專利名稱：光分配器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一光分配器件，更具體地涉及一能夠接收通過單根導(dǎo)光纜傳輸?shù)墓獠⒛軌蛞詴r(shí)間分割的方式把光分配給許多根導(dǎo)光纜的器件。更具體地說，本發(fā)明涉及一能有效地向生物組織例如藻類(像小球藻、螺旋藻等)、需要光合作用的細(xì)菌和其它需要人工光合作用的物質(zhì)(例如禾本植物的穎托)以及諸如植物、蘑菇等生物提供光合作用所必需的光的設(shè)備。
作為一光合作用反應(yīng)器的實(shí)例的小球藻培植裝置已提出，在此反應(yīng)器中，通過向小球藻提供光及二氧化碳以促進(jìn)光合作用來培植小球藻。但是，由于對(duì)光合作用進(jìn)行某些詳細(xì)研究的結(jié)果，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)小球藻光合作用反應(yīng)的一個(gè)周期需要大約持續(xù)10微秒的一瞬間光輻射時(shí)間，其余大約200微秒時(shí)間在沒有光輻射情況下光合作用也可以進(jìn)行;更確切地說，如果在該周期的其余時(shí)間里沒有光輻射，光合作用也能有效地進(jìn)行。另一方面，在小球藻培植的情況下，通常是利用這樣一個(gè)光合作用反應(yīng)器(例如小球藻培植池)的，其中放置許多熒光燈，使光合作用物質(zhì)穿過各燈之間的縫隙。所說的通常的反應(yīng)池，由于使用了大量的熒光燈而尺寸較大并且耗電量大。并且，還需要對(duì)燈所產(chǎn)生的熱進(jìn)行有力的處理。為了解決這些問題，本申請(qǐng)人先前曾提出把太陽射線或人工射線聚焦并引入到纖維光纜中，然后通過它而傳送到一光輻射器，該光輻射器是用作光合作用反應(yīng)器的光源的。但是，很顯然，當(dāng)建造大型光合作用反應(yīng)器時(shí)，采用上述光輻射裝置，則必須用大量的光輻射器，即須用大型的裝置聚焦太陽射線和/或人工射線。
為解決上述問題，本申請(qǐng)人還曾提出一能夠間斷地把光能提供給光合作用物質(zhì)的光分配器以更有效地促進(jìn)光合作用的進(jìn)行;從而，可在使用固定容量的太陽射線和/或人工光射線聚焦器件的情況下充分滿足任何大型光合作用反應(yīng)器對(duì)光能的要求。
由本申請(qǐng)人先前提出的光合作用反應(yīng)器的光源，有一傳輸由透鏡(未示出)聚焦后的太陽射線或人工光射線的導(dǎo)光棒或?qū)Ч饫|和一透明的旋轉(zhuǎn)棒。光導(dǎo)的光發(fā)射端與旋轉(zhuǎn)棒的旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)，在旋轉(zhuǎn)棒的旋轉(zhuǎn)軸上有一反射鏡對(duì)著光導(dǎo)的光發(fā)射端。通過光導(dǎo)傳輸、并引入旋轉(zhuǎn)棒的光在鏡面上反射，并且向旋轉(zhuǎn)棒的頂部傳播，同時(shí)卻再由設(shè)在那里的鏡子對(duì)光進(jìn)行反射然后從旋轉(zhuǎn)棒的光發(fā)射面輻射出去。把大量的導(dǎo)光棒排列起來形成一個(gè)環(huán)，與旋轉(zhuǎn)棒的光發(fā)射表面相對(duì)放置。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)棒被電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由旋轉(zhuǎn)棒的光發(fā)射表面所復(fù)蓋的導(dǎo)光棒的光接收面就依次改變，并且對(duì)每一旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)光棒都接收一個(gè)瞬刻的光輻射脈沖。每一導(dǎo)光棒的端部可作為一光輻射器。光輻射器在光合作用反應(yīng)器中互相間可以有一定的距離、或在植物培植室、蘑菇培植場(chǎng)等內(nèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)分開。
如上所述，在由本申請(qǐng)人先前提供的光分配器中，通過一根光導(dǎo)發(fā)送到那里的光就被瞬間地送到各光導(dǎo)，并依次通過旋轉(zhuǎn)著的旋轉(zhuǎn)棒;于是，旋轉(zhuǎn)棒每轉(zhuǎn)一次，分配后的光立刻從每根導(dǎo)光棒的輸出端放射到光合作用反應(yīng)器中，在該光合作用反應(yīng)器中，光合作用物質(zhì)就受到瞬刻的光輻照，例如約10微秒，然后開始光合作用反應(yīng)的一個(gè)周期，并且不需要其它光的輻照就可以完成這個(gè)周期，然后通過旋轉(zhuǎn)棒的一次旋轉(zhuǎn)在下一個(gè)光輻照脈沖瞬間，開始一新的光合作用反應(yīng)周期。因此，在反應(yīng)器中的一系列的光合作用反應(yīng)是隨著光合作用物質(zhì)的周期光輻照而持續(xù)進(jìn)行的。要使物體的光合作用開始，必須提供不少于某一規(guī)定量的光能。在上述光分配器件中，必要的光能量是可以通過在對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)棒的光發(fā)射面的非常小的面積上增加光的密度而易于獲得的。由于這個(gè)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，此裝置能夠很好地利用小型的太陽射線或人工射線收集器來工作。而且，因?yàn)閺男D(zhuǎn)棒的光發(fā)射表面出射的光是以時(shí)間分割方式分配到許多導(dǎo)光棒的，所以，此器件能夠向大容量的光合作用反應(yīng)器提供足夠量的光能。
但是，上述的光分配器件還有一些缺點(diǎn)，在于旋轉(zhuǎn)棒很難做并且價(jià)格昂貴。
鑒于先有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種進(jìn)一步改進(jìn)的裝置，此裝置能夠利用簡(jiǎn)單及低廉的裝置把一根導(dǎo)光纜中傳輸?shù)墓夥峙渲猎S多導(dǎo)光纜中。
本發(fā)明的另一目的是提供一簡(jiǎn)單而低廉的光分配器件，它能夠用不花費(fèi)額外費(fèi)用、而易于制造的光分配通道來均勻而有效地把通過第一導(dǎo)光纜的光線分配到許多第二導(dǎo)光纜中。


圖1和2是說明本申請(qǐng)人先前提出的光分配器的實(shí)例的視圖;
圖3是說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖;
圖4是表示光耦合器和導(dǎo)光纜的光接收面之間的關(guān)系的平面視圖;
圖5(a)是表示導(dǎo)光纜的光發(fā)射端，光耦合器和導(dǎo)光纜的光接收面之間的關(guān)系的側(cè)視圖;
圖5(b)是表示圖5(a)中省略耦合器情況下的側(cè)視圖;
圖6是說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)視圖;
圖7是說明圖6所示的驅(qū)動(dòng)臂的端部與導(dǎo)光纜耦合的實(shí)施例的放大細(xì)節(jié)視圖。
圖1是說明由本申請(qǐng)人先前提出的光合作用反應(yīng)器的光源主部件結(jié)構(gòu)視圖。在圖1中，號(hào)碼1表示傳輸由透鏡(未示出)聚焦的太陽光或人造光的導(dǎo)光棒和導(dǎo)光纜，20是一透明的旋轉(zhuǎn)棒。光導(dǎo)1的光發(fā)射端P與旋轉(zhuǎn)棒20的旋轉(zhuǎn)軸Q相對(duì)放置，在旋轉(zhuǎn)棒20的旋轉(zhuǎn)軸Q上對(duì)著光導(dǎo)1的光發(fā)射端P而裝有一反射鏡21。通過光導(dǎo)1傳送、并引入旋轉(zhuǎn)棒20的光被在反射鏡21上反射并折向旋轉(zhuǎn)棒20的頂部，而在旋轉(zhuǎn)棒20的頂部光再被鏡22反射，然后從旋轉(zhuǎn)棒20的光發(fā)射表面S輻射出去。把許多導(dǎo)光棒30排列起來以形成一環(huán)Ⅱ，如圖2所示，該環(huán)位于旋轉(zhuǎn)棒的光發(fā)射表面S的對(duì)面。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)棒20被電機(jī)40帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，被旋轉(zhuǎn)棒20的光發(fā)射表面S所復(fù)蓋的導(dǎo)光棒30的光接收面是一個(gè)接一個(gè)地轉(zhuǎn)換著的，并且，每一導(dǎo)光棒30對(duì)旋轉(zhuǎn)棒的每一次旋轉(zhuǎn)接收一瞬刻光輻射脈沖。每一導(dǎo)光棒30的端部可做為一光輻射器。這些光輻射器可以在光合作用反應(yīng)器中互相間隔一定的距離，或者可以在植物培植室，蘑菇養(yǎng)育場(chǎng)50等內(nèi)散布開。
如上所述，在該光分配器件中，通過光導(dǎo)1提供給它的光立即送到各光導(dǎo)30并依次通過旋轉(zhuǎn)著的旋轉(zhuǎn)棒20，因此，旋轉(zhuǎn)棒20每旋轉(zhuǎn)一圈，立刻把從每根導(dǎo)光棒30的輸出端所分配的光放射到光合作用反應(yīng)器中，在那兒光合作用物質(zhì)受到光的短時(shí)輻照，例如約10微秒，然后開始光合作用反應(yīng)的一個(gè)周期，并且不需要再加光輻照就可以完成這個(gè)周期，然后，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)棒20旋轉(zhuǎn)一圈以后，在下一個(gè)光輻射脈沖瞬間，開始一新的光合作用反應(yīng)周期。就這樣，在反應(yīng)器50中，一系列光合作用反應(yīng)連續(xù)不斷地隨著光合作用物質(zhì)的周期光輻照而進(jìn)行。要使物體的光合作用開始，必須提供不少于某一規(guī)定量的光能。在上述光分配器中，必要的光能量是可以通過在一對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)棒的光發(fā)射面的非常小的面積上增加光的密度而容易地獲得的。由于這個(gè)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，此裝置能夠用小型的太陽光或人工光收集器(未示出)很好地工作。而且，因?yàn)閺男D(zhuǎn)軸20的光發(fā)射表面S射出的光是以時(shí)間分割的方式分配給許多導(dǎo)光棒30的，所以，此裝置能夠向大容量的光合作用反應(yīng)器提供足夠量的光能。
但是，上述光分配器件有一些缺點(diǎn)，在于旋轉(zhuǎn)棒20制作困難而且昂貴。
鑒于先前技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明目的是要提供一進(jìn)一步改進(jìn)的器件，利用簡(jiǎn)單而低廉的設(shè)備把通過一根導(dǎo)光纜傳輸?shù)墓庠诖罅繉?dǎo)光纜中進(jìn)行分配。
圖3是說明本發(fā)明的最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)視圖。在圖3中，號(hào)碼1表示用于傳送來自光接收端(未示出)的太陽光或人造光的第一單根導(dǎo)光纜。號(hào)碼2表示大量的第二導(dǎo)光纜，它的光接收端2a排列在一起形成一環(huán)形光接收平面。臂4由電動(dòng)機(jī)3帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，其前端固定有一光耦合器5和輔助臂6，輔助臂6用來支撐第一導(dǎo)光纜1的光發(fā)射端，該導(dǎo)光纜1的端部松弛地安裝在所述輔助臂6上的軸承7中。通過把導(dǎo)光纜1松松地插入臂8前端的球面軸承中，使臂8支承導(dǎo)光纜1的另一端，臂8最好與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的軸對(duì)準(zhǔn)。這樣，當(dāng)電動(dòng)機(jī)3以圖3所示的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)時(shí)，就旋轉(zhuǎn)臂4，使光耦合器5和導(dǎo)光纜1的光發(fā)射端沿著由大量導(dǎo)光纜2的光發(fā)射端形成的環(huán)形平面移動(dòng)，從而就實(shí)現(xiàn)了以與上述先有技術(shù)類似的方式連續(xù)地把光分配到各導(dǎo)光纜2。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)光纜1被支撐在球面軸承9上時(shí)是能夠旋轉(zhuǎn)的，這樣就可以消除由于過度用力而損傷光纜的可能性。雖然在這個(gè)已經(jīng)描述的情況中，球面軸承9支撐著導(dǎo)光纜1的旋轉(zhuǎn)軸，但也可以不利用球面軸承，而只把它放在寬松的孔中。然而，在這樣的情況下，恐怕有可能由于所說的表面對(duì)通孔的內(nèi)表面的摩擦而使光纜1的外表面毀壞。同樣，導(dǎo)光纜1的光發(fā)射端可以不用支撐軸7而松松地裝配在輔助臂的通孔中。在這兩種情況下，導(dǎo)光纜1的光發(fā)射端就能夠沿著由大量導(dǎo)光纜2的光發(fā)射面2a形成的環(huán)形平面旋轉(zhuǎn)而不會(huì)扭絞。
圖4和5是說明導(dǎo)光纜1的光發(fā)射端、光耦合器5和導(dǎo)光纜2之間關(guān)系的視圖;圖4是表示光耦合器5和導(dǎo)光纜2的光接收面2a之間關(guān)系的平面視圖;圖5(a)是表示導(dǎo)光纜1的光發(fā)射端、光耦合器5和導(dǎo)光纜2的光接收面之間關(guān)系的側(cè)視圖;圖5(b)是表示圖5(a)中省略了光耦合器5的情況的側(cè)視圖。在圖5(a)所示的實(shí)施例中，導(dǎo)光纜1發(fā)射的光被引入光耦合器5中;在光耦合器5中，所述的光被其側(cè)壁反射，并被導(dǎo)入導(dǎo)光纜2中。而且，光耦合器5和導(dǎo)光纜2的光接收表面之間的關(guān)系保持不變。換句話說，光耦合器5的旋轉(zhuǎn)軸和由各導(dǎo)光纜的光接收面形成的環(huán)的軸在某一共同的中心(o)上互相重合。很可能光耦合器5相對(duì)于環(huán)形平面的關(guān)系，即如圖4中點(diǎn)劃線所示的那種關(guān)系不會(huì)發(fā)生，即不會(huì)發(fā)生光耦合器5的軸偏移到點(diǎn)(o′)的情況。導(dǎo)光纜1發(fā)出的光被引入到光耦合器5中，然后，被各側(cè)壁反射形成一束密度接近均勻的光，之后，通過光耦合器5的輸出端5a放射出去。因此，每條導(dǎo)光纜2都能基本上接收等量的光。這意味著，當(dāng)選擇任意一條導(dǎo)光纜2時(shí)，都能獲得等量的光。反之，假如略去光耦合器5，則散射到側(cè)邊的光射線Lo，如圖5(b)所示，就不能被引入導(dǎo)光纜2，而且，從導(dǎo)光纜1發(fā)射的光束在其各端部的強(qiáng)度可能是不同的，即所述光束的強(qiáng)度會(huì)隨著從中心到周邊而逐漸減小。因此，在圖5(b)所示的情況下，導(dǎo)入每條導(dǎo)光纜21和23中的光量小于導(dǎo)光纜22中的光量。于是，光量就取決于導(dǎo)光纜2中間的哪一條被選中。為了防止導(dǎo)光纜1扭絞，它的光發(fā)射端可以自由地在光耦合器5的軸承上旋轉(zhuǎn)。因此，如果省略了耦合器5，導(dǎo)光纜1可能會(huì)扭絞，并且因此導(dǎo)入導(dǎo)光纜2中的光量就變得不穩(wěn)定了。這樣的光分配器不能應(yīng)用在需要某一最佳或給定光量的情況下。
圖6是說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)視圖。在圖6中，1是第一導(dǎo)光纜;2是多個(gè)第二導(dǎo)光纜;3是電動(dòng)機(jī);4是臂;5是光耦合器;6是輔助臂;7是軸承;8是支撐臂;9是球面軸承。因?yàn)檫@些部件的作用類似于參考圖3所述的實(shí)施例的各部件的作用，因此就不再詳細(xì)闡述。在圖6中，斜齒輪10由電動(dòng)機(jī)3驅(qū)動(dòng)，它的旋轉(zhuǎn)傳遞到另一斜齒輪11a和11b。旋轉(zhuǎn)盤12a裝在斜齒輪11a的旋轉(zhuǎn)軸上。驅(qū)動(dòng)臂13的一端就可旋轉(zhuǎn)地裝到在旋轉(zhuǎn)盤12上偏心配置的凸起銷12a′上，驅(qū)動(dòng)臂13的另一端是可旋轉(zhuǎn)地裝在導(dǎo)光纜1的光發(fā)射端上的。如圖7詳細(xì)所示，驅(qū)動(dòng)臂13的另一端借助軸承14被可旋轉(zhuǎn)地固定在導(dǎo)光纜1上，以便使光耦合器5沿著由導(dǎo)光纜2的光接收面形成的環(huán)形平面旋轉(zhuǎn)。在圖7中，15是固定在導(dǎo)光纜1的光發(fā)射端上的軸襯;16是使軸承部件7和14互相分離的墊片;17是支撐軸承7的元件。另一方面，斜齒輪11b的旋轉(zhuǎn)被傳遞到另一個(gè)盤12b，盤12b上被偏心配置著銷12b′，后者用來把臂18的一端可旋轉(zhuǎn)地固定在其上。所說的臂18的另一端有一球面軸承9′(與軸承9完全一樣)，以便讓導(dǎo)光纜1松弛地裝配。19是利用其上端來支撐臂18的支撐件，19的上端可以按箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)盤12b旋轉(zhuǎn)時(shí)，臂18的頂端就作環(huán)形運(yùn)動(dòng)，如假設(shè)的園周A所示。此環(huán)形運(yùn)動(dòng)A是與光耦合器5的運(yùn)動(dòng)方向一致的，并且相對(duì)光耦合器5的環(huán)形運(yùn)動(dòng)的相位差為180°。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)光纜1的頂端(光耦合器5)圍繞軸承9的軸而作自旋運(yùn)動(dòng)。軸承9的環(huán)形運(yùn)動(dòng)通過減小施加在其上的負(fù)荷幫助了導(dǎo)光纜1的頂部的自旋運(yùn)動(dòng)。雖然在上述的配置中，單臂13和18都是用來為簡(jiǎn)化說明起見的，但很容易了解到其它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如平行聯(lián)桿機(jī)構(gòu)以及類似機(jī)構(gòu)都可以適用于按照本發(fā)明的器件中。
根據(jù)上面的描述，顯然，按照本發(fā)明，就有可能提供一簡(jiǎn)單、低廉的光分配器件，它既不用花費(fèi)額外的費(fèi)用也不用難于制造的光分配通道，就能均勻而有效地把通過第一導(dǎo)光纜傳送的光射線分配到許多第二導(dǎo)光纜中。
權(quán)利要求
1.一種光分配器件，包括傳送光線的第一導(dǎo)光纜；具有光接收端的許多第二導(dǎo)光纜，它們裝在一起形成一光接收環(huán)形平面；與光接收環(huán)形平面相對(duì)的、用于支撐第一導(dǎo)光纜的光發(fā)射端并使其沿光接收環(huán)形平面旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置；固定在第一導(dǎo)光纜的光發(fā)射端，以便把第一導(dǎo)光纜發(fā)射的光轉(zhuǎn)變成密度接近均勻的光并把其引入到第二導(dǎo)光纜的光耦合器；其特征在于，光耦合器的表面類似于組成第二導(dǎo)光纜的光接收環(huán)形平面的一部分，并且該光耦合器沿光接收環(huán)形平面以相對(duì)不變的關(guān)系作環(huán)形運(yùn)動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求1的光分配器件，其特征在于，所述光耦合器是一扇形，它與光接收環(huán)形平面同軸，它相當(dāng)于光接收環(huán)平面的一部分，并且除了光發(fā)射面和光接收面外，還有一反射面或鍍層面。
3.按照權(quán)利要求1或2的光分配器件，其特征在于，驅(qū)動(dòng)裝置上裝有一臂，該臂與光接收環(huán)形平面同軸，在它的頂端有一個(gè)對(duì)著光接收環(huán)形平面的光耦合器和一個(gè)在上部延伸的輔助臂，所述輔助臂在相當(dāng)于光耦合器的中心部分開了一個(gè)通孔，通過把所述光纜的端部松松地固定到所述通孔中而支撐第一導(dǎo)光纜的光發(fā)射端。
全文摘要
一光分配器件，具有傳送光射線的第一導(dǎo)光纜，具有把許多光接收端排在一起而形成一光接收環(huán)形平面的許多第二導(dǎo)光纜，使第一導(dǎo)光纜的光發(fā)射端繞光接收環(huán)形平面旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，固定在第一導(dǎo)光纜的光發(fā)射端上的光耦合器。所述光耦合器的表面類似于構(gòu)成第二導(dǎo)光纜的光接收環(huán)形平面部分的表面，并沿著光接收環(huán)形平面相對(duì)不變地作環(huán)形運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G02B26/08GK1046611SQ9010049
公開日1990年10月31日 申請(qǐng)日期1990年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月3日
發(fā)明者森敬 申請(qǐng)人:森敬