(57)【要約】  本発明は、縦軸（２２）に従って延在する中空体（２１）と、中空体（２１）の一端（２５）に面して配置される光源（２３）と、を備え、光源（２３）は、中空体（２１）の縦軸（２２）に実質的に平行な照明ビームを放射するように構成され、照明インジェクタエレメント（２０）は、中空体（２１）の内部に配置され、且つ、中空体（２１）の中央部（３６ｉ）を伝播するわずかな照明ビームを通すように構成される、少なくとも１つの光学エレメント（３５ｉ）をさらに備え、光源（２３）によって放射されたエネルギを局所に分布するように、中空体の周辺部（３７ｉ）を伝播するわずかな照明ビームを中空体（２１）の外側に向かって偏向する、照明インジェクタエレメント（２０）に関する。また、本発明は、このような照明インジェクタエレメント（２０）を備える、光バイオリアクタ（１０）及び家庭照明に関する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸（２２）に従って延在する中空体（２１）と、前記中空体（２１）の一端（２５）に面して配置される光源（２３）と、を備える照明インジェクタエレメント（２０）であって、
前記光源（２３）は、前記中空体（２１）の前記縦軸（２２）に実質的に平行な照明ビームを放射するように構成され、
前記照明インジェクタエレメント（２０）は、前記中空体（２１）の内部に配置され、且つ、前記中空体（２１）の中央部（３６ｉ）を伝播するわずかな前記照明ビームを通すように構成される、少なくとも１つの光学エレメント（３５ｉ）をさらに備え、
前記照明インジェクタエレメント（２０）は、前記光源（２３）によって放射されたエネルギを局所に分布させるように、前記中空体の周辺部（３７ｉ）を伝播するわずかな前記照明ビームを前記中空体（２１）の外側に向かって偏向し、
前記光学エレメント（３５ｉ）は、発散レンズ又は発散偏向プリズムであることを特徴とする照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項２】
前記光学エレメント（３５ｉ）は、前記中空体（２１）の前記中央部（３６ｉ）を伝播するわずかな前記照明ビームを通すように、前記中空体（２１）の前記縦軸（２２）と実質的に同軸な開口（３８ｉ）を有する、請求項１に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項３】
前記中空体（２１）の内部に配置され、前記中空体（２１）に沿って互いに離れて延在する複数の光学エレメント（３５ｉ）を備え、
前記複数の光学エレメント（３５ｉ）は、前記光源（２３）によって放射されたエネルギを前記中空体（２１）に沿って分配するように、前記光源（２３）から離れるほどより減少する前記照明ビームであって、前記中空体（２１）の前記中央部（３６ｉ）を伝播するわずかな前記照明ビームを通すように構成される、請求項１又は２に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項４】
前記光学エレメント（３５ｉ）は、前記中空体（２１）の前記中央部（３６ｉ）を伝播するわずかな前記照明ビームを通すように、前記中空体（２１）の前記縦軸（２２）と実質的に同軸な開口（３８ｉ）を各々有し、
前記開口（３８ｉ）は、前記光源（２３）に関連して離れていくとサイズが減少する、請求項３に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項５】
前記光源（２３）は、複数の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオードを有し、
前記複数のダイオードは、前記中空体（２１）の前記縦軸（２２）と実質的に垂直な放射面（２６）を形成するように配置される、請求項１から４の何れか一項に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項６】
前記光源は、実質的に等しい波長で照明を放射するように完全に構成された前記垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオードを有する、請求項５に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項７】
蛍光体（３９）は、前記中空体（２１）の側壁（２４、２４ｂ、２１ｂ）に当てられ、前記垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオードは、青色光に相当する波長で照明を放射するように構成される、請求項６に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項８】
前記光源（２３）は、
赤色光に相当する波長で照明を放射するように構成される第１の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオードグループ、
青色光に相当する波長で照明を放射するように構成される第２の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオードグループ、及び、
緑色光に相当する波長で照明を放射するように構成される第３の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオードグループを有し、
前記照明インジェクタエレメント（２０）は白色光を放射する、請求項７に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項９】
前記光源（２３）は、前記放射面（２６）の中央領域（３４）よりも周辺領域（３３）により多くの照明を放射するように構成される、請求項５から８の何れか一項に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項１０】
前記光源（２３）は、前記周辺領域（３３）にのみ照明を放射するように構成される、請求項９に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項１１】
前記放射面（２６）の前記中央領域（３４）には（ＶＣＳＥＬ）ダイオードを含まない、請求項５から１０の何れか一項に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項１２】
前記光源（２３）を制御するように構成される制御装置（２９）をさらに備え、
前記放射面（２６）の前記周辺領域（３３）は、前記中央領域（３４）より多くの照明を放射する、請求項９又は１０に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項１３】
前記光源（２３）は、前記放射面（２６）の前記周辺領域（３３）において、非一様なエネルギ密度を放射するように構成される、請求項９から１２の何れか一項に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項１４】
（ＶＣＳＥＬ）ダイオードは、基本放射面を各々有し、
前記光源（２３）が前記放射面（２６）の前記周辺領域（３３）に非一様なエネルギ密度を放射するように、前記周辺領域（３３）の前記（ＶＣＳＥＬ）ダイオードの前記基本放射面は異なる寸法を有する、請求項１３に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項１５】
非一様な電流又は電圧密度を、前記（ＶＣＳＥＬ）ダイオードに送るように構成されるパワーインジェクタ（２８）をさらに備え、
前記光源（２３）は、前記放射面（２６）の前記周辺領域（３３）に非一様なエネルギ密度を放射する、請求項１３又は１４に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項１６】
前記光学エレメント（３５ｉ）は、前記放射面（２６）の前記周辺領域（３３）によって放射される全ての照明を、前記中空体（２１）の外側に向かって偏向するように構成される、請求項９から１５の何れか一項に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項１７】
前記光源（２３）とは反対側の前記中空体（２１）の一端に配置される、末端鏡（３１）をさらに備え、
前記末端鏡（３１）に反射される幾つかの前記照明ビームを前記中空体（２１）内に戻す、請求項５から１６の何れか一項に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項１８】
前記中空体（２１）は、円筒形状を、特に回転体又は平行六面体における円筒形状を、有する請求項１から１７の何れか一項に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項１９】
前記中空体（２１）は回転体の円筒形状を有する、請求項１８に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項２０】
鏡（４１）は、前記鏡に向かって放射されるエネルギを前記中空体（２１）の内部に向かって反射するように、半円筒形状に相当する前記中空体（２１）の一部に当てられる、請求項１９に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項２１】
前記中空体（２１）は回転体の半円筒形状を有する、請求項１８に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項２２】
鏡（４２）は、前記鏡に向かって放射されたエネルギを前記中空体（２１）の内部に向かって反射するように、平面側壁（２４ａ）に当てられる、請求項２１に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項２３】
前記光源（２３）の前記放射面（２６）は、半円盤形状を有し、
前記光源（２３）は、前記放射面（２６）の直線部（２６０）から前記直線部の垂直方向（２６１）に離れるにつれて減少する照明エネルギ量を放射するように構成される、請求項２１又は２２の何れか一項を加えた請求項５から８の何れか一項に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項２４】
前記中空体（２１）は直方体形状を実質的に有する、請求項１８に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項２５】
前記中空体（２１）は、第１プレート（２１ａ）と第２プレート（２１ｂ）とを有し、少なくとも１組の光学エレメント（３５ｉ）を配置され、
各組の前記光学エレメント（３５ｉ）は、前記中空体（２１）の中央部（３６ｉ）を伝播するわずかな前記照明ビームを通すため、前記中空体（２１）の前記縦軸（２２）と実質的に同軸な開口（３８ｉ）を形成するように、互いに面して、且つ、離れて配置される、請求項２４に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項２６】
前記中空体（２１）は、互いに面して配置される、プレート（２１ｂ）と平面鏡（４３）とを有し、
少なくとも１つの光学エレメント（３５ｉ）は、前記中空体（２１）の中央部（３６ｉ）を伝播するわずかな前記照明ビームを通すため、前記中空体（２１）の縦軸（２２）と実質的に同軸な開口（３８ｉ）を形成するように、前記平面鏡（４３）から離れて配置される、請求項２４に記載の照明インジェクタエレメント（２０）。
【請求項２７】
培養のために、特に光合成微生物、好ましくは微細藻類、の連続培養のために、意図される光バイオリアクタ（１０）であって、
前記微生物の培地（１２）を含むように意図される少なくとも１つの培養コンテナ（１１）と、
請求項１から２６の何れか一項に記載の照明インジェクタエレメント（２０）と、を備え、
前記照明インジェクタエレメント（２０）の前記中空体（２１）は前記培養コンテナ（１１）内に配置される、ことを特徴とする光バイオリアクタ（１０）。
【請求項２８】
請求項１から２６の何れか一項に記載の照明インジェクタエレメント（２０）を備えることを特徴とする、家庭照明のための照明エレメント（５０）。
【請求項２９】
前記鏡に向かって放射されたエネルギを反射するように、前記中空体（２１）に面して配置される鏡（４０）をさらに備える、請求項２８に記載の家庭照明のための照明エレメント（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的な照明分野に関する、特に光合成微生物の集約的、且つ連続的な培養のための照明分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの照明エレメントは、例えば、発光若しくはネオンチューブ、蛍光チューブ、又は発行ダイオード（又はＬＥＤ）のような先行技術から知られている。
【０００３】
特に、ＬＥＤは、ランベルト形状に、つまりは耳たぶ形状に従うエネルギ放射図を有する。ＬＥＤは、放射面と垂直な主要方向に最大限のエネルギフローを放射し、このエネルギフローは、この主要方向から離れて減少する。
【０００４】
また、ＬＥＤは、立体角が概ね９０度に限定されている放射円錐を有する。ＬＥＤは、それゆえ、主要方向に対して大きく傾斜した方向に、特に４５度を越える方向に、エネルギを放射しない。このようにして、ＬＥＤが、例えば、主に垂直方向に照明を放射するように部屋の天井に取り付けられたときには、水平方向を照らすことは出来ず、その結果、室内の照明の質を減らす。そのような照明の質は、使用者に対して快適性の問題を提示する可能性があり、この欠点を修正するため照明システムを掛け合わせる必要がある。
【０００５】
しかしながら、ＬＥＤを使用することにはかなりの利点があり、特にＬＥＤを使用している期間に、特にＬＥＤが熱くなっていない時に、準不変な相当量の照明の出力を有する。
【０００６】
ＬＥＤとは反対に、蛍光又はネオンチューブは、径方向の全てにエネルギ放射を生じ、天井照明として取り付けられたときには、水平方向にさえエネルギ放射を生じる。
【０００７】
しかしながら、そのような照明エレメントはＬＥＤより照明の出力が非常に弱く、照明強度は時間が経つとともに弱くなる。そのような照明エレメントは、火花を出し、ユーザを特に困らせることを頻発する。
【０００８】
光合成微生物を、特に微細藻類を、集約培養するための特定の照明分野において、重要なことは、照明エレメントによって放射されたエネルギフローが、微細藻類の生産物を改善するために、照明エレメントの全放射方向において可能な限り最も均一であることである。
【０００９】
実際に、生産物は、微細藻類が培養される光バイオリアクタのボリューム内の照明の質に直接的に依存することが分かっている。それは、最適な平均エネルギで正確に照らすため全生物学的液体にとって必要であり、微細藻類の性質に依存する。その結果、光源と生物学的液体との間の接点は、有益な生物学的液体（溶液槽）のボリュームを最大限にする最も大きな可能性を有さなければならない。
【００１０】
要約すると、１リットルあたり１グラムのオーダーの濃度ｄで、照明は、λ＝０．５ｃｍの深さを超えて吸収される。１ｍ３のリアクタに対して、１ｍ２の照明面（１ｍ２の平面を有する光源）で、生物学的液体の適切なボリュームは、わずか１／２００ｍ３である。理想的なリアクタは、照らされたボリュームがリアクタのボリュームと等しい場合である。さらに一般的なリアクタの質の要因は、Ｑ＝Ｓλ／Ｖ０の関係によって定義される。Ｓは、リアクタのボリュームＶ０における照明面（適切なパワーで）、λは照明の浸透の深さである。
【００１１】
大量の生成物Ｍは、リアクタ内で分散した照明エレメントのボリュームであるＶｅで、下記のような関係で表される。Ｍ＝（Ｖ０−Ｖｅ）ｄ（ｄは、ボリューム単位あたりの微細藻類の集まりである）
【００１２】
これら２つの関係は、同時に最大にされなければならない。
【００１３】
このため、例えば、国際公開第２０１１／０８０３４５号では、終端にＬＥＤを配置される、筒状形状の照明ガイドを備える照明インジェクタエレメントを提案している。ＬＥＤは、放射線形状の、円錐形状の、又は、ＬＥＤによって放射された高角度光線をインジェクタの軸方向に送り戻す他の形状の、鏡によって囲まれる。
【００１４】
また、インジェクタエレメントの照明ガイドは、ＬＥＤ側の一端で、不透明度が光源から離れて減少する鏡で覆われている。言い換えると、この金属鏡は、インジェクタエレメントの上部に十分に設けられ、前進的に半透明になり、最終的には消える。実際に、これらの鏡がなければ、ＬＥＤのランベルト形状のエネルギ放射形を与えられ、側壁に沿ってチューブによって放射されたエネルギ量はＬＥＤから離れて指数関数的に減少し、その結果、照明エネルギは、インジェクタエレメントの上部に実質的に出る。それゆえ、インジェクタエレメントがチューブに沿って可能な限り最も一様なエネルギを放射するように、そのような鏡を使用することは重要であることが理解される。
【００１５】
また、本開示によって、ＬＥＤとは反対に、照明ガイドの一端に鏡を配置し、ＬＥＤから直接的に発光された照明ビーム、又は放射の主要方向に対して小さい角度を有する方向に反射された照明ビームを、インジェクタエレメントの照明ガイドに沿って送り戻し、ＬＥＤから離れて増加するエネルギ損失を補償する。このような鏡は、例えば、円錐形状、半球面形状、放射線形状、又はより複雑な形状を有する。
【００１６】
そのような鏡を使用することは、鏡によって反射されたエネルギフローのかなりの量の吸収を導き、有益エネルギの損失を引き起こし、インジェクタエレメントの局部加熱を引き起こし、最終的には生物学的液体（溶液槽）の加熱を引き起こす。
【００１７】
実際に、品質の良い鏡が与えられ、０．８μｍの波長を有する照明の放射があると、照明エネルギの５％が、鏡に反射する際に吸収される。このようにして、もし再配向される照明ビームの一回きりの反射があり、且つ、これらの照明ビームが、例えば、照明フローの５０％であれば、照明エネルギの２．５％を吸収可能である。
【００１８】
ここで、ＬＥＤを囲む鏡の場合について、放射の主要方向に対して最も大きな角度を有する照明ビームは、複数回反射される。また、この効果は、インジェクタエレメント部（数十ｍｍ２の面）と比較して大きな放射面を有するＬＥＤのために補強される。それゆえ、１０％以上で向上するエネルギ吸収が観察され、そして、このときには質の良い鏡を有する。
【００１９】
円錐形状、又は、より複雑な形状の鏡の使用は、照明ビームの反射回数を限定し、それゆえ、反射される照明フローの吸収に関する損失を減らす。
【００２０】
しかしながら、これらの鏡の幾つかは、製造することが産業的に困難であるという事実は別として、これらの鏡による照明フローの吸収は相当な量である。
【００２１】
それゆえ、そのような鏡を使用することは特に複雑であり、パワーに関して高価であることが理解される。
【００２２】
それゆえ、照明エネルギ損失を減らすために、光バイオリアクタ用の照明インジェクタエレメントを開発する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の目的は、光源によって放射されたエネルギとインジェクタエレメントを出るエネルギとの間の照明エネルギ損失を減らすための照明インジェクタエレメントを提供することである。本発明の別の目的は、インジェクタエレメントの全放射方向において、全体として均一のエネルギフローを与えるインジェクタエレメントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような目的のため、本発明は、縦軸に従って延在する中空体と、中空体の一端に面して配置される光源と、を備える照明インジェクタエレメントを提案する。照明インジェクタエレメントは、光源が中空体の縦軸に実質的に平行な照明ビームを放射するように構成され、中空体の内部に配置され、且つ、中空体の中央部を伝播するわずかな照明ビームを通すように構成される、少なくとも１つの光学エレメントをさらに備え、光源によって放射されたエネルギを局所に分布するように、中空体の周辺部を伝播するわずかな照明ビームを中空体の外側に向かって偏向することを特徴とする。
【００２５】
他の有利且つ非限定的な特徴によると、
・光学エレメントは、中空体の中央部を伝播するわずかな照明ビームを通すように、中空体の縦軸と実質的に同軸な開口を有する。
・中空体の内部に配置され、中空体に沿って互いに離れて延在する複数の光学エレメントを備え、光学エレメントは、光源によって放射されたエネルギを中空体に沿って分配するように、光源から離れるほどより減少される照明ビームであって、中空体の中央部を伝播するわずかな照明ビームを通すように構成される。
・光学エレメントは、中空体の中央部を伝播するわずかな照明ビームを通すように、中空体の縦軸と実質的に同軸な開口を各々有し、開口は光源に関連して離れていくとサイズが減少する。
・光学エレメントは、発散レンズ又は発散偏向プリズムである。
・光源は、複数の垂直共振器型面発光レーザダイオードを有し、複数のダイオードは中空体の縦軸と実質的に垂直な放射面を形成するように配置される。
・光源は、実質的に等しい波長で照明を放射するように完全に構成された垂直共振器型面発光レーザダイオードからなる。
・蛍光体は、中空体の側壁に当てられ、垂直共振器型面発光レーザダイオードは、好ましくは、青色光に相当する波長で照明を放射する。
・光源は、赤色光に相当する波長で照明を放射するように構成される第１の垂直共振器型面発光レーザダイオードグループ、青色光に相当する波長で照明を放射するように構成される第２の垂直共振器型面発光レーザダイオードグループ、及び、緑色光に相当する波長で照明を放射するように構成される第３の垂直共振器型面発光レーザダイオードグループを有し、照明インジェクタエレメントは、白色光を放射する。
・光源は放射面の中央領域よりも周辺領域により多くの照明を放射するように構成される。
・光源は、周辺領域にのみ照明を放射するように構成される。
・放射面の中央領域には、ダイオードを含まない。
・照明インジェクタエレメントは、光源を制御するように構成される制御装置をさらに備え、放射面の周辺領域は中央領域より多くの照明を放射する。
・光源は、放射面の周辺領域において、非一様なエネルギ密度を放射するように構成される。
・ダイオードは基本放射面を各々有し、光源が放射面の周辺領域に非一様なエネルギ密度を放射するように、周辺領域のダイオードの基本放射面は互いに異なる寸法を有する。
・また、光源は放射面の周辺領域に非一様なエネルギ密度を放射するように、照明インジェクタエレメントは、非一様な電流又は電圧密度をダイオードに送るように構成される電流インジェクタをさらに備える。
・光学エレメントは、放射面の周辺領域によって放射される全ての照明を、中空体の外側に向かって偏向するように構成される。
・照明インジェクタエレメントは、光源とは反対側の中空体の一端に配置される末端鏡をさらに備え、末端鏡に反射される幾つかの照明ビームを中空体内に戻す。
・中空体は、円筒形状を、特に回転体又は平行六面体における円筒形状を有する。
・中空体は回転体の円筒形状を有する。
・鏡は、鏡に向かって放射されるエネルギを中空体の内部に向かって反射するように、半円筒形状に相当する中空体の一部に当てられる。
・中空体は回転体の半円筒形状を有する。
・鏡は、鏡に向かって放射されたエネルギを中空体の内部に向かって反射するように、平面側壁に当てられる。
・光源の放射面は、半円盤形状を有し、光源は、放射面の直線部から直線部の垂直方向に離れるにつれて減少する照明エネルギ量を放射するように構成される。
・中空体は直方体形状を実質的に有する。
・中空体は、第１プレートと第２プレートとを有し、少なくとも１組の光学エレメントを配置され、各組の光学エレメントは、中空体の中央部を伝播するわずかな照明ビームを通すため、中空体の縦軸と実質的に同軸な開口を形成するように、互いに面して、且つ、離れて配置される。
・中空体は、互いに面して配置される、プレートと平面鏡とを有し、少なくとも１つの光学エレメントは、中空体の中央部を伝播するわずかな照明ビームを通すため、中空体の縦軸と実質的に同軸な開口を形成するように、平面鏡から離れて配置される。
【００２６】
本発明の第２観点によると、本発明は、培養のために、特に光合成微生物、好ましくは微細藻類、の連続培養のために、意図される光バイオリアクタであって、微生物の培地を含むように意図される少なくとも１つの培養コンテナと、上記本発明の第１観点の照明インジェクタエレメントと、を備え、照明インジェクタエレメントの中空体は培養コンテナ内に配置される光バイオリアクタに関する。
【００２７】
本発明の第３観点によると、本発明は、上記本発明の第１観点の照明インジェクタエレメントを備えることを特徴とする、家庭照明のための照明エレメントに関する。
【００２８】
有利且つ非限定的な特徴によると、照明エレメントは鏡に向かって放射されたエネルギを反射するように、中空体に面して配置される鏡をさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
単に図示するとともに非限定的であり、添付図を考慮されなければならない、下記の説明から、本発明の他の特徴、目的、及び利点は示される。
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る照明インジェクタエレメントを備える光バイオリアクタであって、培養のために、特に光合成微生物、好ましくは微細藻類、の培養のために意図される光バイオリアクタ、の縦断面を示す概略図である。
【図２】図１に示された変形例に係る照明インジェクタエレメントを備える光バイオリアクタの縦断面を示す概略図である。
【図３】垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオードの構造の断面を示す概略図である。
【図４】放射されたエネルギ密度がＶＣＳＥＬによって形成される全放射面にわたって非一様である、複数のＶＣＳＥＬのエネルギ放射形状の第１例を示す図である。
【図５】ＶＣＳＥＬが図４に示されるような放射形状を有するときに、図４に示された照明インジェクタエレメントによって全長にわたって放射されるエネルギ分布を示す図である。
【図６】放射されたエネルギ密度がＶＣＳＥＬによって形成される全放射面にわたって非一様である、複数のＶＣＳＥＬのエネルギ放射形状の第２例を示す図である。
【図７】ＶＣＳＥＬが図６に示されるような放射形状を有するときに、図６に示された照明インジェクタエレメントによって全長にわたって放射されるエネルギ分布を示す図である。
【図８】本発明に係る第１の実施形態の照明インジェクタエレメントを備える照明エレメントの横断面を示す概略図である。
【図９】本発明に係る第２の実施形態の照明インジェクタエレメントを備える照明エレメントの横断面を示す概略図である。
【図１０】本発明に係る第３の実施形態の照明インジェクタエレメントを備える照明エレメントの横断面を示す概略図である。
【図１１】図１０に示された照明エレメントの概略斜視図である。
【図１２】図１及び図２に示す実施形態の変形例に係る照明インジェクタエレメントを備える光バイオリアクタの縦断面における斜視図である。
【図１３】本発明に係る第４の実施形態の照明インジェクタエレメントを備える照明エレメントを有する光バイオリアクタの縦断面における斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（光合成微生物の集約培養及び連続培養のために照明する場合）
【００３２】
図１は、本発明の実施形態に係る、培養のための、特に光合成微生物の、好ましくは微細藻類の連続培養のために意図される光バイオリアクタ１０を示す。
【００３３】
光バイオリアクタ１０は、微生物の培地１２を含むように意図された少なくとも１つの培養コンテナ１１と、少なくとも１つの照明インジェクタエレメント２０と、を備える。
【００３４】
照明インジェクタエレメント２０は、シリンダと、縦軸２２に沿って延在している中空体２１と、を含む。光バイオリアクタを使用する際には、照明インジェクタエレメント２０の縦軸２２は、垂直方向とほぼ一致する。
【００３５】
円筒形状は、表面の直角方向に応じる表面の並行移動（ベースを形成する）によって生じるボリュームを意味する。例えば、中空体２１は、回転体（ベースが円盤である円筒）又はプリズム（ベースが多角形である円筒）の円筒形状を有することができる。特に、中空体２１は直方体形状を有することができる。
【００３６】
中空体２１は、培養コンテナ１１内に配置される。中空体２１は、回転体又はプリズムの円筒形状を有することができる。図１２に示すように、直方体形状を有する中空体２１において、中空体２１の２つの対向面は、好ましくは、互いに近接するように配置されるプレート２１ａ、２１ｂである。プレート２１ａ、２１ｂは、中空体２１の長さ（高さ）及び幅を決め、プレート２１ａ、２１ｂ間の距離は中空体２１の厚さを決める。プレートは、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、又はガラスから作られる。
【００３７】
照明インジェクタエレメント２０の中空体２１は、光源２３によって放射された照明のフローを導くため、（照明インジェクタエレメントが垂直方向に向けられた際に、照明インジェクタエレメント２０の上端に配置される）光源２３に結合され、その照明フローは側壁２４を経由して培地１２に渡る。このような結合は、例えば、照明ビームを偏向するように構成された１つの光学エレメント３５ｉ（特に、発散又は収束レンズ）であって、下記で説明する。側壁２４（多角体のためのプレート２１ａ、２１ｂ）を定める中空体２１の中央空洞と被覆体との間のインデックスステップは、横方向の照明の伝達を制御可能とする。
【００３８】
図１２に示すように、直方体形状を有する中空体２１の場合には、照明はプレート２１ａ、２１ｂを通って横方向に放射される。好ましくは、そして、温度損失を管理するために、光源２３は、培養コンテナ１１の外側に配置され、中空体２１の近位端２５に面し、特に、冷却剤によって冷却されたラジエータ（好ましくは、全インジェクタエレメントに通常設けられている）に接触している。
【００３９】
本発明に係る照明インジェクタエレメント２０は、照明エネルギを光源２３から側壁に、単に屈折現象によって移動させており、つまり、２つのメディア（つまり、インデックスステップ）を接続するために照明ビームを偏向し、レンズタイプの光学エレメント３５ｉのレベルにおいて、側壁２４、又は別の光学エレメント（下記に示す）かどうか無関係である。
【００４０】
いわゆる拡散現象（異質なメディア小片による照明ビームの偏向）は、そのようにして最も回避される（最大限に透明なメディアが与えられることが好ましい）。これによるメディア内のエネルギを損失することはほとんどなく、光源２３によって供給されたエネルギの１００％を取り戻す。実際に、拡散メディアは、放射線の影響下で熱を有する傾向がある。
【００４１】
光源２３は、中空体２１の縦軸２２に対して、照明ビームをほぼ平行に放射するように構成され、例えば、下記に示すように、１つ又は１つ以上のレーザ源からなる。
【００４２】
インジェクタエレメント２０は、中空体２１の内部に配置される少なくとも１つの光学エレメント３５ｉをさらに備え、中空体２１の中央部３６ｉを伝播するわずかな照明ビームを通すように構成され、中空体２１の周辺部３７を伝播するわずかな照明ビームを中空体２１の外側に向かって偏向させる。このようにして、光学エレメント３５ｉは、光源２３によって放射されたエネルギを局所的に分散する。言い換えると、照明ビーム２３上の光学エレメント３５ｉは、わずかなエネルギを中空体２１の外側に偏向する。
【００４３】
好ましくは、図１に示すように、インジェクタエレメント２０は、中空体２１に沿って互いに間隔を空けて中空体２１の内部に配置された複数の光学エレメント３５ｉを備える。また、光学エレメント３５ｉは、中央部３６ｉの内部を伝播するわずかな照明ビームであって、光学エレメント３５ｉが光源２３から離れるほど減少する照明ビームを通すように構成される。このようにして、照明ビームが光学エレメント３５ｉを通るたびに、光学エレメントはエネルギを中空体２１の外側に向かって偏向させる。それゆえ、光学エレメント３５ｉは、中空体２１に沿って、照明ビームのエネルギを分散する。
【００４４】
中空体２１に沿って一様にエネルギを分散するため、光源２３によって放射されたエネルギを取り除くことが可能であり、中空体２１に沿った平均的なエネルギは、微生物の発達を助けるのに十分である。中空体２１に沿って放射されたエネルギは、特に、予め決められたエネルギ閾値と、いわゆる、微生物の飽和エネルギとの間である。そのエネルギ閾値は、光合成を始めるのに必要な最小限のエネルギに相当する。
【００４５】
光学エレメント３５ｉは、好ましくは、中空体２１の横断面と同じ形状で、同じ寸法であり、光学エレメント３５ｉの一端は、中空体２１の側壁の内面に対して配置されている。このようにして、円形状の横断面の中空体２１の場合には、光学エレメント３５ｉは、中空体２１の径とほぼ等しい径を有し、これに対して直方体の形状を有する中空体２１の場合には、光学エレメント３５ｉは、中空体２１の幅及び厚さのそれぞれとほぼ等しい、長さと幅を有する。
【００４６】
例えば、光学エレメント３５ｉは、“穴が形成”され、中空体２１の縦軸２２とほぼ同軸な開口３８ｉを有しており、偏向しないで中空体２１の中央部３６ｉを伝播するわずかな照明ビームのみを通す。また、開口３８ｉは、光学エレメント３５ｉが光源２３から離れていくほど小さくなる。
【００４７】
光学エレメント３５ｉの開口３８ｉは、好ましくは、中空体２１の横断面形状と同じ形状を有する。このようにして、中空体２１が筒状であるとき、光学エレメント３５ｉの開口３８ｉは、好ましくは円形形状であり、開口３８ｉの径Ｄｉは、光学エレメント３５ｉが光源２３から離れるほど小さくなる。
【００４８】
光学エレメント３５ｉは、例えば、発散レンズ又は偏向プリズムであって、特に環状プリズムである。レンズ３５ｉは、同一又は異なる焦点距離を有する。同様に、プリズム３５ｉは、同一又は異なる幾何学的形状を有する。
【００４９】
中空体２１が筒状であるときには、各レンズ３５ｉは、例えば、中空体２１の内壁に着けられている、プラスチックからなる弾性リング（不図示）によって中空体内に配置される。
【００５０】
図１に示すように、インジェクタエレメント２０は筒状であり、光学エレメント３５ｉは、光源２３から離れるほど小さくなる径Ｄｉの開口３８ｉを有する発散レンズである。このような例では、光源２３が放射方向に照明ビームを放射し、レンズ３５ｉは、わずかな照明ビームを遮断し、その照明ビームを中空体２１の外側に向かって偏向する。レンズ３５ｉは、それゆえ、レンズ３５ｉの焦点距離ｆｉ及び径Ｄｉに依拠する長さＬｉを超えて、中空体の平均的エネルギを出力する。レンズ３５によって遮断されたわずかな照明ビームは、長さＬｉを超えて導入されるエネルギを決定する。長さＬｉの一端において、新しいわずかな照明ビームは、レンズ３５ｉ＋１（レンズ３５ｉ＋１は、レンズ３５ｉより小さい径Ｄｉ＋１の開口３８ｉ＋１を有する範囲）によって遮断され、レンズ３５ｉ＋１の焦点距離ｆｉ＋１及び径Ｄｉ＋１に依拠する長さＬｉ＋１を超えて、中空体２１の外側に向かって偏向する。レンズ３５ｉ＋１によって受け取られる力は、開口３８ｉと開口３８ｉ＋１との間で表面の差と比例する。ｎ回このような操作を行なうこと（つまり、中空体内にｎ個のレンズ３５ｉが配置されている）は、照明ビームのエネルギの段階的排除を可能にし、中空体２１の全長に一様に照明ビームを分散させる。
【００５１】
長さＬｉは、レンズ３５ｉと、中空体２１の側壁２４におけるレンズ３５ｉの開口３８ｉの端によって偏向されたわずかな照明ビームが当たるポイントとの間の距離に相当する。中空体２１の全長に一様にエネルギを分配するためには、レンズ３５ｉ＋１は、好ましくは、長さＬｉに相当するレンズ３５ｉから離れて配置されることが分かる。
【００５２】
また、中空体２１の全長に一様にエネルギ分散を達成するためには、各レンズ３５ｉのパラメータがｎ個のレンズ３５ｉの機能として最適化されることが分かる。これらパラメータは、次のようなものがあり、各レンズ３５ｉの径Ｄｉ、長さＬｉ（又は、２連続する、レンズ３５ｉとレンズ３５ｉ＋１との間の距離）、及び焦点距離ｆｉである。また、レンズ３５ｉのパラメータの最適化もまた考慮されることは明らかであり、光合成微生物の発達のため、中空体２１によって放射される平均的エネルギが、エネルギ閾値と、いわゆる、微生物の飽和エネルギとの間であるに違いないという事実も明らかである。
【００５３】
インジェクタエレメント２０は、照明ビーム中に伝えられたエネルギを段階的に貫き、制御された方法で中空体２１の外側に向かって偏向する。
【００５４】
変形例として、図１２に示すように、特に直方体形状を有する中空体２１の場合には、開口３８ｉは、互いに、間隔を空けて、且つ面して配置された一対の偏向プリズム３５ｉによって形成される。一対のプリズムの各プリズム３５ｉは、中空体２１とは反対側の一端であって、プレート２１ａ、２１ｂの内面に対して配置される一端と、一対のプリズムの他方のプリズム３５ｉと面して延在し、且つ一対のプリズムの他方のプリズム３５ｉの他端から距離ｄｉである他端とを有する。この距離ｄｉは、開口３８ｉを形成する各一対のプリズム３５ｉ間である。距離ｄｉは、光学エレメント３５ｉが光源２３から離れるにつれて小さくなる。
【００５５】
図１に示すように、インジェクタエレメント２０は、中空体２１の末端に、つまり光源２３とは反対側の一端に配置された末端鏡３１をさらに備える。この末端鏡３１は、照明ビームを中空体２１に内に戻すように構成され、光源２３から離れる際に中空体２１から取り出されるエネルギの損失を補償する。末端鏡３１は、中空体２１の側壁２４によって放射されたエネルギフローを、より一様にする。末端鏡３１は、例えば、平坦な反射面、半球形状、円錐形状又は放射線形状を有する。好ましくは、末端鏡３１の反射面の形状は、光源２３に戻るエネルギを最大限に減らすため、末端鏡３１によって反射された照明エネルギが光源２３により接近するときに減少するように決定される。実際に、インジェクタエレメント２０内のエネルギ損失を限定するため、末端鏡３１に直接的に届くわずかな照明ビーム（つまり、中空体２１の側壁２４によって反射されなかった）、及び末端鏡３１に届く中空体２１の側壁２４によって反射された照明フローを中空体２１に戻す利点がある。また、毎回、インジェクタエレメント２０内のエネルギ損失を限定するため、光源が熱くなることを防止し、且つ放射されたエネルギが培地１２に伝えられないように、光源２３に戻るわずかな照明ビームを減らすことには利点がある。末端鏡３１は、好ましくは、中空体２１の横断面と同じ寸法を有する。
【００５６】
また、図２に示すように、インジェクタエレメント２０は、末端鏡３１に面し中空体２１の内部に配置される発散又は収束末端レンズ３２を取り付けられ、末端鏡３１に対して反射されたわずかな照明ビームの中空体２１の側壁２４に当たる角度を大きくし、この理由から、レンズ及び鏡が結合された適合形状は、最適化されているに違いない。このようにして、末端鏡３１によって反射されたエネルギは、より速く消費され、このエネルギが光源２３に戻らないというリスクが限定される。
【００５７】
より好ましい実施形態によると、光源２３は１つ又は複数のレーザ源を備え、特に、ＶＣＳＥＬと呼ばれる、複数の垂直共振器型面発照明レーザダイオードを備え、中空体２１の縦軸２２に対してほぼ垂直な面２６を形成するように配置され、照明ビームを中空体の縦軸２２と実施的に平行である放射方向２７に放射する。ＶＣＳＥＬは、少なくとも１つの電力供給体２８によって、電流を供給される。電力供給体２８は、例えば、制御装置２９によって制御される。放射面２６は、好ましくは、中空体２１（の端２５）を中心とする。放射面２６は、好ましくは、中空体２１の横断面に適合された形状を有する。このようにして、円形の横断面を有する中空体２１の場合には、放射面２６は、好ましくは、円盤形状であり、これに対して直方体形状を有する中空体２１の場合には、放射面２６は、好ましくは、図１２に示すように、帯状形状である。
【００５８】
ＶＣＳＥＬは、一貫した照明の放射を生じるための直接遷移型半導体による半導体レーザであって、非一貫である照明のみを生じるＬＥＤとは逆である。
【００５９】
図３に示すように、ＶＣＳＥＬは、照明ビームの放射方向１０１に従う積層構造１００を備える。その積層構造１００は、特に、
−いわゆる下方金属接触層１０２と、
−ｎ型ドーパントを有する半導体基盤１０３と、
−いわゆるｎ型ドーパントを有するブラッグ鏡１０４と、
−共鳴する垂直共振器を形成する少なくとも１つの量子井戸１０５と、
−いわゆるｐ型ドーパントを有する上方ブラッグ鏡１０６と、
−開口１０８を有し、透明で伝導性の金属的酸化物層が堆積され、照明ビーム１０９が放射される、いわゆる上方金属接触層１０７と、を備える。
【００６０】
ＶＣＳＥＬは、それゆえ、積層１０２から積層１０７までの積層方向と実質的に垂直方向である基本放射面１１０を経由して照明ビームを放射する。これは、トランシュを経由して、つまり、積層方向に対してほぼ平行な面（空洞の側面）を経由して、放射する通常の固体レーザとは異なる。
【００６１】
ＶＣＳＥＬの基本放射面は、例えば、１００μｍ２のオーダーであり、供給される照明出力は、数百μｍ２の放射面のための可視領域において、数十ミリワットを超える。
【００６２】
ＶＣＳＥＬは、放射方向１０１（技術的に“平面”として知られている）に対して垂直方向に延在する積層構造１００を有するという事実は、Ｎ個のＶＣＳＥＬを備えるＣ−ＶＣＳＥＬ（集積レーザ回路）を形成するため、１ミリメートルの面でかなりの数を接続する。Ｃ−ＶＣＳＥＬによって放射された照明エネルギは、ＶＣＳＥＬ間で結合されていなければ、特に半導体層１０３から１０６を経由して、基本の各ＶＣＳＥＬによって放射された照明エネルギの総計である。Ｃ−ＶＣＳＥＬは、ＬＥＤとは反対であり、ほとんど分散しない強力な照明の放射を生じる。Ｃ−ＶＣＳＥＬは、例えば、１ｍｍ２あたり光学上の数十ワットを超えるパワーを生じる。
【００６３】
光源２３の複数のＶＣＳＥＬは、Ｃ−ＶＣＳＥＬ内に編成され、ＶＣＳＥＬの基本放射面１１０は、放射面２６を形成する。
【００６４】
Ｃ−ＶＣＳＥＬを使用することは、先行文献においては、ＬＥＤのランベルトエネルギ形状を修正するのに必要な鏡を用いないで行なうのと同様に、中空体２１の全長に照明エネルギを運び、結果として、鏡の使用によるエネルギ損失を減らし、インジェクタエレメント２０の製造コストを下げる。
【００６５】
後述で明らかなように、Ｃ−ＶＣＳＥＬは、放射面２６を超えて、可変的なエネルギ密度を示すのに利点を有するように構成される。当業者は、この結果を得るための複数の技術を知っている、そして本発明に係る照明インジェクタエレメントは、その技術のいずれかに限定されない。
【００６６】
特に、ＶＣＳＥＬの複雑な構造（バラッグ鏡、活動層など）は、エピタキシー（例えば、分子ジェットによるエピタキシー）によって、少なくともＣ−ＶＣＳＥＬの全面の導電性基板上に形成される。基本のＶＣＳＥＬの（つまり、各ＶＣＳＥＬの基本放射面の）境界は、光リソグラフィによってなされる。“光マスク”によって、各ＶＣＳＥＬの基本放射面１１０の寸法、及び、Ｃ−ＶＣＳＥＬの層における表面密度（言い換えると、２つの隣接するＶＣＳＥＬ間のピッチを変えること）を決めることが可能である。当業者に知られているように、接続技術は電気的制御の必要性に適合されたマスクを通して、デポジットの問題を形成する。放射面２６に“穴”を提供することが可能であり、言い換えると、ＶＣＳＥＬが欠けている部分がある。説明の明確さのために、全ての層は照明放射がゼロであるが、照明放射がゼロではない層によって囲われており、放射面２６の一部を形成するように考慮されている。
【００６７】
あるいは、Ｃ−ＶＣＳＥＬにおいて、各ＶＣＳＥＬは、電力源２８に個々に接続されることが可能である。このような場合、制御装置２９は、ＶＣＳＥＬによって異なる電流密度を送るため、個々に電力源２８を制御するように構成される。また、ＶＣＳＥＬの電圧は制御可能である。また、Ｃ−ＶＣＳＥＬは、層によって範囲を定めることが可能であり、各層のＶＣＳＥＬは、互いに接続され、１つの層あたりに電力源２８が与えられる。これら２つの場合には、制御装置２９は、例えば、マトリクス制御回路である。ＶＣＳＥＬは、それどころか互いに接続可能であり、１つの電力源２８である。電力源２８は制御装置２９によって制御され、一様の電流又は電圧密度（言い換えると、ＶＣＳＥＬが表面装置あたりにつき同じインピーダンスを有すると、全てのＶＣＳＥＬにおいて制御電圧は同じである）を送る。有利には、光源２３は、放射面２６の中央領域３４よりも、周辺領域３３においてより多くの照明を放射するように構成される。放射面２６の中央領域３４は、好ましくは、照明を放射しない。このようにして、末端鏡３１に直接的に反射された照明ビームの一部（つまり、中空体２１の側壁２４によって反射されなかった）は、限定され、除かれ、それによって、末端鏡３１によって光源２３に向かって直接的に反射されたエネルギを減らす。また、末端鏡３１によって反射されたエネルギ量を限定し、それゆえ、この反射に関するエネルギ損失を減らす。
【００６８】
放射面２６によって放射されるエネルギ密度を有する光源２３の放射形状の一実施例を図４に示す。このような実施例では、エネルギ密度は、中央領域３４においてゼロであり、周辺領域３３において一様である。このような実施例では、中空体２１は回転体シリンダであって、放射形状は中空体２１の縦軸２２についての回転対称である。放射面２６の中央領域３４は、円盤形状を有し、放射面２６の周辺領域３３はリング形状を有する。図５では、インジェクタエレメント２０によって中空体２１の全長に放射されたエネルギ分布をさらに示し、ＶＣＳＥＬはエネルギ放射形状を有している。この図では、インジェクタエレメント２０が中空体２１に沿ってエネルギ全てを全体的に一様に放射することを示す。
【００６９】
この好ましい実施形態によって、放射面２６の中央領域３４は、例えば、ＶＣＳＥＬを備えない。また、フォトリソグラフィによって扱われる基板は、中央領域３４のＶＣＳＥＬ（ＶＣＳＥＬの基本放射面）を非活性化するように構成可能であり、周辺領域３３のＶＣＳＥＬのみが照明を放射することが可能である。
【００７０】
変形例によれば、制御装置２９は、光源２３を調整し、放射面２６の周辺領域３３は中央領域３４より多くの照明を放射する。このため、制御装置２９は、例えば、中央領域３４のＶＣＳＥＬに接続されている電力インジェクタ２８に、小さい又はゼロの電流密度を送るように指示し、周辺領域３３のＶＣＳＥＬに接続されている電力インジェクタ２８に、大きい電流密度を送るように指示する。中央領域３４のＶＣＳＥＬは、好ましくは、取り除かれる。また、ＶＣＳＥＬは電圧制御可能である。
【００７１】
有利には、光学エレメント３５ｉは、放射面２６の周辺領域３３によって反射された全ての照明を中空体２１の外側に向かって偏向するように構成される。このため、放射面２６の中央領域３４は、レーザ源２３から最も離れた光学エレメント３５ｉの開口３８ｉより大きい又は等しい寸法を有する。実際に、全ての照明ビームは光学エレメント３５ｉによって反射され、わずかな照明ビームは、先に偏向されることなく、末端鏡３１に直接的に反射されない。末端鏡３１が照明ビームを直接的に光源２３に反射することを防止し、エネルギ損失及び光源２３の過熱を抑制する。
【００７２】
有利には、光源２３は、放射面２６の周辺領域３３において、非一様なエネルギ密度を放射するようにさらに構成される。このため、フォトリソグラフィによって扱われる基板（図２に示すように、構造１００を決める堆積層）は、非一様なエネルギ密度を得るため（Ｃ−ＶＣＳＥＬにおいて）に、放射面２６の周辺領域３３のＶＣＳＥＬの基本放射面を調整するように構成可能である。変形例として、制御装置２９は、電力供給体２８に非一様な電流密度を放射面２６の周辺領域３３に送るように指示する。
【００７３】
図６には、放射面２６の周辺領域３３においてエネルギ密度を有するＣ−ＶＣＳＥＬの放射形状の一実施例が示される。このような実施例では、中空体２１は回転シリンダであって、放射形状は、中空体２１の縦軸２２について回転対称である。図５には、光源２３が、減少するエネルギを、中央領域３４の端から放射面２６の端に向かって放射するように構成されることを示す。より正確には、中央領域３４の端から延びる第１領域において、エネルギは、高いレベルのエネルギから平均的に高いレベルのエネルギに向かって、中央領域３４から離れて減少し、第１領域の端から放射面２６の端に向かって延びる第２領域において、エネルギは、低い平均レベルのエネルギから低いレベルのエネルギに向かって、中央領域３４から離れて再度減少する。第１領域と第２領域との境界において、エネルギレベルは、それゆえ、不連続である。図７には、インジェクタエレメント２０によって中空体２１の全長に放射されたエネルギ分布図を示し、ＶＣＳＥＬはエネルギ放射形状を有している。図７を図５と比較することで、図６に示された放射形状は、インジェクタエレメント２０によって、中空体２１に沿って放射された一様でないエネルギ分布をさらに改善することは明らかである。同様の結果が、図１２に示されたような、インジェクタエレメント２０に対して得られ、インジェクタエレメントは、プレート２１ａ、２１ｂの全面に、全体的に一様な放射形状を有する。
【００７４】
光学エレメント３５ｉを備える光源２３としてＣ−ＶＣＳＥＬを使用することは、かなりの長さのインジェクタエレメントを生じ、１メートル（図１及び図３に示した円筒状の中空体２１のように）より大きく、又は大きな面積（図１２に示したような直方体形状を有する中空体２１のような）を有し、特に９０％を超えるような大きな出力（培地に送られたパワー／Ｃ−ＶＣＳＥＬによって放射されたパワー）を有する。
【００７５】
図１及び図２に示された実施例において、Ｃ−ＶＣＳＥＬの放射面２６は中空体２１の横断面と実質的に同一の寸法である。変形例として、図１２及び図１３に示されるように、放射面２６は、中空体２１の横断面より小さい寸法もまた可能である。このような場合、インジェクタエレメント２０は、Ｃ−ＶＣＳＥＬの拡大画像を投影している光学システムをさらに備えることが可能であり、好ましくは、照明ガイドのセクション、中空体２１の投入において配置される発散レンズ（又はプリズム）３５１に備える。このような装置は、当業者によく知られており、少なくとも２つのレンズ又は２つのプリズムを備える。
【００７６】
また、制御装置２９は、光源２３を制御するように構成可能であり、パルス光を放射する。特に、ＶＣＳＥＬを伴って、照明は、高頻度でＧＨＺを超えて調整可能である。反対に、ＬＥＤは１００ＭＨＺを超えるかもしれない。
【００７７】
また、インジェクタエレメント２０は、光源２３から熱損失を回復するように構成された平面熱パイプに取り付けられる。平面熱パイプは、培養コンテナ１１の外側であって、光源２３に接触するように配置される。このようにして、培養コンテナ１１の温度は、より容易に光合成微生物の成長のために特別な温度に維持される。
【００７８】
光バイオリアクタの使用のため、光源２３（あるいは、Ｃ−ＶＣＳＥＬ）は、赤色光に対応する波長を、特に６２０ｎｍから７８０ｎｍの波長を、放射するように構成される。
（特に白色光のインジェクタ要素のような、家庭照明の場合）
【００７９】
図８、９、１０、１１及び１３には、本発明の別の実施形態に係る家庭照明のための照明エレメント５０を示す。
【００８０】
照明エレメント５０は、上述したような照明インジェクタエレメント２０を備える。
【００８１】
家庭照明用のインジェクタエレメント２０の使用のため、インジェクタエレメント２０は、例えば、中空体２１の側壁に沿うように適用された蛍光体３９を備える。図９に示すように、蛍光体３９は、例えば、透明な有機材料又は鉱物材料に封入されることで保護されている。また、図８及び図１０に示すように、中空体２１は、蛍光体３９が間に配置される二重壁２４を有することができる。白色光を放射するインジェクタエレメント２０を作り出すため、蛍光体３９は３つの異なる蛍光色（赤緑青、又はＲＧＢ）を混ぜて、光源２３（あるいは、Ｃ−ＶＣＳＥＬ）は、青色光に対応する波長を、特に４４６ｎｍから５００ｎｍの波長を、放射するように構成される。
【００８２】
蛍光体による白色光への青色光の変換過程は、照明の方向性を相殺することは明らかである。言い換えると、基本の青色光は指向性（レーザ）であるが、蛍光体によって放射された照明が拡散される。蛍光体によって放射された照明は、照明ガイドに拡散できず、インジェクタの外周面において均一なフローを取得するように簡単に構成される。
【００８３】
変形例として、光源２３がＣ−ＶＣＳＥＬを備えるときには、Ｃ−ＶＣＳＥＬは、赤色光に対応する波長を、特に６２０ｎｍから７８０ｎｍの波長を、放射するように構成される第１のＶＣＳＥＬグループ、青色光に対応する波長を、特に４４６ｎｍから５００ｎｍの波長を、放射するように構成される第２のＶＣＳＥＬグループ、及び、緑色光に対応する波長を、特に５００ｎｍから５７８ｎｍの波長を、放射するように構成される第３のＶＣＳＥＬグループを有する。このため、例えば、第１、第２及び第３のＶＣＳＥＬグループを取得するための局所化されたエピタキシーを実行することが可能であり、互いに組みこみ、好ましくは、赤色ＶＣＳＥＬ、緑色ＶＣＳＥＬ及び青色ＶＣＳＥＬを含む、いかなるＶＣＳＥＬのＣ−ＶＣＳＥＬサブグループを有する。これにより、互いに異なる赤、青、緑色のビームは、Ｃ−ＶＣＳＥＬによって放射され、インジェクタエレメント２０の外側に向かう白色光の放射を生じるために、インジェクタエレメント２０の中空体２１内で混ぜ合わされる。
【００８４】
次の実施形態では、天井照明としてインジェクタエレメント２０を使用することについて記載する。
【００８５】
図８に示した第１実施形態によると、インジェクタエレメント２０の中空体２１は、回転シリンダの形状を有し、照明エレメント５０は、インジェクタエレメント２０によって放射された白色光を、前方向（部屋の床）において後部（天井）に向かって反射するため、中空体２１から離れて、且つ対面するような位置に配置された鏡４０をさらに有する。
【００８６】
鏡４０は、例えば、インジェクタエレメント２０の縦軸２２に平行な縦軸によって延在し、逆Ｕ字断面を有する。このため、鏡４０は、天井に対して平行に配置される第１パネルと、１２０度回転くらいで第１パネルの両側に延在する第２、第３パネルを有する。このような実施形態によると、インジェクタエレメント２０は全周（２π）にわたって照明を放射することは明らかである。
【００８７】
図９に示すように、第２実施形態によると、インジェクタエレメント２０の中空体２１は、回転シリンダの形状を有し、半円筒形状に対応する中空体２１の一部において、蛍光体２１は、中空体２１の内部に面する反射面を有する鏡４１に取ってかえられており、中空体２１の内部に向かって鏡４１に向かって放射されたエネルギを反射している。鏡４１を受ける中空体２１の一部は、天井に面して配置されるように意図され、インジェクタエレメント２０によって天井に向かって放射されたエネルギを、中空体２１の内部に向かって反射する。このような実施形態によれば、インジェクタエレメント２０は半周（π）にわたって照明を放射することは明らかである。
【００８８】
図１０及び図１１に示すように、第３の実施形態によると、インジェクタエレメント２０の中空体２１は、半分の回転シリンダ形状を有し、平側壁２４ａは平鏡４２に取り付けられ、天井鏡４２に向かって放射されたエネルギを、中空体２１の内部に向かって反射し、凸状側壁２４ｂは蛍光体３９に取り付けられる。平側壁２４ａは、天井に面して配置されるように意図され、インジェクタエレメント２０によって天井に向かって放射されたエネルギを、中空体２１の内部に向かって反射する。蛍光体３９は、例えば、凸状側壁２４ｂの外面に配置され、外部環境から保護するために封入されている。このような実施形態によると、インジェクタエレメント２０は、半周（π）にわたって照明を放射することは明らかである。
【００８９】
このような実施形態によれば、Ｃ−ＶＣＳＥＬの放射面２６は、好ましくは、半円盤形状を有し、その半円盤の直線部２６０は中空体２１の平側壁２４ａに平行となるが、接触しないように配置される。
【００９０】
このような実施形態によれば、Ｃ−ＶＣＳＥＬは、好ましくは、インジェクタエレメント２０の縦軸２２の垂直方向に、その突出から地面に向かって離れていくような地上レベルで受け取ったエネルギ密度の損失を、補償するようにさらに構成される。このため、インジェクタの直線部２６０に平行な直線である軸が、より直線部２６０に近づいて形成されるときに、ＶＣＳＥＬの表面密度は増加する。ＶＣＳＥＬの表面密度のバリエーションにおける機能は、好ましくは、２次従属性を有し、インジェクタエレメント２０の縦軸２２と地面上の適当な照明点との間の距離に関係する。
【００９１】
他に説明すると、Ｃ−ＶＣＳＥＬは、直線部２６０に対して垂直方向に延びる方向２６１において、放射面２６の直線部２６０から離れて減少する照明エネルギ量を放射するように構成される。このため、ＶＣＳＥＬは、例えば、放射面２６の直線部２６０に平行な一直線にされ、ＶＣＳＥＬの隣接する２つのライン間の距離は、その方向２６１において、放射面２６の直線部２６０から離れていくと増加する。Ｃ−ＶＣＳＥＬにおけるＶＣＳＥＬの表面密度の増加は、例えば、方向２６１において、放射面２６の直線部２６０により近づくように二次的に増加する。このような特定の実施形態によると、ＶＣＳＥＬは、Ｃ−ＶＣＳＥＬにおいて、同じ寸法の基本放射面を有することができる。あるいは、ＶＣＳＥＬの基本放射面は、方向２６１において、直線部２６０から離れると減少可能である。Ｃ−ＶＣＳＥＬ回路の右端の方向に（方向２６１に）シフトするときに、ＶＣＳＥＬの密度の２次的増加は、地上に届くエネルギ密度を一定に保ち、インジェクタの軸２２に垂直な地面となるように軸が形成される。地上に届くフローを修正することは、Ｃ−ＶＣＳＥＬに入れられたＶＣＳＥＬの最大密度によって限定される。このような技術は、方向２２に垂直な照明の領域をかなり広げる。
【００９２】
このような実施形態によると、光学エレメント３５ｉと開口３８ｉは、好ましくは、エレメント３５間の照明ビームのエネルギを分布するように、中央に穴を有する半レンズの形状を有する。半レンズの直線部は、中空体の平側壁２４ａに配置される。このようにして、インジェクタエレメント２０は、中空体２１内に光学エレメント３５ｉを配置することで作り出すことが可能であり、鏡４２を使用する中空体２１を再閉して、カバーとして作用する。
【００９３】
図１３に示すように、４つ目の実施形態によると、インジェクタエレメント２０は、図１２に示された半インジェクタエレメント２０に相当する。他に説明すると、第１のプレート２１ａと第１のプレート２１ａに結びついた各プリズムのカップルのうちのプリズムとは、第２のプレート２１ｂに面する平鏡４３によって取ってかえられ、インジェクタエレメント２０によって鏡４３に向かって放射されたエネルギを、中空体２１の内部に向かって反射する。鏡４３は、プリズム３５の他端からｄｉ／２の距離の位置に配置される。鏡４３は、天井に面して配置されるように意図され、インジェクタエレメント２０によって天井に向かって放射されたエネルギを、中空体２１の内部に向かって反射する。蛍光体３９は、例えば、第２のプレート２１ｂの外面に配置可能であり、外部環境から保護するために封入される。このような実施形態によれば、インジェクタエレメント２０は、第２のプレート２１ｂの全面にわたって照明を放射することは明らかである。
【００９４】
また、上述してきた図８及び図１２で説明したインジェクタは、光合成微生物の集約及び連続培養のための照明に適用することができる。このようにして、光エレメント５０は、蛍光体３９を有さず、光源２３（あるいは、Ｃ−ＶＣＳＥＬ）は、赤色光に相当する波長を、特に６２０から７８０ｎｍの波長を、放射するように構成される。図８、９、１０、１１、１２、１３で説明したインジェクタは、天井照明又は壁照明のために使用可能である。上述したように、蛍光体が使用されるバージョンにおいて、蛍光体の構成の注意深い選択によって、多様な光の色を作りだすことが可能であることに留意されるに違いない。同様に、ＲＧＢ  Ｃ−ＶＣＳＥＬのバージョンにおいて、赤色、緑色又は青色のグループの各々によって放射される光度の相対的な重さの変化は、インジェクタエレメント１０によって放射される光の色を修正する。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月27日(2017.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
図１０及び図１１に示すように、第３の実施形態によると、インジェクタエレメント２０の中空体２１は、半分の回転シリンダ形状を有し、平側壁２４ａは平鏡４２に取り付けられ、鏡４２に向かって放射されたエネルギを、中空体２１の内部に向かって反射し、凸状側壁２４ｂは蛍光体３９に取り付けられる。平側壁２４ａは、天井に面して配置されるように意図され、インジェクタエレメント２０によって天井に向かって放射されたエネルギを、中空体２１の内部に向かって反射する。蛍光体３９は、例えば、凸状側壁２４ｂの外面に配置され、外部環境から保護するために封入されている。このような実施形態によると、インジェクタエレメント２０は、半周（π）にわたって照明を放射することは明らかである。
【国際調査報告】
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