CN1041655A - 彩虹生成装置 - Google Patents

Abstract

一种彩虹生成装置包括传输可见光的光导和横截面几乎等边三角形的棱镜，后者用于将光分离成一系列光谱色以形成彩虹。光导的光发射端安放成其轴垂直于棱镜的第一边。从光导的末端射出的可见光沿着从包含棱镜第一边的棱镜第一顶到上述棱镜的第二顶的路线穿过棱镜，分离成光谱色的光从棱镜的第三顶射出并形成彩虹。

Description

本发明涉及一种彩虹生成装置，更具体地说，涉及一种能在任何所希望的地方产生一种供装饰用的人工彩虹，例如在建筑的内部，或安置了喷泉或树木的地方。

近来，很多建筑设计都附设有喷泉、植物或树木的休息区。特别是在旅馆等建筑中，在大厅或花园中安置一些此类设施以造成一种宜人的气氛。然而，这方面的设施在设计上受到限制，并且通常相互类似。引人入胜的、不寻常的设计都很少见。

考虑到上述情况，本申请人以前曾提出一种彩虹生成装置，它能在旅馆等建筑的大厅中形成人工彩虹，以造成一种环境。

本申请人以前提出的彩虹生成装置是把太阳光或可见光谱成份组成的人工白光通过透镜系统聚焦，并引入光导，从而通过它传输该可见光（或白光），并发射出去，进入光导光发射端对面的透镜，将光线变成平行光束，再进入一系列棱镜，分离成光谱各色，并由此投射到期望之处，形成彩虹。实际上，这个装置包含多条相互并列的光导，太阳光或由可见光谱成份组成的人工白光通过透镜聚焦后由这些光导传输，在各光导的并行的光发射末端正对面安放一狭长的柱面透镜，狭长柱面透镜对面再安放一些相互并列的狭长棱镜。从柱面透镜穿出的平行光束进入棱镜，在此分离成一系列色成份，从长波长的红光到短波长的蓝光。按照不同波长进行折射的各光成份组成了红与蓝之间的中间部份。这样，就生成了一个彩虹，它含有一系列按波长序列排列的色彩，上至红色，下至蓝色。

本申请人以前提出的彩虹生成装置的另一例包括单条光导以及相应的一个单个的球面透镜和一组排列成圆形的棱镜。其中用圆形的单个棱镜替代这一组棱镜也是可以的。彩虹生成装置的这种设计使我们更易于把一条纤维光缆，一个透镜和一个棱镜安排在一起，并得到一种近乎圆形的有趣的彩虹。但是，上述的彩虹生成装置相当大且价格昂贵，因为从光导射出的光不是直接进入棱镜而是先通过球面透镜形成一个平行光束。

本发明的基本目的是提供一种能通过单个棱镜而不用球面透镜产生彩虹的彩虹生成装置。

本发明的另一个目的是提供一种彩虹生成装置，其中，一光导的光接收端设置在一个透镜的焦点上，以便可选择性地仅接收太阳光或人工光的可见光部份。

本发明的又一个目的是提供一种彩虹生成装置，其中，安放多条光导，从中发出光线射向棱镜的第一边。

本发明的再一个目的是提供一种彩虹生成装置，其中，多条光导捆扎在一起形成一条光缆，光缆的光发射端朝向棱镜的第一边，以便产生一个非常明亮的彩虹。

本发明进一步的目的是提供一种彩虹生成装置，其中，几条光导或光缆互相并列并与棱镜有一给定的距离，以产生一个非常明亮的彩虹。

图1和图2分别是解释本申请人以前提出的彩虹生成装置的视图。

图3是本发明实施例之彩虹生成装置的一个主要部份的侧视图。

图4是架设在仪器上的棱镜的平面视图。

图5a和5b是说明本发明的一个实施例中所用的光导和纤维光缆的视图。

图6是按照本发明的一个彩虹生成装置的外观视图。

图7是显示本发明所用的一个太阳光收集器的实施例的视图。

图8是解释如何通过太阳光收集器之透镜系统将可见光区的太阳光引入光导的视图。

图1是解释本申请人以前所提出的彩虹生成装置的结构视图。在图1中，1是光导，它传输通过一个透镜聚焦的太阳光或由光谱成份组成的人工可见（白）光。2是透镜，正对上述光导的光发射端，以便将从光导光发射端来的光线变成平行光束。3是一组狭长的棱镜，用于接收平行光束，将其分离成光谱色。图1所示的装置包括一些相互并列的光导1，一个对着并列光导1的狭长柱面透镜2和几个相互并列地对着狭长柱面透镜2的狭长棱镜3。在图1中用了几个棱镜，但也可能用单个棱镜就足够了。每条光导1是由几束光学纤维组成的纤维光缆，且可弯曲。如上所述，通过柱面透镜2的平行光束进入棱镜，在其中被分离成一系列的色成份，从长波长的红色（R）到短波长的蓝色（B）。中间的部份是由那些按照各自波长折射的各色光成份所构成。如此形成的彩虹包含了一系列的色彩，并按照它们的波长序列安排，高至红色，低至蓝色。各光导发射端与棱镜距离不同能使多个彩虹看起来是重叠的，显得非常美丽。

图2是显示本申请人以前提出的彩虹生成装置的另一个例子的结构视图。参照图2，其中前面在图1中描述过的相似的各部件均用与图1相同的标号表示。彩虹生成装置包括：作为光源的纤维光缆1，单个球面透镜21及一组安排成环形的棱镜3。也可以用单个环形的棱镜代替这一组棱镜，彩虹生成装置的这种设计使得容易安放纤维光缆1、透镜21及棱镜3，又能得到几乎是圆形的有趣的彩虹。但是，上述的彩虹生成装置外形大、造价昂贵。因为从纤维光缆发射出的光线不是直接进入棱镜3，而是通过一个柱面或一球面的透镜以得到平行光。

考虑到上述情况，本发明将提供一种彩虹生成装置，它能通过单棱镜而不需柱面或球面透镜产生彩虹。

图3是本发明实施的一种彩虹生成装置的结构视图。

图4是图3中支撑棱镜部份的平面视图。在图3和4中，1是一条纤维光缆，3是一个棱镜，可见光来自未示于图3中的光源。可见光通过纤维光缆1传输，并从光发射端11射出。上述光发射端11由支架4支持，支架4通过支撑板7可移动、可旋转地固定于支柱5上。换句话说，上述长方形的支撑板7有一纵向槽口71，从而允许支撑板本身与支架4一起相对于支柱滑动与转动。这样，把纤维光缆的光发射端11置于要求的位置。支撑板7用位于支撑板7的槽口71中的螺钉套件72固定于支柱5上。夹子41可转动地把支架4固定到支撑板7上，以调整光缆的光发射端的位置。如图3和图4所示，横截面几乎为等边三角形的棱镜3由几个支撑元件支撑，支撑方法如下：棱镜的两个端面由侧板31夹住，第二顶B及和B相对的面分别由夹板33和32支撑，夹板33和32与侧板31是连在一起的。上述侧板31固定在调节片34上，而34又相应地固定在支柱5的调节片53上。棱镜3和纤维光缆1的光发射端11间的关系是这样的：光发射端11的光轴固定成与棱镜3的第一顶A的第一边垂直相交，且指向棱镜的第二顶B，支柱5的基座板51用螺钉52固定到安放整个支柱的外壳6上。外壳6正对棱镜3的第三顶C的部份具有一个倾斜的表面，一透明板61安装在外壳的支持框架63上，并用固定框架62固定。在如此安排光发射端11和棱镜3的相对位置以后，本申请人确认：通过光导1传输的可见光从上述光导1的光发射端11发射，其方向沿棱镜3的第一顶A到第二顶B的直线，进入棱镜3的可见光被分离成一组光谱色，然后从棱镜3的顶C射出，形成彩虹。彩虹由高到红区、低到蓝区的光谱色组成。最后，彩虹通过透明板61穿出外壳。

图5是本发明实施例所用的一条光导的视图。在图5（a），1是单条光导，其光接收端11以某种方式置于一个透镜的焦点处，使只有太阳光或人工光中的可见光成份能按下述方式被引入光导。上述光导1包括几束光纤，所以通常称为纤维光缆。图5（b）显示了光导并成光缆的一个例子，它由多条图5（a）所示的光导所组成（例如7条光导）。在这个实施例中，各光导1被捆扎在一起形成光缆10，其光发射端11指向棱镜3。这样的光缆能够产生更明亮，更引人入胜的彩虹。使用这种光缆还能形成与使用单条光导相似的彩虹，单条光导1或光缆10也可有效地使用。单条光导1或光缆10相互隔一定间距使用时，能获得更吸引人的彩虹。

图6是图3的彩虹生成装置的外观图。如上所述，光通过棱镜3分离成一系列的光谱色，并透过装置的透明窗61按射出来。在任何所希望的地方看到彩虹，比如说，建筑物的墙上。

从上述描述可以看见，根据本发明，可以提供一种彩虹生成装置，造价低，结构简单且不需要先有技术中所用的球面透镜。而且，本装置能做得很紧凑，成为手提式的，因而能广泛地应用。也可以使用光导束组成的光缆（纤维光缆），它能够传输更强的光束而产生更明亮的彩虹。

图7是举例说明将太阳光引入上述纤维光缆的太阳光收集器的结构图。图7中，80是一个透明小舱，81是一个菲涅耳透镜，82是透镜支架，83是太阳位置传感器，1是一条光导或纤维光缆，由很多其光接收端面处于菲涅耳透镜的焦平面上的光学纤维组成，85是光学纤维的支架，86是一支臂，87是一脉冲马达，88是脉冲马达87所驱动的水平旋转轴，89是支持保持保护舱80的基座，90是一脉冲马达，91是一脉冲马达90驱动的垂直旋转轴。

太阳的方向利用太阳位置传感器83来检测，检测信号分别控制水平旋转轴88和垂直旋转轴91的脉冲马达87和90，使得太阳位置传感器始终对着太阳，经透镜81聚焦的太阳光通过设在透镜焦点的光导端面引入光导1。分别对着各个透镜的所有光导1在纤维光缆10中扎在一起，其自由端被引到需要光的任何地方，以达到前面所述的那些目的。

图8是解释怎样将上述透镜81收集的太阳光引入光导的视图。图8中，81是一个菲涅耳透镜或类似透镜，1是一条光导，它接收透镜81聚焦的太阳光并传输太阳光到达任何所需要地方。通过透镜系统聚焦太阳光时，日像有一几乎由白光组成的中心部份，及含有大量各种光成份的周边部份，这些光成份的波长是相应于透镜系统的焦点的。也就是，通过透镜系统聚焦太阳光时，焦点位置及日像大小随光成份波长而变化。例如，短波长的蓝光产生的日像直径为D1，处于P1点;而绿光产生的日像直径为D2，位于P2点;红光产生的日像直径D3，位于P3点。因此，如图8所示，当光导的光接收端处于P1点时，可以收集含有周边部份大量蓝光成份的太阳光。当光导的光接收端面处于P2点时，可以收集含有周边部份大量绿光成份的太阳光。当光导的光接收端面置于P3点时，可以收集含有周边部份大量红光成份的太阳光。在各种情形中，可根据想要收集的光成份来选择光导1的直径。例如，要侧重的光分别是蓝、绿、红色时，要求的纤维光缆直径分别为D1、D2、D3。这样，所需要的光导数量减少，相应地能最有效地收集包含了大量所需色的光成份的太阳光。

再者，如图8所示，如果光导的光接收端面的直径扩大到D0，就可以收集包含全部波长光成份的可见光。光导1可以在制造过程中预置于透镜系统的焦点上，或者将它们保留在透镜系统轴向可调状态，以允许使用者根据对所采光色的要求来调节和固定上述光导。通过选择被引入纤维光缆的光成份之波长，可以针对各种目的更有效地使用光发射系统。前面所述例子涉及将太阳光引入纤维光缆的设备。但是，它也可以将人工光引入纤维光缆。

Claims (5)

1、一种彩虹生成装置，它包括：可在其中传输可见光的光导，及截面基本为等边三角形的棱镜，所述光导的轴安装成与所述棱镜的第一边相垂直，其特征在于：自所述光导末端发出的可见光沿着从包含棱镜第一边的棱镜第一顶到所述棱镜第二顶的路线穿过所述棱镜，分离成光谱色的光自棱镜的第三顶射出。

2、如权利要求1的彩虹生成装置，其特征在于，其光导是由多束光学纤维组成的纤维光缆。

3、如权利要求1或2的彩虹生成装置，其特征在于，其光导的光接收端设在聚焦太阳光用透镜的一个焦点，以接收太阳光的可见光谱区的光成份。

4、如权利要求1或2或3的彩虹生成装置，其特征在于所用的几条光导其接收端分别置于相应的聚焦太阳光用透镜的焦点上，而光导的光发射端捆扎在一起，向棱镜投射光。

5、如权利要求1至4中之一的彩虹生成装置，其特征在于，多条光导安放成其发射端有相互之间隔一定距离，并朝向棱镜。

Images