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.Info
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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.
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.
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.
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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