ES2549977B2

ES2549977B2 - Métodos y dispositivos optoelectrónicos para colimar y/o para determinar el grado de colimación de un haz de luz

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Publication number: ES2549977B2
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: 2016-02-25
Anticipated expiration: 2035-06-19
Also published as: ES2549977A1

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).

Description

Métodos y disposüivos optoelectrónicos para colimar y/o para determinar el

grado de colimación de un haz de luz.

5 Sector de la técnica

La presente invención se encuadra en el sector de la Tecnología Óptica y más

concretamente en el sector de Dispositivos Optoelectrónicos.

Estado de la técnica

10 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 15 paralelamente y, en el caso ideal, la divergencia es minima. 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

20 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.

25 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

[D. Malacara, ed., Optical Shop Testing (Wiley, New York, 1978)]. La base de

estas técnicas consiste en duplicar el frente de ondas bajo estudio,

30 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.

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 (LEDs, del inglés "Iight-emil!ing diodes"), diodos láser, láseres de emisión superficial con cavidad vertical (VCSELs, del inglés "vertical-cavity

5 surface-emil!ing lasers") y otras fuentes que presentan un cierto grado de coherencia parcial temporal y/o espacial.

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 10 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.

15 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" Opl. Lel!. 39, 291 (2014)]. El inconveniente de 20 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, EJ. Torcal-Milla, E J. SalgadoRemacha, 1. Morlanes, 1. Jimenez-Castillo, and E. Bernabeu, "Collirnation 25 method using a double grating system" Appl. Opl. 49, 3363 (2010)] donde se utilizan dos redes de difracción lineales. No obstante, esta técnica requiere un desplazarniento 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 30 ejemplo, es conocido que las fuentes policrornáticas 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 deterrninar el grado de colimación de un haz 35 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. Sanchez

Brea, EJ. Torcal-Milla, J.M. Herrera-Fernandez, T. Marlanes, and E. Bernabeu

"Self-imaging technique far beam collimation" Optics Lellers 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. Par ello, es necesario idear un sistema que no necesite el conocimiento previo de la red de difracción utilizada.

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 auto imágenes (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 Talbo!.

Basados en los fenómenos fisicos 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:

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.

La patente CN101469977 (A) que muestra un dispositivo que comprueba la

colimación incrementando la precisión y con una estructura compacta.

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 5 del periodo de la red de difracción.

Descripción detallada de la invención

Métodos y dispositivos optoelectrónicos para colimar y/o para determinar el grado de colimación de un haz de luz.

10 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 Talbol 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.

15 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.

En esta memoria descriptiva, se entiende por "haz de luz" 0 , simplemente,

20 "haz" cualquier tipo de haz de luz, incluido un haz láser, capaz de producir autoimágenes al incidir sobre una red de difracción.

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

25 red de difracción 3 [K. Palorsky, "The self-imaging phenomenon and its applications," Progress in Optics 27 1-108 (1989)]. Si;[ 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 lA. siendo k un número entero. No obstante, es posible 30 encontrar auto imágenes 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 Letlers 39(19) 5764-5767 (2014)] se describe una técnica con la cual se puede medir el grado de colimación de un haz de luz 35 comparando el periodo de una red de difracción 3 con el periodo de una

auto imagen. Para ello, se requiere un conocimiento muy preciso del periodo

de la red de difracción 3 y del periodo de la auto imagen. En la solución del

articulo 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

5: 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

10: 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

IS: para la medición, el periodo de la auto imagen observado se verá modificado.

Esto hace que el procedimiento de medida descrito en el artículo científico de

L.M . Sanchez-Brea y col. de 2014 no sea válido para un dispositivo que actúe

en condiciones estándar.

En la presente invención, para determinar el grado de colimación de un haz

20: 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 articulo [L.M. Sanchez-Brea, F.J. Torcal-Milla, J.M. Herrera-Fernandez,

T. Morlanes, and E. Bernabeu "Self-imaging technique for beam collimation"

Optics Lelters 39(19) 5764-5767 (2014)J entre el periodo de la red de

2S: difracción 3 y una de sus autoimágenes.

Respecto a la medida del periodo de la autoimagen , en dicho articulo 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 / (x) suele ser bastante

30: ruidosa se propone el uso de la función semivariograma para la medida del

periodo de las autoimágenes, definido como [LM Sanchez-Brea, FJ Torcal

Milla, E Bernabeu "Variogram-based method for contrast measurement"

Applied Optics 46(22) 5027-5032 (2007)J

y(h) = ~([l(x +h) -/(x)J2)x' (1)2

donde x es la posición central de los fotodetectores y (-) significa promedio espacial respecto de 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

5 mismo. En segundo lugar, debido a que se calcula como promedios

estadísticos espaciales, la función semivariograma es capaz de eliminar las

I fluctuaciones aleatorias propias de las medidas de la intensidad y, por ello, se I

1 puede calcular el periodo de la autoimagen con menor incertidumbre que si lo

hiciéramos directamente a partir de las medidas de intensidad luminosa. En

~

10 dicho articulo se calcula la posición de los primeros minimos 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

t presente invención se pretende determinar el grado de colimación para

t

15 fuentes pa rcialmente coherentes espacial y/o temporalmente. Entonces, las

autoimágenes pueden tener una menor calidad y verse afectadas por el ruido.

l,

Asi, con esta forma de medir el periodo no se obtienen los resultados de incertidumbre requeridos.

f

!

Para calcular el periodo del semivariograma, un aspecto de la presente

I

20 invención se refiere a utilizar un ajuste por mínimos cuadrados a todo el I semivariograma , en lugar de solamente a la posición de los mínimos del

f semivariograma, como se hacia en el citado artículo cientifico. Esto permite tener un número mucho mayor de puntos para el ajuste y, por ello, el periodo

se calcula menor incertidumbre.

I

25 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 1, autoimágenes generadas por una red de difracción 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

r 30 de luz, en ambos casos mediante la medida del periodo de dos autoimágenes

t

I 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

!

I l· desconocido, proveniente de una fuente de luz 1. Por ejemplo, dicho haz I

35 puede provenir de un láser, un diodo láser, un LED u aIro tipo de fuenle de luz

t.

1:

,

!

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 f, un conjunto de lentes o un elemento óptico difractivo. Posteriormente, se ubica una red de d~racción 3 que produce 5 autoimágenes en semidistancias de Talbot Zk = k P' / A, donde k es un número entero. Si la fuente de iluminación 1 no está ubicada a una distancia f del elemento de colimación 2, sino que tiene un desplazamiento !!.z respecto a

I

I este punto, el haz presenta una cierta convergencia o divergencia

j'

dependiendo del signo de !!.Z. Este haz atraviesa la red de difracción 3. A una

i 10 distancia z" 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

Pt.z = (1 +az, )p, (2)

¡

siendo " '" -!!.z/f '. La distancia z, puede ser la propia de una autoimagen,

15 es decir, la semidistancia de Talbot Zk = k p2 / A, 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 Z2A Y Z2B . sobre cada uno de los sistemas de

t ! fotodetección 4 se generarán autoimágenes cuyo periodo será PA y Pe, t 20 respectivamente.

,I I A través de la medida del periodo de estas autoimágenes se puede

I determinar el grado de colimación de un haz de luz. No obstante, las

!

auto imágenes con intensidad luminosa ¡(x) normalmente presentan

!

I fluctuaciones aleatorias debidas a efectos tales como suciedad, 25 ¡nhomogeneidades 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.

I

Si se utiliza una cámara CCD, CMOS, o un array lineal de fotodetectores

como sistema de fotodetecci6n 4 para capturar la distribución de intensidad

r

I 30 ¡(x), los pixeles están distribuidos de forma periódica. Por consiguiente, la f definición del semivariograma se puede simplificar de la siguiente forma i

l'

i,.

; •

o.

'.

donde N es el número total de píxeles, l¡ = I(íflx) es la intensidad luminosa

del haz medida con el pixel i, y Ilx es la distancia entre pixeles.

En la Figura 2a, se muestra como ejemplo un perfil de intensidad

experimental [(x) para una fuente de iluminación 1 LED 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 Zz = 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 [(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

15 determinar el periodo de forma precisa, se puede ajustar el semivariograma

experimental a la siguiente función

2y(h) = (a, +p,h +y,h' +8,h3)-(a, +p,h + y,h' +8,h3)cos (';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

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 Z'A YZ,.

P. = (1 + az,.)p, (5) 25 P. = (1 +az,.)p.

Dividiendo ambas ecuaciones y despejando se determina el valor del grado

de colimación a,

a= (6)

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.

Asimismo, a partir de la definición de a, a ; -tlzj [ ', se puede determinar la distancia entre la fuente de luz 1 y el plano focal objeto del elemento de

colimación 2 , que resulta ser

I1z = PB-PIl f2 . (7)

PBZ2A-PAZ28

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

10 variaciones de las condiciones opto-mecánicas de la configuración para la

implementación del mencionado método, El método comprende:

a) hacer incidir el haz de luz sobre una red de difracción 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,

e) determinar los periodos PA y P. de las autoimágenes detectadas en el paso b) ,

d) calcular el grado de colimación del haz a mediante la ecuación

a;

(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 traveso La red

de difracción 3 puede ser una red de Ronchi , que modula la amplitud, aunque también podria ser una red con una modulación sinusoidal u otro tipo de

25 modulación de amplitud ylo fase.

La determinación de los periodos PA y PB de las autoimágenes puede

, realizarse mediante cualquier algoritmo de ajuste que permita una alta

I !

resolución; preferentemente, se realiza mediante la técnica del ajuste del semivariograma a la función

¡. , 30 2y(h) ; (a, + p,h + y,h' + li,h3) -(a, + p,h + y,h' + li,h3) cos(2rrhjp), (4) !

La invención también se refiere a un método para colimar un haz de luz. Este

! ! metodo comprende:

,

i

l·

0,

a) hacer incidir el haz de luz que se desea colimar sobre un elemento colimador 2,

b) hacer incidir el haz colimado en el paso a) sobre una red de difracción 3,

e) detectar, al menos, dos autoimágenes generadas por la red de difracción 3 del paso b) a, al menos, dos distancias distintas de Talbot, ZA , Z8' de dicha red de difracción 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 ylo del elemento colimador 2 a lo largo del eje óptico, y repetir el paso e) hasta que los periodos PA y Pe de las autoimágenes sean iguales.

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 ylo el elemento colimador 2 a lo largo del eje óptico, siguiendo

los siguientes pasos:

i) Realizar un ajuste por mínimos cuadrados a cada una de las expresiones

PA = (1 + aZ2A)P, (S)

Pe = (1 + aZ,e)P·

ii) Determinar la intersección de los ajustes realizados en i).

Otra opción es calcular P. = IPAPe/(PA -PB)I Y desplazar la fuente de luz 1 ylo el elemento colimador 2 a lo largo del eje óptico hasta que P. tienda a

infinito.

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 ylo el elemento

de colimación 2 hasta que visualmente desaparezca el patrón de franjas de Vernier.

El elemento de colimación 2 puede ser una lente, un conjunto de lentes o un

elemento óptico difractivo o un híbrido difracto-refractivo.

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 podria ser una red con una modulación sinusoidal u otro tipo de modulación de amplitud y/o fase.

La determinación de los periodos p, y P. 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

2y(h) = (a, + P,h + y,h' + 8,h' ) -(a, + p,h + y,h' + 8,h') cos(2rrh/ p) , (4)

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}.

Para poder medir el periodo de dos auto imágenes 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.

Para determinar el grado de colimación de un haz de luz, un primer dispositivo optoelectrónico se representa esquemáticamente en la Figura 1 e incluye:

-: 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,

-: al menos, dos sistemas de fotodetecci6n 4, que pueden ser arrays lineales de fotodetectores, cámaras CCD o cámaras CMOS, que se encuentran

ubicados fuera del eje óptico y a distancias diferentes Z2A Y Z2B con respecto a

la red de difracción 3, donde se hallan dos autoimágenes,

-: un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de las seflales recibidas por los sistemas de fotodetección 4 para la obtención de los periodos p, y P. y, en el caso de que el dispositivo optoelectrónico se utilice para colimar un haz de luz, para la monitorización de la distancia !J.z.

La Figura 1a es una vista en perspectiva y la Figura 1b es una vista lateral. Se muestran los sistemas de fotodetección 4 y el dispositivo electrónico de procesamiento de las auto imágenes 5 separados para una mejor

comprensión pero, en este dispositivo, al menos uno de los sistemas de

fotodetección 4 podria ir pegado al dispositivo electrónico de procesamiento

de las autoimágenes 5.

Un segundo dispositivo optoelectrónico está representado en la Figura Figura

S: 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

10: 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

IS: dispositivo, al menos uno de los sistemas de fotodetección 4 podria ir pegado

al dispositivo electrónico de procesamiento de las autoimágenes S.

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

20: 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 antirrefiectante que bloquea parte del haz de tal forma

que las autoimágenes no solapen.

25: 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 auto imágenes se sotapan. Si se utilizan fuentes de luz que no

30: 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 simitar al

3S: 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

13

este caso, el disposijivo es útil para colimar un haz de luz, bien mediante la ecuación Pv = IPAPB / (PA -PB)I, o bien de forma visual.

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 8, 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 8 puede ser de 45" ± 30".

los sistemas de fotodetección 4 pueden ubicarse en una cámara con

distribución bidimensional, como pueden ser una cámara CMOS o una cámara CCD.

Por otro lado, como dispositivo electrónico 5 de procesamiento de datos se puede emplear una placa electrónica, un microprocesador o un ordenador.

Breve descripción de las figuras

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las caracteristicas 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:

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 CCD o CMOS,

presentándose en esta configuración dos sistemas de fotodetección ubicados a distancias de Talbat ZZA Y 228. respectivamente, siendo ZZA *" 228, 5

dispositivo electrónico de procesamiento de las autoimágenes y comparación de los periodos PA y PB'

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 z, de 22.72 mili metros, donde se sitúa un sistema de fotodetección 4. (b) Muestra un ejemplo de semivariograma obtenido para la senal de la Figura 2a (linea discontinua) y ajuste de dicho semivariograma a la función descrita en la ecuación (4) (linea continua).

Figura 3. Cálculo experimental del periodo de las auto imágenes según el 5 Ejemplo 8, mediante la técnica descrita en la ecuación (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 10 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.

15 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 20 franjas de Vernier entre la distribución de intensidad superpuesta proveniente

de los dos espejos 7 cuando el periodo de las autoimágenes es diferente.

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 25 fotodetectores pertenecientes, por ejemplo, a una cámara CMOS, cuya característica principal es que está inclinado un cierto ángulo 9 respecto al eje

óptico definido por la propagación del haz de luz desde la fuente 1 hacia la

red de difracción 3.

Modo de realización de la invención

30 Una vez definida la geometría del sistema y el proceso de rnedida, 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.

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,

S: configuraciones, 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

10: 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 caracterlsticas, el número de elementos reflexivos y divisores del haz así

1S: como bloqueadores del mismo y sus características, las longitudes de onda

utilizadas así como el tipo y carac!erlsticas del haz y/o la fuente luminosa.

Ejemplo 1 Se fabricaron un dispositivo optoelectrónico para colimar y un

dispositivo optoelectrónico para determinar el grado de colimación de una

20: fuente luminosa 1 LED (modelo HE8807SG de Hitachi) de longitud de onda

centrada en A= 880 nanómetros. Como elemento de colimación 2, se incluyó

un elemento óptico difractivo (DOE, del inglés diffraclive oplica/ e/emenl)

conocido como lente de Fresnel cuya distancia focal es f = 35 milimetros y

de diámetro d = 20 milímetros fabricada mediante fotolitografía, en el caso

2S: 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 DMK 72BUC02, de tamaño de píxel 2.2 x 2.2

30: 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, Z' A =2p'/A =27.50 milimetros y Z'B =p'/A =13.75 milimetros,

lomando como origen la red de difracción 3. Para el análisis numérico, se

35: utilizó un programa informático ejecutado en un ordenador que actuaba como

elemento de procesamiento de datos 5. Un esquema de ambos dispositivos

se muestra en las Figuras 1 a y 1b, en vista horizontal y transversal, respectivamente; el dispositivo para colimar incluye el elemento colimador 2,

mientras que el dispositivo para medir el grado de colimación no lo incluye.

Ejemplo 2. La Figura 4 muestra un segundo ejemplo. Se fabricaron un dispositivo optoelectrónico para colimar y un dispositivo optoelectrónico para

detenninar 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 milimetros y de diámetro d = 20 milimetros 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 si. De esta forma, los dos sistemas de fotodetección 4 se colocaron en el eje óptico en las distancias Talbot Z'A =5p'/ A = 56.81 milímetros y Z'8 = 2p'/A = 22.72 milímetros, tomando como origen la red de difracción 3 yen

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.

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 ,\/4 de 25 x 25 milímetros cuadrados, de superficie de

aluminio mejorado, a las distancias Z2A = Sp2/2J.. = 27.90 milímetros y Z28 =

2p'/2,\ = 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 pixel 2.2 x 2.2 micrómetros y con una resolución de 2592 x 1944 pixeles. 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 perimetro 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 podrian ir pegados.

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 f' = 60 milímetros y la separación entre ambas es 30 milímetros. Con esta disposición, las autoimágenes se solapan en el sistema

de folodetección 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.

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.

Ejemplo 5. La Figu ra 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 autoimagenes. En

este caso, se midieron los periodos de dos autoimágenes diferentes, en las

S: filas superior e inferior del sistema de fotodetección 4. Las distancias Talbot

fueron Z'A = 4p' lA = 1.82 milimetros y Z'B = Sp'lA = 2.27 milimetros,

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 electrOnico de procesamiento de las

10: autoimágenes 5 separados para una mejor comprensión, pero en este

dispositivo podrian ir pegados.

Ejemplo 6. Se determinO el grado de colimación de un haz utilizando los

dispositivos que se describen en los Ejemplos 1-3 y 5. Para ello, se hizo

15: 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 fatodiados,

(3)

20: para suavizar la señal de las autoimagenes 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

2y(h) = (a, + Il¡h + y, h' + Ihh') {(a, + lJ,h + y,h' + o,h') COS C;h) j, (4)

2S: El grado de colimación a en cada posición de la fuente de luz 1 se obtuvo a

través de la expresión

Ilz = PB-PA [2 PBzZA PAZZB (7)

ya que a ~ -MI!'.

30: 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 semívariograma de una función periódica es a su vez periódico, se utilizó la función semivariograma para un array lineal de fotodiodos,

y(h = nL1x) = -() L7=-;n(I'+n _ 1,)', (3)

2 N-n

para suavizar la señal de las auto imágenes 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 (unción

y(h) = (a, + P,h + y, h' +"lh') -{(a, + p,h + y,h' +",h') cos e:h ) j, (4)

A continuación se obtuvo la diferencia de periodos experimentales t1p = 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 t1p hasta que PB ;:;; PA de manera que t1p ::;:: 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,

y(h = n.1x) = -(1 )L7=-,nU'+n _1,)', (3)

2 N-n

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

Ps-Estos se obtuvieron a través del ajuste de los semivariogramas correspondientes a la función

y(h) = (a, + P, h + y,h' +"lh') -(a, + p,h + y,h' + ",h') cos e:h), (4)

En la Figura 2a, se muestra un perfil de intensidad experimental medido en

ZZB" En la Figura 2b, se muestra el semivariograma obtenido con la ecuación

(3) para el perfil de intensidad de la Figura 2a (linea continua). El periodo de la autoimagen se obtiene a partir de su ajuste a la ecuación (4) (linea

5 discontinua). Mediante el dispositivo del ejemplo 2, se utilizaron dos arrays de fotodetectores 4 ubicados en Z2A = 5p'/4 = 56.81 milimetros y Z'B = 2p2/4 =

22.72 milímetros para calcular el periodo de las autoimagenes a distintas distancias tJ.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

10 mínimos cuadrados de las expresiones de la ecuación (5), el periodo coincide, se obtiene tJ.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 minimos cuadrados de los periodos de ambas autoimagenes (Figura 3) que, en este ejemplo, fue Z = 27.7842 milimetros.

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 5a. Cuando las autoimagenes son incoherentes, la superposición es la suma de las intensidades, por lo que se 20 produjo un patrón de franjas de Vernier mostrado en la Figura 5b. El periodo

de esta distribución periódica de intensidad se calculó mediante la ecuación

Pv = IPAPB /(PA -PBll donde PA y PB son los periodos de las autoimagenes que se obtuvieron a las distancias Talbot Z'A = 5p' /24 = 27.90 milímetros y Z'B = 2p2/24 = 11.36 milimetros, respectivamente, tomando como origen la

25 red de difracción 3.

Dado que el patrón de franjas Vernier es periódico, y el semivariograma de

una función periódica es a su vez periódico, se utilizó la función semivariograma para un array lineal de fotodiodos,

y(h = nt.x) = -(' )L~~-,n(i"n -1,)', (3)

2 N-n

30 para disminuir la incertidumbre en la medida de Pv' Se obtuvo el periodo Pv a través del ajuste del semivariograma a la función

y(h) = (a, + fi,h + y,h' + o,h3)-(a, + fi2h + y,h2+ o,h3)cos (';h). (4)

A continuación se desplazó la fuente de luz 1 en la dirección del eje óptico y en el sentido de incremento de P. hasta que PB ; PA, de manera que P.

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.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para determinar el grado de colimación de un haz de luz que comprende los siguientes pasos:

a) hacer incidir el haz de luz sobre de una red de difracción 3,

b) detectar, al menos, dos autoimágenes generadas por la red de difracción 3 del paso a) a, al menos, dos distancias distintas de Talbot, ZA, ZB' de dicha red de difracción 3,

c) determinar los periodos PA y PB de las autoimágenes detectadas en el paso b),

d) determinar el valor de a mediante la ecuación

a=

(6)

donde a ~ -f1z/f2, siendo f1z el desplazamiento de la fuente de luz 1 con respecto la distancia f, y siendo f la distancia focal del elemento de

colimación 2.
2. Método según la reivindicación 1 en el que se suaviza la señal periódica de las autoimágenes detectadas en el paso b) mediante el cálculo del

semivariograma

(3).
3. Método según la reivindicación 2 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

2y(h) = (a, + fJ,h + y, h2 + olh3) -(a2 + fJ2h + Y2h2 + 02h3) C05 (';h) (4) .
4. Método para colimar un haz de luz que comprende los siguientes pasos:

a) hacer incidir el haz de luz que se desea colimar sobre un elemento

colimador 2,

b) hacer incidir el haz colimado en el paso a) sobre una red de difracción 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, Z8' de dicha red de difracción 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 P8 de las autoimágenes sean iguales.
5. Método según la reivindicación 4 que, en el paso d), incluye las siguientes etapas:

i) Realizar un ajuste por 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, a cada una de las expresiones

PA = (1 + az,,)p, (5)

P8 = (1 + aZ'8)P,

ii) Determinar la intersección de los ajustes realizados en i).
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

¡

I
7. Método según la reivindicación 6 en el que los periodos PA y P8 de las

autoimágenes detectadas en el paso b) se obtienen mediante el ajuste de

I

I cada semivariograma a la ecuación

I

! 2y(h) = (a, + P,h + Ylh' + o,h') -(a,+ p,h + y,h' + o,h') cos (';h)} (4).

'4

(3).
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.
9. Método según la reivindicación 4, en el que aplicando la fórmula

PA es igual a PB cuando Pv tiende a infinito.
10. Dispositivo optoelectrónico para determinar el grado de colimación de un 10 haz de luz de acuerdo con el método de las reivindicaciones 1-3 que

comprende:

-

una red de difracción 3,

-

al menos, dos sistemas de fotodelección 4 ubicados a distintas distancias de la red de difracción 3, en planos paralelos al plano en el que está situada la

15 red de difracción 3 estando al menos uno ubicado fuera del eje óptico,

-

un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de datos.
11 . Dispositivo optoelectrónico para determinar el grado de colimación de un

haz de luz de acuerdo con el método de las reivindicaciones 1-3 que

20 comprende:

-

una red de difracción 3,

-

un divisor de haz 6 ubicado a continuación de la red de difracción 3 a lo

largo del eje óptico del dispositivo,

-

dos sistemas de fotodetección 4 ubicados en dos planos distintos, 25 perpendiculares entre sí y paralelos a dos caras del divisor de haz 6, y a

distintas distancias del divisor de haz 6,

-

un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de datos.
12. Dispositivo optoelectrónico para determinar el grado de colimación de un haz de luz de acuerdo con el método de las reivindicaciones 1-3 que

comprende:

-

una red de difracción 3,

-

un divisor de haz 6 ubicado a continuación de la red de difracción 3 a lo largo del eje óptico del dispositivo,

-

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,

-

un sistema de fotodetecci6n 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,

-

un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de datos.
13. Dispositivo optoelectrónico para determinar el grado de colimación de un haz de luz de acuerdo con el método de las reivindicaciones 1-3 que

comprende:

-

una red de difracción 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,

-

un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de datos.
14.

Dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 13 en el que el ángulo ees de 45° ± 30°.
15.

Dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 14 en el que el ángulo ees de 45°.
16.

Dispositivo optoelectrónico según cualquiera de las reivindicaciones 10-15 en el que elllos sistemals de fotodetección 4 se ubican en una cámara con distribución bidimensional CMOS o CCD.
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.
18. Dispositivo optoelectrónico para colimar un haz de luz de acuerdo con el método de las reivindicaciones 4-9 que comprende:

-

un elemento colimador 2,

-

una red de difracción 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,

-

un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de datos.
19. Dispositivo optoelectrónico para colimar un haz de luz de acuerdo con el

método de las reivindicaciones 4-9 que comprende:

-

un elemento colimador 2,

-

una red de difracción 3 ,

-

un divisor de haz 6 ubicado a continuación de la red de difracción 3 a lo largo del eje óptico del dispositivo,

-

dos sistemas de fotodetección 4 ubicados en dos planos distintos, perpendiculares entre sí y paralelos a dos caras del divisor de haz 6,

-

un dispositivo electrón ico 5 de procesamiento de datos.

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, 20. Dispositivo optoelectrónico para colimar un haz de luz de acuerdo con el

método de las reivindicaciones 4-9 que comprende:

-

un elemento colimador 2,

-

una red de difracción 3,

-

un divisor de haz 6 ubicado a continuación de la red de difracción 3 a lo largo del eje óptico del dispositivo,

5 -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,

-

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

10 paralelas los espejos 7,

-

un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de datos.
21 . Dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 20 en el que las

superficies espejadas de los dos espejos 7 están cubiertas por sendas 15 máscaras opacas y antirreflectantes que bloquean parte del haz de tal forma

que las autoimágenes no solapan .
22. Dispositivo optoelectrónico para colimar un haz de luz de acuerdo con el

método de las reivindicaciones 4-9 que comprende:

20 -un elemento colimador 2,

-

una red de difracción 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,

-

un dispositivo electrónico 5 de procesamiento de datos.
23.

Dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 22 en el que el ángulo e es de 45° ± 30°.
24.

Dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 23 en el que el ángulo 8 es de 45"
25.

Dispositivo optoelectrónico según cualquiera de las reivindicaciones 18-24

5 en el que el/los sistema/s de fotodetección 4 se ubican en una cámara con

distribución bidimensional CMOS o CCD.
26. Dispositivo optoelectrónico según cualquiera de las reivindicaciones 18-25

en el que el dispositivo electrónico 5 se selecciona entre el grupo formado

10 por: una placa electrónica, un microprocesador y un ordenador.