ES2883645T3 - Dispositivo para la orientación de haces, disposición óptica y dispositivo de análisis - Google Patents

Dispositivo para la orientación de haces, disposición óptica y dispositivo de análisis Download PDF

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Abstract

Dispositivo para la orientación de haces para la orientación de un haz (L) de luz en una disposición (10, 110) óptica con una unidad (18) de desviación que está concebida para cambiar la dirección de propagación del haz (L) de luz, un detector (14, 20) de luz de resolución espacial para registrar al menos una parte del haz (L) de luz y una unidad (22) de control conectada con la unidad (18) de desviación y el detector (14, 20) de luz que está concebida para calcular una desviación de una posición de incidencia del punto de luz respecto a una posición nominal en base a señales de detección generadas por el detector (14, 20) de luz y manejar la unidad (18) de desviación en base a la desviación calculada de manera que se compense la desviación de la posición de incidencia del punto de luz respecto a la posición nominal, comprendiendo la unidad (18) de desviación un elemento (30) óptico y un dispositivo acoplado al elemento (30) óptico, estando el dispositivo térmico concebido para calentar o refrigerar el elemento (30) óptico a nivel local para generar en el elemento (30) óptico un gradiente de temperatura que se desarrolle en diagonal a la dirección de propagación del haz (L) de luz que genere en el elemento (30) óptico un gradiente correspondiente de la longitud del camino óptico que el haz (L) de luz atraviesa en el elemento (30) óptico, de manera que la dirección de propagación del haz (L) de luz cambie en una medida deseada y/o en una dirección deseada, caracterizado por que el elemento (30) óptico está concebido a modo de una matriz de fibras (32) ópticas que se extienden en paralelo entre sí.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo para la orientación de haces, disposición óptica y dispositivo de análisis
La presente invención se refiere a un dispositivo para la orientación de haces para la orientación de un haz de luz en una disposición óptica, con una unidad de desviación que está concebida para modificar la dirección de la propagación del haz de luz, un detector de luz de resolución espacial para el registro de al menos una parte del haz de luz y una unidad de control vinculada a la unidad de desviación y al detector de luz, que está concebido para calcular a partir de las señales de detección generadas por el detector de luz una desviación de la posición de incidencia del punto luminoso desde una posición nominal y manejar la unidad de desviación a partir de la desviación determinada de tal manera que la desviación de la posición de incidencia del punto de luz respecto a la posición nominal quede compensada.
En el presente contexto, por haz de luz se entiende un haz o, más concretamente, un paquete de haces que genera un punto de luz en el receptor luminoso y presenta en el área de la unidad de desviación una determinada sección o una dilatación lateral. En el presente documento el término "luz" no solo designa la luz visible, es decir, la radiación electromagnética visible para el ojo humano, sino que se subsume cualquier forma de radiación óptica, es decir, particularmente también la luz ultravioleta o infrarroja.
En disposiciones ópticas en las que hay previstos un emisor de luz para la emisión de un haz de luz y un receptor de luz para la recepción del haz de luz enviado, un problema que surge con frecuencia es que, a causa de las condiciones ambientales, la posición de incidencia del haz de luz sobre el receptor de luz se desvía respecto a una posición nominal. Esto puede provocar que el receptor de luz no pueda registrar el haz de luz en su totalidad o que no pueda registrarlo en absoluto, lo que, generalmente, estriba en un fallo de funcionamiento o incluso en una avería total de la disposición óptica.
Las disposiciones ópticas del tipo descrito presentan en su mayoría varios elementos ópticos, como lentes, prismas de espejo, reflectores o similares, que sirven para formar el haz de luz que se envía o condicionarlo de determinada manera y orientarlo y, particularmente, enfocarlo en dirección al receptor de luz. Diversas condiciones ambientales, particularmente condiciones térmicas que pueden tener su origen dentro o fuera de la disposición óptica, pueden generar tensiones mecánicas que provocan una deformación de la disposición óptica, es decir, un desplazamiento relativo y/o una inclinación de los diferentes elementos de la disposición óptica. Particularmente en el caso de una separación grande entre el emisor de luz y el receptor de luz, pequeñas tensiones mecánicas pueden traducirse en un desplazamiento notable de la posición de incidencia del haz de luz sobre el receptor de luz.
A fin de conservar el correcto funcionamiento de la disposición óptica, los dispositivos para la orientación de haces genéricos prevén un conjunto que en el presente documento se designa unidad de desviación, que puede condicionar la dirección de propagación del haz de luz. Dada una desviación calculada de la posición de incidencia respecto a la posición nominal se puede ejecutar en la unidad de desviación un control compensador de las condiciones ambientales indicadas de tal manera que el punto de luz generado por un haz de luz vuelva a incidir en su posición nominal sobre el receptor de luz.
Las disposiciones ópticas que se ven afectados por el problema anteriormente descrito y en los que se puede utilizar un dispositivo para la orientación de los haces son, particularmente, barreras fotoeléctricas, cortinas de luz y otros sensores o detectores ópticos, por ejemplo, dispositivos de análisis de gas, si bien esta enumeración de disposiciones ópticas no es completa.
En general se conocen unidades de desviación en las que un elemento óptico, habitualmente un espejo, se inclina alrededor de uno o varios ejes por medio de actuadores como motores paso a paso, bobinas móviles, elementos expansores o imanes.
Dados sus componentes de accionamiento mecánico, las unidades de desviación de este tipo resultan difíciles y caras de construir. Además, presentan una vida útil limitada. Asimismo, las soluciones mecánicas siempre adolecen de unas tolerancias debidas a las propias técnicas de fabricación que les impiden alcanzar la precisión necesaria para una orientación exacta del haz de luz en su posición nominal.
En el documento US 2014/334506 A1 se describe un dispositivo para la orientación de haces con las características del preámbulo de la reivindicación 1. En el documento JP 2005091889 A se da a conocer otro estado de la técnica.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo para la orientación de haces que permita una orientación fiable, rentable y precisa de un haz de luz en una disposición óptica.
El objetivo se resuelve mediante un dispositivo para la orientación de haces con las características de la reivindicación 1.
De acuerdo con la invención, se prevé que la unidad de desviación comprenda un elemento óptico y un dispositivo térmico acoplado al elemento óptico, estando el dispositivo térmico concebido para refrigerar y/o calentar el elemento óptico localmente a fin de conseguir en el elemento óptico un gradiente de temperatura que transcurra en diagonal a la dirección de propagación del haz de luz y que genere en el elemento óptico un gradiente correspondiente de la longitud del camino óptico que el haz de luz atraviesa en el elemento óptico, de tal manera que la dirección de propagación del haz de luz cambie en una medida deseada y/o en una dirección deseada.
En el elemento óptico la longitud del camino óptico para diferentes trayectorias parciales de la luz puede verse condicionada en función de la posición de un punto de corte de una trayectoria parcial de la luz dada con un plano que transcurre en diagonal a la dirección de propagación, por ejemplo, de la superficie de entrada de la luz o de salida de la luz del elemento óptico. Dada su sección no puntiforme, el haz de luz se divide en varias de estas trayectorias parciales de la luz de tal modo que en el elemento óptico los haces parciales de luz del haz de luz recorren diferentes longitudes del camino óptico en función del gradiente. Los denominados gradientes no tienen por qué transcurrir necesariamente de forma continua, sino que también pueden presentar un desarrollo escalonado.
El elemento óptico cambia mediante la variación gradual de la longitud del camino óptico, particularmente la dirección de propagación del frente de onda del haz de luz, y genera a lo largo de toda su superficie de entrada de la luz o de salida de la luz a tal efecto una refracción de la luz, de tal manera que el haz de luz experimenta un cambio deseado en su dirección de propagación. El ángulo de apertura del haz de luz generalmente permanece intacto, es decir, que un paquete de haces parciales que entra en paralelo en el elemento óptico vuelve a salir también como un paquete paralelo.
La denominada posición nominal puede ser una posición nominal en el detector de luz o una posición nominal en un receptor de luz que, en un caso dado, está disponible de manera adicional en la disposición óptica, pudiendo, en este último supuesto, corresponderse las posiciones nominales en el receptor de luz y el detector de luz entre sí. Por compensación de la desviación de la posición de incidencia del punto de luz respecto a la posición nominal se entiende, por ejemplo, una corrección completa o al menos casi completa de una desviación de la posición respecto a la posición nominal debida a condiciones ambientales o errores de ajuste.
El cambio de la longitud del camino óptico en el elemento óptico se lleva a cabo por medio del cambio que las variaciones en la temperatura provocan en el índice de refracción local, es decir, en la velocidad de fase de la luz para un determinado camino óptico y/o en la longitud del camino geométrico local. En otras palabras, el gradiente de la longitud del camino óptico puede corresponderse con un gradiente del índice de refracción local y/o con un gradiente de la longitud del camino geométrico local.
El manejo de la unidad de desviación a través de la unidad de control consiste particularmente en controlar el dispositivo térmico a través de la unidad de control. Para ello, la unidad de control, el dispositivo térmico y el detector de luz de resolución espacial pueden estar instalados en un sistema en bucle. Por lo tanto, la orientación de los haces se llevará a cabo preferiblemente al estilo de un sistema en bucle.
La ventaja del dispositivo para la orientación de haces de acuerdo con la invención reside en el hecho de que no se necesita ninguna pieza móvil. Por lo tanto, se puede prescindir de una mecánica cara y propensa a fallar. Dado que el manejo se lleva a cabo partiendo de la posición de incidencia del punto de luz sobre el detector de luz que se ha calculado, el trabajo de ajuste o la precisión necesaria durante un ajuste inicial o una puesta en marcha de la unidad de desviación dentro de la disposición óptica son reducidos porque esta tarea puede ser asumida por la unidad de control.
En el dispositivo para la orientación de haces de acuerdo con la invención, el elemento óptico está concebido como una matriz de fibras ópticas que se extienden paralelas entre sí, según una realización ventajosa como una placa de fibras ópticas. Los cambios en la temperatura provocados por el dispositivo térmico hacen que las fibras, por ejemplo, se expandan o compriman. Las longitudes de camino óptico se ven condicionadas para cada una de las fibras, aunque no necesariamente de manera individual. Cada fibra de la matriz retrasa la propagación de los componentes del frente de onda en determinada medida. Los componentes del frente de onda individuales transportados por una fibra dada al salir de la matriz se juntan en un frente de onda común cuya dirección de propagación se desvía en la medida deseada respecto a la dirección de propagación del frente de onda común de entrada.
En lugar de una matriz de fibras ópticas, también se puede utilizar un elemento monolítico, una matriz de microlentes o una matriz de cristal líquido.
Ventajosamente, el dispositivo térmico se manejará de tal manera que el gradiente de la longitud del camino óptico discurra a lo largo de una recta que transcurre en diagonal a la dirección de propagación del haz de luz. Así se garantiza particularmente que el haz de luz solo se incline sobre un eje óptico de la unidad de desviación o del dispositivo para la orientación de haces y no se vea condicionado, distorsionado o deformado de ninguna otra manera. A tal efecto, el elemento óptico funciona como una cuña óptica o como un prisma.
De acuerdo con otra realización ventajosa, el dispositivo térmico comprende varios elementos térmicos que van dispuestos a lo largo de una superficie perimetral del elemento óptico. Por superficie perimetral o superficie cobertora se entiende particularmente una superficie del elemento óptico que no funciona como superficie de entrada de la luz o de salida de la luz. Los elementos térmicos son particularmente elementos calefactores y/o refrigeradores. Un correcto manejo de uno o varios elementos térmicos permite desviar el haz de luz en cualquier ángulo azimutal deseado (aquí: ángulo entre una línea de unión entre los puntos de corte (imaginarios) de un plano (imaginario) que transcurre en perpendicular al haz de luz con el haz de luz original y el desviado y una línea de referencia que discurre igualmente en este plano), pudiéndose controlar el ángulo de elevación (aquí: ángulo entre el haz de luz original y el desviado), que indica la medida de la desviación, mediante la altura de los rendimientos térmicos de cada uno de los elementos térmicos.
Ventajosamente el dispositivo térmico comprenderá al menos cuatro elementos térmicos que irán dispuestos distribuidos a lo largo de la superficie perimetral del elemento óptico en dirección hacia el perímetro, particularmente a la misma distancia unos de otros. Particularmente, los elementos térmicos estarán dispuestos en una disposición ortogonal en la que cada par de elementos térmicos estén enfrentados entre sí y las líneas de unión imaginarias de los elementos térmicos enfrentados entre sí transcurrirán en perpendicular entre sí. Con un adecuado manejo, en el que el rendimiento térmico se distribuye correctamente en ambos pares, el haz de luz se puede desviar en todos los ángulos azimutales.
Ha demostrado ser ventajoso que al menos una parte de los elementos térmicos sean elementos calefactores o elementos refrigeradores, particularmente elementos de Peltier. Particularmente, los elementos térmicos pueden estar concebidos únicamente como elementos calefactores, únicamente como elementos refrigeradores o una parte como elementos calefactores y la otra parte como elementos refrigeradores. En principio, también se pueden utilizar elementos calefactores/refrigeradores combinados que puedan funcionar selectivamente como calefacción o refrigeración, por ejemplo, elementos de Peltier.
El detector de luz de resolución espacial puede estar concebido ventajosamente como un receptor de cuatro cuadrantes. Un receptor de cuatro cuadrantes es un receptor de luz con cuatro superficies fotosensibles dispuestas en forma de matriz de 2x2, pudiéndose generar para cada superficie fotosensible una señal de recepción correspondiente a la intensidad de la luz incidente. Mediante el correcto cálculo de la diferencia entre las señales de recepción de cada superficie se puede determinar una posición de incidencia de un punto de luz incidente. La posición nominal generalmente se corresponde con una posición de incidencia en la que todas las superficies fotosensibles están iluminadas de manera uniforme, de modo que las diferencias en las señales entre diferentes superficies fotosensibles son iguales a cero. Cuando la posición de incidencia se desvía respecto a esta posición nominal, las diferencias correspondientes cambian de distinta manera en función de la dirección de la desviación. En principio, también se pueden utilizar otros sensores aptos como detectores de luz de resolución espacial, por ejemplo, detectores o sensores con una matriz NxM de elementos fotosensibles (por ejemplo, sensores de imagen CCD o CMOS) o también sensores en línea, cuando la desviación esperable de la posición de incidencia respecto a la posición nominal solo se da en una determinada dirección.
De acuerdo con otra realización ventajosa, se prevé un divisor de haces detrás de la unidad de desviación, visto desde la dirección de propagación del haz de luz, que capte una parte del haz de luz y lo desvíe hacia el detector de luz. En esta configuración el dispositivo para la orientación de haces se puede instalar como un módulo independiente, particularmente también reequipable en una disposición óptica ya existente sin obstaculizar significativamente el funcionamiento de la disposición óptica. La parte del haz de luz que no es captada por el divisor de haces incide asimismo en un receptor de luz disponible de la disposición óptica que, con ello, puede estar concebido particularmente como un receptor de luz de resolución no espacial.
La presente invención se refiere, además, a una disposición óptica con al menos un emisor de luz para el envío de un haz de luz, al menos un receptor de luz para la recepción del haz de luz y al menos un dispositivo para la orientación de haces de acuerdo con una de las realizaciones anteriormente descritas que va dispuesto en una trayectoria de la luz del haz de luz entre el emisor de luz y el receptor de luz. El orientador de haces puede ir dispuesto cerca del emisor de luz o del receptor de luz o también en una posición intermedia preferida. El dispositivo para la orientación de haces orienta el haz de luz hacia una posición nominal sobre el receptor de luz. La disposición óptica puede ser, por ejemplo, un detector óptico, un dispositivo de análisis de gas, un fotómetro, una barrera fotoeléctrica, una cortina de luz u otro disposición óptica.
Ventajosamente, el receptor de luz estará concebido simultáneamente a modo de detector de luz. En otras palabras, el detector de luz funcionará simultáneamente como receptor de luz y al revés. Con ello, el detector de luz y el receptor de luz serán idénticos entre sí. La ventaja reside en el hecho de que no se sufre ninguna pérdida de intensidad provocada por el reparto de la intensidad lumínica entre el detector de luz y el receptor de luz a través de un divisor de haces, que compromete la sensibilidad de uso de la disposición óptica.
La presente invención ser refiere, además, a un dispositivo de análisis para analizar una muestra de gas con un tramo de medición de concentraciones que aloje la muestra de gas, y una disposición óptica de acuerdo con una de las realizaciones anteriormente descritas, estando concebidos el emisor de luz para el envío de un haz de luz al tramo de medición de concentraciones y el receptor de luz para la recepción del haz de luz que sale del tramo de medición de concentraciones. El dispositivo de análisis comprende, además, una unidad de evaluación que está diseñada para medir la concentración de al menos una sustancia contenida en la muestra de gas en base a la intensidad del haz de luz recibido por el receptor de luz y a la longitud del tramo de medición de concentraciones.
La concentración de sustancias se mide en base a la absorción de las señales luminosas enviadas por el emisor de luz. El emisor de luz y el receptor de luz pueden ir dispuestos en el mismo lado o en lados distintos del tramo de medición de concentraciones. Si el emisor de luz y el receptor de luz están en el mismo lado del tramo de medición de concentraciones, se prevé un reflector adicional que refleje las señales luminosas enviadas tras atravesar una parte del tramo de medición de concentraciones en dirección hacia el receptor de luz, de tal manera que las señales luminosas reflejadas atraviesen la otra parte del tramo de medición de distancias.
La muestra de gas puede ser, por ejemplo, un caudal de gas que fluye por un canal de flujo o también un volumen de gas recogido en un recipiente. El tramo de medición de concentraciones no tiene necesariamente por qué atravesar toda la sección del canal de flujo o del recipiente, sino que puede extenderse solo parcialmente, por ejemplo, desde una pared hacia el canal de flujo o el recipiente.
Este tipo de dispositivos de análisis sirven, por ejemplo, para determinar la concentración de gases o partículas de sustancias sólidas en chimeneas de gases de escape industriales, para la supervisión de gases quemados o para la supervisión de recuperación de vapores y, a menudo, están expuestos de manera especial a perturbaciones térmicas. Además, el tramo de medición de concentraciones puede ser muy largo y extenderse a lo largo de varios metros, de manera que, en este caso, incluso unas leves desviaciones del haz de luz emitido respecto a su dirección nominal pueden provocar la pérdida de intensidad en el receptor de luz. Por lo tanto, los dispositivos de análisis de gases se benefician de manera especial del dispositivo para la orientación de haces de acuerdo con la invención.
De las reivindicaciones secundarias, la descripción y los dibujos se desprenden otras realizaciones ventajosas del dispositivo para la orientación de haces, de la disposición óptica y/o del dispositivo de análisis de gases.
A continuación, se describe la invención al hilo de ejemplos de realización en referencia a los dibujos. Se muestra en:
La Figura 1, una representación esquemática de una unidad de desviación ejemplar para un dispositivo para la orientación de haces;
la Figura 2, una representación esquemática de una disposición óptica con un dispositivo para la orientación de haces de acuerdo con un primer ejemplo de realización, y
la Figura 3, una representación esquemática de una disposición óptica con un dispositivo para la orientación de haces de acuerdo con un segundo ejemplo de realización.
En adelante los elementos iguales o similares se designarán con los mismos signos de referencia en todos los casos.
La Figura 1 muestra una representación esquemática y simplificada de una unidad de desviación para un dispositivo para la orientación de haces de acuerdo con la invención. La unidad 18 de desviación mostrada en una vista lateral comprende un elemento 30 óptico concebido a modo de placa de fibras ópticas, que comprende una pluralidad de fibras 32 ópticas que se extienden en paralelo.
Visto desde una superficie de entrada de luz o de salida de luz, la sección del elemento 30 óptico es rectangular o cuadrada, de manera que el elemento óptico queda delimitado a lo largo de su perímetro por cuatro superficies perimetrales. En cada superficie perimetral va dispuesto un elemento 34A a 34D térmico correspondiente. Los elementos 34A a 34D térmicos conforman un dispositivo térmico.
Los elementos 34A a 34D térmicos pueden estar concebidos en cada caso como elementos calefactores, como elementos refrigeradores o como elementos calefactores/refrigeradores combinados. Los elementos 34A a 34D térmicos son controlados mediante una unidad 22 de control (Figuras 2 y 3) que permite controlar y regular el rendimiento de calentamiento y/o refrigeración de los elementos 34A a 34D térmicos.
En la configuración representada en la Figura 1, los elementos 34A a 34D térmicos se pueden controlar tanto en cuanto el elemento 34A térmico calienta el elemento 30 óptico, mientras que el elemento 34B térmico, que está enfrente, enfría el elemento 30 óptico. Los elementos 34C, 34D térmicos se controlan de tal manera que no condicionen la temperatura del elemento 30 óptico.
Como bien se puede apreciar en la Figura 1, mediante el calentamiento o la refrigeración del elemento 30 óptico en lados enfrentados entre sí se genera un gradiente térmico que provoca que la longitud geométrica de las fibras 32 ópticas del lado enfrentado al elemento 34A térmico se reduzca progresivamente en dirección al lado enfrentado al elemento 34D térmico del elemento 30 óptico, apareciendo en la Figura 1 la medida del cambio de longitud representada de manera exagerada para una mejor comprensión. Además, el gradiente térmico también puede provocar un cambio que se desarrolla a lo largo de un gradiente en el índice de refracción o en la velocidad de fases en las fibras 32 ópticas.
Como bien se puede apreciar en la Figura 1, un frente 1 de onda generado por un emisor 12 de luz entra en el elemento 30 óptico. Así, el frente W1 de onda se divide en varios frentes de onda parciales que se propagan a través de las fibras 32 ópticas individuales. Dado el gradiente térmico de la longitud del camino óptico generado, la salida de los frentes de onda parciales se produce con un retardo temporal que cambia a lo largo del gradiente. El frente W2 de onda saliente conjunto que aúna los frentes de onda parciales salientes queda así desviado en su dirección de propagación, lo que también se indica mediante una flecha que se extiende por el centro para representar un haz L de luz.
Lógicamente, la sección del haz L de luz o del paquete de haces a su entrada en el elemento 30 óptico y las secciones de las fibras 32 ópticas se ajustan entre sí de tal manera que el haz L de luz o el paquete de haces irradia una pluralidad de fibras 32 ópticas.
La disposición de los elementos 34A a 34D térmicos y su diseño como elementos calefactores/refrigeradores combinados sirve en este caso meramente a título de ejemplo. Como ya se ha indicado con anterioridad, también se pueden prever más o menos de cuatro elementos 34A a 34D térmicos. El manejo descrito también sirve solamente a título de ejemplo.
Además, de acuerdo con una modificación, los elementos térmicos también pueden estar integrados en el elemento 30 óptico, de tal manera que fibras 32 ópticas particularmente individuales o en grupos parciales tengan asignado un elemento térmico dado. Con ello, las longitudes del camino óptico de las fibras 32 ópticas individuales pueden ser condicionadas de una manera más precisa.
En la Figura 2 se muestra una disposición 10 óptica que presenta un emisor 12 de luz para el envío de un haz L de luz y un receptor 14 de luz para la recepción del haz L de luz. La disposición 10 óptica puede comprender además lentes 16 formadoras de haces y, dado el caso, otros elementos. Como bien se puede apreciar en la Figura 2, el haz L de luz no se propaga a lo largo de un eje A óptico, lo que sería necesario para incidir sobre el receptor 14 de luz en una posición nominal, sino que se desvía con un pequeño ángulo de elevación respecto al eje A óptico. Sin una compensación o corrección de esta desviación, el haz L de luz incidiría en un área marginal del receptor 14 de luz, lo que se explica mediante una flecha representada con línea discontinua.
Para compensar esta desviación se prevé un dispositivo para la orientación de haces que comprende un detector 20 de luz de resolución espacial, la unidad 18 de desviación anteriormente descrita y una unidad 22 de control que va conectada con el detector 20 de luz y la unidad 18 de desviación.
El receptor 14 de luz y el detector 20 de luz en este ejemplo de realización están formados por el mismo componente.
La unidad 22 de control está diseñada para calcular a partir de las señales de detección recibidas por el detector 20 de luz una desviación de la posición de incidencia de un punto de luz generado por el haz L de luz sobre el detector 20 de luz. En función de la desviación calculada, la unidad 22 de control controla la unidad 18 de desviación con el objetivo de que el haz L de luz se desvíe de tal manera que incida en la posición nominal sobre el receptor 14 de luz o el detector 20 de luz. Si la desviación del haz L de luz vuelve a cambiar su dirección de propagación predeterminada con el tiempo a causa de condiciones térmicas o ambientales, la unidad de control puede reajustar estos cambios para que el haz L de luz o el punto de luz por él generado incida siempre en la posición nominal sobre el receptor 14 de luz o el detector 20 de luz.
En la Figura 3 se muestra una disposición 110 óptica de acuerdo con otro ejemplo de realización que presenta una estructura similar a la disposición 10 óptica (Figura 2). En lugar de como un receptor 14/detector 20 de luz combinado, el receptor 14 de luz y el detector 20 de luz están concebidos como piezas independientes.
En el lado de salida de luz de la unidad 18 de desviación hay previsto un divisor 24 de haces que desvía una parte de la luz saliente en dirección al detector 20 de luz. La proporción de división del divisor 24 de haces se puede seleccionar de manera que la mayor parte de la intensidad lumínica incida sobre el receptor 14 de luz. El receptor 14 de luz, el detector 20 de luz y el divisor 24 de haces están pensados para interactuar entre sí de manera que un haz L de luz que incide en una posición nominal sobre el receptor 14 de luz incida simultáneamente en una posición nominal sobre el detector 20 de luz. En otras palabras, las posiciones nominales se corresponden en el receptor 14 de luz y el detector 20 de luz.
Una ventaja de la disposición 110 óptica de acuerdo con la Figura 3 reside en el hecho de que el dispositivo para la orientación de haces, que comprende la unidad 18 de desviación, la unidad 22 de control, el detector 20 de luz y, dado el caso, también el divisor 24 de haces, puede ir dispuesto en la trayectoria del haz independientemente del resto de los componentes de la disposición 110 óptica. Por ejemplo, el dispositivo para la orientación de haces puede estar diseñado como un módulo que puede ir integrado opcionalmente en una disposición óptica ya disponible.
El dispositivo para la orientación de haces de acuerdo con la invención es una opción asequible y fácil de ajustar para una orientación de los haces para compensar desajustes de origen particularmente térmico en una disposición óptica. Dado que las desviaciones por norma general solo cambian de manera lenta, la relativamente baja velocidad de orientación a causa del dispositivo térmico es completamente suficiente.
Lista de signos de referencia
10, 110 Disposición óptica
12 Emisor de luz
14 Receptor de luz
16 Lente
18 Unidad de desviación
20 Detector de luz
22 Unidad de control
24 Divisor de haces
30 Elemento óptico
32 Fibra óptica
34A - 34D Elemento térmico
A Eje óptico
L Haz de luz
W1,W2 Frente de onda

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para la orientación de haces para la orientación de un haz (L) de luz en una disposición (10, 110) óptica con una unidad (18) de desviación que está concebida para cambiar la dirección de propagación del haz (L) de luz, un detector (14, 20) de luz de resolución espacial para registrar al menos una parte del haz (L) de luz y una unidad (22) de control conectada con la unidad (18) de desviación y el detector (14, 20) de luz que está concebida para calcular una desviación de una posición de incidencia del punto de luz respecto a una posición nominal en base a señales de detección generadas por el detector (14, 20) de luz y manejar la unidad (18) de desviación en base a la desviación calculada de manera que se compense la desviación de la posición de incidencia del punto de luz respecto a la posición nominal, comprendiendo la unidad (18) de desviación un elemento (30) óptico y un dispositivo acoplado al elemento (30) óptico, estando el dispositivo térmico concebido para calentar o refrigerar el elemento (30) óptico a nivel local para generar en el elemento (30) óptico un gradiente de temperatura que se desarrolle en diagonal a la dirección de propagación del haz (L) de luz que genere en el elemento (30) óptico un gradiente correspondiente de la longitud del camino óptico que el haz (L) de luz atraviesa en el elemento (30) óptico, de manera que la dirección de propagación del haz (L) de luz cambie en una medida deseada y/o en una dirección deseada,
caracterizado por que
el elemento (30) óptico está concebido a modo de una matriz de fibras (32) ópticas que se extienden en paralelo entre sí.
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado por que
el elemento (30) óptico está concebido a modo de placa de fibras ópticas.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado por que
el dispositivo térmico se maneja de tal manera que el gradiente de la longitud del camino óptico discurre a lo largo de una recta que transcurre en diagonal a la dirección de propagación del haz (L) de luz.
4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado por que
el dispositivo térmico comprende varios elementos (34A - 34D) térmicos que van dispuestos a lo largo de una superficie perimetral del elemento (30) óptico.
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4,
caracterizado por que
el dispositivo térmico comprende al menos cuatro elementos (34A - 34D) térmicos que van dispuestos distribuidos a lo largo de la superficie perimetral del elemento (30) óptico en dirección hacia el perímetro, particularmente a la misma distancia unos de otros.
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado por que
al menos una parte de los elementos (34A - 34D) térmicos están concebidos a modo de elementos calefactores o de elementos refrigeradores, particularmente de elementos de Peltier.
7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado por que
el detector (14, 20) de luz de resolución espacial está concebido a modo de receptor de cuatro cuadrantes.
8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado por que
se prevé un divisor (24) de haces detrás de la unidad (18) de desviación, visto desde la dirección de propagación del haz (L) de luz, que capta una parte del haz (L) de luz y lo desvía hacia el detector (20) de luz.
9. Disposición (10, 110) óptica que comprende al menos un emisor (12) de luz para el envío de un haz (L) de luz, al menos un receptor (14) de luz para la recepción del haz (L) de luz y al menos un dispositivo para la orientación de haces de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes que va dispuesto en una trayectoria de la luz del haz (L) de luz entre el emisor (12) de luz y el receptor (14) de luz.
10. Disposición (10,110) óptica según la reivindicación 9,
caracterizada por que
el receptor (14) de luz está concebido simultáneamente a modo de detector (20) de luz.
11. Dispositivo de análisis para el análisis de una muestra de gas con:
un tramo de medición de concentraciones que aloja la muestra de gas,
una disposición (10, 110) óptica de acuerdo con la reivindicación 10, estando concebido el emisor (12) de luz para el envío del haz (L) de luz al tramo de medición de concentraciones y el receptor (14) de luz para recibir el haz (L) de luz que sale del tramo de medición de concentraciones, y
una unidad de evaluación que está diseñada para medir la concentración de al menos una sustancia contenida en la muestra de gas en base a la intensidad del haz (L) de luz recibido por el receptor (14) de luz y a la longitud del tramo de medición de concentraciones.
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