专利名称：光分配器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一光分配器件，更具体地涉及一能够接收通过单根导光缆传输的光并能够以时间分割的方式把光分配给许多根导光缆的器件。更具体地说，本发明涉及一能有效地向生物组织例如藻类(像小球藻、螺旋藻等)、需要光合作用的细菌和其它需要人工光合作用的物质(例如禾本植物的颖托)以及诸如植物、蘑菇等生物提供光合作用所必需的光的设备。
作为一光合作用反应器的实例的小球藻培植装置已提出，在此反应器中，通过向小球藻提供光及二氧化碳以促进光合作用来培植小球藻。但是，由于对光合作用进行某些详细研究的结果，已经发现小球藻光合作用反应的一个周期需要大约持续10微秒的一瞬间光辐射时间，其余大约200微秒时间在没有光辐射情况下光合作用也可以进行;更确切地说，如果在该周期的其余时间里没有光辐射，光合作用也能有效地进行。另一方面，在小球藻培植的情况下，通常是利用这样一个光合作用反应器(例如小球藻培植池)的，其中放置许多荧光灯，使光合作用物质穿过各灯之间的缝隙。所说的通常的反应池，由于使用了大量的荧光灯而尺寸较大并且耗电量大。并且，还需要对灯所产生的热进行有力的处理。为了解决这些问题，本申请人先前曾提出把太阳射线或人工射线聚焦并引入到纤维光缆中，然后通过它而传送到一光辐射器，该光辐射器是用作光合作用反应器的光源的。但是，很显然，当建造大型光合作用反应器时，采用上述光辐射装置，则必须用大量的光辐射器，即须用大型的装置聚焦太阳射线和/或人工射线。
为解决上述问题，本申请人还曾提出一能够间断地把光能提供给光合作用物质的光分配器以更有效地促进光合作用的进行;从而，可在使用固定容量的太阳射线和/或人工光射线聚焦器件的情况下充分满足任何大型光合作用反应器对光能的要求。
由本申请人先前提出的光合作用反应器的光源，有一传输由透镜(未示出)聚焦后的太阳射线或人工光射线的导光棒或导光缆和一透明的旋转棒。光导的光发射端与旋转棒的旋转轴相对，在旋转棒的旋转轴上有一反射镜对着光导的光发射端。通过光导传输、并引入旋转棒的光在镜面上反射，并且向旋转棒的顶部传播，同时却再由设在那里的镜子对光进行反射然后从旋转棒的光发射面辐射出去。把大量的导光棒排列起来形成一个环，与旋转棒的光发射表面相对放置。因此，当旋转棒被电动机转动时，由旋转棒的光发射表面所复盖的导光棒的光接收面就依次改变，并且对每一旋转，导光棒都接收一个瞬刻的光辐射脉冲。每一导光棒的端部可作为一光辐射器。光辐射器在光合作用反应器中互相间可以有一定的距离、或在植物培植室、蘑菇培植场等内远远分开。
如上所述，在由本申请人先前提供的光分配器中，通过一根光导发送到那里的光就被瞬间地送到各光导，并依次通过旋转着的旋转棒;于是，旋转棒每转一次，分配后的光立刻从每根导光棒的输出端放射到光合作用反应器中，在该光合作用反应器中，光合作用物质就受到瞬刻的光辐照，例如约10微秒，然后开始光合作用反应的一个周期，并且不需要其它光的辐照就可以完成这个周期，然后通过旋转棒的一次旋转在下一个光辐照脉冲瞬间，开始一新的光合作用反应周期。因此，在反应器中的一系列的光合作用反应是随着光合作用物质的周期光辐照而持续进行的。要使物体的光合作用开始，必须提供不少于某一规定量的光能。在上述光分配器件中，必要的光能量是可以通过在对应于旋转棒的光发射面的非常小的面积上增加光的密度而易于获得的。由于这个结构的特点，此装置能够很好地利用小型的太阳射线或人工射线收集器来工作。而且，因为从旋转棒的光发射表面出射的光是以时间分割方式分配到许多导光棒的，所以，此器件能够向大容量的光合作用反应器提供足够量的光能。
但是，上述的光分配器件还有一些缺点，在于旋转棒很难做并且价格昂贵。
鉴于先有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种进一步改进的装置，此装置能够利用简单及低廉的装置把一根导光缆中传输的光分配至许多导光缆中。
本发明的另一目的是提供一简单而低廉的光分配器件，它能够用不花费额外费用、而易于制造的光分配通道来均匀而有效地把通过第一导光缆的光线分配到许多第二导光缆中。
图1和2是说明本申请人先前提出的光分配器的实例的视图;
图3是说明本发明的一个实施例的结构图;
图4是表示光耦合器和导光缆的光接收面之间的关系的平面视图;
图5(a)是表示导光缆的光发射端，光耦合器和导光缆的光接收面之间的关系的侧视图;
图5(b)是表示图5(a)中省略耦合器情况下的侧视图;
图6是说明本发明的另一个实施例的结构视图;
图7是说明图6所示的驱动臂的端部与导光缆耦合的实施例的放大细节视图。
图1是说明由本申请人先前提出的光合作用反应器的光源主部件结构视图。在图1中，号码1表示传输由透镜(未示出)聚焦的太阳光或人造光的导光棒和导光缆，20是一透明的旋转棒。光导1的光发射端P与旋转棒20的旋转轴Q相对放置，在旋转棒20的旋转轴Q上对着光导1的光发射端P而装有一反射镜21。通过光导1传送、并引入旋转棒20的光被在反射镜21上反射并折向旋转棒20的顶部，而在旋转棒20的顶部光再被镜22反射，然后从旋转棒20的光发射表面S辐射出去。把许多导光棒30排列起来以形成一环Ⅱ，如图2所示，该环位于旋转棒的光发射表面S的对面。因此，当旋转棒20被电机40带动旋转时，被旋转棒20的光发射表面S所复盖的导光棒30的光接收面是一个接一个地转换着的，并且，每一导光棒30对旋转棒的每一次旋转接收一瞬刻光辐射脉冲。每一导光棒30的端部可做为一光辐射器。这些光辐射器可以在光合作用反应器中互相间隔一定的距离，或者可以在植物培植室，蘑菇养育场50等内散布开。
如上所述，在该光分配器件中，通过光导1提供给它的光立即送到各光导30并依次通过旋转着的旋转棒20，因此，旋转棒20每旋转一圈，立刻把从每根导光棒30的输出端所分配的光放射到光合作用反应器中，在那儿光合作用物质受到光的短时辐照，例如约10微秒，然后开始光合作用反应的一个周期，并且不需要再加光辐照就可以完成这个周期，然后，经过旋转棒20旋转一圈以后，在下一个光辐射脉冲瞬间，开始一新的光合作用反应周期。就这样，在反应器50中，一系列光合作用反应连续不断地随着光合作用物质的周期光辐照而进行。要使物体的光合作用开始，必须提供不少于某一规定量的光能。在上述光分配器中，必要的光能量是可以通过在一对应于旋转棒的光发射面的非常小的面积上增加光的密度而容易地获得的。由于这个结构的特点，此装置能够用小型的太阳光或人工光收集器(未示出)很好地工作。而且，因为从旋转轴20的光发射表面S射出的光是以时间分割的方式分配给许多导光棒30的，所以，此装置能够向大容量的光合作用反应器提供足够量的光能。
但是，上述光分配器件有一些缺点，在于旋转棒20制作困难而且昂贵。
鉴于先前技术的上述缺点，本发明目的是要提供一进一步改进的器件，利用简单而低廉的设备把通过一根导光缆传输的光在大量导光缆中进行分配。
图3是说明本发明的最佳实施例的结构视图。在图3中，号码1表示用于传送来自光接收端(未示出)的太阳光或人造光的第一单根导光缆。号码2表示大量的第二导光缆，它的光接收端2a排列在一起形成一环形光接收平面。臂4由电动机3带动旋转，其前端固定有一光耦合器5和辅助臂6，辅助臂6用来支撑第一导光缆1的光发射端，该导光缆1的端部松弛地安装在所述辅助臂6上的轴承7中。通过把导光缆1松松地插入臂8前端的球面轴承中，使臂8支承导光缆1的另一端，臂8最好与驱动电动机的轴对准。这样，当电动机3以图3所示的状态旋转时，就旋转臂4，使光耦合器5和导光缆1的光发射端沿着由大量导光缆2的光发射端形成的环形平面移动，从而就实现了以与上述先有技术类似的方式连续地把光分配到各导光缆2。在本发明的一个实施例中，当光缆1被支撑在球面轴承9上时是能够旋转的，这样就可以消除由于过度用力而损伤光缆的可能性。虽然在这个已经描述的情况中，球面轴承9支撑着导光缆1的旋转轴，但也可以不利用球面轴承，而只把它放在宽松的孔中。然而，在这样的情况下，恐怕有可能由于所说的表面对通孔的内表面的摩擦而使光缆1的外表面毁坏。同样，导光缆1的光发射端可以不用支撑轴7而松松地装配在辅助臂的通孔中。在这两种情况下，导光缆1的光发射端就能够沿着由大量导光缆2的光发射面2a形成的环形平面旋转而不会扭绞。
图4和5是说明导光缆1的光发射端、光耦合器5和导光缆2之间关系的视图;图4是表示光耦合器5和导光缆2的光接收面2a之间关系的平面视图;图5(a)是表示导光缆1的光发射端、光耦合器5和导光缆2的光接收面之间关系的侧视图;图5(b)是表示图5(a)中省略了光耦合器5的情况的侧视图。在图5(a)所示的实施例中，导光缆1发射的光被引入光耦合器5中;在光耦合器5中，所述的光被其侧壁反射，并被导入导光缆2中。而且，光耦合器5和导光缆2的光接收表面之间的关系保持不变。换句话说，光耦合器5的旋转轴和由各导光缆的光接收面形成的环的轴在某一共同的中心(o)上互相重合。很可能光耦合器5相对于环形平面的关系，即如图4中点划线所示的那种关系不会发生，即不会发生光耦合器5的轴偏移到点(o′)的情况。导光缆1发出的光被引入到光耦合器5中，然后，被各侧壁反射形成一束密度接近均匀的光，之后，通过光耦合器5的输出端5a放射出去。因此，每条导光缆2都能基本上接收等量的光。这意味着，当选择任意一条导光缆2时，都能获得等量的光。反之，假如略去光耦合器5，则散射到侧边的光射线Lo，如图5(b)所示，就不能被引入导光缆2，而且，从导光缆1发射的光束在其各端部的强度可能是不同的，即所述光束的强度会随着从中心到周边而逐渐减小。因此，在图5(b)所示的情况下，导入每条导光缆21和23中的光量小于导光缆22中的光量。于是，光量就取决于导光缆2中间的哪一条被选中。为了防止导光缆1扭绞，它的光发射端可以自由地在光耦合器5的轴承上旋转。因此，如果省略了耦合器5，导光缆1可能会扭绞，并且因此导入导光缆2中的光量就变得不稳定了。这样的光分配器不能应用在需要某一最佳或给定光量的情况下。
图6是说明本发明的另一个实施例的结构视图。在图6中，1是第一导光缆;2是多个第二导光缆;3是电动机;4是臂;5是光耦合器;6是辅助臂;7是轴承;8是支撑臂;9是球面轴承。因为这些部件的作用类似于参考图3所述的实施例的各部件的作用，因此就不再详细阐述。在图6中，斜齿轮10由电动机3驱动，它的旋转传递到另一斜齿轮11a和11b。旋转盘12a装在斜齿轮11a的旋转轴上。驱动臂13的一端就可旋转地装到在旋转盘12上偏心配置的凸起销12a′上，驱动臂13的另一端是可旋转地装在导光缆1的光发射端上的。如图7详细所示，驱动臂13的另一端借助轴承14被可旋转地固定在导光缆1上，以便使光耦合器5沿着由导光缆2的光接收面形成的环形平面旋转。在图7中，15是固定在导光缆1的光发射端上的轴衬;16是使轴承部件7和14互相分离的垫片;17是支撑轴承7的元件。另一方面，斜齿轮11b的旋转被传递到另一个盘12b，盘12b上被偏心配置着销12b′，后者用来把臂18的一端可旋转地固定在其上。所说的臂18的另一端有一球面轴承9′(与轴承9完全一样)，以便让导光缆1松弛地装配。19是利用其上端来支撑臂18的支撑件，19的上端可以按箭头所示的方向旋转。因此，当盘12b旋转时，臂18的顶端就作环形运动，如假设的园周A所示。此环形运动A是与光耦合器5的运动方向一致的，并且相对光耦合器5的环形运动的相位差为180°。在本发明的这个实施例中，导光缆1的顶端(光耦合器5)围绕轴承9的轴而作自旋运动。轴承9的环形运动通过减小施加在其上的负荷帮助了导光缆1的顶部的自旋运动。虽然在上述的配置中，单臂13和18都是用来为简化说明起见的，但很容易了解到其它驱动机构，例如平行联杆机构以及类似机构都可以适用于按照本发明的器件中。
根据上面的描述，显然，按照本发明，就有可能提供一简单、低廉的光分配器件，它既不用花费额外的费用也不用难于制造的光分配通道，就能均匀而有效地把通过第一导光缆传送的光射线分配到许多第二导光缆中。
权利要求
1.一种光分配器件，包括传送光线的第一导光缆；具有光接收端的许多第二导光缆，它们装在一起形成一光接收环形平面；与光接收环形平面相对的、用于支撑第一导光缆的光发射端并使其沿光接收环形平面旋转的驱动装置；固定在第一导光缆的光发射端，以便把第一导光缆发射的光转变成密度接近均匀的光并把其引入到第二导光缆的光耦合器；其特征在于，光耦合器的表面类似于组成第二导光缆的光接收环形平面的一部分，并且该光耦合器沿光接收环形平面以相对不变的关系作环形运动。
2.按照权利要求1的光分配器件，其特征在于，所述光耦合器是一扇形，它与光接收环形平面同轴，它相当于光接收环平面的一部分，并且除了光发射面和光接收面外，还有一反射面或镀层面。
3.按照权利要求1或2的光分配器件，其特征在于，驱动装置上装有一臂，该臂与光接收环形平面同轴，在它的顶端有一个对着光接收环形平面的光耦合器和一个在上部延伸的辅助臂，所述辅助臂在相当于光耦合器的中心部分开了一个通孔，通过把所述光缆的端部松松地固定到所述通孔中而支撑第一导光缆的光发射端。
全文摘要
一光分配器件，具有传送光射线的第一导光缆，具有把许多光接收端排在一起而形成一光接收环形平面的许多第二导光缆，使第一导光缆的光发射端绕光接收环形平面旋转的驱动设备，固定在第一导光缆的光发射端上的光耦合器。所述光耦合器的表面类似于构成第二导光缆的光接收环形平面部分的表面，并沿着光接收环形平面相对不变地作环形运动。
文档编号G02B26/08GK1046611SQ9010049
公开日1990年10月31日 申请日期1990年1月25日 优先权日1989年2月3日
发明者森敬 申请人:森敬