專利名稱：彩虹生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種彩虹生成裝置，更具體地說，涉及一種能在任何所希望的地方產(chǎn)生一種供裝飾用的人工彩虹，例如在建筑的內(nèi)部，或安置了噴泉或樹木的地方。
近來，很多建筑設(shè)計都附設(shè)有噴泉、植物或樹木的休息區(qū)。特別是在旅館等建筑中，在大廳或花園中安置一些此類設(shè)施以造成一種宜人的氣氛。然而，這方面的設(shè)施在設(shè)計上受到限制，并且通常相互類似。引人入勝的、不尋常的設(shè)計都很少見。
考慮到上述情況，本申請人以前曾提出一種彩虹生成裝置，它能在旅館等建筑的大廳中形成人工彩虹，以造成一種環(huán)境。
本申請人以前提出的彩虹生成裝置是把太陽光或可見光譜成份組成的人工白光通過透鏡系統(tǒng)聚焦，并引入光導(dǎo)，從而通過它傳輸該可見光(或白光)，并發(fā)射出去，進(jìn)入光導(dǎo)光發(fā)射端對面的透鏡，將光線變成平行光束，再進(jìn)入一系列棱鏡，分離成光譜各色，并由此投射到期望之處，形成彩虹。實際上，這個裝置包含多條相互并列的光導(dǎo)，太陽光或由可見光譜成份組成的人工白光通過透鏡聚焦后由這些光導(dǎo)傳輸，在各光導(dǎo)的并行的光發(fā)射末端正對面安放一狹長的柱面透鏡，狹長柱面透鏡對面再安放一些相互并列的狹長棱鏡。從柱面透鏡穿出的平行光束進(jìn)入棱鏡，在此分離成一系列色成份，從長波長的紅光到短波長的藍(lán)光。按照不同波長進(jìn)行折射的各光成份組成了紅與藍(lán)之間的中間部份。這樣，就生成了一個彩虹，它含有一系列按波長序列排列的色彩，上至紅色，下至藍(lán)色。
本申請人以前提出的彩虹生成裝置的另一例包括單條光導(dǎo)以及相應(yīng)的一個單個的球面透鏡和一組排列成圓形的棱鏡。其中用圓形的單個棱鏡替代這一組棱鏡也是可以的。彩虹生成裝置的這種設(shè)計使我們更易于把一條纖維光纜，一個透鏡和一個棱鏡安排在一起，并得到一種近乎圓形的有趣的彩虹。但是，上述的彩虹生成裝置相當(dāng)大且價格昂貴，因為從光導(dǎo)射出的光不是直接進(jìn)入棱鏡而是先通過球面透鏡形成一個平行光束。
本發(fā)明的基本目的是提供一種能通過單個棱鏡而不用球面透鏡產(chǎn)生彩虹的彩虹生成裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種彩虹生成裝置，其中，一光導(dǎo)的光接收端設(shè)置在一個透鏡的焦點上，以便可選擇性地僅接收太陽光或人工光的可見光部份。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種彩虹生成裝置，其中，安放多條光導(dǎo)，從中發(fā)出光線射向棱鏡的第一邊。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種彩虹生成裝置，其中，多條光導(dǎo)捆扎在一起形成一條光纜，光纜的光發(fā)射端朝向棱鏡的第一邊，以便產(chǎn)生一個非常明亮的彩虹。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種彩虹生成裝置，其中，幾條光導(dǎo)或光纜互相并列并與棱鏡有一給定的距離，以產(chǎn)生一個非常明亮的彩虹。


圖1和圖2分別是解釋本申請人以前提出的彩虹生成裝置的視圖。
圖3是本發(fā)明實施例之彩虹生成裝置的一個主要部份的側(cè)視圖。
圖4是架設(shè)在儀器上的棱鏡的平面視圖。
圖5a和5b是說明本發(fā)明的一個實施例中所用的光導(dǎo)和纖維光纜的視圖。
圖6是按照本發(fā)明的一個彩虹生成裝置的外觀視圖。
圖7是顯示本發(fā)明所用的一個太陽光收集器的實施例的視圖。
圖8是解釋如何通過太陽光收集器之透鏡系統(tǒng)將可見光區(qū)的太陽光引入光導(dǎo)的視圖。
圖1是解釋本申請人以前所提出的彩虹生成裝置的結(jié)構(gòu)視圖。在圖1中，1是光導(dǎo)，它傳輸通過一個透鏡聚焦的太陽光或由光譜成份組成的人工可見(白)光。2是透鏡，正對上述光導(dǎo)的光發(fā)射端，以便將從光導(dǎo)光發(fā)射端來的光線變成平行光束。3是一組狹長的棱鏡，用于接收平行光束，將其分離成光譜色。圖1所示的裝置包括一些相互并列的光導(dǎo)1，一個對著并列光導(dǎo)1的狹長柱面透鏡2和幾個相互并列地對著狹長柱面透鏡2的狹長棱鏡3。在圖1中用了幾個棱鏡，但也可能用單個棱鏡就足夠了。每條光導(dǎo)1是由幾束光學(xué)纖維組成的纖維光纜，且可彎曲。如上所述，通過柱面透鏡2的平行光束進(jìn)入棱鏡，在其中被分離成一系列的色成份，從長波長的紅色(R)到短波長的藍(lán)色(B)。中間的部份是由那些按照各自波長折射的各色光成份所構(gòu)成。如此形成的彩虹包含了一系列的色彩，并按照它們的波長序列安排，高至紅色，低至藍(lán)色。各光導(dǎo)發(fā)射端與棱鏡距離不同能使多個彩虹看起來是重疊的，顯得非常美麗。
圖2是顯示本申請人以前提出的彩虹生成裝置的另一個例子的結(jié)構(gòu)視圖。參照圖2，其中前面在圖1中描述過的相似的各部件均用與圖1相同的標(biāo)號表示。彩虹生成裝置包括作為光源的纖維光纜1，單個球面透鏡21及一組安排成環(huán)形的棱鏡3。也可以用單個環(huán)形的棱鏡代替這一組棱鏡，彩虹生成裝置的這種設(shè)計使得容易安放纖維光纜1、透鏡21及棱鏡3，又能得到幾乎是圓形的有趣的彩虹。但是，上述的彩虹生成裝置外形大、造價昂貴。因為從纖維光纜發(fā)射出的光線不是直接進(jìn)入棱鏡3，而是通過一個柱面或一球面的透鏡以得到平行光。
考慮到上述情況，本發(fā)明將提供一種彩虹生成裝置，它能通過單棱鏡而不需柱面或球面透鏡產(chǎn)生彩虹。
圖3是本發(fā)明實施的一種彩虹生成裝置的結(jié)構(gòu)視圖。
圖4是圖3中支撐棱鏡部份的平面視圖。在圖3和4中，1是一條纖維光纜，3是一個棱鏡，可見光來自未示于圖3中的光源。可見光通過纖維光纜1傳輸，并從光發(fā)射端11射出。上述光發(fā)射端11由支架4支持，支架4通過支撐板7可移動、可旋轉(zhuǎn)地固定于支柱5上。換句話說，上述長方形的支撐板7有一縱向槽口71，從而允許支撐板本身與支架4一起相對于支柱滑動與轉(zhuǎn)動。這樣，把纖維光纜的光發(fā)射端11置于要求的位置。支撐板7用位于支撐板7的槽口71中的螺釘套件72固定于支柱5上。夾子41可轉(zhuǎn)動地把支架4固定到支撐板7上，以調(diào)整光纜的光發(fā)射端的位置。如圖3和圖4所示，橫截面幾乎為等邊三角形的棱鏡3由幾個支撐元件支撐，支撐方法如下棱鏡的兩個端面由側(cè)板31夾住，第二頂B及和B相對的面分別由夾板33和32支撐，夾板33和32與側(cè)板31是連在一起的。上述側(cè)板31固定在調(diào)節(jié)片34上，而34又相應(yīng)地固定在支柱5的調(diào)節(jié)片53上。棱鏡3和纖維光纜1的光發(fā)射端11間的關(guān)系是這樣的光發(fā)射端11的光軸固定成與棱鏡3的第一頂A的第一邊垂直相交，且指向棱鏡的第二頂B，支柱5的基座板51用螺釘52固定到安放整個支柱的外殼6上。外殼6正對棱鏡3的第三頂C的部份具有一個傾斜的表面，一透明板61安裝在外殼的支持框架63上，并用固定框架62固定。在如此安排光發(fā)射端11和棱鏡3的相對位置以后，本申請人確認(rèn)通過光導(dǎo)1傳輸?shù)目梢姽鈴纳鲜龉鈱?dǎo)1的光發(fā)射端11發(fā)射，其方向沿棱鏡3的第一頂A到第二頂B的直線，進(jìn)入棱鏡3的可見光被分離成一組光譜色，然后從棱鏡3的頂C射出，形成彩虹。彩虹由高到紅區(qū)、低到藍(lán)區(qū)的光譜色組成。最后，彩虹通過透明板61穿出外殼。
圖5是本發(fā)明實施例所用的一條光導(dǎo)的視圖。在圖5(a)，1是單條光導(dǎo)，其光接收端11以某種方式置于一個透鏡的焦點處，使只有太陽光或人工光中的可見光成份能按下述方式被引入光導(dǎo)。上述光導(dǎo)1包括幾束光纖，所以通常稱為纖維光纜。圖5(b)顯示了光導(dǎo)并成光纜的一個例子，它由多條圖5(a)所示的光導(dǎo)所組成(例如7條光導(dǎo))。在這個實施例中，各光導(dǎo)1被捆扎在一起形成光纜10，其光發(fā)射端11指向棱鏡3。這樣的光纜能夠產(chǎn)生更明亮，更引人入勝的彩虹。使用這種光纜還能形成與使用單條光導(dǎo)相似的彩虹，單條光導(dǎo)1或光纜10也可有效地使用。單條光導(dǎo)1或光纜10相互隔一定間距使用時，能獲得更吸引人的彩虹。
圖6是圖3的彩虹生成裝置的外觀圖。如上所述，光通過棱鏡3分離成一系列的光譜色，并透過裝置的透明窗61按射出來。在任何所希望的地方看到彩虹，比如說，建筑物的墻上。
從上述描述可以看見，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種彩虹生成裝置，造價低，結(jié)構(gòu)簡單且不需要先有技術(shù)中所用的球面透鏡。而且，本裝置能做得很緊湊，成為手提式的，因而能廣泛地應(yīng)用。也可以使用光導(dǎo)束組成的光纜(纖維光纜)，它能夠傳輸更強的光束而產(chǎn)生更明亮的彩虹。
圖7是舉例說明將太陽光引入上述纖維光纜的太陽光收集器的結(jié)構(gòu)圖。圖7中，80是一個透明小艙，81是一個菲涅耳透鏡，82是透鏡支架，83是太陽位置傳感器，1是一條光導(dǎo)或纖維光纜，由很多其光接收端面處于菲涅耳透鏡的焦平面上的光學(xué)纖維組成，85是光學(xué)纖維的支架，86是一支臂，87是一脈沖馬達(dá)，88是脈沖馬達(dá)87所驅(qū)動的水平旋轉(zhuǎn)軸，89是支持保持保護(hù)艙80的基座，90是一脈沖馬達(dá)，91是一脈沖馬達(dá)90驅(qū)動的垂直旋轉(zhuǎn)軸。
太陽的方向利用太陽位置傳感器83來檢測，檢測信號分別控制水平旋轉(zhuǎn)軸88和垂直旋轉(zhuǎn)軸91的脈沖馬達(dá)87和90，使得太陽位置傳感器始終對著太陽，經(jīng)透鏡81聚焦的太陽光通過設(shè)在透鏡焦點的光導(dǎo)端面引入光導(dǎo)1。分別對著各個透鏡的所有光導(dǎo)1在纖維光纜10中扎在一起，其自由端被引到需要光的任何地方，以達(dá)到前面所述的那些目的。
圖8是解釋怎樣將上述透鏡81收集的太陽光引入光導(dǎo)的視圖。圖8中，81是一個菲涅耳透鏡或類似透鏡，1是一條光導(dǎo)，它接收透鏡81聚焦的太陽光并傳輸太陽光到達(dá)任何所需要地方。通過透鏡系統(tǒng)聚焦太陽光時，日像有一幾乎由白光組成的中心部份，及含有大量各種光成份的周邊部份，這些光成份的波長是相應(yīng)于透鏡系統(tǒng)的焦點的。也就是，通過透鏡系統(tǒng)聚焦太陽光時，焦點位置及日像大小隨光成份波長而變化。例如，短波長的藍(lán)光產(chǎn)生的日像直徑為D1，處于P1點;而綠光產(chǎn)生的日像直徑為D2，位于P2點;紅光產(chǎn)生的日像直徑D3，位于P3點。因此，如圖8所示，當(dāng)光導(dǎo)的光接收端處于P1點時，可以收集含有周邊部份大量藍(lán)光成份的太陽光。當(dāng)光導(dǎo)的光接收端面處于P2點時，可以收集含有周邊部份大量綠光成份的太陽光。當(dāng)光導(dǎo)的光接收端面置于P3點時，可以收集含有周邊部份大量紅光成份的太陽光。在各種情形中，可根據(jù)想要收集的光成份來選擇光導(dǎo)1的直徑。例如，要側(cè)重的光分別是藍(lán)、綠、紅色時，要求的纖維光纜直徑分別為D1、D2、D3。這樣，所需要的光導(dǎo)數(shù)量減少，相應(yīng)地能最有效地收集包含了大量所需色的光成份的太陽光。
再者，如圖8所示，如果光導(dǎo)的光接收端面的直徑擴大到D0，就可以收集包含全部波長光成份的可見光。光導(dǎo)1可以在制造過程中預(yù)置于透鏡系統(tǒng)的焦點上，或者將它們保留在透鏡系統(tǒng)軸向可調(diào)狀態(tài)，以允許使用者根據(jù)對所采光色的要求來調(diào)節(jié)和固定上述光導(dǎo)。通過選擇被引入纖維光纜的光成份之波長，可以針對各種目的更有效地使用光發(fā)射系統(tǒng)。前面所述例子涉及將太陽光引入纖維光纜的設(shè)備。但是，它也可以將人工光引入纖維光纜。
權(quán)利要求
1.一種彩虹生成裝置，它包括可在其中傳輸可見光的光導(dǎo)，及截面基本為等邊三角形的棱鏡，所述光導(dǎo)的軸安裝成與所述棱鏡的第一邊相垂直，其特征在于自所述光導(dǎo)末端發(fā)出的可見光沿著從包含棱鏡第一邊的棱鏡第一頂?shù)剿隼忡R第二頂?shù)穆肪€穿過所述棱鏡，分離成光譜色的光自棱鏡的第三頂射出。
2.如權(quán)利要求1的彩虹生成裝置，其特征在于，其光導(dǎo)是由多束光學(xué)纖維組成的纖維光纜。
3.如權(quán)利要求1或2的彩虹生成裝置，其特征在于，其光導(dǎo)的光接收端設(shè)在聚焦太陽光用透鏡的一個焦點，以接收太陽光的可見光譜區(qū)的光成份。
4.如權(quán)利要求1或2或3的彩虹生成裝置，其特征在于所用的幾條光導(dǎo)其接收端分別置于相應(yīng)的聚焦太陽光用透鏡的焦點上，而光導(dǎo)的光發(fā)射端捆扎在一起，向棱鏡投射光。
5.如權(quán)利要求1至4中之一的彩虹生成裝置，其特征在于，多條光導(dǎo)安放成其發(fā)射端有相互之間隔一定距離，并朝向棱鏡。
全文摘要
一種彩虹生成裝置包括傳輸可見光的光導(dǎo)和橫截面幾乎等邊三角形的棱鏡，后者用于將光分離成一系列光譜色以形成彩虹。光導(dǎo)的光發(fā)射端安放成其軸垂直于棱鏡的第一邊。從光導(dǎo)的末端射出的可見光沿著從包含棱鏡第一邊的棱鏡第一頂?shù)缴鲜隼忡R的第二頂?shù)穆肪€穿過棱鏡，分離成光譜色的光從棱鏡的第三頂射出并形成彩虹。
文檔編號F21V8/00GK1041655SQ89106498
公開日1990年4月25日 申請日期1989年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月26日
發(fā)明者森敬 申請人:森敬