ES2587128T3 - Disposición para atenuar luz incidente de un haz de rayos - Google Patents

Disposición para atenuar luz incidente de un haz de rayos Download PDF

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Abstract

Disposición (100) para atenuar luz incidente de un haz de rayos con apertura finita, preferentemente luz monocromática directamente incidente, en que la disposición tiene lo siguiente: - una fuente de luz (10) para generar un haz de luz no polarizada, preferentemente de luz monocromática no polarizada; - una zona de luz útil (50), que es atravesada por la luz no polarizada y preferentemente es atravesada en línea recta partiendo de la fuente de luz (10); - un dispositivo de absorción (30), dispuesto detrás de la zona de luz útil (50) y preferentemente dispuesto detrás de ella en la dirección directa de los rayos del haz de luz, para absorber al menos parcialmente luz incidente, en que el dispositivo de absorción (30) tiene al menos un dispositivo de polarización (31, 32) dispuesto en la dirección del haz de luz.

Description

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DESCRIPCION
Disposicion para atenuar luz incidente de un haz de rayos
La presente invencion se refiere a una disposicion para atenuar luz incidente de un haz de rayos.
El documento WO 2001/59737 A1 se refiere a un detector de incendios por luz difusa con una fuente de luz LED (del ingles “Light Emitting Diode”, diodo emisor de luz), desde la que se emite luz no polarizada hacia una zona de luz util. Detras de la zona de luz util se encuentra una trampa de luz para la absorcion de luz incidente.
El documento US 2008/0179904 A1 se refiere a una disposicion para espectroscopia de radiacion de luz difusa. Para ello, con ayuda de una fuente de luz es emitida luz polarizada hacia una muestra, y la luz difundida por la muestra es correspondientemente detectada.
En determinados dispositivos tecnicos, tales como dispositivos de deteccion de humos por luz difusa, se gma de forma dirigida luz hacia una zona de luz util, por ejemplo hacia una zona de luz difusa, y las reflexiones que se producen eventualmente ah son captadas mediante uno o varios detectores opticos tales como por ejemplo fotodiodos y similares. En detectores de humos por luz difusa, luz por regla general practicamente monocromatica o radiacion infrarroja de un diodo laser o diodo luminoso se propaga en lmea recta partiendo de la fuente de luz hacia la zona de luz util. Si esta luz es difundida ah por partmulas de humo o similares eventualmente existentes, una pequena cantidad de esta luz difusa (dado el caso reflejada) incide sobre los detectores opticos dispuestos en torno a la zona de luz util, a traves de lo cual es generada en estos una senal. Segun el caso de aplicacion, entran en accion aqu diferentes metodos de evaluacion de senales; en caso de que se satisfaga una correspondiente condicion, un detector de humos de este tipo puede emitir una senal de alarma o similar.
En estos casos de aplicacion es muy importante que se garantice mediante medidas constructivas que aparte de la luz difusa, que ha sido difundida o respectivamente reflejada realmente en partmulas a reconocer que se encuentran en la zona de luz util, incida la menor cantidad de luz errante posible sobre los detectores opticos. La luz errante es luz que ha sido reflejada por ejemplo por las paredes interiores o similares del detector de humos por luz difusa. Cuando incide demasiada luz errante sobre los detectores opticos, los detectores opticos generan una senal de fondo demasiado intensa, de modo que la luz difusa apenas se destaca de esta senal de fondo y por ello diffcilmente puede ser medida o no puede ser medida en absoluto. En particular en detectores de humos por luz difusa altamente sensibles, es necesaria una amplificacion elevada de las senales de luz difusa, lo que en caso de senales de fondo intensas llevaria a una saturacion de los amplificadores.
Para atenuar o respectivamente absorber luz indeseada son conocidas las denominadas trampas de luz. A partir del documento DE 10 2005 045 280 B3 es conocido por ejemplo un sensor optico de distancia con una trampa de luz de este tipo, en que la trampa de luz esta dispuesta en las proximidades inmediatas de la fuente de luz, para absorber luz difusa que se propaga inmediatamente desde la fuente de luz en una direccion distinta a la direccion nominal del haz de rayos a emitir. Esta trampa de luz habitual tiene una estructura relativamente complicada, en que los rayos de luz recibidos son reflejados de tal modo en la trampa de luz que estos se desvanecen y ya no salen de la trampa de luz. Para este fin, la trampa de luz habitual preve que las superficies dentro de la trampa de luz sean rugosas o tengan estructuras de pliegues.
La trampa de luz conocida a partir del documento DE 10 2005 045 280 B3 tiene por lo tanto una estructura relativamente complicada, para absorber de forma efectiva luz incidente. La trampa de luz habitual esta dispuesta por lo demas de forma lateral respecto a un receptor fotooptico y sirve para atenuar luz reflejada solamente en este receptor, es decir en su superficie. Por consiguiente, esta trampa de luz habitual no es adecuada para, en una disposicion tal como la que existe en un detector de humos por luz difusa o similar y en la cual el rayo de luz (haz de rayos) emitido por la fuente de luz no es guiado directamente hacia un elemento receptor, absorber suficientemente este rayo de luz directamente incidente y de energfa relativamente alta y evitar con ello que dicho rayo de luz sea reflejado de vuelta hacia la zona de luz util.
Partiendo de este planteamiento del problema, la presente invencion tiene como base la tarea de proporcionar una disposicion para atenuar luz incidente de un haz de rayos con apertura finita, cuya disposicion tenga una estructura comparativamente sencilla y sea adecuada para absorber (atenuar) luz directamente incidente de una fuente de luz tal como por ejemplo una fuente de luz laser o similar.
Conforme a la invencion, esta tarea es resuelta mediante una disposicion para atenuar luz incidente de un haz de rayos con apertura finita, cuya disposicion tiene las caracteristicas de la reivindicacion independiente 1.
En particular, la tarea es resuelta mediante una disposicion para atenuar luz incidente de un haz de rayos con apertura finita, preferentemente luz monocromatica directamente incidente, en que la disposicion tiene una fuente de luz para generar un haz de luz no polarizada, preferentemente de luz monocromatica no polarizada, una zona de luz util, que es atravesada por la luz no polarizada y preferentemente es atravesada en lmea recta partiendo de la fuente de luz, asf como un dispositivo de absorcion, dispuesto detras de la zona de luz util y preferentemente dispuesto
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detras de ella en la direccion directa de los rayos del haz de luz, para absorber al menos parcialmente luz incidente, en que la disposicion de absorcion tiene al menos un dispositivo de polarizacion dispuesto en la direccion del haz de luz.
Mediante el empleo de al menos un dispositivo de polarizacion es posible de forma sorprendentemente sencilla una atenuacion fiable del haz de luz directamente incidente, despues de que este ha atravesado de forma no polarizada la zona de luz util. Mediante el hecho de que los dispositivos de polarizacion estan disponibles a bajo precio, es con ello posible sencillamente de modo economicamente ventajoso minimizar de forma efectiva la senal de fondo generada por luz errante en aparatos que hacen uso de una disposicion de este tipo. Esto es valido muy particularmente para el caso en el que el dispositivo de absorcion esta dispuesto detras de la zona de luz util en la direccion directa de los rayos del haz de luz, y con otras palabras esta por lo tanto expuesto a todo el haz de rayos relativamente intenso, que procede por ejemplo de una fuente de luz laser monocromatica o de una fuente de luz LED practicamente monocromatica.
Perfeccionamientos ventajosos de la solucion conforme a la invencion estan indicados en las reivindicaciones dependientes.
Asf, esta previsto por ejemplo que en torno a la zona de luz util este dispuesto al menos un detector optico para detectar luz difusa. Cuando por lo tanto no solo hay que evitar simplemente la aparicion de luz difusa que repercute negativamente en la zona de luz util, sino que de forma totalmente dirigida tiene lugar un reconocimiento optico en torno a esta zona de luz util, puede conseguirse entonces con la disposicion conforme a la invencion una precision aun mayor de deteccion optica, lo que reduce adicionalmente la senal de fondo debida a luz difusa retrodispersada de forma indeseada hacia la zona de luz util.
Conforme a otro aspecto de la invencion esta previsto que el dispositivo de absorcion tenga al menos dos dispositivos de polarizacion dispuestos consecutivamente en la direccion del haz de luz. Sorprendentemente se ha revelado que mediante la disposicion consecutiva de al menos dos dispositivos de polarizacion para absorber el haz de luz incidente, las propiedades de absorcion pueden ser mejoradas otra vez significativamente.
De forma ligada a este perfeccionamiento esta previsto por ejemplo que los al menos dos dispositivos de polarizacion tengan un primer filtro de polarizacion lineal y un segundo filtro de polarizacion lineal. Aqrn, las direcciones de polarizacion del primer y del segundo filtro de polarizacion lineal estan desplazadas en 90° entre sf Mediante un giro de este tipo de los planos de polarizacion de ambos filtros de polarizacion lineal, que estan dispuestos consecutivamente en la direccion del haz de luz, puede mejorarse otra vez el efecto de absorcion.
Alternativamente, de forma ligada al perfeccionamiento anteriormente citado es posible que los al menos dos dispositivos de polarizacion tengan un primer filtro de polarizacion circular y un segundo filtro de polarizacion circular. El sentido de giro de polarizacion del primer filtro de polarizacion en la direccion del haz de luz incidente es aqrn igual al sentido de giro de polarizacion del segundo filtro de polarizacion en la direccion del haz de luz incidente. En otras palabras: los dos filtros de polarizacion circular dispuestos consecutivamente en la direccion del haz de luz no estan rotados en sentido opuesto uno respecto a otro. En comparacion con los filtros de polarizacion lineal dispuestos consecutivamente, en este perfeccionamiento de la invencion puede conseguirse un efecto de absorcion sobresaliente, mejorado otra vez.
Es sin embargo igualmente posible que tambien la direccion de polarizacion del primer filtro de polarizacion circular este desplazada en 90° respecto a la del segundo filtro de polarizacion circular.
En los perfeccionamientos con los filtros de polarizacion circular puede estar previsto adicionalmente un filtro de polarizacion lineal, que esta asociado al por lo menos un detector optico. En otras palabras: directamente delante del por lo menos un detector optico esta dispuesto un filtro de polarizacion lineal, mientras que los dos filtros de polarizacion circular de igual sentido de giro estan dispuestos de forma consecutiva directamente en la direccion del haz de luz y atenuan este haz de luz, despues de que ha atravesado la zona de luz util. A traves de ello, la senal de fondo generada por luz errante en el por lo menos un detector optico puede ser reducida aun mas.
Conforme a otro aspecto de la solucion conforme a la invencion esta previsto que el al menos un dispositivo de polarizacion este alojado de forma intercambiable en un dispositivo de fijacion dispuesto detras de la zona de luz util en la direccion del haz de luz. A traves de ello se facilita y simplifica el manejo del dispositivo de absorcion, por ejemplo cuando el dispositivo de polarizacion o respectivamente los dispositivos de polarizacion deben ser sustituidos. Mediante una fijacion de este tipo, es posible ademas un reequipamiento sencillo de aparatos existentes, que tienen que hacer uso de la disposicion conforme a la invencion.
Conforme a otro aspecto de la solucion conforme a la invencion esta previsto que la fuente de luz tenga un diodo luminoso y preferentemente al menos una lente asf como preferentemente al menos un diafragma. Un sistema optico de este tipo es relativamente sencillo y con ello barato de fabricar y permite al mismo tiempo una exposicion dirigida de la zona de luz util a la luz a utilizar o a radiacion infrarroja o ultravioleta.
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Conforme a otro aspecto de la solucion conforme a la invencion esta previsto que el al menos un detector optico tenga un fotodiodo y preferentemente al menos una lente asf como preferentemente al menos un diafragma. Igualmente es valido para este sistema optico que puede ser puesto a disposicion de forma relativamente barata y al mismo tiempo ofrece una alta precision de reconocimiento.
Conforme a otro aspecto de la invencion esta previsto que los al menos dos dispositivos de polarizacion esten separados entre sf en la direccion del haz de luz por una distancia menor de 5 mm y preferentemente menor de 2 mm. Mediante una separacion relativamente pequena de los dos dispositivos de polarizacion entre sf en la direccion del haz de luz, el rendimiento de absorcion puede mejorarse otra vez.
Conforme a otro aspecto de la invencion esta previsto que el al menos un dispositivo de polarizacion este inclinado un angulo con respecto a la direccion del haz de luz incidente, en que el angulo es formado entre el haz de luz incidente y un plano de detector, dentro del cual esta dispuesto el eje central optico del al menos un detector, y en que el angulo es preferentemente de unos 45°. En otras palabras: el al menos un dispositivo de polarizacion y de modo preferido los al menos dos dispositivos de polarizacion esta o respectivamente estan inclinados conjuntamente con relacion al haz de luz incidente, de modo que luz incidente dado el caso no absorbida o respectivamente no atenuada suficientemente por el dispositivo de absorcion no es reflejada de vuelta por el mismo camino por el que ha incidido. Puede ser reflejada entonces, cuando la disposicion es aplicada en un detector de humos por luz difusa, por la inclinacion mas bien hacia el suelo del detector de humos por luz difusa. A traves de ello se incrementa la eficacia de la disposicion en el sentido de que puede evitarse de forma aun mejor luz difusa indeseada en la zona de luz util.
La invencion esta tambien orientada a un detector de humos por luz difusa con al menos una abertura de admision para admitir aire del entorno y con una disposicion conforme a la invencion anteriormente descrita, en que la abertura de admision desemboca en una zona de luz difusa, y en que la zona de luz difusa corresponde al menos por partes a la zona de luz util.
A continuacion es explicada mas detalladamente con ayuda de un dibujo una forma de realizacion de la disposicion conforme a la invencion para atenuar luz incidente de un haz de rayos con apertura finita. En los dibujos muestran:
la figura 1: una vista en corte y en perspectiva de una disposicion conforme a la invencion para atenuar luz
incidente segun una forma de realizacion de la invencion;
la figura 2: una vista esquematica desde arriba sobre la disposicion de la figura 1; y
la figura 3: una vista desde arriba en perspectiva sobre la disposicion de las figuras 1 y 2, en que su
dispositivo de absorcion esta representado en despiece ordenado para una mejor ilustracion.
La figura 1 muestra una vista en corte y en perspectiva de una disposicion 100 conforme a la invencion para atenuar luz incidente de un haz de rayos con apertura finita segun una forma de realizacion de la invencion. La disposicion 100 es aplicada aqm a modo de ejemplo en un detector de humos por luz difusa, que tiene en su zona inferior una abertura de admision 60 para admitir aire del entorno hacia una zona de luz util 50 (no designada mas detalladamente en la figura 1). Dentro del alojamiento, conformado por lo demas de forma opaca a la luz, del detector de humos por luz difusa representado en la figura 1, delante de la zona de luz util 50 y para la exposicion de esta zona a luz esta prevista una fuente de luz, que esta designada en conjunto por 10. La fuente de luz tiene un diodo luminoso 11 y una lente 12 dispuesta detras de este diodo luminoso 11, detras de la cual estan dispuestos a su vez una pluralidad de diafragmas 13, que coliman en conjunto la luz emitida por el diodo luminoso 11 y la grnan hacia la zona de luz util. La zona de luz util 50 es atravesada por la luz no polarizada, en lmea recta en el ejemplo de realizacion representado en la figura 1. Detras de la zona de luz util 50, en la direccion directa de los rayos del haz de luz, esta dispuesto un dispositivo de absorcion 30, que sirve para absorber al menos parcialmente la luz incidente. En el ejemplo de realizacion representado, el dispositivo de absorcion 30 tiene dos dispositivos de polarizacion circular 31, 32 dispuestos consecutivamente, cuyo sentido de giro de polarizacion es respectivamente el mismo.
Como se desprende mejor de la vista esquematica desde arriba de la figura 2, en torno a la zona de luz util 50 indicada ah en lmea discontinua estan dispuestos varios detectores opticos 20a, 20b, 20c, 20d, que sirven para la clasificacion de una senal de luz difusa posiblemente detectada en la disposicion 100. Los detectores opticos 20a, 20b, 20c, 20d tienen un fotodiodo 21a, 21b, 21c, 21d y una lente 22a, 22b, 22c, 22d dispuesta detras de este fotodiodo 21a, 21b, 21c, 21d, detras de la cual estan dispuestos a su vez uno o varios diafragmas 23a, 23b, 23c, 23d, los cuales llevan asociado respectivamente un dispositivo de polarizacion lineal 24a, 24b, 24c, 24d orientado horizontal o verticalmente, por ejemplo un filtro de polarizacion lineal.
Como se desprende mejor de la vista desde arriba en perspectiva de la figura 3, el dispositivo de absorcion 30, representado aim en despiece ordenado para una mejor ilustracion, tiene un dispositivo de fijacion 35, que en el estado montado tiene una superficie de fijacion inclinada, respecto al haz de luz emitido por la fuente de luz, aproximadamente 45° en direccion al suelo del detector de humos por luz difusa. En esta superficie de fijacion estan
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dispuestos, a una distancia muy pequena uno tras otro, en el ejemplo de realizacion mostrado a una distancia de 2 mm uno tras otro, los dispositivos de polarizacion circular 31, 32, que atenuan de modo muy efectivo la luz monocromatica directamente incidente del diodo luminoso 11, la cual es colimada por la lente 12 y guiada por los diafragmas 13 hacia la zona de luz util 50, de modo que su intensidad es suficientemente pequena como para que no sea captada de modo indeseado como consecuencia de reflexion multiple o similar por los detectores opticos 20a, 20b, 20c, 20d.
Se entiende que el ejemplo de realizacion representado sirve simplemente para una mejor explicacion y no debe considerarse de forma limitativa. Complementos y variaciones de la idea de la invencion son familiares para el experto en la tecnica.
Lista de numeros de referencia
10
11
12
13
20a, 20b, 20c, 20d 21a, 21b, 21c, 21d 22a, 22b, 22c, 22d 23a, 23b, 23c, 23d 24a, 24b, 24c, 24d
30
31
32 35 50 60 100
Fuente de luz Diodo luminoso Lente
Diafragmas Detector optico Fotodiodos Lentes Diafragmas
Filtros de polarizacion lineal
Dispositivo de absorcion
Primer dispositivo de polarizacion
Segundo dispositivo de polarizacion
Dispositivo de fijacion
Zona de luz util
Abertura de admision
Disposicion para atenuar luz incidente

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    REIVINDICACIONES
    1. Disposicion (100) para atenuar luz incidente de un haz de rayos con apertura finita, preferentemente luz monocromatica directamente incidente, en que la disposicion tiene lo siguiente:
    - una fuente de luz (10) para generar un haz de luz no polarizada, preferentemente de luz monocromatica no polarizada;
    - una zona de luz util (50), que es atravesada por la luz no polarizada y preferentemente es atravesada en lmea recta partiendo de la fuente de luz (10);
    - un dispositivo de absorcion (30), dispuesto detras de la zona de luz util (50) y preferentemente dispuesto detras de ella en la direccion directa de los rayos del haz de luz, para absorber al menos parcialmente luz incidente,
    en que el dispositivo de absorcion (30) tiene al menos un dispositivo de polarizacion (31, 32) dispuesto en la direccion del haz de luz.
  2. 2. Disposicion (100) segun la reivindicacion 1,
    en que en torno a la zona de luz util (50) esta dispuesto al menos un detector optico (20a, 20b, 20c, 20d) para detectar luz difusa.
  3. 3. Disposicion (100) segun la reivindicacion 1 o 2,
    en que el dispositivo de absorcion (30) tiene al menos dos dispositivos de polarizacion (31, 32) dispuestos consecutivamente en la direccion del haz de luz.
  4. 4. Disposicion (100) segun la reivindicacion 3,
    en que los al menos dos dispositivos de polarizacion (31, 32) tienen un primer filtro de polarizacion lineal y un segundo filtro de polarizacion lineal, en que las direcciones de polarizacion del primer y del segundo filtro de polarizacion lineal estan desplazadas en 90° entre sf.
  5. 5. Disposicion (100) segun la reivindicacion 3,
    en que los al menos dos dispositivos de polarizacion (31, 32) tienen un primer filtro de polarizacion circular y un segundo filtro de polarizacion circular, en que las direcciones de polarizacion del primer y del segundo filtro de polarizacion circular estan desplazadas en 90° entre sf.
  6. 6. Disposicion (100) segun la reivindicacion 3,
    en que los al menos dos dispositivos de polarizacion (31, 32) tienen un primer filtro de polarizacion circular y un segundo filtro de polarizacion circular, en que el sentido de giro de polarizacion del primer filtro de polarizacion en la direccion del haz de luz incidente y el sentido de giro de polarizacion del segundo filtro de polarizacion en la direccion del haz de luz incidente son iguales.
  7. 7. Disposicion (100) segun la reivindicacion 5 o 6,
    en que el al menos un detector optico (20a, 20b, 20c, 20d) lleva asociado un filtro de polarizacion lineal (21a, 21b, 21c, 21d).
  8. 8. Disposicion (100) segun una de las reivindicaciones precedentes,
    en que el al menos un dispositivo de polarizacion (31, 32) esta alojado de forma intercambiable en un dispositivo de fijacion (35) dispuesto detras de la zona de luz util en la direccion del haz de luz.
  9. 9. Disposicion (100) segun una de las reivindicaciones precedentes,
    en que la fuente de luz tiene un diodo luminoso (11) y preferentemente al menos una lente (12) asf como preferentemente al menos un diafragma (13).
  10. 10. Disposicion (100) segun una de las reivindicaciones 2 a 9,
    en que el al menos un detector optico tiene un fotodiodo y preferentemente al menos una lente asf como preferentemente al menos un diafragma.
  11. 11. Disposicion (100) segun una de las reivindicaciones 3 a 10,
    en que los al menos dos dispositivos de polarizacion estan separados entre sf en la direccion del haz de luz por una distancia menor de 5 mm, preferentemente menor de 2 mm.
  12. 12. Disposicion segun una de las reivindicaciones precedentes,
    5 en que el al menos un dispositivo de polarizacion esta inclinado un angulo con respecto a la direccion del haz de luz incidente, en que el angulo es formado entre el haz de luz incidente y un plano de detector, dentro del cual esta dispuesto el eje central optico del al menos un detector, y en que el angulo es preferentemente de unos 45°.
  13. 13. Detector de humos por luz difusa con al menos una abertura de admision para admitir aire del entorno y con una disposicion segun una de las reivindicaciones 1 a 12, en que la abertura de admision desemboca en una zona de luz
    10
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