows, schematically, the configuration of a device of the invention in which they use two mirrors 7 at the exit of a beam splitter 6, a mirror located on the optical axis and the other mirror located perpendicular to the optical axis, with the mirrored face oriented towards the beam splitter 6, so that the mirrors redirect the light to a photodetection system 4 composed of two or more linear arrays of photodetectors belonging, for example, to a CMOS camera.

Figura 6. (a) Muestra de forma esquemática la configuración de un dispositivo de la invención en el que se utilizan dos espejos 7, sin máscaras opacas y antirreflectantes, de forma que redirigen la luz hasta un sistema de fotodetección 4 compuesto por dos o varios arrays lineales de fotodetectores pertenecientes, por ejemplo, a una cámara CMOS. (b) Ejemplo de patrón de franjas de Vernier entre la distribución de intensidad superpuesta proveniente de los dos espejos 7 cuando el periodo de las autoimágenes es diferente. Figure 6. (a) Schematically shows the configuration of a device of the invention in which two mirrors 7 are used, without opaque and anti-reflective masks, so that they redirect the light to a photodetection system 4 composed of two or more linear arrays of photodetectors belonging, for example, to a CMOS camera. (b) Example of Vernier stripe pattern between the distribution of superimposed intensity from the two mirrors 7 when the period of the self-images is different.

Figura 7. Muestra, de forma esquemática, la configuración de un dispositivo de la invención en el que se utiliza un sistema de fotodetección 4, formado por varios arrays lineales de fotodetectores o un array bidimensional de fotodetectores pertenecientes, por ejemplo, a una cámara CMOS, cuya característica principal es que está inclinado un cierto ángulo () respecto al eje óptico definido por la propagación del haz de luz desde la fuente 1 hacia la red de difracción 3. Figure 7. Schematically shows the configuration of a device of the invention in which a photodetection system 4 is used, consisting of several linear arrays of photodetectors or a two-dimensional array of photodetectors belonging, for example, to a CMOS camera , whose main characteristic is that a certain angle () is inclined with respect to the optical axis defined by the propagation of the light beam from the source 1 towards the diffraction network 3.

Modo de realización de la invención Embodiment of the invention

Una vez definida la geometría del sistema y el proceso de medida, a continuación se presentan ejemplos de dispositivos optoelectrónicos para medir el grado de colimación de un haz o colimar el haz y ejemplos de ambos métodos. Once the system geometry and the measurement process have been defined, examples of optoelectronic devices to measure the degree of collimation of a beam or collimate the beam and examples of both methods are presented below.

La invención no está limitada a las realizaciones concretas que se describen, sino que abarca también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, distancias, componentes, configuraciones, etc.). The invention is not limited to the specific embodiments described, but also covers, for example, the variants that can be made by the average person skilled in the art (for example, in terms of the choice of materials, dimensions, distances, components, configurations, etc.).

En particular, si bien las realizaciones preferentes de la invención están descritas para algunos sistemas concretos de fotodetección, elementos de colimación, reflexión y división del haz, y generación de autoimágenes, los métodos y sistemas descritos pueden ser aplicados con otros sistemas o elementos que cumplan la misma función. No existen, por lo tanto, limitaciones inherentes a la invención en cuanto a la medida y análisis de las autoimágenes, el número de autoimágenes, el elemento de colimación utilizado y su número, el elemento generador de autoimágenes, su número, y sus características, el número de elementos reflexivos y divisores del haz así como bloqueadores del mismo y sus características, las longitudes de onda utilizadas así como el tipo y características del haz y/o la fuente luminosa. In particular, although the preferred embodiments of the invention are described for some specific photodetection systems, collimation elements, reflection and beam splitting, and autoimage generation, the described methods and systems can be applied with other systems or elements that comply with The same function. There are, therefore, no limitations inherent to the invention regarding the measurement and analysis of the self-images, the number of self-images, the collimation element used and its number, the auto-image generating element, its number, and its characteristics, the number of reflective elements and beam splitters as well as their blockers and their characteristics, the wavelengths used as well as the type and characteristics of the beam and / or the light source.

Ejemplo 1 Se fabricaron un dispositivo optoelectrónico para colimar y un dispositivo optoelectrónico para determinar el grado de colimación de una fuente luminosa 1 LEO (modelo HE8807SG de Hitachi) de longitud de onda centrada en it = 880 nanómetros. Como elemento de colimación 2, se incluyó un elemento óptico difractivo (OOE, del inglés diffractive aplical elemenl) conocido como lente de Fresnel cuya distancia focal es f = 35 milímetros y de diámetro d = 20 milímetros fabricada mediante fotolitografía, en el caso del dispositivo para colimar. En ambos casos, el dispositivo incluía una red de difracción 3 de periodo p = 110 micrómetros fabricada en cromo sobre un sustrato de vidrio. Como sistema de fotodetección 4, se utilizaron dos arrays lineales pertenecientes a dos cámaras bidimensionales CMOS de la marca Imaging Source, modelo OMK 72BUC02, de tamaño de píxel 2.2 x 2.2 micrómetros y una resolución de 2592 x 1944 píxeles. Estas cámaras se ubicaron en el mismo plano que la red de difracción 3, perpendiculares a la propagación del haz de luz, fuera del eje óptico y a dos distancias de Talbot distintas, Z2A = 2p 2lit = 27.50 milímetros y Z28 = p2 lit = 13.75 milímetros, tomando como origen la red de difracción 3. Para el análisis numérico, se utilizó un programa informático ejecutado en un ordenador que actuaba como elemento de procesamiento de datos 5. Un esquema de ambos dispositivos Example 1 An optoelectronic collimating device and an optoelectronic device were manufactured to determine the degree of collimation of a 1 LEO light source (Hitachi model HE8807SG) of wavelength centered at it = 880 nanometers. As a collimation element 2, a diffractive optical element (OOE) was used, known as Fresnel lens whose focal length is f = 35 millimeters and diameter d = 20 millimeters made by photolithography, in the case of the device to collimate. In both cases, the device included a diffraction network 3 of period p = 110 micrometers made of chromium on a glass substrate. As a photodetection system 4, two linear arrays belonging to two two-dimensional CMOS cameras of the Imaging Source brand, model OMK 72BUC02, of pixel size 2.2 x 2.2 micrometers and a resolution of 2592 x 1944 pixels were used. These cameras were located in the same plane as the diffraction network 3, perpendicular to the propagation of the light beam, outside the optical axis and at two different Talbot distances, Z2A = 2p 2lit = 27.50 mm and Z28 = p2 lit = 13.75 mm , based on the diffraction network 3. For the numerical analysis, a computer program executed on a computer that acted as a data processing element 5. A scheme of both devices was used

se muestra en las Figuras 1 a y 1b, en vista horizontal y transversal, It is shown in Figures 1 a and 1b, in horizontal and transverse view,

respectivamente; el dispositivo para colimar incluye el elemento colimador 2, respectively; The collimating device includes the collimating element 2,

mientras que el dispositivo para medir el grado de colimación no lo incluye. while the device to measure the degree of collimation does not include it.

Ejemplo 2. La Figura 4 muestra un segundo ejemplo. Se fabricaron un dispositivo optoelectrónico para colimar y un dispositivo optoelectrónico para determinar el grado de colimación para haces de menor tamaño que con el dispositivo descrito en el Ejemplo 1. Como red de difracción 3 se utilizó una red de periodo p = 100 micrómetros fabricada en cromo sobre vidrio. Como elemento de colimación 2, se incluyó una lente de focal f = 40 milímetros y de diámetro d = 20 milímetros de la marca Melles Griot, en el caso del dispositivo para colimar. Tomando como base los dispositivos del Ejemplo 1, se incluyó un cubo divisor de haz 6 entre la red de difracción 3 y el sistema de fotodetección 4, situándolo en el eje óptico. Se utilizó un cubo divisor de haz 6 de substrato N-BK7, no polarizado, con tratamiento antirreflectante, formado por dos prismas de ángulo recto unidos por la hipotenusa, de la marca TECHSPEC®, modelo 10 mm NIR, de dimensiones 10 x 10 x 10 milímetros, tal y como muestra la Figura 4. El divisor de haz 6 divide la amplitud del haz incidente en dos haces que viajan por dos direcciones perpendiculares entre sí. De esta forma, los dos sistemas de fotodetección 4 se colocaron en el eje óptico en las distancias Talbot ZZA =5pz /..1 = 56.81 milímetros y ZZ8 = 2pz/..1 = 22.72 milímetros, tomando como origen la red de difracción 3 y en planos perpendiculares entre sí. Con esta disposición, se añade la ventaja de captar la señal de la misma zona de la red de difracción 3. Example 2. Figure 4 shows a second example. An optoelectronic collimating device and an optoelectronic device were manufactured to determine the degree of collimation for smaller beams than with the device described in Example 1. As a diffraction network 3 a period network p = 100 micrometers made of chromium was used on glass As collimation element 2, a focal lens f = 40 millimeters and diameter d = 20 millimeters of the Melles Griot brand was included, in the case of the collimating device. Based on the devices of Example 1, a beam splitter cube 6 was included between the diffraction network 3 and the photodetection system 4, placing it on the optical axis. A beam splitter cube 6 of N-BK7 substrate, non-polarized, with anti-reflective treatment, consisting of two right-angle prisms joined by the hypotenuse, of the TECHSPEC® brand, model 10 mm NIR, of dimensions 10 x 10 x was used 10 millimeters, as shown in Figure 4. The beam splitter 6 divides the amplitude of the incident beam into two beams that travel in two directions perpendicular to each other. In this way, the two photodetection systems 4 were placed on the optical axis at the Talbot distances ZZA = 5pz /..1 = 56.81 millimeters and ZZ8 = 2pz / .. 1 = 22.72 millimeters, taking as origin the diffraction network 3 and in planes perpendicular to each other. With this arrangement, the advantage of capturing the signal from the same area of the diffraction network 3 is added.

Ejemplo 3. La Figura 5 muestra un tercer ejemplo de dispositivos optoelectrónicos para situaciones en las que el número de fotosensores es limitado. En particular, se fabricaron un dispositivo para colimar y un dispositivo para determinar el grado de colimación en los que se requiere un único sistema de fotodetección 4. Para ello, se tomaron como base los dispositivos del Ejemplo 2; se incluyeron en el eje óptico dos espejos 7 de primera superficie ..1/4 de 25 x 25 milímetros cuadrados, de superficie de aluminio mejorado, a las distancias ZZA =5pz /2..1 =27.90 milímetros y ZZ8 = 2pz /2..1 = 11.36 milímetros, tomando como origen la red de difracción 3, en planos perpendiculares entre sí y con la cara espejada orientada hacia el divisor de haz 6, de forma que redirigen la luz hasta un único sistema de fotodetección 4 que, en este caso, es una cámara bidimensional CMOS, de la marca Imaging Source, modelo DMK 72BUC02, de tamaño de píxel 2.2 x 2.2 micrómetros y con una resolución de 2592 x 1944 píxeles. De esta forma, se utiliza un único sistema de fotodetección 4 en lugar de dos. Además, en cada espejo 7, se colocó una lámina adhesiva de cartulina negra, opaca y mate, de 25 x 12.5 milímetros cuadrados de superficie, alineada con el perímetro del espejo, como máscara opaca y antirreflectante 8, de forma que las autoimágenes no solaparan. Se muestra el sistema de fotodetección 4 y el dispositivo electrónico de procesamiento de las autoimágenes 5 separados para una mejor comprensión, pero en este dispositivo podrían ir pegados. Example 3. Figure 5 shows a third example of optoelectronic devices for situations where the number of photosensors is limited. In particular, a collimating device and a device for determining the degree of collimation in which a single photodetection system 4 is required. For this purpose, the devices of Example 2 were taken as the basis; two mirrors 7 of first surface ..1 / 4 of 25 x 25 square millimeters, of improved aluminum surface, at distances ZZA = 5pz /2..1 = 27.90 mm and ZZ8 = 2pz / 2 were included in the optical axis ..1 = 11.36 millimeters, taking as origin the diffraction network 3, in planes perpendicular to each other and with the mirrored face oriented towards the beam splitter 6, so that they redirect the light to a single photodetection system 4 which, in This case is a two-dimensional CMOS camera, Imaging Source brand, model DMK 72BUC02, pixel size 2.2 x 2.2 micrometers and with a resolution of 2592 x 1944 pixels. In this way, a single photodetection system 4 is used instead of two. In addition, in each mirror 7, an opaque and matte black cardboard adhesive sheet of 25 x 12.5 square millimeters of surface was placed, aligned with the perimeter of the mirror, as an opaque and anti-reflective mask 8, so that the self-images do not overlap . The photodetection system 4 and the electronic processing device of the separated self-images 5 are shown for a better understanding, but in this device they could be attached.

Ejemplo 4. La Figura 6a muestra un cuarto ejemplo de dispositivo optoelectrónico para situaciones en las que se requiere una precisión en la medida aún mayor. En particular, se fabricó un dispositivo para colimar y un dispositivo para determinar el grado de colimación basado en el dispositivo del Ejemplo 3 donde los espejos 7 no incorporaron ninguna máscara opaca. Como elemento de colimación 2 se utilizó un sistema de lentes compuesto por dos lentes convergentes de la marca Melles Griot cuya distancia focal en ambos casos es t' = 60 milímetros y la separación entre ambas es 30 milímetros. Con esta disposición, las autoimágenes se solapan en el sistema de fotodetección 4 produciendo un patrón de franjas de Vernier cuyo tamaño es mayor que el periodo de las autoimágenes, por lo que la incertidumbre cometida en su medición es menor. Un ejemplo de este patrón de franjas se muestra en la Figura Figura 6b. Example 4. Figure 6a shows a fourth example of an optoelectronic device for situations where even greater measurement accuracy is required. In particular, a collimating device and a device for determining the degree of collimation based on the device of Example 3 were manufactured where the mirrors 7 did not incorporate any opaque mask. As collimation element 2, a lens system consisting of two converging lenses of the Melles Griot brand was used, whose focal length in both cases is t '= 60 millimeters and the separation between them is 30 millimeters. With this arrangement, the self-images overlap in the photodetection system 4 producing a Vernier stripe pattern whose size is larger than the period of the self-images, so the uncertainty committed in its measurement is smaller. An example of this strip pattern is shown in Figure Figure 6b.

En la Figura 6a se muestra el sistema de fotodetección 4 y el dispositivo electrónico de procesamiento de las autoimágenes 5 separados para una mejor comprensión, pero en este dispositivo podrían ir pegados. Figure 6a shows the photodetection system 4 and the electronic processing device of the separated self-images 5 for a better understanding, but in this device they could be attached.

Ejemplo 5. La Figura 7 muestra un quinto ejemplo de dispositivo optoelectrónico para situaciones en las que el espacio disponible es limitado. Se fabricaron un dispositivo para colimar y un dispositivo para determinar el grado de colimación en el que se incluyó un único sistema de fotodetección 4. En este caso se utilizó una red de difracción fabricada en cromo sobre vidrio cuyo periodo es p = 20 micrómetros. Tras la red de difracción 3, y en el eje óptico, se colocó un sistema de fotodetección 4 inclinado 45° con respecto al eje óptico del dispositivo. De esta forma, con un único sistema de fotodetección 4, se pueden medir los periodos de varias autoimágenes. En este caso, se midieron los periodos de dos autoimágenes diferentes, en las filas superior e inferior del sistema de fotodetección 4. Las distancias Talbot fueron Z2A = 4p 2lA = 1.82 milímetros y Z2B = Sp2 lA = 2.27 milímetros, tomando como origen la red de difracción 3. Como sistema de fotodetección 4 se empleó la misma cámara de los Ejemplos 3 y 4. Se muestra el sistema de fotodetección 4 y el dispositivo electrónico de procesamiento de las autoimágenes 5 separados para una mejor comprensión, pero en este dispositivo podrían ir pegados. Example 5. Figure 7 shows a fifth example of an optoelectronic device for situations where the available space is limited. A collimating device and a device for determining the degree of collimation were manufactured in which a single photodetection system 4 was included. In this case a diffraction net made of chrome on glass was used whose period is p = 20 micrometers. After the diffraction network 3, and on the optical axis, a photodetection system 4 inclined 45 ° with respect to the optical axis of the device was placed. In this way, with a single photodetection system 4, the periods of several self-images can be measured. In this case, the periods of two different self-images were measured, in the upper and lower rows of the photodetection system 4. The Talbot distances were Z2A = 4p 2lA = 1.82 millimeters and Z2B = Sp2 lA = 2.27 millimeters, taking as origin the network diffraction 3. As the photodetection system 4, the same camera as in Examples 3 and 4 was used. The photodetection system 4 and the electronic processing device of the separated self-images 5 are shown for a better understanding, but in this device they could go glued

Ejemplo 6. Se determinó el grado de colimación de un haz utilizando los dispositivos que se describen en los Ejemplos 1-3 y 5. Para ello, se hizo pasar un haz de luz a través de cada uno de los dispositivos optoelectrónicos descritos en el ejemplo correspondiente. Dado que el semivariograma de una función periódica es a su vez periódico, se utilizó la función semivariograma para un array lineal de fotodiodos, Example 6. The degree of collimation of a beam was determined using the devices described in Examples 1-3 and 5. For this, a beam of light was passed through each of the optoelectronic devices described in the example correspondent. Since the semivariogram of a periodic function is in turn periodic, the semivariogram function was used for a linear array of photodiodes,

(3) (3)

para suavizar la señal de las autoimágenes detectadas por los sistemas de fotodetección 4 y aumentar la precisión de la medida de los periodos PA y PB' Los periodos se obtuvieron a través del ajuste de los semivariogramas correspondientes a la función to soften the signal of the self-images detected by the photodetection systems 4 and increase the accuracy of the measurement of the periods PA and PB 'The periods were obtained through the adjustment of the semivariograms corresponding to the function

2y(h) = (al + (Jlh + ylh2 + olh3) -{(a2 + (J2h + Y2h2 + 02h3) COS C;h)}, (4) 2y (h) = (al + (Jlh + ylh2 + olh3) - {(a2 + (J2h + Y2h2 + 02h3) COS C; h)}, (4)

El grado de colimación a en cada posición de la fuente de luz 1 se obtuvo a través de la expresión The degree of collimation a at each position of the light source 1 was obtained through the expression

/).Z = PrPA [2 /).Z = PrPA [2

(7)(7)

P8 Z2A -PA Z28 P8 Z2A -PA Z28

Ejemplo 7. Se colimó un haz luminoso cuyo emisor es una fuente de luz 1. Para ello se hizo pasar un haz de luz a través de cada uno de los dispositivos descritos en los Ejemplos 1-3 y 5 que comprenden un elemento colimador 2 situado en la posición anterior a una red de difracción 3 y en el eje óptico del sistema, tal y como se aprecia en las figuras en las que se representan los esquemas de los distintos dispositivos optoelectrónicos. Dado que el semivariograma de una función periódica es a su vez periódico, se utilizó la función semivariograma para un array lineal de fotodiodos, Example 7. A light beam was collimated whose emitter is a light source 1. For this purpose a light beam was passed through each of the devices described in Examples 1-3 and 5 comprising a collimating element 2 located in the position prior to a diffraction network 3 and in the optical axis of the system, as can be seen in the figures in which the diagrams of the different optoelectronic devices are represented. Since the semivariogram of a periodic function is in turn periodic, the semivariogram function was used for a linear array of photodiodes,

(3) (3)

para suavizar la señal de las autoimágenes detectadas por los sistemas de fotodetección 4 y aumentar la precisión de la medida de los periodos PA y PB. Estos se obtuvieron a través del ajuste de los semivariogramas correspondientes a la función to soften the signal of the self-images detected by the photodetection systems 4 and increase the accuracy of the measurement of the PA and PB periods. These were obtained through the adjustment of the semivariograms corresponding to the function

y(h) = (al + (Jlh + Yth 2 + olh3) -{(a2 + (J2h + Y2h2 + 02h3) cos C:h)}, (4) and (h) = (al + (Jlh + Yth 2 + olh3) - {(a2 + (J2h + Y2h2 + 02h3) cos C: h)}, (4)

A continuación se obtuvo la diferencia de periodos experimentales IIp = PB PA como punto de referencia y se desplazó la fuente de luz 1 en la dirección del eje óptico y en el sentido de decrecimiento de la diferencia monitorizando la modificación de IIp hasta que PB =PA de manera que IIp =PB -PA =o. Then the difference of experimental periods IIp = PB PA was obtained as a reference point and the light source 1 was shifted in the direction of the optical axis and in the direction of decrease of the difference by monitoring the modification of IIp until PB = PA so that IIp = PB -PA = o.

Ejemplo 8. Se colimó un haz luminoso cuyo emisor es una fuente de luz 1. Para ello se hizo pasar un haz de luz a través de cada uno de los dispositivos descritos en los Ejemplos 1-3 y 5 que comprenden un elemento colimador 2 situado en la posición anterior a una red de difracción 3 y en el eje óptico del sistema, tal y como se aprecia en las figuras en las que se representan los esquemas de los distintos dispositivos. Dado que el semivariograma de una función periódica es a su vez periódico, se utilizó la función semivariograma para un array lineal de fotodiodos, Example 8. A light beam was collided whose emitter is a light source 1. For this purpose a light beam was passed through each of the devices described in Examples 1-3 and 5 comprising a collimating element 2 located in the position before a diffraction network 3 and in the optical axis of the system, as can be seen in the figures in which the diagrams of the different devices are represented. Since the semivariogram of a periodic function is in turn periodic, the semivariogram function was used for a linear array of photodiodes,

(3) (3)

y(h) = (al + (JI h + Yth2 + olh3) -(a2 + (J2h + Y2h2 + 02h3) cos C:h), (4) and (h) = (al + (JI h + Yth2 + olh3) - (a2 + (J2h + Y2h2 + 02h3) cos C: h), (4)

En la Figura 2a, se muestra un perfil de intensidad experimental medido en Z2B' En la Figura 2b, se muestra el semivariograma obtenido con la ecuación In Figure 2a, an experimental intensity profile measured in Z2B 'is shown. In Figure 2b, the semivariogram obtained with the equation is shown

(3) para el perfil de intensidad de la Figura 2a (línea continua). El periodo de la autoimagen se obtiene a partir de su ajuste a la ecuación (4) (línea discontinua). Mediante el dispositivo del ejemplo 2, se utilizaron dos arrays de fotodetectores 4 ubicados en Z2A = 5p 2/ A = 56.81 milímetros y Z2B = 2p 2/ A = (3) for the intensity profile of Figure 2a (solid line). The period of the self-image is obtained from its adjustment to equation (4) (dashed line). Using the device of example 2, two photodetector arrays 4 located at Z2A = 5p 2 / A = 56.81 mm and Z2B = 2p 2 / A = were used

22.72 milímetros para calcular el periodo de las autoimágenes a distintas distancias !J.z entre la fuente de luz 1 y el elemento de colimación 2. Cuando se produce la intersección de los ajustes lineales mediante la técnica de mínimos cuadrados de las expresiones de la ecuación (5), el periodo coincide, se obtiene !J.z = O y, por consiguiente, es la posición en la cual el haz está colimado. El punto de colimación se obtiene en la intersección de los ajustes a mínimos cuadrados de los periodos de ambas autoimágenes (Figura 3) que, en este ejemplo, fue z = 27.7842 milímetros. 22.72 millimeters to calculate the period of the self-images at different distances! Jz between the light source 1 and the collimation element 2. When the intersection of the linear adjustments occurs using the least squares technique of the expressions in the equation (5 ), the period coincides, you get! Jz = O and, therefore, is the position in which the beam is collimated. The collimation point is obtained at the intersection of the adjustments to least squares of the periods of both self-images (Figure 3) which, in this example, was z = 27.7842 millimeters.

Ejemplo 9. Se colimó un haz luminoso cuyo emisor es una fuente de luz 1. Para ello se hizo pasar un haz de luz a través del dispositivo que se describe en el Ejemplo 4 y en la Figura 6a. Cuando las autoimágenes son incoherentes, la superposición es la suma de las intensidades, por lo que se produjo un patrón de franjas de Vernier mostrado en la Figura 6b. El periodo de esta distribución periódica de intensidad se calculó mediante la ecuación Pv = IPAPB/(PA -PB)I donde PA y PB son los periodos de las autoimágenes que se obtuvieron a las distancias Talbot Z2A = 5p 2/2A = 27.90 milímetros y Z2B = 2p2/2A = 11.36 milímetros, respectivamente, tomando como origen la red de difracción 3. Example 9. A light beam was collimated whose emitter is a light source 1. For this purpose, a light beam was passed through the device described in Example 4 and in Figure 6a. When the self-images are inconsistent, the overlap is the sum of the intensities, so there was a Vernier stripe pattern shown in Figure 6b. The period of this periodic intensity distribution was calculated using the equation Pv = IPAPB / (PA -PB) I where PA and PB are the periods of the self-images obtained at Talbot distances Z2A = 5p 2 / 2A = 27.90 mm and Z2B = 2p2 / 2A = 11.36 millimeters, respectively, based on the diffraction network 3.

Dado que el patrón de franjas Vernier es periódico, y el semivariograma de Since the Vernier stripe pattern is periodic, and the semivariogram of

una a: función periódica es a su vez periódico, se utilizó la función function periodic is to its time newspaper, the function was used

semivariogramsemivariogram: a para un array lin eal de fotodiodos, to for a array lin eal of photodiodes,

(3) (3)

para disminuir la incertidumbre en la medida de Pv. Se obtuvo el periodo Pv a través del ajuste del semivariograma a la función to reduce uncertainty in the measure of Pv. The period Pv was obtained through the semivariogram adjustment to the function

y(h) = (al + f3l h + yl h2 + olh3) -(az + f32h + Y2h2 + 02h3) cos C:h). (4) and (h) = (al + f3l h + yl h2 + olh3) - (az + f32h + Y2h2 + 02h3) cos C: h). (4)

A continuación se desplazó la fuente de luz 1 en la dirección del eje óptico y en el sentido de incremento de Pv hasta que PB = PA, de manera que Pv visualmente desapareció y analíticamente su valor tendió a infinito. En este ejemplo, se cuenta con la ventaja de que el periodo de las franjas de los patrones de Vernier se puede medir con mayor facilidad que en los ejemplos anteriores al ser mayor el periodo de las franjas de los patrones de Vernier que el periodo de las autoimágenes de la red de difracción 3. Then the light source 1 was shifted in the direction of the optical axis and in the direction of increasing Pv until PB = PA, so that Pv visually disappeared and analytically its value tended to infinity. In this example, there is the advantage that the period of the stripes of the Vernier patterns can be measured more easily than in the previous examples as the period of the stripes of the Vernier patterns is greater than the period of the self-images of the diffraction network 3.

Claims

1. Method for determining the degree of collimation of a beam of light comprising the following steps:

a) make the light beam affect on a diffraction network 3,

b) detecting at least two self-images generated by the diffraction network 3 of step a) a, at least two distinct distances of Talbot, ZA, ZB, of said diffraction network 3,

c) determine the PA and PB periods of the self-images detected in step b),

d) determine the value of a through the equation

a = _ PB-PA

(6)

PBZZA-PAZZB

where at ~ -8z / [Z, 8z being the displacement of the light source 1 with respect to the distance [, and being [the focal distance of the collimation element 2.

2. Method according to claim 1 wherein the periodic signal of the auto images detected in step b) is smoothed by calculating the semivariogram

(3).

3. Method according to claim 2 wherein the PA and PB periods of the auto images detected in step b) are obtained by adjusting each semivariogram to the equation

2y (h) = (al + fJlh + ylhZ + olh3) - (az + fJzh + Yzh Z + ozh3) COS C; h) (4).

4. Method to collimate a beam of light comprising the following steps:

a) make the light beam to collide on a collimating element 2,

b) make the collimated beam in step a) impact on a diffraction net 3,

c) detecting at least two self-images generated by the diffraction network 3 of step b) at least two different distances from Talbot, ZA, ZBJ of said diffraction network 3,

d) modify the distance between the light source 1 and the collimator element 2 by moving the light source 1 and that of the collimator element 2 along the optical axis, and repeat step c) until the periods PA and PB of the self images are the same.

5. Method according to claim 4 which, in step d), includes the following steps:

i) Carry out an adjustment for least squares obtained by scanning the measurements of the periods of the self-images when moving the light source 1 and the collimating element 2 along the optical axis, to each of the expressions

PA = (1 + aZ2A) P, (S) PB = (1 + aZ2B) P ·

ii) Determine the intersection of the adjustments made in i).

6. 6.: Método según la reivindicación 4 en el que se suaviza la señal periódica de las autoimágenes detectadas en el paso b) mediante el cálculo del semivariograma Method according to claim 4 in which the periodic signal of the auto images detected in step b) is smoothed by calculating the semivariogram

(3).

7. 7.: Método según la reivindicación 6 en el que los periodos PA y PB de las autoimágenes detectadas en el paso b) se obtienen mediante el ajuste de cada semivariograma a la ecuación Method according to claim 6 wherein the PA and PB periods of the auto images detected in step b) are obtained by adjusting each semivariogram to the equation

2y (h) = (al + f3l h + Yth2 + 8l h3) - {(a2 + f32h + Y2h2 + 82h3) cos C: h)} (4).

8. 8.: Método según la reivindicación 4, en el que se detecta que los periodos PA y PB de las autoimágenes son iguales de forma visual cuando desaparece el patrón de franjas de Vernier. Method according to claim 4, wherein the PA and PB periods of the auto images are detected visually the same when the Vernier stripe pattern disappears.

9. 9.: Método según la reivindicación 4, en el que aplicando la fórmula Method according to claim 4, wherein applying the formula

PA is equal to PB when Pv tends to infinity.

10. Optoelectronic device for determining the degree of collimation of a light beam according to the method of claims 1-3 comprising:

--: una red de difracción 3, a diffraction network 3,

--: al menos, dos sistemas de fotodetección 4 ubicados a distintas distancias de la red de difracción 3, en planos paralelos al plano en el que está situada la red de difracción 3 estando al menos uno ubicado fuera del eje óptico, at least two photodetection systems 4 located at different distances from the diffraction network 3, in planes parallel to the plane in which the diffraction network 3 is located, at least one being located outside the optical axis,

--: un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de datos. an electronic device 5 for data processing.

11. Optoelectronic device for determining the degree of collimation of a light beam according to the method of claims 1-3 comprising:

--: una red de difracción 3, a diffraction network 3,

--: un divisor de haz 6 ubicado a continuación de la red de difracción 3 a lo largo del eje óptico del dispositivo, a beam splitter 6 located next to the diffraction network 3 along the optical axis of the device,

--: dos sistemas de fotodetección 4 ubicados en dos planos distintos, perpendiculares entre sí y paralelos a dos caras del divisor de haz 6, y a distintas distancias del divisor de haz 6, two photodetection systems 4 located in two different planes, perpendicular to each other and parallel to two faces of the beam splitter 6, and at different distances from the beam splitter 6,

12. Optoelectronic device for determining the degree of collimation of a light beam according to the method of claims 1-3 comprising:

--: una red de difracción 3, a diffraction network 3,

--: dos espejos 7 ubicados en dos planos distintos, perpendiculares entre sí y paralelos a dos caras del divisor de haz 6, con las caras espejadas cubiertas por sendas máscaras opacas y antirreflectantes que bloquean parte del haz de tal forma que las autoimágenes no solapan, y orientadas hacia el divisor de haz 6, two mirrors 7 located in two different planes, perpendicular to each other and parallel to two faces of the beam splitter 6, with the mirrored faces covered by paths opaque and anti-reflective masks that block part of the beam so that the self-images do not overlap, and oriented towards beam splitter 6,

--: un sistema de fotodetección 4 ubicado en un plano paralelo a una cara del divisor de haz 6 distinta a las dos caras del divisor de haz 6 a las que son paralelas los espejos 7, a photodetection system 4 located in a plane parallel to one face of the beam splitter 6 other than the two faces of the beam splitter 6 to which the mirrors 7 are parallel,

13. Optoelectronic device for determining the degree of collimation of a light beam according to the method of claims 1-3 comprising:

--: una red de difracción 3, a diffraction network 3,

--: un sistema de fotodetección 4 ubicado en un plano inclinado un ángulo 8 con respecto al plano en el que está situada la red de difracción 3, a photodetection system 4 located in an inclined plane at an angle 8 with respect to the plane in which the diffraction network 3 is located,

14. 14.: Dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 13 en el que el ángulo 8 es de 45° ± 30°. Optoelectronic device according to claim 13 wherein the angle 8 is 45 ° ± 30 °.

15. fifteen.: Dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 14 en el que el ángulo 8 es de 45°. Optoelectronic device according to claim 14 wherein the angle 8 is 45 °.

16. 16.: Dispositivo optoelectrónico según cualquiera de las reivindicaciones 10-15 en el que el/los sistema/s de fotodetección 4 se ubican en una cámara con distribución bidimensional CMOS o CCD. Optoelectronic device according to any of claims 10-15 in which the photodetection system (s) 4 are located in a chamber with CMOS or CCD two-dimensional distribution.

17. 17.: Dispositivo optoelectrónico según cualquiera de las reivindicaciones 10-16 en el que el dispositivo electrónico 5 se selecciona entre el grupo formado por: una placa electrónica, un microprocesador y un ordenador. Optoelectronic device according to any one of claims 10-16 wherein the electronic device 5 is selected from the group consisting of: an electronic board, a microprocessor and a computer.

18. 18.: Dispositivo optoelectrónico para colimar un haz de luz de acuerdo con el método de las reivindicaciones 4-9 que comprende: Optoelectronic device for collimating a light beam according to the method of claims 4-9 comprising:

--: un elemento colimador 2, a collimator element 2,

--: una red de difracción 3, a diffraction network 3,

--: al menos, dos sistemas de fotodetección 4 ubicados a distintas distancias de la red de difracción 3, en planos paralelos al plano en el que está situada la red de difracción 3 y, al menos uno, ubicado fuera del eje óptico, at least two photodetection systems 4 located at different distances from the diffraction network 3, in planes parallel to the plane in which the diffraction network 3 is located and, at least one, located outside the optical axis,

19. Optoelectronic device for collimating a light beam according to the method of claims 4-9 comprising:

--: un elemento colimador 2, a collimator element 2,

--: una red de difracción 3, a diffraction network 3,

--: dos sistemas de fotodetección 4 ubicados en dos planos distintos, perpendiculares entre sí y paralelos a dos caras del divisor de haz 6, two photodetection systems 4 located in two different planes, perpendicular to each other and parallel to two faces of the beam splitter 6,

20. Optoelectronic device for collimating a light beam according to the method of claims 4-9 comprising:

--: un elemento colimador 2, a collimator element 2,

--: una red de difracción 3, a diffraction network 3,

--: dos espejos 7 ubicados en dos planos distintos, perpendiculares entre sí y paralelos a dos caras del divisor de haz 6 y con las caras espejadas orientadas hacia el divisor de haz 6, two mirrors 7 located in two different planes, perpendicular to each other and parallel to two faces of the beam splitter 6 and with the mirrored faces oriented towards the beam splitter 6,

21. twenty-one.: Dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 20 en el que las superficies espejadas de los dos espejos 7 están cubiertas por sendas máscaras opacas y antirreflectantes que bloquean parte del haz de tal forma que las autoimágenes no solapan. Optoelectronic device according to claim 20, wherein the mirrored surfaces of the two mirrors 7 are covered by two opaque and anti-reflective masks that block part of the beam so that the self-images do not overlap.

22. 22: Dispositivo optoelectrónico para colimar un haz de luz de acuerdo con el método de las reivindicaciones 4-9 que comprende: Optoelectronic device for collimating a light beam according to the method of claims 4-9 comprising:

--: un elemento colimador 2, a collimator element 2,

--: una red de difracción 3, a diffraction network 3,

--: un sistema de fotodetección 4 ubicado en un plano inclinado un ángulo e con respecto al plano en el que está situada la red de difracción 3, a photodetection system 4 located in an inclined plane at an angle e with respect to the plane in which the diffraction network 3 is located,

23. 2. 3.: Dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 22 en el que el ángulo () es de 45° ± 30°. Optoelectronic device according to claim 22 wherein the angle () is 45 ° ± 30 °.

24. 24.: Dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 23 en el que el ángulo ees de 45°. Optoelectronic device according to claim 23 wherein the angle is 45 °.

25. 25.: Dispositivo optoelectrónico según cualquiera de las reivindicaciones 18-24 Optoelectronic device according to any of claims 18-24

5 in which the photodetection system (s) 4 are located in a camera with two-dimensional distribution CMOS or CCD.

26. Optoelectronic device according to any of claims 18-25

wherein the electronic device 5 is selected from the group consisting of 10: an electronic board, a microprocessor and a computer.