具有能量分布的光注入器元件制造技术

本发明专利技术涉及一种光注入器元件(20)，包括沿纵轴(22)延伸的空心的本体(21)和面向所述本体(21)的一端(25)放置的光源(23)，光源(23)配置成发射与所述本体(21)的纵轴(22)大致平行的光束，并且注入器元件(20)还包括至少一个光学元件(35i)，该光学元件容置在本体(21)的内部并且配置成使所述光束在本体(21)的中心部分(36i)中传播的部分通过，以及使所述光束在所述本体(21)的外围部分(37i)中传播的部分朝所述本体(21)的外侧偏转，以使光源(23)发射的能量局部分布。本发明专利技术还涉及一种光生物反应器(10)以及包括该注入器元件(20)的家用照明元件。

Has the light energy distribution of the injector element

The invention relates to a light injector element (20), including (22) extending along the longitudinal axis of the hollow body (21) and (21) for the body (25) placed at one end of the light source (23), light source (23) configured to transmit with the longitudinal axis of the body (21) (22 Da Zhiping) beam line, and injector element (20) includes at least one optical element (35i), the optical element contained in the body (21) and the internal configuration so that the beam in the body (21) of the central part (36i) in the transmission part through, and the beam of light in the body (21) of the peripheral part (37I) in the transmission part toward the body (21) of the lateral deflection, so that the light source (23) emitting energy local distribution. The invention also relates to an optical bioreactor (10), including the injector element (20) of the home lighting element.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有能量分布的光注入器元件
本专利技术涉及通用照明领域，尤其涉及用于集约且持续培养光合微生物的照明领域。
技术介绍
现有技术中已知许多照明元件，诸如例如发光管或氖管、荧光管或发光二极管(或LED)。特别地，LED具有根据郎伯剖面(profillambertien)，即以波瓣形式的能量发射图。LED沿垂直于其发射面的主方向发射最大能量流，并且该能量流随着远离该主方向而减少。此外，LED具有发射锥，该发射锥的立体角通常被限定为90°。因此，LED不会在相对于主方向具有较大倾角(尤其超过45°)的方向上发射能量。以这种方式，当LED被例如安装在房间的天花板上来主要垂直发射光时，LED不能水平照亮，因而降低了室内的照明质量。这样的照明质量会给用户造成舒适度问题，因此需要增加照明系统来纠正该缺陷。然而，使用多个LED(LEDs)具有相当大的优点，尤其是在使用LED的持续时间内、特别地当LED不发热时，多个LED提供准恒定的大量光输出。与LEDs不同的是，荧光管或氖管沿所有径向方向、甚至当荧光管或氖管安装为天花板灯时沿水平方向产生能量发射。然而，这种照明元件具有远低于LEDs的光输出，并且它们的光强度随时间而衰减。此外，这种照明元件经常发生闪烁，并且会特别令用户感到厌烦。在用于集约培养光合微生物、尤其是微藻类的特定领域，重要的是，照明元件所发射的能量流尽可能在所述照明元件的所有发射方向上均匀，以提高所述微藻类的产量。事实上，可以理解的是，一般来说产量直接取决于培养微藻类的光生物反应器的体积中的照明质量。所有生物流体必须用最佳的平均能量正确照亮，该最佳的平均能量取决于微藻类的特性。因此，光源和生物流体之间的界面必须最大可能地使生物流体的有效体积(bain，巴思)最大化。概括来说，明显的是，在浓度d大约为每升1克的情况下，光在λ＝0.5cm的深度被吸收。对于1m3、光照表面为1m2(1m2的平面光源)的反应器而言，生物流体的相对体积将仅为1/200m3。理想的反应器会使得照亮体积等于反应器的体积。更一般地，反应器的品质因素可以由以下关系式来限定：Q＝Sλ/V0，其中，S是在体积为V0的反应器中(恰当功率下)的照亮面积，λ为光的穿透深度。Ve是分布在反应器中的中照明元件的体积，则质量产量M可以由以下关系式来表达：M＝(V0–Ve)d(其中，d是每单位体积的微藻类的质量)。这两个关系式必须同时最大化。为此，文献WO2011/080345提出了例如包括管状光导的光注入器元件，在该光导的末端放置有LED。该LED被抛物线状或圆锥形、或者将LED在轴向方向上发射的大角度光线发送回注入器的任何其他形式的反射镜包围。此外，注入器元件的光导在其连接到LED的一侧的末端处被反射镜覆盖，该反射镜的不透明度随着远离光源而减小。换言之，该金属反射镜全在注入器元件的上端部分，然后变得逐渐半透明，最终消失。事实上，没有这些反射镜，给定LED的郎伯能量发射剖面(profild’emissionenergetiquelambertien)，则管沿其侧壁发射的能量的量会随着远离LED而指数递减，其结果是光能基本不存在于注入器元件的上端部分中。因此，可以理解的是，使用这种反射镜是有必要的，以使注入器元件尽可能沿管发射最均匀的能量。该文献还提出了在光导与LED相对的末端处放置反射镜，以沿注入器元件的光导发送回直接源自LED或在沿相对于发射的主方向具有小角度的方向上反射的光束，从而补偿随着远离LED而增加的能量损耗。该反射镜例如为圆锥形、半球状或者抛物线形、或者甚至更复杂的形状。目前，这种反射镜的使用引进了对反射镜所反射的能量流的显著吸收，这还导致了有效能量的损耗，导致注入器元件局部发热，最终导致生物流体(巴思)发热。事实上，考虑到反射镜具有良好的质量并且发射0.8μm波长的光，则5％的光能在所述反射镜上的反射过程中被吸收了。因此，如果只存在对待重新定向光束的单次反射并且如果这些光束表示例如50％的光通量，则可以吸收2.5％的光能。目前，尤其是在反射镜包围LED的情况中，相对于发射的主方向具有最大角度的光束被反射多次。与注入器元件的截面(几十平方毫米(mm2)的表面)相比，对大发射面积的LED而言这种效果更强。因此，甚至在采用良好质量的反射镜时，仍可以观察到大于10％的能量吸收。圆锥形或者更复杂形式的反射镜的使用限制了光束的反射次数，因而减小了与反射光通量的吸收相关的损耗。然而，除了这些反射镜中的一些反射镜在工业上难以制造的事实之外，它们导致的对光通量的吸收是相当大的。因此，可以理解的是，使用这种反射镜是特别复杂的并且就能量而言代价昂贵。因此，需要开发用于光生物反应器的光注入器元件，以减小光能损耗。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提出一种光注入器元件，其用于减小光源发射的能量和离开注入器元件的能量之间的光能损耗。本专利技术的另一目的在于提出一种注入器元件以在所述注入器元件的所有发射方向上提供均匀的总能量流。为此，本专利技术提出了一种光注入器元件，该光注入器元件包括空心本体和光源，所述本体沿纵轴延伸，所述光源面向本体的一端放置，该注入器元件的特征在于，光源配置成发射与所述本体的纵轴大致平行的光束，并且注入器元件还包括至少一个光学元件，该光学元件设置在本体内侧并且配置成使所述光束在本体的中心部分中传播的部分通过，以及使所述光束在本体的外围部分中传播的部分朝所述本体的外侧偏转，以使光源发射的能量局部分布。根据其它有利而非限制性的特征：·光学元件具有与本体的纵轴大致同轴的开口，以允许所述光束在本体的中心部分中传播的部分通过；·光注入器元件包括多个光学元件，该多个光学元件设置在本体内侧并且沿所述本体彼此间隔一定的距离延伸，所述光学元件配置成使所述光束在本体的中心部分中传播的部分通过，该部分光束随着光学元件远离光源而越来越减少，以使光源发射的能量沿本体分布；·光学元件均具有与本体的纵轴大致同轴的开口，以允许所述光束在本体的中心部分中传播的部分通过，所述开口的尺寸随着所述开口远离光源而减小；·光学元件是发散透镜或发散偏转棱镜；·光源包括多个垂直腔面发射激光二极管，所述多个二极管设置成形成与本体的纵轴大体上垂直的发射面；·光源包括垂直腔面发射激光二极管，所有二极管配置成发射波长大致相等的光；·在本体的侧壁上施加荧光粉，垂直腔面发射激光二极管发射优选地波长与蓝光对应的光；·光源包括第一组垂直腔面发射激光二极管、第二组垂直腔面发射激光二极管和第三组垂直腔面发射激光二极管，第一组垂直腔面发射激光二极管配置成发射波长与红光对应的光，第二组垂直腔面发射激光二极管配置成发射波长与蓝光对应的光，以及第三组垂直腔面发射激光二极管配置成发射波长与绿光对应的光，以使光注入器元件发射白光；·光源配置成在发射面的外围区域中发射的光多于在中心区域中发射的光；·光源配置成仅在外围区域中发射光；·发射面的中心区域不包含二极管；·光注入器元件还包括控制单元，该控制单元配置成将光源控制为使发射面的外围区域比中心区域发射更多的光；·光源配置成在发射面的外围区域中发射不均匀的能量密度；·二极管均具有基本发射面，并且其中，外围区域的二极管的基本发射面具有彼此不同的尺寸，以使光源在发射面的外围区域中发射不均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光注入器元件(20)，包括沿纵轴(22)延伸的空心的本体(21)和面向所述本体(21)的一端(25)放置的光源(23)，所述注入器元件(20)的特征在于，所述光源(23)配置成发射与所述本体(21)的纵轴(22)大致平行的光束，并且所述注入器元件(20)还包括至少一个光学元件(35i)，该光学元件设置在所述本体(21)内侧并且配置成使所述光束在所述本体(21)的中心部分(36i)中传播的部分通过，并使所述光束在所述本体的外围部分(37i)中传播的部分朝所述本体(21)的外侧偏转，以使所述光源(23)发射的能量局部分布，所述光学元件(35i)是发散透镜或发散偏转棱镜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.26 FR 14615241.一种光注入器元件(20)，包括沿纵轴(22)延伸的空心的本体(21)和面向所述本体(21)的一端(25)放置的光源(23)，所述注入器元件(20)的特征在于，所述光源(23)配置成发射与所述本体(21)的纵轴(22)大致平行的光束，并且所述注入器元件(20)还包括至少一个光学元件(35i)，该光学元件设置在所述本体(21)内侧并且配置成使所述光束在所述本体(21)的中心部分(36i)中传播的部分通过，并使所述光束在所述本体的外围部分(37i)中传播的部分朝所述本体(21)的外侧偏转，以使所述光源(23)发射的能量局部分布，所述光学元件(35i)是发散透镜或发散偏转棱镜。2.根据权利要求1所述的注入器元件(20)，其中，所述光学元件(35i)具有与所述本体(21)的纵轴(22)大致同轴的开口(38i)，以允许所述光束在所述本体(21)的中心部分(36i)中传播的部分通过。3.根据权利要求1和2中任一项所述的光注入器元件(20)，包括设置在所述本体(21)内侧并且沿所述本体(21)彼此间隔一定距离延伸的多个光学元件(35i)，所述光学元件(35i)配置成使所述光束在所述本体(21)的中心部分(36i)中传播的部分通过，该部分光束随着所述光学元件(35i)远离所述光源(23)而越来越少，以使所述光源(23)发射的能量沿所述本体(21)分布。4.根据权利要求3所述的注入器元件(20)，其中，每个光学元件(35i)具有与所述本体(21)的纵轴(22)大致同轴的开口(38i)，以允许所述光束在所述本体(21)的中心部分(36i)中传播的部分通过，所述开口(38i)的尺寸随着所述开口远离所述光源(23)而减小。5.根据权利要求1至4中任一项所述的注入器元件(20)，其中，所述光源(23)包括多个垂直腔面发射激光(VCSEL)二极管，所述多个二极管设置成形成与所述本体(21)的纵轴(22)大致垂直的发射面(26)。6.根据权利要求5所述的光注入器元件(20)，其中，所述光源包括垂直腔面发射激光(VCSEL)二极管，所述二极管全部配置成发射波长大致相等的光。7.根据权利要求6所述的光注入器元件(20)，其中，在所述本体(21)的侧壁(24，24b，21b)上施加荧光粉(39)，所述垂直腔面发射激光(VCSEL)二极管配置成发射波长与蓝光对应的光。8.根据权利要求7所述的光注入器元件(20)，其中，所述光源(23)包括第一组垂直腔面发射激光(VCSEL)二极管、第二组垂直腔面发射激光(VCSEL)二极管和第三组垂直腔面发射激光(VCSEL)二极管，所述第一组垂直腔面发射激光二极管配置成发射波长与红光对应的光，所述第二组垂直腔面发射激光二极管配置成发射波长与蓝光对应的光，以及所述第三组垂直腔面发射激光二极管配置成发射波长与绿光对应的光，使得所述光注入器元件(20)发射白光。9.根据权利要求5至8中任一项所述的注入器元件(20)，其中，所述光源(23)配置成在所述发射面(26)的外围区域(33)中发射的光多于在中心区域(34)中发射的光。10.根据权利要求9所述的注入器元件(20)，其中，所述光源(23)配置成仅在外围区域(33)中发射光。11.根据权利要求5至10中任一项所述的注入器元件(20)，其中，所述发射面(26)的中心区域(34)不包含(VCSEL)二极管。12.根据权利要求9和10中任一项所述的注入器元件(20)，还包括控制单元(29)，所述控制单元配置成将所述光源(23)控制为使所述发射面(26)的外围区域(33)比所述中心区域(24)发射更多的光。13.根据权利要求9至12中任一项所述的注入器元件(20)，其中，所述光源(23)配置成在所述发射面(26)的外围区域(33)中发射不均匀的能量密度。14.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·弗里德里彻，G·路易斯，M·艾菲，
申请(专利权)人：A·L·A·弗里德里彻，休伊特控股，
类型：发明
国别省市：法国,FR