ES2255565T3 - Receptor de comunicacion inalambrica que utiliza un concentrador totalmente reflectante internamente. - Google Patents

Receptor de comunicacion inalambrica que utiliza un concentrador totalmente reflectante internamente.

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ES2255565T3
ES2255565T3 ES01960950T ES01960950T ES2255565T3 ES 2255565 T3 ES2255565 T3 ES 2255565T3 ES 01960950 T ES01960950 T ES 01960950T ES 01960950 T ES01960950 T ES 01960950T ES 2255565 T3 ES2255565 T3 ES 2255565T3
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Abstract

Receptor de comunicación inalámbrica que comprende un concentrador (1; 10; 20, 21, 22; 71) totalmente reflectante internamente, comprendiendo dicho concentrador un cuerpo de material dieléctrico que tiene (i) una superficie (2; 12; 23, 24, 25; 72) de recepción para recibir radiación incidente a través de un amplio campo de visión, (ii) una superficie (3; 13) lateral cóncavamente curva de la que se refleja de manera totalmente interna la radiación que pasa a través de la superficie (2; 12; 23, 24, 25; 72) de recepción hacia una superficie (4; 14; 76) de detección proporcionada dentro del cuerpo, (iii) un medio (6; 16) de filtrado de banda estrecha para filtrar la radiación que entra en la superficie de recepción antes de que llegue a la superficie (4; 14; 76) de detección y (iv) medios (5; 15; 26, 27, 28) de detección en la superficie (4; 14; 17) de detección para detectar la radiación que llega a la superficie (4; 14; 76) de detección y para proporcionar una señal eléctrica de salida indicativa de la radiación detectada.

Description

Receptor de comunicación inalámbrica que utiliza un concentrador totalmente reflectante internamente.
Esta invención se refiere a receptores de comunicación inalámbrica y se ocupa más particularmente, aunque no exclusivamente, de receptores ópticos de comunicación inalámbrica tales como receptores de comunicación por infrarrojos de interior.
Debería entenderse que el término "óptico" se utiliza en esta memoria descriptiva para denotar no sólo aquellas longitudes de onda dentro del espectro visible, sino también longitudes de onda infrarrojas y ultravioletas, es decir, el intervalo de longitudes de onda completo desde 1 nm hasta 1 mm.
En los últimos años se han llevado a cabo una investigación intensiva para mejorar los sistemas ópticos de comunicaciones inalámbricas para aplicaciones de interior y de exterior. Esto es porque la parte óptica del espectro ofrece ventajas significativas cuando se compara a la radio como medio para la comunicación de corto alcance. Particularmente, la comunicación por infrarrojos proporciona un gran ancho de banda a bajo coste, es inmune a la interferencia de radio y utiliza un espectro que está totalmente disponible. Además, los componentes de infrarrojos son baratos, pequeños y consumen poca energía. Sin embargo, los infrarrojos también tienen algunas desventajas. En algunas configuraciones, los enlaces por infrarrojos pueden ser rotos por personas u objetos colocados en el camino de comunicación. Generalmente, los sistemas ópticos de comunicaciones inalámbricas operan en entornos "ruidosos" debido a la iluminación artificial o a la luz solar. Un gran número de aplicaciones utilizan la modulación de intensidad/detección directa (IM/DD) como técnica de transmisión-recepción, y la relación señal-ruido eléctrica de un receptor DD es proporcional al cuadrado de la energía óptica recibida. Esto significa que el sistema solo puede tolerar una pequeña pérdida de camino y que el transmisor requiere una gran potencia de salida. Sin embargo, la potencia de salida del transmisor está limitada por consideraciones de seguridad y el consumo ener-
gético.
Resulta posible reducir los efectos de pérdida de camino y de ruido de fondo utilizando un fotodetector que tenga una gran superficie efectiva de captación y un estrecho ancho de banda óptico. Sin embargo, la gran capacitancia de tales detectores resulta en una reducción del ancho de banda del receptor y una degradación de la relación señal-ruido. Por consiguiente, resulta ventajoso tener un transmisor que solo tenga un espectro óptico estrecho para permitir que el receptor use un filtro óptico de banda estrecha para rechazar radiación de luz ambiente. También resulta deseable utilizar un concentrador óptico para mejorar el rendimiento de captación del receptor al transformar la luz incidente sobre una gran superficie en un haz incidente sobre una superficie mucho más pequeña. Esto permite usar fotodetectores más pequeños, lo que reduce la capacitancia y el coste y mejora la sensibilidad del receptor.
Se ha demostrado que el uso de concentradores omnidireccionales y dirigidos en conjunción con filtros paso banda multicapa elimina eficazmente la radiación ambiente no deseada y aumenta la superficie efectiva del fotodetector. J.P. Savicki y C.S.P. Morgan dan a conocer en "Hemispherical Concentrators and Spectral Filters for Planar Sensors in Defuse Radiation Fields", Applied Optics, Vol. 33, Nº 34, Diciembre 1994, págs. 8057-8061, el uso de un concentrador dieléctrico hemisférico que tiene su superficie hemisférica cubierta con un filtro. Tal disposición consigue un paso de banda estrecho, un campo de visión amplio y una ganancia cercana a N^{2} (donde N es el índice de refracción) siempre y cuando el hemisferio sea lo suficientemente grande en comparación al fotodetector. También han sido propuestas disposiciones que emplean concentradores parabólicos compuestos, rotacionalmente simétricos, por ejemplo, por K. Ho y J.M. Kahn en "Compound Parabolic Concentrators for Narrowband Wireless Infrared Receivers", Optical Engineering, Vol. 34, Mayo 1995, págs. 1385-1395. Las disposiciones que utilizan tales concentradores presentan algunas ventajas. Por ejemplo, pueden usarse filtros ópticos planos de película delgada, que son mucho más fáciles de fabricar que los filtros hemisféricos. Además, tales concentradores pueden diseñarse para tener una ganancia mayor que N^{2} si el campo de visión es inferior a 90º, lo que permite el uso de fotodetectores más pequeños y por tanto reducir el coste. Sin embargo, la desventaja principal de tales concentradores es su longitud excesiva, lo que los hace poco adecuados para muchas aplicaciones prácticas.
Un objeto de la invención consiste en proporcionar un receptor de comunicación inalámbrica de banda estrecha que tenga un campo de visión amplio que evite muchos de los problemas asociados con las disposiciones propuestas anteriormente.
Según la presente invención, se proporciona un receptor de comunicación inalámbrica que comprende un concentrador totalmente reflectante internamente que comprende un cuerpo de material dieléctrico que tiene (i) una superficie de recepción para recibir radiación incidente a través de un amplio campo de visión, (ii) una superficie lateral cóncavamente curva de la que se refleja de manera totalmente interna la radiación que pasa a través de la superficie de recepción hacia una superficie de detección proporcionada dentro del cuerpo, (iii) un medio de filtrado de banda estrecha para filtrar la radiación que entra en la superficie de recepción antes de que llegue a la superficie de detección y (iv) medios de detección en la superficie de detección para detectar la radiación que llega a la superficie de detección y para proporcionar una señal eléctrica de salida indicativa de la radiación detectada.
El término "medio de filtrado de banda estrecha" ha de entenderse como que engloba dentro de su alcance tanto a filtros que tienen características intrínsecas de banda estrecha como a filtros que son una combinación de dos o más elementos, que proporcionan características de banda estrecha, tal como una combinación de un filtro paso largo y de medios de detección que tienen un umbral de longitud de onda para que solo se detecten longitudes de onda dentro de un ancho de banda requerido.
Preferiblemente, el concentrador es un concentrador dieléctrico totalmente reflectante internamente (DTIRC - Dielectric Totally Internally Reflecting Concentrator). Los concentradores DTIRC pueden obtener concentraciones cercanas al límite máximo teórico porque combinan la refracción de la superficie de recepción con una reflexión interna total de la superficie lateral. Comparados con los concentradores hemisféricos, los concentradores DTIRC ofrecen una mayor concentración y la posibilidad de usar filtros ópticos planos de película delgada que son más fáciles de fabricar y permiten relajar las tolerancias de fabricación. Además, esto permite el uso de fotodetectores más pequeños, lo que reduce la capacitancia y el coste y mejora la sensibilidad del receptor. Los concentradores DTIRC presentan dos ventajas comparados con los concentradores parabólicos compuestos porque los concentradores DTIRC son de tamaño más pequeño (normalmente, casi un quinto del tamaño) y permiten una mayor concentración como conse-
cuencia del diseño de la curvatura de sus superficies y del uso de materiales dieléctricos de gran índice refractivo.
A fin de que la invención puede comprenderse más a fondo, ahora se hará referencia, a título de ejemplo, a los dibujos adjuntos, en los que:
Las figuras 1, 2 y 3 muestran tres realizaciones diferentes de la invención;
la figura 4 es un diagrama que ilustra la fabricación de un filtro paso banda óptico de película delgada;
la figura 5 es una gráfica de las características de transmisión angular de un filtro paso banda óptico de película delgada;
la figura 6 es una gráfica de la variación de la longitud de onda central con ángulo de incidencia para un filtro paso banda óptico de película delgada;
la figura 7 es una gráfica que muestra la curva de transmisión de un material de arseniuro de galio superpuesta a la responsividad típica de un fotodiodo de silicio;
las figuras 8 y 9 son diagramas explicativos;
la figura 10 muestra otra realización de la invención;
las figuras 11a y 11b son vistas posterior y lateral de una matriz que utiliza un número de tales receptores; y
la figura 12 es una vista lateral de una modificación de la matriz de las figuras 11a y 11b.
La figura 1 muestra una primera realización de un receptor óptico de comunicación inalámbrica según la invención que comprende un concentrador 1 DTIRC que tiene una superficie 2 de recepción convexamente curva, una superficie 3 lateral cóncavamente curva, rotacionalmente simétrica, y una superficie 4 de detección circular. La superficie 4 de detección incorpora un fotodetector 5 tal como un detector de infrarrojos, por ejemplo. Un filtro 6 óptico plano de película delgada recubre la superficie 4 de detección y está intercalado entre unas películas 7 y 8 de adaptación de índices para adaptar el índice refractivo del filtro a los índices refractivos a cada lado del filtro. El concentrador 1 DTIRC está hecho predominantemente de un material dieléctrico que tiene un bajo factor de velocidad que, en implementaciones ópticas e infrarrojas, es equivalente a decir que el material tiene un gran índice refractivo (por ejemplo, que es un material tal como el perspex o el vidrio crown).
Aunque tal realización posee la ventaja de que incorpora un filtro plano, el cual es más fácil de fabricar que otras formas de filtro, adolece de la desventaja de una menor sensibilidad en algunas direcciones debido a la reflexión en la superficie de recepción de luz en ciertos ángulos de incidencia y por tanto es principalmente apto para aplicaciones tales como el telepunto óptico.
La figura 2 muestra una segunda realización de la invención que comprende un concentrador 10 DTIRC que tiene una superficie 12 de recepción convexamente curva, una superficie 13 lateral cóncavamente curva, rotacionalmente simétrica, y una superficie 14 de detección circular que incorpora un fotodetector 15. En este caso, sobre la superficie 12 de recepción se proporciona un filtro 16 óptico hemisférico de película delgada. Opcionalmente, sobre la superficie 14 de detección se proporciona un recubrimiento 17 antirreflexión, proporcionándose sobre el recubrimiento 17 antirreflexión una película 18 de adaptación de índices. Esta realización es apta para sistemas tanto dirigidos como difusos en los que puede llegarse a un término medio entre la ganancia óptica y el campo de visión del receptor.
La figura 3 muestra otra realización que comprende una matriz de concentradores 20, 21 y 22 DTIRC que tienen superficies 23, 24 y 25 de recepción convexamente curvas dispuestas en ángulos distintos para recibir luz a través de un amplio campo de visión combinado. Cada uno de los concentradores 20, 21 y 22 DTIRC tiene la misma construcción general que el concentrador 10 DTIRC según se ha descrito con referencia a la figura 2. Además, los fotodetectores 26, 27 y 28 de estos concentradores 20, 21 y 22 DTIRC están conectados a unos circuitos de detección comunes (no mostrados) de manera que los circuitos sean sensibles a la luz recibida por los tres concentradores. Tal disposición permite una ganancia elevada y un campo de visión total de un semiángulo de 90º o mayor.
Tales receptores que emplean concentradores DTIRC proporcionan un mayor rendimiento de captación en comparación con los concentradores hemisféricos, así como presentan la posibilidad de usar filtros ópticos planos de película delgada que son más fáciles de fabricar y permiten la relajación del proceso de fabricación. Esto permite el uso de fotodetectores más pequeños, lo que a su vez reduce el coste y la capacitancia y aumenta la sensibilidad del receptor.
Cuando tales receptores se utilizan en sistemas de comunicación por infrarrojos de interior de alta velocidad que tienen transmisores con un estrecho espectro óptico, los receptores pueden usar filtros, o bien paso banda, o bien paso largo, para permitir el paso de luz en sustancialmente solo las longitudes de onda empleadas por los transmisores, mientras que se rechaza la mayor parte de la radiación incidente que contribuye al ruido en el receptor. Tal como se muestra esquemáticamente en la figura 4, los filtros ópticos paso banda se construyen normalmente a partir de múltiples capas de películas dieléctricas que proporcionan un filtrado en virtud de la interferencia óptica. El filtro 30 comprende dos o tres secciones 31 en forma de resonadores Fabry-Perot que actúan como filtros de línea de peine. Cada sección 31 comprende dos capas 32 y 33 dieléctricas separadas por una capa 34 separadora, y las secciones 31 adyacentes están conectadas entre sí por una capa 35 acopladora. La respuesta de estos filtros tiene una gran dependencia del ángulo de incidencia, y esto debe tenerse en cuenta a la hora de diseñar el receptor.
Se ha mostrado que las características de transmisión del filtro pueden aproximarse a una respuesta Butterworth de orden m-ésimo de la forma:
T_{f}(\lambda_{0},\theta) = \frac{T_{f0}}{1+\left(\frac{\lambda_{0} - \lambda_{c} (\theta)}{\Delta\lambda/2}\right)^{2m}}
donde \theta es el ángulo de incidencia, \lambda_{0} es la longitud de onda central a una incidencia normal, T_{f0} es la transmisión máxima y \Delta\lambda es el ancho de banda óptico del filtro. Esta aproximación no toma en consideración la degradación del perfil del filtro y la ondulación del paso de banda, pero muestra claramente la dependencia de la longitud de onda central del ángulo de incidencia. La variación de la longitud de onda central del filtro (\lambda_{c}) con el ángulo de incidencia (\theta) puede aproximarse mediante:
\lambda_{c}(\theta) = \lambda_{0}\sqrt{1 - \left(\frac{n_{1}}{n_{s}}\right)^{2} sin^{2}\theta}
donde n_{1} es el índice refractivo de la capa de entrada, n_{s} es el índice refractivo efectivo del separador y \lambda_{0} es la longitud de onda central a \theta = 0º. La figura 5 muestra un espectro de transmisión típico de un filtro paso banda óptico utilizando una aproximación Butterworth. La figura 6 muestra la dependencia angular de la longitud de onda central para un filtro de película delgada. Los filtros paso banda de película delgada logran un gran rechazo de la luz ambiente porque pueden tener anchos de banda muy estrechos, algunas veces por debajo de 1 nm.
A partir de la figura 6 puede verse que a medida que el valor del ángulo de incidencia de la luz aumenta, la longitud de onda central del filtro cambia a valores más pequeños, y se apreciará que este fenómeno tiene que tenerse en cuenta a la hora de diseñar receptores que tengan un campo de visión amplio. En particular, resulta importante garantizar que el espectro del transmisor se encuentre dentro del ancho de banda del filtro a fin de maximizar la relación señal-ruido en el receptor.
Como alternativa al uso de filtros paso banda para rechazar el ruido de fondo, resulta posible utilizar filtros paso largo que tengan una característica de paso alto en combinación con fotodetectores de silicio que tienen una longitud de onda de corte más allá de la cual no pueden detectar. La figura 7 ilustra esta alternativa mostrando la característica 40 de respuesta del fotodiodo de silicio superpuesta a la respuesta 41 del filtro paso largo. Puede verse que el fotodiodo solo responde a longitudes de onda por debajo de 1.100 nm, mientras que el filtro pasa longitudes de onda por encima de aproximadamente 780 nm, dando un ancho de banda óptico de aproximadamente 320 nm, tal como se indica mediante la región 42 sombreada en la figura 7. Los filtros paso largo pueden fabricarse de plástico o de vidrio o de un sustrato de AsGa coloreados. Además, las características de transmisión de estos filtros son esencialmente independientes del ángulo de incidencia de la luz, de manera que pueden usarse con cualquier tipo de concentrador óptico. Sin embargo, el ancho de banda de tales filtros es relativamente grande y por tanto pueden no ser aptos para algunas
aplicaciones.
El diseño del concentrador 1 DTIRC de la figura 1 empleando un método de conservación de fase y las propiedades geométricas y ópticas del concentrador se analizarán ahora a continuación con referencia a las figuras 8 y 9, en las que 2 denota la superficie de recepción, 3 denota la superficie lateral totalmente reflectante internamente y 4 denota la superficie de detección. Cuando un conjunto de rayos golpea en la superficie 2 de recepción en un ángulo extremo (el ángulo de aceptación), tal como se muestra en la figura 8, los rayos se refractan y dirigen a la superficie 3 lateral, tal como se muestra en 51, donde son reflejados de manera totalmente interna hacia la superficie de detección, tal como se muestra en 52. Los únicos rayos que llegan a la superficie de detección son aquellos dentro del ángulo de aceptación designado del concentrador. Si los rayos incidentes sobre la superficie 2 de recepción están más allá del ángulo de aceptación, saldrán de la superficie 3 lateral, sin dar por tanto en la superficie 4 de detección.
La mejor manera de diseñar un concentrador 3D es solucionando el caso 2D, puesto que, una vez que se obtiene la solución 2D, resulta posible crear un equivalente 3D rotando el perfil 2D alrededor de su eje de simetría. La superficie 2 de recepción es una parte de una esfera, y la pendiente de la superficie 3 lateral se determina según los requisitos de reflexión interna total. También puede ser necesario tomar en consideración en el diseño otras condiciones adicionales, tales como el requisito de que el ángulo de incidencia de la luz sobre la superficie de detección no sobrepase un cierto valor si se emplea un filtro de interferencia plano. Por tanto, en el caso de un concentrador 1 DTIRC que utiliza un filtro 6 plano, tal como se ilustra en la figura 8, el perfil debe diseñarse de manera que los rayos reflejados no sobrepasen un valor máximo de incidencia. Esta restricción se debe a la muy dependiente respuesta del filtro del ángulo de incidencia.
El diseño se basa en un método de conservación de fase, mediante el cual los rayos extremos salientes forman un nuevo frente de onda tras la reflexión por la superficie 3 lateral, y los rayos reflejados deben salir dentro de un ángulo máximo predeterminado. Con referencia a la figura 8, el perfil lateral puede dividirse en dos partes P1-P2 y P2-P3. En la primera parte (P1-P2), todos los rayos extremos se dirigen al punto P3’ de esquina tras una sola reflexión interna total. En la segunda parte (P2-P3), los rayos extremos salientes forman un nuevo frente de onda tras ser reflejados por la superficie 3 lateral. La figura 9 muestra la longitud óptica total de un rayo desde el frente de onda de entrada hasta el frente de onda de salida, que consta de cuatro partes 11, 12, 13 y 14. La parte 11 se extiende desde un punto en el frente de onda inicial hasta la superficie 2 de recepción, 12 se extiende desde la superficie 2 de recepción hasta el punto 60 de reflexión en la superficie 3 lateral, 13 se extiende desde el punto 60 de reflexión hasta la superficie 61 de salida y 14 se extiende desde la superficie 61 de salida hasta el frente de onda final (cuando los rayos convergen en P3', 14 es cero). Por tanto, la longitud total del camino óptico puede calcularse como:
\int nds = I_{1} + n(I_{2} + I_{3} + I_{4}) = const
donde n denota el índice refractivo del material del concentrador DTIRC.
Las coordenadas del perfil pueden calcularse analíticamente obteniendo 11, 12, 13 y 14 combinando la ecuación anterior con restricciones de altura y según las condiciones adicionales propuestas.
Se ha desarrollado un programa basado en este método para generar numéricamente las curvas de perfil lateral con la ayuda de Matlab, siendo las entradas al programa el ángulo de aceptación, el ángulo del arco de la superficie de recepción, el índice refractivo del material dieléctrico y la apertura de salida. El programa supone una apertura de entrada de prueba y una altura de prueba y puede calcular las coordenadas del perfil con un conjunto de rayos extremos, dependiendo el número total de rayos extremos usados del requisito de precisión, y comenzando el programa con el rayo extremo reflejado en P3 y terminando con el rayo extremo que entra por P1. El programa compara la apertura de prueba con la apertura de entrada generada, y las nuevas apertura y altura se obtienen de la diferencia entre las dos aperturas, continuándose la iteración hasta que la apertura de prueba y la apertura calculada convergen en menos de una tolerancia de error predeterminada. Una vez que se define la apertura de entrada, pueden calcularse las coordenadas X e Y del concentrador DTIRC.
Cuando se diseña un receptor óptico de comunicación inalámbrica, debe tenerse en cuenta un número de criterios diferentes tales como el coste, la potencia requerida, el tamaño, el peso, la disponibilidad de componentes, etc., así como los requisitos de direccionabilidad y relación señal-ruido. El tamaño del fotodetector (directamente relacionado con el coste y la capacitancia) y el índice de refracción del material concentrador imponen limitaciones. El índice de refracción podría escogerse para que sea tan elevado como sea posible a fin de conseguir una concentración máxima con un tamaño reducido. Es más, a medida que aumenta el índice de refracción, la concentración geométrica aumenta. Además, a medida que el ángulo del arco de la superficie de recepción cambia de pequeño a grande, la concentración geométrica es sustancialmente constante para algunos índices refractivos. Aparte del índice refractivo, los otros dos parámetros que afectan a la concentración son el ángulo del arco de la superficie de recepción y el ángulo de aceptación (suponiendo un frente de onda procedente de una fuente a una gran distancia). La concentración geométrica es inversamente proporcional al ángulo de aceptación, aunque en general la concentración se ve afectada en una medida relativamente pequeña por el ángulo del arco de la superficie de recepción.
Cuando se diseña un enlace difuso, generalmente debe llegarse a un término medio entre la concentración geométrica y el campo de visión. Por ejemplo, se ha calculado que si ilumina difusamente una habitación de 3 metros cúbicos, bastará con un receptor que tenga un campo de visión de un semiángulo de 60º para cubrir toda la habitación. Sin embargo, se apreciará que los sistemas que pueden aprovecharse más de los concentradores DTIRC (por su gran ganancia) son los sistemas dirigidos y LOS. Tal como ya se ha comentado, los filtros paso banda de película delgada tienen una gran dependencia del ángulo de incidencia, y esto debe tomarse en consideración a la hora de diseñar el concentrador DTIRC. Si se utiliza tal filtro paso banda y resulta necesario restringir el ángulo de salida por debajo de 45º, el ángulo del arco de la superficie de recepción deber ser tan grande como sea posible, lo que también reducirá el tamaño del concentrador. Si hay que diseñar el concentrador DTIRC para que tenga un gran valor de rendimiento máximo, la mejor opción consiste en usar un filtro paso largo combinado con un fotodetector de silicio, tal como se ha descrito anteriormente. Esto permite una concentración elevada combinada con el filtrado de radiación de fondo no deseada. Generalmente, la concentración geométrica aumenta a medida que el ángulo de aceptación decrece.
El uso de un concentrador DTIRC tridimensional rotacionalmente simétrico permite aproximar el límite termodinámico de concentración óptica sin requerir un concentrador de una longitud excesiva.
La figura 10 muestra otra realización según la invención en la que un extremo del concentrador 71 DTIRC está prolongado por un tubo 74 de luz o una fibra óptica para permitir un acoplamiento óptico a unos circuitos electrónicos remotamente instalados o para permitir capacidades de captura de luz diferentes. Se apreciará que no se pierde nada de la funcionalidad prolongando el extremo de la óptica por medio de un tubo 74 de luz o una fibra óptica si se considera el camino de un haz 73 de luz a través de la superficie 72 de recepción. El extremo del tubo 74 de luz puede incorporar un filtro 75 de interferencia de banda estrecha y una superficie 76 de detección circular.
Un beneficio particular de tal disposición es que los circuitos electrónicos de transmisión/recepción pueden estar sobre una placa de circuito impreso remota que se coloque convenientemente para la instalación particular. Un ejemplo típico de esto sería un televisor, un vídeo o un reproductor DVD en el que el receptor óptico estaría orientado hacia la habitación para captar una señal infrarroja procedente de una unidad de control remoto o bien apuntada directamente hacia él, o bien por reflexión. En este caso, la superficie 72 de recepción puede incorporar, en vez del filtro 75 de interferencia de banda estrecha, un material de filtro embebido en el material óptico del que están hechos el receptor y el tubo de luz. Esto hace que el receptor sea barato de fabricar en plástico, por ejemplo, y es por tanto ventajoso comercialmente.
En un desarrollo de la invención, una matriz de concentradores 1 DTIRC está montada sobre un soporte 80, tal como se muestra desde un extremo y un lado en las figuras 11a y 11b, y las señales de salida de los fotodetectores asociados se suministran a unos circuitos de detección comunes (no mostrados). Esto permite una superficie de captura más grande y por tanto una mayor sensibilidad. Esto también significa que se mejora el ancho de banda electrónico, comparado con un solo receptor DTIRC equivalente con la misma superficie de captura global. Los concentradores 1 DTIRC están unidos entre sí por unos enlaces 81 en puntos en los que la concentración óptica no se ve perturbada. Si se proporcionan enlaces 82 flexibles, esto permite crear matrices flexibles que pueden conformarse a una superficie curva, tal como se ilustra en la figura 12.
Los concentradores según la invención descritos anteriormente pueden hacerse aún más adaptables mediante la selección de un material dieléctrico particular para la aplicación requerida. Por ejemplo, resulta posible usar un material ferroeléctrico en lugar de un simple material plástico o cerámico para permitir que el dispositivo sintonice distintas frecuencias o longitudes de onda. Adicionalmente, la sintonización puede emplearse para optimizar otras propiedades del dispositivo, tales como las características de impedancia y la direccionabilidad del dispositivo. Se deduce que las propiedades del dispositivo pueden alterarse usando un sistema de control eléctrico o electrónico adecuado, y esto haría que el dispositivo fuese apto para el uso en sistema de radio basado en software.
Aunque la anterior descripción se da con referencia al uso de concentradores DTIRC, debe entenderse que la invención también contempla el uso de concentradores totalmente reflectantes internamente hechos de otros materiales en los que la velocidad de la radiación dentro del material sea menor que velocidad en el espacio libre. Además, se contempla que los receptores dentro del alcance de la invención tengan aplicación con radiación electromagnética fuera del intervalo de longitudes de onda ópticas, así como con radiación acústica.

Claims (16)

1. Receptor de comunicación inalámbrica que comprende un concentrador (1; 10; 20, 21, 22; 71) totalmente reflectante internamente, comprendiendo dicho concentrador un cuerpo de material dieléctrico que tiene (i) una superficie (2; 12; 23, 24, 25; 72) de recepción para recibir radiación incidente a través de un amplio campo de visión, (ii) una superficie (3; 13) lateral cóncavamente curva de la que se refleja de manera totalmente interna la radiación que pasa a través de la superficie (2; 12; 23, 24, 25; 72) de recepción hacia una superficie (4; 14; 76) de detección proporcionada dentro del cuerpo, (iii) un medio (6; 16) de filtrado de banda estrecha para filtrar la radiación que entra en la superficie de recepción antes de que llegue a la superficie (4; 14; 76) de detección y (iv) medios (5; 15; 26, 27, 28) de detección en la superficie (4; 14; 17) de detección para detectar la radiación que llega a la superficie (4; 14; 76) de detección y para proporcionar una señal eléctrica de salida indicativa de la radiación detectada.
2. Receptor según la reivindicación 1, en el que el concentrador (1; 10; 20, 21, 22; 71) es un concentrador totalmente reflectante internamente dieléctrico (DTIRC).
3. Receptor según la reivindicación 1 o 2, en el que medio (6; 16) de filtrado comprende un filtro de película delgada.
4. Receptor según la reivindicación 1, 2 o 3, en el que el medio (6; 16) de filtrado es un filtro de interferencia construido a partir de múltiples capas de películas dieléctricas delgadas.
5. Receptor según la reivindicación 1, 2 o 3, en el que el medio (6; 16) de filtrado comprende un filtro paso largo que se usa en combinación con medios (5; 15; 26, 27, 28) de detección que tienen un umbral de longitud de onda para que sólo se detecten longitudes de onda dentro de un ancho de banda requerido.
6. Receptor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el medio de filtrado comprende un filtro (6) plano en las inmediaciones de la superficie (4; 76) de detección.
7. Receptor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el medio de filtrado comprende un filtro (16) curvo sobre la superficie (12) de recepción curva.
8. Receptor según cualquier reivindicación anterior, en el que sobre la superficie (4; 14; 76) de detección se proporciona un recubrimiento (17) antirreflexión.
9. Receptor según cualquier reivindicación anterior, en el que sobre la superficie (4; 14; 76) de detección se proporciona un recubrimiento (7, 8; 18) de adaptación de índices.
10. Receptor según cualquier reivindicación anterior, en el que el concentrador (1; 10; 20, 21, 22; 71) tiene una superficie (22; 12; 23, 24, 25; 72) de recepción convexa o cóncavamente curva.
11. Receptor según cualquier reivindicación anterior, en el que el concentrador (71) está prolongado por un tubo (74) de luz que conduce la radiación incidente hacia la superficie (76) de detección.
12. Receptor según cualquier reivindicación anterior, en el que el concentrador está prolongado por una fibra óptica que conduce la radiación incidente hacia la superficie de detección.
13. Receptor según cualquier reivindicación anterior, que comprende además circuitos de detección para recibir la señal eléctrica de salida procedente de los medios (5; 15; 26, 27, 28) de detección.
14. Receptor según cualquier reivindicación anterior, que comprende una matriz de concentradores (1) totalmente reflectantes internamente, y medios de detección para detectar la radiación recibida por los concentradores (1) y para proporcionar una señal eléctrica de salida indicativa de la radiación detectada.
15. Receptor según la reivindicación 14, en el que los concentradores (1) tienen superficies (2) de recepción dispuestas en ángulos diferentes para recibir radiación incidente a través de un amplio campo de visión combinado.
16. Receptor según la reivindicación 14 o 15, en el que los concentradores (1) están conectados entre sí por enlaces (82) flexibles para permitir que el receptor se conforme a una forma requerida.
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