(57)【要約】光源からの光を再分配するシステムおよび方法。コントローラは、光源の放射照度プロフィールがより均一になり、また、この放射照度プロフィールと流体流量プロフィールが一致するように光を再分配することができる。放射照度プロフィールは、複数の導波路からの光漏れを改変することによって、あるいは、反射体および／またはレンズの光方向づけ特性を変更することによって制御し得る。
2007532983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反応器用の光送達制御システムであって、
ある放射照度プロフィールの光を生成する光源と、
前記光源の前記放射照度プロフィールが改変されるように前記光源からの光を分配する光分配器と、
を備えることを特徴とする光送達制御システム。
【請求項２】
前記光分配器は少なくとも１つの導波路であることを特徴とする請求項１記載の光送達制御システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの導波路の曲率半径により、前記放射照度プロフィールを改変することを特徴とする請求項２記載の光送達制御システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの導波路は、円筒、プレート、発泡体、円形断面のファイバ、湾曲断面のファイバ、および多角形断面のファイバから成る群より選択される構造を有することを特徴とする請求項２記載の光送達制御システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの導波路は、少なくとも１つの散乱中心を有することを特徴とする請求項２記載の光送達制御システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの散乱中心は、前記導波路の少なくとも一部に分散した中空領域、中実粒子、および液晶材料から成る群より選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５記載の光送達制御システム。
【請求項７】
前記光分配器は少なくとも１つの反射体を備えることを特徴とする請求項１記載の光送達制御システム。
【請求項８】
前記光分配器は少なくとも１つのレンズを備えることを特徴とする請求項１記載の光送達制御システム。
【請求項９】
流体流量センサおよび光センサの少なくとも１つと、
前記流体流量センサおよび前記光センサの前記少なくとも１つからデータを受け取り、前記放射照度プロフィールが改変されるように前記受け取ったデータに基づいて前記光分配器を制御するコントローラと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光送達制御システム。
【請求項１０】
前記光分配器は少なくとも１つの導波路であることを特徴とする請求項９記載の光送達制御システム。
【請求項１１】
前記コントローラによって制御されかつ前記少なくとも１つの導波路に動作可能に結合するアクチュエータをさらに備え、前記アクチュエータは、前記少なくとも１つの導波路の曲率半径を制御することによって前記少なくとも１つの導波路からの光漏れの量を制御することを特徴とする請求項１０記載の光送達制御システム。
【請求項１２】
前記コントローラによって制御されかつ前記導波路に動作可能に結合するアクチュエータをさらに備え、前記アクチュエータは、前記少なくとも１つの導波路の断面積を制御することによって前記少なくとも１つの導波路からの光漏れの量を制御することを特徴とする請求項１０記載の光送達制御システム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの導波路は、第１の屈折率を有するコアおよび第２の屈折率を有するクラッドを含み、前記システムはさらに、前記コントローラによって制御されかつ前記少なくとも１つの導波路に動作可能に結合するアクチュエータを備え、前記アクチュエータは、前記第１の屈折率と第２の屈折率の関係を制御することによって前記少なくとも１つの導波路からの光漏れの量を制御することを特徴とする請求項１０記載の光送達制御システム。
【請求項１４】
前記アクチュエータは、前記少なくとも１つの導波路の近傍の区域における温度、圧力、機械的な歪み、電界、および磁界の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１３記載の光送達制御システム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの導波路は、少なくとも１つの散乱中心を有し、前記システムはさらに、前記コントローラによって制御されかつ前記少なくとも１つの導波路に動作可能に結合するアクチュエータを備え、前記アクチュエータは、前記少なくとも１つの散乱中心の特性を制御することによって前記少なくとも１つの導波路からの光漏れの量を制御することを特徴とする請求項１０記載の光送達制御システム。
【請求項１６】
前記アクチュエータは、前記少なくとも１つの散乱中心の生成、除去、および改変の群から選択されるステップを実施することによって、前記少なくとも１つの散乱中心の前記特性を制御することを特徴とする請求項１５記載の光送達制御システム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの散乱中心は、粒子、気泡、および液晶材料から成る群より選択され、前記アクチュエータは、前記少なくとも１つの導波路の近傍の区域における温度、電界、および磁界の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１５記載の光送達制御システム。
【請求項１８】
前記光分配器は少なくとも１つの反射体を備え、前記システムはさらに、前記コントローラによって制御されるアクチュエータを備え、前記アクチュエータは、前記放射照度プロフィールが改変されるように、前記光源に対する前記反射体の形状、位置、および向きの少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項９記載の光送達制御システム。
【請求項１９】
前記光分配器は少なくとも１つのレンズを備え、前記システムはさらに、前記コントローラによって制御されるアクチュエータを備え、前記アクチュエータは、前記放射照度プロフィールが改変されるように、前記光源に対する前記少なくとも１つのレンズの形状、位置、および向きの少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項９記載の光送達制御システム。
【請求項２０】
前記光分配器は少なくとも１つの反射体をさらに備え、前記アクチュエータはさらに、前記放射照度プロフィールが改変されるように、前記光源に対する前記反射体の形状、位置、および向きの少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１９記載の光送達制御システム。
【請求項２１】
光触媒表面への光の送達を制御する方法であって、
前記光触媒表面を照明するための所望の放射照度プロフィールを決定し、
前記所望の放射照度プロフィールと光源の放射照度プロフィールを比較し、
前記所望の放射照度プロフィールと一致するように前記放射照度プロフィールを改変する、
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記所望の放射照度プロフィールは、ほぼ均一な放射照度プロフィールであることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
流体流量プロフィールを監視することをさらに含み、前記所望の放射照度プロフィールは、前記流体流量プロフィールに基づくものであることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記改変ステップは、前記放射照度プロフィールと前記流体流量プロフィールを一致させることを含むことを特徴とする請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
前記光触媒表面への前記光の送達は、複数の導波路によって行われ、前記改変ステップは、前記複数の導波路の少なくとも１つからの光漏れの量を制御することを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
光漏れの量を制御する前記ステップは、少なくとも１つの導波路の曲率半径を制御することを含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
光漏れの量を制御する前記ステップは、前記少なくとも１つの導波路の断面積を制御することを含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
前記複数の導波路の少なくとも１つは、第１の屈折率を有するコアおよび第２の屈折率を有するクラッドを含み、光漏れの量を制御する前記ステップは、前記第１の屈折率と第２の屈折率の関係を制御することを含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
前記屈折率を制御する前記ステップは、前記少なくとも１つの導波路の近傍の区域における温度、圧力、機械的な歪み、電界、および磁界の少なくとも１つを制御することを含むことを特徴とする請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記複数の導波路の少なくとも１つは、少なくとも１つの散乱中心を有し、光漏れの量を制御する前記ステップは、前記少なくとも１つの散乱中心の特性を制御することを含むことを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの散乱中心の前記特性を制御する前記ステップは、前記少なくとも１つの散乱中心の生成、除去、および改変の群から選択されるステップを実施することを含むことを特徴とする請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの散乱中心は、粒子、気泡、および液晶材料から成る群より選択され、前記制御ステップは、前記少なくとも１つの導波路の近傍の区域における温度、電界、および磁界の少なくとも１つを制御することを含むことを特徴とする請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
前記光分配器は少なくとも１つの反射体を備え、光漏れの量を制御する前記ステップは、前記光源に対する前記反射体の形状、位置、および向きの少なくとも１つを制御することを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項３４】
前記光分配器は少なくとも１つのレンズを備え、光漏れの量を制御する前記ステップは、前記放射照度プロフィールが改変されるように、前記光源に対する前記少なくとも１つのレンズの形状、位置、および向きの少なくとも１つを制御することを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の送達を制御して、送達される光の均一性および／または放射照度プロフィールを改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流れを可能にするダクト構造その他の部材では、光送達システムからの光によって活性化される表面上に光触媒材料が配設されていることがある。光反応器の効率は、１つには、この部材を照明する光の均一性、ならびに、流体流量プロフィールと光送達システムによって生成される光の照射プロフィールとの一致度によって決まる。しかし、光源の形状と照明される表面の形状の幾何学的な差により、当然のことながら、ある表面は他の表面よりも多くの光を受け取ることがある（例えば、光源により近い表面は、光源からより離れた表面よりもより多くの照明を受けることになる）。
【０００３】
さらに、このシステムでは、理想的には照射プロフィールと流体流量プロフィールを一致させる。不均一な放射照度プロフィールおよび／または照射プロフィールと流体流量プロフィールとの不一致により、光エネルギーが最適に利用されないことがある。例えば、放射照度プロフィールに対して過剰な流体流量を受ける区域は、過剰な標的化学種を受け取ることになり、放出光内の光子は、これら過剰な標的化学種を触媒するのに十分ではない。同様に、流体流量が少ない区域では、放出光内の光子よりも標的化学種が少なく、そのため、光子が無駄になる。反応器の効率がこのように最適状態には及ばない状態は、光源から光子を案内するのに用いる個々の方法（例えば、自由空間送達、内部全反射など）にかかわらず生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光反応器の効率を改善し得る光送達システムおよび光送達方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、光源からの光を再配分する光分配器を使用して、物体への光の送達を制御するシステムおよび方法を対象とする。この光分配器は、受動的なものとすることもできるし、代替形態では、電子回路またはマイクロプロセッサによって能動的に制御することもできる。この光分配器は、光の放射照度プロフィールがより均一になるように、あるいは、光源が光反応器内にある場合には、反応器内で放射照度プロフィールと流体流量プロフィールとが一致し、かつ／または、均一な照射プロフィールの光が生成されるように、光を再分配することができる。
【０００６】
一実施形態では、放射照度プロフィールは、複数の導波路からの光の漏れを改変することによって制御することができる。所定の導波路の光漏れ特性は、導波路の曲率半径を変更すること、導波路の断面寸法を変更すること、所定の導波路上のクラッドの屈折率を変更すること、導波路の表面粗さを変えること、かつ／または、導波路内での散乱中心の密度および／またはサイズを変化させることによって改変することができる。
【０００７】
別の実施形態では、放射照度プロフィールは、反射体および／またはレンズの光方向づけ特性を変更することによって制御することができる。コントローラは、例えば、１つまたは複数の反射体またはレンズの向きまたは形状を変更し得る。
【０００８】
光を制御する個々の方式にかかわらず、本発明は、受け取る光の量が少なくなるほど光源から十分に離れた区域に光を方向変更することができ、それによって、光の分布、したがって、この分布を反映する放射照度プロフィールが、所望の空間にわたってより均一になる。さらに、本発明は、放射照度プロフィールと流体流量が一致するように、受け取った流体流量データに基づいて光を制御して、反応器の効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の様々な実施形態を組み込むことができる光反応器１００の代表的な図である。光反応器１００は、例えば、ＨＶＡＣダクト、またはハニカム構造などの他の基板１０４上の光触媒表面コーティング１０２を触媒するのに使用する。光触媒表面コーティング１０２は、光反応器１００内で光分配器１０６が光源１０７からの光を分配し、そのため、標的化学種の存在下で、（例えば、可視光、紫外光などの）光エネルギーによってこのコーティングが照明されるときに、所望の化学反応を触媒する。光分配器１０６と光源１０７は、互いに完全に離すこともできるし、合わせて一体化して単一のコンポーネントとすることもできる。
【００１０】
一実施形態では、任意選択の流体流量センサ１１０が、光反応器１００内に配設されて、流体（例えば、光反応器内で反応させる化学物質を含む空気その他の流体）の流れを監視し、１つまたは複数の任意選択の光センサ１１２が、光源１０７からの光エネルギーの照射プロフィールを監視する。次いで、センサ１１０、１１２からのデータをプロセッサ１１４に送って解析することができる。流体流量センサ１１０は、流体の流量を直接測定する１つまたは複数の任意の装置とし得る。あるいは、流体流量センサ１１０は、反応器動作状態（例えば、ダクトダンパ位置、空気速度など）を測定する任意の装置または測定装置の組合せとすることができ、この動作状態から流体の流量を推定または推測し得る。
【００１１】
流体流量プロフィールが、すでに既知であるか、あるいは、システム１００の動作状態および特性に基づいて適切に推定し得る場合、センサ１１０、１１２を取り除くことができることに留意されたい。光分配器１０６は、光触媒１０２に到達する光の放射照度プロフィールを均一にし、かつ／または、照射プロフィールと流体流量プロフィールを一致させるように受動的に光を再分配する特性を有し得る。照射プロフィールと流体流量プロフィールを一致させる際に、汚染物質プロフィール（すなわち、反応させる化学種のプロフィール）は流体流量プロフィールに比例すると仮定し得る。これは、ほとんどの場合、流体内の汚染物質濃度が流体の異なる区域で一定になるからである。そのため、光反応器の所定のポイントを通過する汚染物質の量は、このポイントを通過する流体の体積に比例することになる。
【００１２】
あるいは、センサ１１０、１１２からの情報に基づいて、プロセッサ１１４はコントローラ１１６に信号を出力することもできる。コントローラ１１６は、必要な場合には、プロセッサ１１４から受け取ったデータに基づいて光分配器１０６を能動的に制御して光を再分配し、それによって光触媒１０２上に放射する光の放射照度プロフィールを変更する。この実施形態では、光分配器１０６の分配特性を能動的かつ動的に制御することができる。
【００１３】
以下の残りの図および説明では、光分配器１０６の様々な構造と、光分配器１０６が放射照度プロフィールをより均一にし、かつ／または、放射照度プロフィールと流体流量プロフィールを一致させる様々なやり方とを説明する。本発明は、光触媒１０２に到達する光の放射照度プロフィールを変更する光分配器１０６を対象とする。光分配器１０６は、様々な構造をとり得る。以下で説明する例では、図２〜図６に、光分配器１０６が１つまたは複数の導波路である実施形態を示し、図７に、光分配器１０６が１つまたは複数の反射体である実施形態を示し、図８に、光分配器１０６が１つまたは複数のレンズである実施形態を示す。
【００１４】
図２は、本発明による光分配システムの一実施形態の代表的な上面図である。当技術分野では周知のように、光導波路は、内部全反射の原理で動作する。この場合、導波路内で入射光が内部に反射する臨界角ΘCは、ΘC＝ａｒｃｓｉｎ（Ｎ2／Ｎ1）で定義される。ただし、Ｎ1は導波路のコアの屈折率であり、Ｎ2は導波路のクラッドの屈折率である。入射光がコア／クラッド界面に当たる角度を変更することは、導波路内で反射する光の量および導波路から漏れる光の量を制御する一方法である。
【００１５】
この実施形態では、複数の光導波路１５０が、光源１０７から光触媒１０２への光の送達を制御する光分配器として働く。例えば、光触媒被覆ガラスなどの内部全反射型導波路の場合、導波路１５０からの光の漏れは、導波路のコア１５１とクラッド１５４の界面における光ビームの入射角、ならびに光ビームの入射放射照度の関数である。図４に、参考として、コア１５１およびクラッド１５４の構成のより詳細な例を示す。
【００１６】
ある場合には、放射照度プロフィールは、光源１０７に最も近い位置で最大になることがある。反応器１００内での放射照度プロフィールをより均一にするために、導波路１５０の曲率を変化させて導波路の光漏れ特性を変更し、それによって、光源１０７からより離れた区域で光漏れを多くすることができる。図に示す実施形態では、導波路１５０を巻いて導波路内で光がコア／クラッド界面に当たる角度を変化させ、導波路からの光漏れの量を選択する。光源１０７からさらに離れた区域は、より小さな曲率半径ｒが得られるように曲げることができ、それによって、光漏れをより多くすることができる。こうすると、放射照度プロフィールが均衡し、光触媒１０２全体にわたって均一な漏れ放射照度が実現される。
【００１７】
あるいは、またはそれに加えて、導波路１５０の曲率半径ｒは、流体流量センサ１１０が検出する光触媒表面上の流体流量がより多い区域では短くすることができ、それによって、光触媒１０２内で追加の標的化学種を触媒するための追加の光子が生成される。曲率ｒは、システム１００の製作中に形成することができ、そのため、導波路１５０で形成される光分配器１０６は、光の分配を受動的に制御することができる。別の実施形態では、導波路１５０の曲率半径は、検出される流体流量プロフィールが変化するときに光の送達が変化し得るように動的に制御することができる。
【００１８】
導波路１５０自体は、任意の形状および組成とすることができる。この形状および組成には、プレート、円筒（例えば、光ファイバ）、および泡状（ｆｏａｍｅｄ）材料が含まれるが、これらに限定されるものではない。各導波路１５０の形状は、導波路１５０の曲率半径を変化させて、反応器１００内での選択した区域における導波路１５０からの光漏れの量を変化させるのに利用する個々の構造に影響を及ぼすことになる。先に述べたように、各導波路１５０の曲率半径は、製作中に選択することができ、それによって、得られる光分配器１０６は、受動的に光を再配分することができる。あるいは、曲率半径を動的に変化させて光の分配を能動的に制御するために、導波路１５０の端部を１つまたは複数のアクチュエータ１５２に接続することができる。アクチュエータ１５２は、導波路１５０を捩ってその曲率半径をきつく、またゆるやかにすることができる。アクチュエータ１５２は、所望の放射照度プロフィールに基づいてコントローラ１１６によって制御される。
【００１９】
図３に、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態では、導波路１５０の断面寸法を変化させて部材への光の送達を制御し、それによって、放射照度プロフィールを均一にし、かつ／または、放射照度プロフィールと流体流量プロフィールを一致させることができる。例えば、光の伝播方向にほぼ直交する方向の導波路の断面積を小さくすると、導波路からの光漏れが増加する。そのため、放射照度プロフィールが他の区域に対して相対的に低い区域、および／または、流体流量プロフィールが高い区域の導波路は、導波路の断面積を小さくして光漏れを増大させることができ、したがって、これらの区域で光子の数が増加する。他の実施形態と同様に、静的な導波路１５０を形成する製作過程で、あるいは、動的導波路１５０としてのこのシステム自体の動作中に、この実施形態でのこれらの変化を実施することができる。
【００２０】
導波路１５０の断面積を小さくするのに使用する装置は（例えば、導波路が弾性材料でできている場合には）、例えば、導波路を伸ばし、かつ／または捩る装置を含み得る。図に示す動的な実施形態では、導波路１５０を弾性材料で製作し、両端を固定することができる。少なくとも１つの導波路１５０がアクチュエータ１５２に連結され、アクチュエータ１５２は、この導波路１５０を伸ばすか、または解放するように動くことができ、それによってそれぞれ、その断面積が小さく、または大きくなる。アクチュエータ１５２は、伸ばす量または解放する量が所望の放射照度プロフィールに対応するようにコントローラ１１６によって制御される。アクチュエータ１５２は、伸びおよび解放を容易にする任意のやり方で、かつ任意の方向に動かすことができる。図に示す実施形態では、アクチュエータ１５２はピンの形態であり、これらのピンはそれらの上からの動作を受けて、所定の区域で導波路１５０が伸びるか、または解放される。
【００２１】
導波路１５０がガラスプレートである別の例では、例えば、２枚のプレート間の距離、したがって空隙を変更することによって断面積を変更することができる。先に述べたように、放射照度プロフィールと流体流量プロフィールを一致させることは、１回の設定、あるいは流体流量プロフィールが変化するときに変化する動的プロセスとして実施し得る。
【００２２】
図４に、本発明のさらに別の実施形態を示す。導波路１５０の曲率または断面積を変化させるのではなく、この実施形態では、導波路のクラッド１５４の屈折率を変化させる。先に述べたように、導波路１５０からの光漏れは、導波路１５０のコア１５１とクラッド１５４の相対屈折率の関数である。一般に、コア１５１の屈折率のほうが、クラッド１５４の屈折率よりも高く、その異なる程度は様々である。コア１５１の屈折率に近い値になるようにクラッド１５４の屈折率を改変することによって、これら２つの屈折率の差を小さくすると、コア１５１からクラッド１５４に漏れる光が多くなる。この改変は、静的な光分配器１０６を形成する導波路の製作過程で実施し得る。
【００２３】
動的な光分配器１０６では、導波路１５０のクラッド１５４は複屈折材料を含む。複屈折材料の光の伝播特性は、アクチュエータ１５２として働く電磁界発生器（ｆｉｅｌｄ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）によって導波路１５０の近傍で生成される電界または磁界１５８の特性に基づいて変化し得る。したがって、コントローラ１１６は、この電磁界の特性を変調することによって、クラッド１５４の屈折率を変化させることができる。そのため、クラッド１５４の屈折率を大きくすることを、放射照度プロフィールが比較的低い区域、かつ／または、流体流量が光触媒表面上で最も多い区域での入射光漏れの割合を大きくするために用いることができる。この屈折率は、温度、圧力、または機械的な歪みなど、他の作用によっても変化させることができる。
【００２４】
図５に、本発明のさらに別の実施形態を示す。図５に示す実施形態では、導波路１５０の表面粗さを変化させて光漏れを制御することに注目する。表面粗さを変化させることは、本質的には、曲率を局所的に変化させることである。例えば、導波路の表面粗さの密度を大きくし、かつ表面粗さの局所的な変化のサイズを小さくすると、光漏れを増大させることができる。前の実施形態のように、例えば、照射プロフィールを引き上げて光源１０７に近いところでの高いプロフィールについて補償する必要があるかどうか、あるいは、流体流量プロフィールが所定の区域でより大きく、それによってその区域で光漏れを多くして反応器の効率を最適化する必要があるかどうかに基づいて、表面粗さの改変について特定の導波路１５０を選択する。図に示すように、導波路の製作中に、導波路表面上で粗くした区域１６０を選択した区域に配設して、これらの区域における光漏れを変化させることができる。
【００２５】
表面粗さは、例えば、導波路１５０の選択した区域に対して、サンドブラストを行うことによって、あるいは、材料の塊を追加することによって、導波路の製作中に制御することができる。この実施形態では、導波路１５０は、コア材料だけを含み、クラッドは含まず、それによって、静的な光分配器１０６を形成する製作過程で光漏れ特性をより大きく制御することができる。
【００２６】
図６に、本発明のさらなる実施形態を示す。この実施形態では、導波路１５０は、光を散乱させて導波路１５０から出すことによって導波路１５０からの光漏れに影響を及ぼす散乱中心２０２を有すると仮定する。見やすいように、この例での導波路１５０をプレート状の形状として示すが、この実施形態は、任意の形状の導波路に適用することができる。
【００２７】
局所散乱中心２０２は、例えば、導波路材料内で分散させた中空領域（例えば、気泡）または中実粒子とすることができ、各散乱中心は、光を散乱させる１つの気泡または粒子を含む。散乱中心を生成するこれらの領域および／または粒子は、所望の光漏れ作用に応じて任意の（例えば、規則的、不規則的、巨視的、微視的などの）形状およびサイズをとり得る。一実施形態では、アクチュエータ１５２は、導波路内での散乱中心２０２の密度およびサイズを変化させるだけでなく、完全に散乱中心２０２を生成し、また除去することができる。例えば、光源１０７から離れた区域で散乱中心２０２の密度を高くすると、内部照射の減少を補償する助けとなり、それによって、部材１０４の光触媒表面への光の送達がより均一になる。同様に、流体流量プロフィールの値が比較的高い区域で散乱中心２０２の密度を高くすると、光漏れが多くなり、したがって光子の数が増加して、流体流量が多いことによる追加の標的化学種に対応できる。これらの散乱中心２０２は、静的な光分配器１０６用の導波路の製作中に形成し得る。
【００２８】
動的な光分配器の例では、導波路１５０は、環境温度に応じて粒子が析出し、また、溶解して導波路材料１５０内に戻る析出特性を示す粒子２０２で形成される１つまたは複数の散乱中心を含み得る。析出粒子と同様に、温度変化に応答する位相変化材料の局所的な区域も、温度制御型散乱中心として働くことができる。したがって、コントローラ１１６は、導波路１５０の様々な区域における温度を変化させることによって放射照度プロフィールを改変することができる。別の例では、導波路１５０は、電界の向きおよび／または強さによって光透過特性が制御される液晶材料粒子２０２を含み得る。こうすると、コントローラ１１６は、電場を変化させて液晶粒子２０２の向きを変化させることによって、散乱中心の光漏れ特性を変化させることができる。
【００２９】
上記で説明した実施形態では、導波路１５０は、任意の形状をとることができ、図に示す円筒形状に限定されない。例えば、これらの導波路は、真っ直ぐなあるいは湾曲した円筒、プレート、光学発泡体、または円形断面、湾曲断面、または多角形断面を有するファイバとして形成することができる。
【００３０】
図７に、上記で説明した導波路の例のように内部全反射によって光が案内されないシステムに適用可能な本発明のさらに別の実施形態の側面図を示す。この実施形態では、放射照度プロフィールは、光源１０７の近傍の１つまたは複数の反射体２１０によって制御される。反射体２１０は、放射照度プロフィールが均一になり、かつ／または、流体流量プロフィールに一致するように整形し得る。一実施形態では、反射体２１０は弾性反射性材料でできている。この弾性反射性材料は、反射体２１０により、放射照度プロフィールと流体流量プロフィールが一致するように、検出された流体流量プロフィールに基づいて曲げ、整形し直すことができる。あるいは、またはそれに加えて、コントローラ１１６は、任意の所定の時点で、既知の適応型光学技術を利用して、選択した反射体２１０の向きを変更して、光源１０７からの光を様々な方向に反射させることができる。
【００３１】
図８に、光を案内するのに内部全反射を利用しないシステムに適用可能な本発明の別の実施形態の側面図を示す。この実施形態では、１つまたは複数のレンズ２２０を使用して、光源１０７からの光を光触媒表面に案内する。レンズ２２０の形状および／または向きにより、放射照度プロフィールを改変して、均一性を改善し、かつ／または、流体流量プロフィールに一致させることができる。レンズ２２０の向きは、所望の放射照度プロフィールに基づいてコントローラ１１６によって制御することができる。同じ反応器１００内でレンズ２２０および反射体２１０を一緒に使用して、放射照度プロフィールをより大きく制御し得ることに留意されたい。
【００３２】
光送達システムの放射照度プロフィールを制御するのに用いる個々の実施形態にかかわらず、本発明のシステムを使用して、静的に（この場合には、放射照度プロフィールが、ある選択した時点の流体流量プロフィールを反映する）、あるいは動的に（この場合には、放射照度プロフィールが流体流量の変化とともに変化する）、放射照度プロフィールと流体流量プロフィールを一致させることができ、かつ、反応器１００の、光源１０７から離れた区域での放射照度プロフィールの値が低いことを補償することもできる。
【００３３】
上記で説明した実施形態を別々の実施形態として説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、同じ反応器１００内で２つ以上の実施形態を組み合わせることが可能である。また、上記の例では光反応器用の光送達システムを説明したが、この光送達システムは、本発明の範囲から逸脱することなく、他の応用例で使用することができる。光反応器以外の応用例で望まれる光送達システムは、均一な放射照度プロフィールを有し、かつ／または、所望の放射照度プロフィールと一致するように制御し得るプロフィールを有し得るものであることが当業者には理解されよう。さらに、本発明の範囲から逸脱することなく、上記で具体的に述べたもの以外の方法およびシステムを利用して放射照度プロフィールを制御し得ることが当業者には理解されよう。
【００３４】
本発明を実施するのに、本明細書で説明した本発明の実施形態の様々な代替形態を採用し得ることを理解されたい。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義され、これらの特許請求の範囲に含まれる方法および装置ならびにそれらの均等物が本発明に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を組み込んだ光反応器の代表的な側面図。
【図２】本発明の実施形態の代表的な上面図。
【図３】本発明の別の実施形態の代表的な図。
【図４】本発明のさらなる実施形態の代表的な図。
【図５】本発明のさらに別の実施形態の代表的な図。
【図６】本発明の別の実施形態の代表的な図。
【図７】本発明のさらなる実施形態の代表的な図。
【図８】本発明のさらに別の実施形態の代表的な図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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