CN102537849A - 光源反射器 - Google Patents

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Abstract

一种光源反射器，其包括具有三个或更多个限定了第一光入口孔和第二光出口孔的内反射表面的结构，第二光出口孔所具有的区域大于入口孔的区域。邻近入口孔的单一光源或多个均匀分布的光源(例如一个或多个LED)提供照明，其从入口孔入射到反射表面上并被反射而离开这些表面，以提供从出口孔出射的大体上均匀的照明图案。反射器有利地允许使用小于照明的目标区域的光源(例如，LED)，并且也避免了产生热点，因为反射器不聚焦光而是反射光源的镜像使其离开反射表面。

Description

光源反射器
相关申请的交叉引用
本申请是2010年11月4日提交的申请号为12/939,335的美国申请(代理人案号85409-787154(012000US)(以前的020031-012000US)的继续申请，并要求该美国申请的权益，因此为了所有目的该美国申请以全文引用的方式而被并入。
背景技术
本发明通常涉及光反射器，并且尤其涉及在光合作用测量和分析系统中使用的光源反射器。
在光合作用测量和分析系统中，在被控制的分析室内的研究的对象(例如树叶)上提供均匀的照明图案是有用的。光源可以是昂贵的，并且因此在低成本下提供均匀照明可能是一个问题，尤其是当需要照明的目标尺寸增大的情况下。
因此提供克服上述及其他问题的光源是所希望的。
发明内容
本发明提供一种光源，并且特别是在光合作用测量和分析系统中使用的光源反射器。
光源反射器包括一种结构，该结构具有三个或更多个内反射表面，这些内反射表面限定了第一光入口孔和第二光出口孔，第二光出口孔的区域大于入口孔的区域。邻近入口孔的单个光源或多个均匀分布的光源(例如一个或多个LED)提供照明，该照明从入口孔入射到上述反射表面上，并且被反射而离开这些表面，以提供从出口孔出射的大体上均匀的照明图案。反射器有利地允许利用比照明的目标区域小的光源(例如LED)，并且还避免了热点，因为该反射器不聚光，而是反射光源的镜像使其离开上述反射表面。
根据一个实施例，提供的光源反射器典型地包括具有三个或更多个围绕中心轴耦合并且限定了第一孔和第二孔的反射表面的光反射结构，其中第一孔具有第一区域和其中第二孔具有第二区域，第二区域与第一区域相等或大于第一区域。光源反射器还典型地包括一个或多个定位成邻近第一孔的发光元件，其中由发光元件发射的照明被三个或更多表面反射以提供从第二孔出射的大体上均匀的照明图案。在某些方面，三个或更多个表面中的每一个以相对于轴大于大约5度的角度从第一孔延伸到第二孔，以使得第二区域大于第一区域。在某些方面，一个或更多发光元件包括一个或更多发光二极管(LED)或者其它光源，它们邻近第一孔所限定的第一区域或在第一孔所限定的第一区域中大体上均匀地排列和分隔开。
根据另一个实施例，提供的光源反射器典型地包括具有三个或更多个围绕中心轴耦合并且限定了第一孔和第二孔的反射表面的光反射结构，其中第一孔具有第一区域和其中第二孔具有第二区域，第二区域与第一区域相等或大于第一区域。光源反射器还典型地包括一个或多个邻近第一孔的发光元件，其中由发光元件发射的照明被三个或更多个表面反射以提供邻近第二孔的大体上均匀的照明。在某些方面，三个或更多个表面中的每一个以相对于轴大于大约5度的角度从第一孔延伸到第二孔，以使得第二区域大于第一区域。在某些方面，一个或多个发光元件包括一个或多个发光二极管或者其它光源，它们邻近第一孔所限定的第一区域或在第一孔所限定的第一区域中大体上均匀地排列和分隔开。
根据又一个实施例，提供在测量光合作用中使用的光源。光源典型地包括一个或多个发光元件以及光反射结构，该光反射结构具有三个或更多个围绕中心轴耦合并限定了第一孔和第二孔的反射表面，其中第一孔具有第一区域和其中第二孔具有第二区域，第二区域与第一区域相等或大于第一区域。在某些方面，一个或多个发光元件邻近第一孔，其中由发光元件发射的照明被三个或更多个表面反射以提供从第二孔出射的大体上均匀的照明图案。在某些方面，三个或更多个表面中的每一个以相对于轴大于大约5度的角度从第一孔延伸到第二孔，以使得第二区域大于第一区域。在某些方面，一个或多个发光元件包括一个或多个发光二极管或者其它光源，它们邻近第一孔所限定的第一区域或在第一孔所限定的第一区域中大体上均匀地排列和分隔开。
根据进一步的实施例，提供用于测量光合作用的室。所述室典型地包括：光反射结构，其具有三个或更多个围绕中心轴耦合并且限定了第一孔和第二孔的反射表面，其中所述第一孔具有第一区域和其中所述第二孔具有第二区域，第二区域与第一区域相等或大于第一区域；以及一个或多个发光元件，其定位成邻近第一孔，其中由发光元件发射的照明被三个或更多表面反射以提供离开第二孔的大体上均匀的照明图案。在某些方面，三个或更多个表面中的每一个以相对于轴大于大约5度的角度从第一孔延伸到第二孔，以使得第二区域大于第一区域。在某些方面，一个或多个发光元件包括一个或多个发光二极管或者其它光源，它们邻近第一孔所限定的第一区域或在第一孔所限定的第一区域中大体上均匀地排列和分隔开。
根据又一进一步的实施例，提供在光合作用和树叶叶绿素荧光的测量中使用的光源反射器。该反射器典型地包括光反射结构，其具有三个或更多个围绕中心轴耦合并限定了第一孔和第二孔的反射表面，其中所述第一孔具有第一区域和其中所述第二孔具有第二区域，第二区域与第一区域相等或大于第一区域。该反射器还典型地包括第一和第二定位成邻近第一孔的发光元件，其中第一元件发射的第一波长不同于第二发光元件发射的第二波长，其中第一和第二发光元件发射的照明被三个或更多表面反射以提供从第二孔出射的第一波长和第二波长两者的大体上均匀的照明图案。
根据又一进一步的实施例，提供树叶叶绿素荧光室以测量叶绿素荧光。该室典型地包括：光反射结构，该光反射结构具有三个或更多个围绕中心轴耦合并且限定了第一孔和第二孔的反射表面，其中第一孔具有第一区域和其中第二孔具有第二区域，第二区域与第一区域相等或大于第一区域；以及定位成邻近第一孔的一个或多个发光元件，其中由发光元件发射的照明被三个或更多个表面反射以提供从第二孔出射的大体上均匀的照明图案。
参考说明书的剩余部分，包括附图和权利要求，将会实现本发明的其它特点和优点。本发明的进一步的特点和优点，以及本发明的各种实施例的结构和操作，会在下面参考附图而被详细描述。在附图中，相同的附图标记指示相同的或功能相似的元件。
附图说明
图1a说明了根据一个实施例的光源反射器10的前视图，图1b示出了反射器10的截面侧视图，图1c示出了反射器10的前等轴视图，和图1d示出了反射器10的后等轴视图。
图2说明了具有定位成邻近光入口孔的多个光源的光源反射器的顶视图。
图3说明了根据一个实施例的荧光计光源。
图4说明了由铝制成的具有抛光铝内反射表面的两个原型光源反射器结构的侧视图。
具体实施例
本发明提供了光源反射器。这里描述的各种实施例的光源反射器作为光合作用测量和分析系统中的光源是尤其有用的。
图1说明了根据一个实施例的光源反射器10。图1a示出了反射器10的前视图，图1b示出了反射器10的截面侧视图，图1c示出了反射器10的前等轴视图，和图1d示出了反射器10的后等轴视图。如所示，反射器10包括具有四个(4)壁的结构，该四个壁限定了内部线性反射表面20且其耦合在一起以形成具有正方形孔的正方形-圆锥形-类型内部结构，内表面20形成这样的角度以使得孔15具有的区域小于孔25的区域。例如，如图1b中所示，壁相对于中心轴具有10°的角(由此如指示的那样总共20°的发散)以使得孔15限定的区域小于孔25限定的区域。在某些实施例中，壁相对于中心轴的角度范围从大约2°到大约45°或者优选从大约5°到大约30°或稍大。
需要理解的是，在某些实施例中，该结构的外壁本身不必是线性的，或平行于内反射表面20，而是可以具有整体形状(bulk shapes)或变化的外部形状。然而，所希望的是由壁限定的内反射表面20是线性的(例如，非曲面)，以便避免聚焦可以产生热点或非均匀的光。例如，反射器10可以具有在外部上呈现圆形的结构(即在圆形横截面中的正方形，具有圆形-圆锥形-形状外部)，但是具有如图1中所示的线性的内反射表面20。类似地，反射器10可以具有外部上呈现类似正方形或矩形块的结构，或在外部上的圆柱块，但是具有如图1b中所示的相对于中心轴成角度的线性反射表面20。
在一个实施例中，所述壁由金属材料形成，例如反射金属材料例如铝。限定了表面20的壁的内表面可以被抛光以进一步提高反射率。其它有用的金属材料包括例如铝、黄铜、铜和黄金。更进一步的，在某些实施例中，结构的壁可以由多种材料制成。例如基板材料可以用于壁的主要部分，并且第二材料可以被附于主要部分材料以形成反射表面20。第二材料可以被附于基板材料，通过粘着(例如，胶或其他的粘合材料)、焊上、沉积上或以别的方式形成在基板材料上，直接地或在中间材料上。在一个实施例中，例如，基板材料包括金属或塑料材料，并且反射表面通过在其上面沉积真空金属化的铝而形成。塑料基板材料的例子包括ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、聚碳酸酯、丙烯酸和聚苯乙烯，并且有用的反射材料的例子包括铝、黄金、银等等。在某些实施例中，塑料材料是有用的以帮助控制反射器的特征，例如温度。
在某些实施例中，反射器10包括三个或更多个内反射表面20。具有三个表面20，孔15和25将具有三角形的形状。具有超过四个表面20，孔可以具有不同的多边形形状(例如，五边形的、六边形的、八边形的、十边形的，等等)依赖于表面20的数目。同时需要理解的是孔15不必具有与孔25相同的形状或几何形状。例如，孔15可以具有等边三角形形状和孔25可以具有等腰三角形或直角三角形形状。在这种实施例中，内表面20可以具有相对于中心轴不同的角和/或表面20可以包括非线性(例如，表面20的一部分可以具有相对于中心轴的一个角和相同表面20的另一部分可以具有相对于中心轴的不同的角)。另外，全部表面20或表面20的一部分可以具有不从表面的中心点指向中心轴的曲面法线。(把这个与实施例相比，在该实施例中，例如两个孔都是等边三角形-全部三个表面20的法线必要地从各表面的中心点指向相同的中心轴)。对于具有不同几何形状的孔的实施例，约束可以被需要以为了具有大的不对称孔的装置实现均匀。这种约束可以包括利用偶数个反射表面、利用反射表面的角度分布中和/或发光元件的放置中的左右对称。
在一个实施例中，一个或多个发光元件5(示出单个元件)被放置成邻近入口孔，例如孔15。单个发光元件可以包括单个LED或另一个在期望波长中发射的光源。类似地，多个发光元件可以包括多个单独的LED，或具有两个或更多的具有相同的或不同的发光特征的LED的LED光砖(LED light tile)，或在期望波长发射的多个其它光源类型。有用的波长范围的例子可以包括为了叶绿素荧光和光合作用应用的从620纳米到680纳米波长的红光和从430纳米到470纳米波长的蓝光。由发光元件发射的照明被表面20反射以提供离开第二孔25的大体上均匀的照明图案。在某些方面，多个发光元件在孔15限定的区域中且邻近孔15所限定的区域大体上均匀地排列和分隔开。发光元件可以位于孔15限定的平面或低于孔15限定的平面(例如，在结构10外)，以使得因此被发射的光进入孔15并且被表面20反射以提供邻近第二孔的大体上均匀的照明。例如，来自邻近孔15的光源的光在反射表面20上撞击致使光源自全部四个表面20的镜像离开孔25。
附图2说明了具有多个定位成邻近光入口孔(例如孔15)的光源的光源反射器的顶视图。如所示，多个光源包括在光入口孔限定的区域中的大体上均匀排列和间隔开的不同尺寸的光源。图3说明了荧光计光源。图3是具有两个或更多不同颜色LED发射器的组合的照明器的例子，例如，为了测量树叶叶绿素荧光的目的。这种反射器有利地考虑到将不同颜色的发射器混合在统一的方式中。这种反射器可以有利地被用作对光合作用和树叶叶绿素荧光同时(或接近同时)进行测量的光源。附图4说明了由大量铝制成的具有抛光铝内反射表面的两个原型光源反射器结构的侧视图。
在某些实施例中，这里描述的光源反射器尤其在光合作用测量和分析系统中有用。例如，光源反射器10可被用在光合作用测量室和/或在叶绿素荧光测量系统中，或作为光合作用测量室和/或叶绿素荧光测量系统的一部分。进入入口孔15的光被反射离开表面20并且离开孔25以便提供在邻近出口孔25的样品(例如，树叶)上的均匀照明。如上，这里描述的实施例有利地避免聚焦光并且因此避免产生″热点″和当附随地在目标区域提供高照明均匀性时考虑到利用小于照明的目标区域的光源。依赖于应用，一个或更多探测器(未示出；例如光探测器/荧光探测器和/或气体分析和测量探测器)可以适当地邻近第二孔以探测被照明的目标的各种特征。例如，一个或更多个光探测器可以定位成邻近保持树叶的室，以在树叶叶绿素荧光测量应用中使用，和/或一气体分析系统定位成邻近该室或连接于该室，以探测光合作用和蒸发测量应用中的CO2和/或H2O的变化。
对红色饱和/光化学光的均匀性进行的实验在图3的反射器原型机上被进行，使用邻近出口孔的4×6探测格栅。结果示出了良好的均匀性，使用任意标度，如下：
收集的数据
  182   180   185   188   187   187
  183   179   183   186   183   187
  179   180   183   185   185   183
  178   181   184   189   189   189
均匀性统计
Figure BSA00000648791800071
使用这里描述的各种实施例，在目标上提供具有大于大约20,000μmol/(m·sec)的光子通量密度的均匀照明是可能的。
虽然发明已经通过举例的方式并且按照具体实施例而被描述，需要理解的是发明不被限制在公开的实施例中。相反，它意图覆盖各种修改和类似的设置，这些各种修改和类似的设置对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，所附的权利要求的范围应当被给予最宽的解释以便包含所有这样的修改和类似的设置。

Claims (21)

1.一种光源反射器，包括：
光反射结构，其具有三个或更多个反射表面，这些反射表面围绕着中心轴耦合并且限定了第一孔和第二孔，其中所述第一孔具有第一区域和其中所述第二孔具有第二区域，所述第二区域与第一区域相等或者大于第一区域；和
一个或更多个发光元件，其定位成邻近所述第一孔，其中由发光元件发射的照明被三个或更多个表面反射以提供从所述第二孔出射的大体上均匀的照明图案。
2.如权利要求1的光源反射器，其中三个或更多个表面中的每一个以相对于轴大于大约5度的角度从所述第一孔延伸到所述第二孔，以使得所述第二区域大于所述第一区域。
3.如权利要求1的光源反射器，其中一个或多个发光元件包括多个LED。
4.如权利要求1的光源反射器，其中一个或多个发光元件邻近所述第一孔所限定的第一区域而大体上均匀地排列和间隔开。
5.如权利要求1的光源反射器，其中垂直于轴的光反射结构的截面具有多边形形状。
6.如权利要求5的光源反射器，其中多边形形状选自包括三角形、正方形、六边形和八边形的形状组成的组。
7.如权利要求1的光源反射器，其中反射表面包括抛光的金属。
8.如权利要求7的光源反射器，其中抛光的金属是抛光的铝。
9.如权利要求1的光源反射器，其中反射表面包括由反射材料涂敷的基板材料。
10.如权利要求9的光源反射器，其中基板材料包括塑料材料。
11.如权利要求9的光源反射器，其中反射材料包括真空金属化的铝。
12.如权利要求1的光源反射器，其中限定孔的第一区域的几何形状不同于限定第二孔的第二区域的几何形状。
13.一种在测量光合作用中使用的光源，包括：
一个或多个发光元件；和
光反射结构，其具有三个或更多个反射表面，这些反射表面围绕着中心轴耦合并且限定了第一孔和第二孔，其中所述第一孔具有第一区域和其中所述第二孔具有第二区域，所述第二区域与第一区域相等或大于第一区域；和
其中一个或多个发光元件被定位成邻近所述第一孔，其中由发光元件发射的照明被三个或更多个表面反射以提供从所述第二孔出射的大体上均匀的照明图案。
14.如权利要求13的光源，其中三个或更多个表面中的每一个以相对于轴大于大约5度的角度从所述第一孔延伸到所述第二孔，以使得第二区域大于第一区域。
15.如权利要求13的光源，其中一个或多个发光元件包括多个LED，这些LED邻近所述第一孔所限定的第一区域而大体上均匀排列和分隔开。
16.一种用于测量光合作用的室，该室包括：
光反射结构，其具有三个或更多个反射表面，这些反射表面围绕着中心轴耦合并且限定了第一孔和第二孔，其中第一孔具有第一区域和其中第二孔具有第二区域，所述第二区域与第一区域相等或者大于第一区域；和
一个或多个发光元件，其定位成邻近所述第一孔，其中由发光元件发射的照明被三个或更多个表面反射以提供从所述第二孔出射的大体上均匀的照明图案。
17.如权利要求16的室，其中三个或更多个表面中的每一个以相对于轴大于大约5度的角度从所述第一孔延伸到所述第二孔，以使得第二区域大于第一区域。
18.如权利要求16的室，其中一个或多个发光元件包括多个LED，这些LED邻近所述第一孔所限定的第一区域而大体上均匀排列和分隔开。
19.一种在光合作用和树叶叶绿素荧光的测量中使用的光源反射器，包括：
光反射结构，其具有三个或更多个反射表面，这些反射表面围绕着中心轴耦合并且限定了第一孔和第二孔，其中第一孔具有第一区域和其中第二孔具有第二区域，所述第二区域与第一区域相等或者大于第一区域；和
第一和第二发光元件，其定位成邻近所述第一孔，其中第一发光元件按不同于由第二发射器发射的第二波长的第一波长进行发射，其中由第一和第二发光元件发射的照明被三个或更多个表面反射以提供从第二孔出射的第一波长和第二波长这两者的大体上均匀的照明图案。
20.一种用于测量叶绿素荧光的树叶叶绿素荧光室，该室包括：
光反射结构，其具有三个或更多个反射表面，这些反射表面围绕着中心轴耦合并且限定了第一孔和第二孔，其中第一孔具有第一区域和其中第二孔具有第二区域，所述第二区域与第一区域相等或者大于第一区域；和
一个或多个发光元件，其定位成邻近所述第一孔，其中由发光元件发射的照明被三个或更多个表面反射以提供从所述第二孔出射的大体上均匀的照明图案。
21.如权利要求20的室，进一步包括一个或多个光探测器，用于测量放置成邻近所述第二孔的样品的光发射特征。
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