專利名稱：用于數(shù)字窄帶波長特定的烹調(diào)、熟化、食品制備及加工的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
已通過多種寬帶加熱源執(zhí)行許多不同類型的烹調(diào)達數(shù)千年。由人類廣泛使用以進行加熱的最早且最基本的加熱源為火?；甬a(chǎn)生介于從UV到長紅外線的范圍內(nèi)的輻射熱能。 界定每一波長下的輻射的強度的輸出曲線的實際形狀依據(jù)火的溫度而改變。隨著木柴及煤炭火被石油與燃氣火爐或烹調(diào)表面替代，基本原理保持不變，即火的燃燒產(chǎn)生了寬帶輻射能量源。圍繞著具備普遍可用的寬帶的爐烹調(diào)的假設(shè)建立了知識庫。隨著在20世紀(jì)早期電變得普遍，經(jīng)常使用基于電氣化電阻的加熱線圈來代替各種基于燃燒的源。這些電阻加熱線圈在工業(yè)中經(jīng)常被類屬地稱作卡羅德(Calrod)。雖然其對于消費者來說看似為新且現(xiàn)代的，但其根本上仍為非常寬帶的輻照源。此為眾所周知的但由以下事實證明卡羅德加熱線圈可發(fā)熱呈亮紅色(此指示可見光譜中的輸出)且還將不斷地產(chǎn)生已到長紅外線波長中的能量。雖然所述加熱線圈為非常寬帶的輸出源，但取決于其在何種溫度下操作，其峰值輸出通常在長紅外線范疇內(nèi)。在最近的數(shù)十年中，也已在各種類型的爐或熟化應(yīng)用中使用石英鹵素?zé)?、管及燈泡。由于石英近似熱得多的黑體普朗克(Planckian)源，因此其比典型的電阻熱源輸出實質(zhì)上更多的可見光譜中的能量。不同的石英燈經(jīng)設(shè)計以在改變其輸出曲線的中心的不同溫度下運行，從而還影響其產(chǎn)生多少可見光能量。中心或峰值輸出通常在近紅外線或中紅外線范圍中。不論其在何種溫度下操作，石英仍為具有處于近紅外線或中紅外線范圍中的峰值輸出且具有數(shù)千納米的帶寬的寬帶源。甚至鎢絲白熾光燈泡也已用作專門爐的烹調(diào)熱源。富蘭克林S.馬利克(Franklin S. Malick)在其第4，481，405號美國專利中教示一種使用白熾光燈泡來烹調(diào)塑料烹調(diào)袋中的食品的簡單系統(tǒng)。盡管石英是比簡單電阻線圈或燃燒器更不尋常且專門的爐子，但很明顯其為正用作源的寬帶模擬輻照裝置。已使用這些形態(tài)的各種組合，但其全部僅以不同的方式組合了寬帶模擬裝置。羅伯特A.米特爾斯特(Robert A. Mittelsteadt)在其第4，486，639號美國專利中教示較早多模式烹調(diào)方法中的一者。羅伯特A.米特爾斯特教示微波爐與石英燈加熱裝置的組合。通過具有使用石英燈來直接輻照或加熱空氣并接著通過熱空氣對流來烹調(diào)的控制選項，羅伯特A.米特爾斯特將三種不同功能性組合到單個爐中。雖然微波烹調(diào)很可能為最新的根本上不同的烹調(diào)技術(shù)，但基本的射頻微波核心實際上為帶寬比上文所提及的源寬得多的模擬源。事實上，在本發(fā)明之前可在市場上獲得的僅有烹調(diào)裝置為模擬寬帶類型。羅納德·朗茨(Ronald Lentz)等人理解并在其第5，382，441號美國專利中重新教示了一些基本概念。他們認識到長波長紅外線具有比較短波長小的食品穿透深度。羅納德·朗茨等人還認識到并以某種深度重新教示普朗克黑體定律的經(jīng)典物理學(xué)，其描述依據(jù)加熱裝置的溫度而改變的寬帶輻射輸出。羅納德·朗茨等人認識到，盡管他們希望能夠控制輸出波長，但他們并不具有此問題的優(yōu)質(zhì)、直接或高效的解決方案。他們完全無法高效地解決此問題。他們因此教示使用寬帶模擬源并在輻射源與待烹調(diào)的食品之間疊置濾波器。 他們建議用水濾波器或經(jīng)處理玻璃濾波器。羅納德 朗茨等人認識到甚至他們的最佳選擇石英燈“…已經(jīng)確定為最多遞送其在SOOnm與1300nm之間的輻射的35%…”。通過教示濾波器的使用，他們因此將丟棄其能量的65%。所述65%將由濾波器吸收且將導(dǎo)致過度加熱所述濾波器并因此將其轉(zhuǎn)向到其自身的黑體輻射器中，或者使用某種外部構(gòu)件來從濾波構(gòu)件移除熱。此實施起來頗為繁瑣。在任一情形下，其均為消除來自寬帶模擬源的不想要波長的非常低效的方式。盡管羅納德·朗茨等人正教示將到達目標(biāo)的輻照限制到約500nm 的帶寬，但其仍表示寬帶源。羅納德 朗茨等人未能教示高分辨率吸收曲線。他們因此未能教示或認識到在許多產(chǎn)品的吸收曲線中存在其低效技術(shù)將仍不能夠解決的微峰值及微谷值。舉例來說，本發(fā)明可利用以下事實高分辨率曲線指示匹薩面團在1200nm下是其在 900nm下的吸收性的大概四倍。同一面團在1200nm下是其在IlOOnm下的吸收性的大約三倍。朗茨未能教示將利用此重要數(shù)據(jù)來將烹調(diào)方式優(yōu)化超過其解決方案可提供的方式的任何種類的解決方案。他們也未能教示數(shù)字的基于半導(dǎo)體的窄帶源或?qū)⑷绾谓⒒驅(qū)嵤?shù)字的基于半導(dǎo)體的窄帶源。他們也未能教示窄帶源將帶來何種優(yōu)點。他們也未能教示且并未發(fā)明出任何“即時接通” / “即時關(guān)斷”技術(shù)。他們既未能教示任何脈沖式輻照技術(shù)又未能教示將有何種優(yōu)點。盡管他們偶然地提及其發(fā)明可用其它輻照源來實踐，但所述輻射源均未被描述為數(shù)字的或基于半導(dǎo)體的或窄帶的或定向的。羅納德 朗茨等人進一步未能教示用于實施實現(xiàn)直接電子/光子轉(zhuǎn)換的任何頂輻照源的技術(shù)。很明顯，他們發(fā)明的推力包括使用濾波器來減少或消除某個不想要的寬帶范圍。多年以來已大體理解大部分基本概念輻照波長對烹調(diào)具有各種影響。舉例來說， 大體理解非常長的波長會引起表皮吸收或在非常接近表面處加熱目標(biāo)食品。這就是為什么大多數(shù)當(dāng)前爐通常經(jīng)設(shè)計以不將食品直接暴露于長紅外線源的輻照(除非表面加熱即為所期望的最終結(jié)果)的原因?？颈浩骷訜嵩ǔ０惭b于待烹調(diào)的食品上方，使得其可直接輻照所述食品，因此在接近表面處烤灼及烹調(diào)。另一方面，烘焙加熱元件安裝于食品下方，使得盤或烹調(diào)容器介于食品與加熱元件之間，因此食品將不會被長波紅外線能量直接輻照。此概念的另一實例由大衛(wèi)·麥卡特(David McCarter)在第6，294, 769號美國專利中教示，所述專利為一種用于使食品保溫且保持即食的紅外線裝置。具體來說，所述專利描述一種適用于在不導(dǎo)致實質(zhì)的額外內(nèi)部烹調(diào)的情況下使食品(例如法式炸薯條)保持在合意溫度的系統(tǒng)。正教示的概念為使用產(chǎn)生主要在從7. 91 μ到4. 7 μ的波長范圍中的紅外線熱的電阻寬帶陶瓷加熱元件的概念。圖1展示他的法式炸薯條的吸收曲線圖，所述曲線圖大體展示吸收隨著波長變長而增加直到大約5. 4 μ處的峰值吸收且接著吸收滑坡到所述曲線圖上于7μ處展示的最大波長。法式炸薯條的特定吸收系數(shù)從4. 7 μ處的大約62% 變化到5. 4 μ處的大約95%且接著回退到7 μ處的大約73%。麥卡特未能教示的是將促進輻照波長與應(yīng)用所期望的確切吸收系數(shù)的精確匹配的窄帶能量及數(shù)字源的使用。在麥卡特所描述的寬帶布置中，法式炸薯條在一種波長下展現(xiàn)出與僅相隔700nm的波長相比多50% 的吸收。通過使用麥卡特能夠發(fā)現(xiàn)的最窄源，他不能夠調(diào)諧到原本將為理想的吸收。借助寬帶源是不可能的。他還未能教示如下的數(shù)字加熱系統(tǒng)可即時關(guān)斷及接通以使食品維持在正好恰當(dāng)溫度，但其中通過具有減小的工作循環(huán)而實現(xiàn)實質(zhì)能量節(jié)省，因為僅在接通所述加熱裝置時消耗能量。他展示了對于其目的來說足夠的非常低分辨率的曲線圖。然而， 由于所述曲線圖缺少原本將提供詳細吸收曲線形狀的分辨率，因此他無法且未教示假如可用輻照成局部微峰值而非全局峰值的窄帶系統(tǒng)進行輻照，那么可在短得多的波長下獲得相同平均吸收。金楊敬(Yang Kyeong Kim)等人在第6，348，676號美國專利中教示一種用于使用石英燈進行烹調(diào)的方法。如較早所提及，他們教示輸出曲線的形狀可依據(jù)所述燈經(jīng)設(shè)計以在何種溫度下發(fā)揮作用而變化。他們展示經(jīng)設(shè)計以用作對00° K.裝置的石英燈在約1.1 μ 處具有其峰值輸出。通過比較，2300° K.裝置在約1.25μ處具有其峰值輸出，具有稍平坦的輸出曲線。不論最大輸出的波長如何，兩個裝置的曲線都展示為在整個可見范圍中及向外到中紅外線區(qū)域中的3μ或3μ以上具有實質(zhì)輸出。在圖2中，金展示不同食品物項的吸收光譜曲線。盡管所述曲線為低分辨率吸收曲線，但每一曲線為獨特的且不同于所有其它曲線。所述曲線大體共有的特性為在低于大約1400nm處比在高于所述波長處實質(zhì)上更多的透射(更少的吸收)。金設(shè)法提出理由通過使用具有較低色溫的石英燈，可由于將處于大體較高吸收區(qū)域(展示為大體高于大約1400nm)中的較長波長紅外線能量的較高輸出而較快地烹調(diào)食品。金等人未能教示的是如何利用個別食品物項的最優(yōu)烹調(diào)吸收。同樣， 食品物項在其彼此實質(zhì)上不同的吸收曲線中具有局部微峰值及微谷值。甚至在小于IOOnm 的波長內(nèi)，實質(zhì)差異也為明顯的。顯而易見，那些小的特征對于金及同組研究者來說并非有意義的，因為所展示的曲線圖具有極小的分辨率或極少的細節(jié)。通過研究圖2中所示的曲線的寬帶形狀，很明顯，將不可能進行輻照并利用匹配可為某一食品產(chǎn)品特有的微峰值或微谷值中的任一者的波長。類似于麥卡特，他們完全未能教示一種用于借助數(shù)字窄帶輻照進行烹調(diào)以真正地優(yōu)化烹調(diào)機會及效率的方法。布萊恩·法卡斯(Brian Farkas)等人在第7，307，243號美國專利中教示并入寬帶源的混合的又一些方式。他們還認識到，較長波長大體靠近于食品物項的表面被吸收，且相反，較短波長趨向于具有較大穿透性。他們教示普朗克黑體源在不同瓦特數(shù)及溫度下的使用。他們借助數(shù)個曲線圖展示可如何依據(jù)中心波長及曲線平坦度來改變這些常規(guī)模擬寬帶源。他們同樣展示物理學(xué)中眾所周知的內(nèi)容黑體源越熱地操作，中心波長將越短。對應(yīng)地，隨著波長變得更短，曲線變得稍微陡峭且更陡變。然而，同樣展示，不管應(yīng)用了多少種方式，其仍為在寬度上為數(shù)千納米且其陡度及曲線與所施加電壓或電流(瓦特數(shù))成比例改變的模擬寬帶源。他們進一步認識到，爐本身的主體及結(jié)構(gòu)在一時間周期內(nèi)加熱且變?yōu)槠渥陨淼暮隗w再輻射器。他們教示且展示，甚至在將加熱元件關(guān)斷時，仍由于結(jié)構(gòu)性再輻射而存在正在爐中進行的實質(zhì)輻射烹調(diào)。此教示而直接背離具有即時接通及關(guān)斷的能力的本發(fā)明，且預(yù)加熱時間對烹調(diào)的質(zhì)量幾乎不具有影響。法卡斯繼續(xù)教示許多年來已知但僅呈不同配置的爐布置的內(nèi)容。如同較早所提及的其他人，法卡斯未能教示將從并入有數(shù)字窄帶源以利用高分辨率吸收曲線中的微峰值及微谷值來優(yōu)化所期望加熱或烹調(diào)的本發(fā)明獲得的優(yōu)點中的任一者。他們還未能教示可通過使用與目標(biāo)及烹調(diào)工作恰當(dāng)匹配的直接窄帶輻照實現(xiàn)的額外烹調(diào)速度。各種其它專利教示控制或者調(diào)大或調(diào)小傳統(tǒng)模擬寬帶源或者改變其與烹調(diào)目標(biāo)的距離的新穎方式。唐納德·佩蒂勃(Donald Pettibone)及同組研究者的第5，883，362 號美國專利是此種專利的實例，但其也未能教示本發(fā)明所教示的優(yōu)點、技術(shù)及技藝中的任一者。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供小量或大量的紅外線輻射裝置的實施方案，所述裝置為高度波長可選擇的且可促進將紅外線輻射用于歷史上尚不可用的全部新類別的烹調(diào)應(yīng)用及技術(shù)。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種具有熱頂加熱系統(tǒng)加工經(jīng)改進頂能量轉(zhuǎn)換效率性能的爐、過程或處理系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種具有調(diào)諧到正烹調(diào)、加工或作為目標(biāo)的特定材料的特定吸收光譜的頂穿透深度性能的頂加熱系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種可并入有經(jīng)工程設(shè)計的RED混合物的熱頂輻射系統(tǒng)，所述RED在例如對于烹調(diào)應(yīng)用類別來說可為最優(yōu)的選定窄波長帶下產(chǎn)生頂輻射。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種能夠以脈沖模式進行驅(qū)動的頂加熱系統(tǒng)；所述脈沖模式特別適于在烹調(diào)過程期間輸送食品物項時向所述食品物項提供頂熱或適于促進食品物項的同步追蹤。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供更可經(jīng)由金屬化反射器元件引導(dǎo)的頂加熱元件。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種能夠結(jié)合食品溫度測量系統(tǒng)工作以提供食品特定頂加熱能力的頂加熱系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供制作為直接電流/光子頂基于半導(dǎo)體的發(fā)射器或輻射發(fā)射二極管(RED)的陣列的頂加熱元件。本發(fā)明的又一優(yōu)點是提供一種利用使用導(dǎo)熱電路板安裝式裝置、板上芯片安裝式裝置、球柵陣列安裝式裝置、放大大小的裝置及基于集成電路的裝置中的至少一者而制作成陣列的數(shù)字窄帶基于半導(dǎo)體的裝置的熱注入系統(tǒng)。本發(fā)明的又一優(yōu)點是提供一種在高度特定的單一或多種窄波長帶下有實質(zhì)輻射輸出的紅外線輻照系統(tǒng)。本發(fā)明的又一優(yōu)點是產(chǎn)生強力的熱紅外線輻射且對于位置、強度、波長、接通/關(guān)斷速率、定向性、脈沖產(chǎn)生頻率及產(chǎn)品追蹤中的至少一者為高度可編程的功能性。本發(fā)明的又一優(yōu)點是促進用于注入熱能的與當(dāng)前寬帶源相比更輸入能量高效的方法。本發(fā)明的又一目標(biāo)是提供一種用于寬廣范圍的應(yīng)用的一般輻射加熱系統(tǒng)，其可適于結(jié)合可編程性及脈沖產(chǎn)生能力而為所述應(yīng)用提供波長選擇性紅外線輻射的增加的功能性。
本發(fā)明的又一優(yōu)點是促進具有比穩(wěn)態(tài)強度高得多的瞬時強度的極快速高強度突發(fā)脈沖的能力。脈沖產(chǎn)生還可促進可實現(xiàn)對于一些應(yīng)用來說可為重要的較大水平的穿透深度的較高能量瞬時光學(xué)脈沖。本發(fā)明的又一優(yōu)點為，其可隨窄帶基于半導(dǎo)體的裝置的需要模塊化地按比例縮放以并入可需要排列在一起以提供必需的功率、大小、配置、幾何形狀、波長組合或特定應(yīng)用的工程設(shè)計所決定的其它方面的無論多少數(shù)目個裝置。這些裝置的陣列可視需要而包含數(shù)百個或數(shù)千個裝置以滿足特定應(yīng)用。本發(fā)明的又一優(yōu)點為，可容易地將廢熱傳導(dǎo)到需要其的另一位置或可將其從使用環(huán)境中傳導(dǎo)出以減少非目標(biāo)加熱。本發(fā)明的又一優(yōu)點為構(gòu)建可容易地將其環(huán)境廢熱從數(shù)字窄帶半導(dǎo)體裝置的緊鄰處移除并轉(zhuǎn)移到可甚至為戶外位置的優(yōu)選位置的爐或目標(biāo)加熱系統(tǒng)的能力。本發(fā)明的又一優(yōu)點為，可以高密度封裝RED裝置以產(chǎn)生迄今尚不可實際獲得的固態(tài)熱頂輸出功率水平。在目前所描述實施例的一個方面中，所述系統(tǒng)包括輻照區(qū)，可將食品物項定位到其中以用于直接或間接輻照中的至少一者；結(jié)構(gòu)，其用于接近輻照區(qū)固持定向輻照裝置使得來自所述輻照裝置的輻照可直接或間接地沖擊食品物項；至少一個窄帶基于半導(dǎo)體的輻射發(fā)射裝置，其操作以選擇性地發(fā)射至少一個輻射窄帶，所述至少一個窄帶基于半導(dǎo)體的輻射發(fā)射裝置為數(shù)字裝置使得其在其接通閾值下具有基于非常窄的電壓范圍改變，且所述至少一個窄帶裝置是基于匹配至少一種食品物項的吸收特性的輻照輸出波長而選擇；及控制系統(tǒng)，其至少供應(yīng)用以操作所述窄帶輻照裝置的電流。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括經(jīng)定位以允許在不使輻照輸出波長通過的情況下觀察所述輻照區(qū)的觀察窗。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括用以在觀察期間選擇性地關(guān)斷輻射的防護閘系統(tǒng)。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括操作以將所述輻照輸出波長圍封在所述系統(tǒng)中的至少一個門。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括操作以感測所述食品物項的位置的傳感器。在目前所描述實施例的另一方面中，所述傳感器包括感測所述食品物項的位置、 食品的類型及所述食品物項的大小的相機。在目前所描述實施例的另一方面中，所述相機為紅外線相機。在目前所描述實施例的另一方面中，所述傳感器的輸出用于確定圍封的狀態(tài)。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括用以將所述食品物項輸送到所述輻照區(qū)中的傳送系統(tǒng)。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括若干傳感器，所述傳感器操作以感測關(guān)于所述食品物項在以下各項中的至少一者時的至少一個方面并由于所述感測而采取行動所述輻照之前、期間或之后。在目前所描述實施例的另一方面中，所述傳感器包括感測所述食品物項的位置、 食品類型及大小的相機。
8
在目前所描述實施例的另一方面中，所述相機為紅外線相機。在目前所描述實施例的另一方面中，所述至少一個方面為溫度、表面干燥度、色彩或大小。在目前所描述實施例的另一方面中，所述窄帶輻照裝置在700nm與1200nm之間某處的近紅外線范圍中產(chǎn)生其窄帶輻照。在目前所描述實施例的另一方面中，所述窄帶輻照裝置在1200nm與3500nm之間的中紅外線范圍中產(chǎn)生至少一個窄帶輻照帶。在目前所描述實施例的另一方面中，所述窄帶輻照裝置在可見光范圍中產(chǎn)生至少一個窄帶輻照帶。在目前所描述實施例的另一方面中，所述窄帶輻照裝置在高于3500nm下產(chǎn)生至少一個窄帶輻照帶。在目前所描述實施例的另一方面中，所述至少一個窄帶基于半導(dǎo)體的輻射發(fā)射裝置在兩種不同窄帶輻照波長下產(chǎn)生其窄帶輻照，所述兩種不同窄帶輻照波長中的每一者經(jīng)選擇使得所述波長匹配可被輻照的所預(yù)期目標(biāo)的吸收特性。在目前所描述實施例的另一方面中，所述食品物項的吸收特性在所述兩種波長中的每一者的中心處為不同的。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括寬帶輻照元件，所述寬帶輻照元件經(jīng)選擇性地激活以用于除進行窄帶加熱以外還烹調(diào)所述食品物項。在目前所描述實施例的另一方面中，所述寬帶輻照元件包括石英層、敏感加熱元件及微波元件中的至少一者。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)使用至少兩個(2)輻照帶，其中的一者低于1400nm且其中的另一者高于1400nm。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)包括烹調(diào)室，其具有用以安全地將輻照能量圍封在所述烹調(diào)室內(nèi)的配置，且可將食品物項定位到所述烹調(diào)室中以用于直接或間接輻照中的至少一者；結(jié)構(gòu)，其用于至少部分地包封所述烹調(diào)室且用于接近于所述烹調(diào)區(qū)固持定向輻照裝置使得來自所述輻照裝置的輻照可進行以下各項中的至少一者直接沖擊所述食品物項或間接沖擊所述食品物項；至少一個窄帶基于半導(dǎo)體的發(fā)射裝置，所述至少一個窄帶基于半導(dǎo)體的發(fā)射裝置經(jīng)選擇使得其輻照輸出的波長匹配所述目標(biāo)食品物項中的至少一者在所述波長下的至少一個吸收特性；及控制系統(tǒng)，其用于供應(yīng)至少用以對所述窄帶輻照裝置進行數(shù)字控制的電流以基于以下各項中的至少一者而在所述室中提供所述輻照輸出用戶接口設(shè)定、傳感器輸出或所述室為有效的且安全地圍封所述輻照能量的確定。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括經(jīng)定位以允許在不使輻照輸出波長通過的情況下觀察所述輻照區(qū)的觀察窗。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括用以在觀察期間選擇性地關(guān)斷輻射的防護閘系統(tǒng)。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括用以將所述食品物項輸送到所述輻照區(qū)中的傳送系統(tǒng)。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括若干傳感器，所述傳感器操作以感測關(guān)于所述食品物項在以下各項中的至少一者時的至少一個方面并由于所述感測而采取行動所述輻照之前、期間或之后。在目前所描述實施例的另一方面中，所述傳感器包括感測所述食品物項的位置、 食品類型及大小的相機。在目前所描述實施例的另一方面中，所述相機為紅外線相機。在目前所描述實施例的另一方面中，所述至少一個方面為溫度、表面干燥度、色彩或大小。在目前所描述實施例的另一方面中，所述窄帶輻照裝置在700nm與1200nm之間某處的近紅外線范圍中產(chǎn)生其窄帶輻照。在目前所描述實施例的另一方面中，所述窄帶輻照裝置在1200nm與3500nm之間的中紅外線范圍中產(chǎn)生至少一個窄帶輻照帶。在目前所描述實施例的另一方面中，所述窄帶輻照裝置在可見光范圍中產(chǎn)生至少一個窄帶輻照帶。在目前所描述實施例的另一方面中，所述窄帶輻照裝置在高于3500nm下產(chǎn)生至少一個窄帶輻照帶。在目前所描述實施例的另一方面中，所述至少一個窄帶基于半導(dǎo)體的輻射發(fā)射裝置在兩個不同窄帶輻照波長下產(chǎn)生其窄帶輻照，所述兩個不同窄帶輻照波長中的每一者經(jīng)選擇使得所述波長匹配可被輻照的所預(yù)期目標(biāo)的吸收特性。在目前所描述實施例的另一方面中，所述食品物項的吸收特性在所述兩種波長中的每一者的中心處為不同的。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括寬帶輻照元件，所述寬帶輻照元件經(jīng)選擇性地激活以用于除進行窄帶加熱以外還烹調(diào)所述食品物項。在目前所描述實施例的另一方面中，所述寬帶輻照元件包括石英層、敏感加熱元件及微波元件中的至少一者。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)使用至少兩個(2)輻照帶，其中的一者低于1400nm且其中的另一者高于1400nm。在目前所描述實施例的另一方面中，所述控制系統(tǒng)包括操作以冷卻系統(tǒng)電子器件的冷卻系統(tǒng)。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括操作以向用戶警示烹調(diào)或系統(tǒng)狀態(tài)的通知系統(tǒng)。在目前所描述實施例的另一方面中，所述系統(tǒng)進一步包括操作以清除所述冷卻室的濕氣、煙氣或蒸氣中的至少一者的通風(fēng)系統(tǒng)。在目前所描述實施例的另一方面中，所述通風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)扇或催化劑。在目前所描述實施例的另一方面中，所述方法包括將至少一個目標(biāo)食品物項引入到所述輻照區(qū)中并對其進行定位，使得其可由輻射發(fā)射裝置直接或間接輻照；安全地圍封輻照區(qū)；在所述輻照區(qū)被安全圍封時的周期期間從至少一個數(shù)字窄帶基于半導(dǎo)體的輻照裝置發(fā)射定向輻射；及在所述發(fā)射期間用匹配所述至少一個目標(biāo)食品物項的吸收特性的至少一種窄帶波長輻照所述至少一個食品物項。在目前所描述實施例的另一方面中，所述輻照所述至少一個食品物項包括依據(jù)定向發(fā)射而噴涂所述至少一個食品物項。在目前所描述實施例的另一方面中，所述方法進一步包括輻照一元件以給所述至少一個食品物項添加選定風(fēng)味。在目前所描述實施例的另一方面中，所述發(fā)射包括使所述至少一個輻照裝置產(chǎn)生脈沖。在目前所描述實施例的另一方面中，至少一種窄帶波長包括兩個波長帶，所述兩個波長帶是基于在所述波長帶的每一中心處實質(zhì)上不同的吸收特性而選擇的。在目前所描述實施例的另一方面中，所述選定波長帶的中心分離至少150nm。在目前所描述實施例的另一方面中，所述至少一個窄帶波長實現(xiàn)進入到所述食品物項中的深穿透。在目前所描述實施例的另一方面中，所述至少一種窄帶波長實現(xiàn)所述食品物項的表面加熱。在目前所描述實施例的另一方面中，所述至少一種窄帶波長在不加熱所述食品物項的所述表面的情況下實現(xiàn)所述食品物項的深穿透。在目前所描述實施例的另一方面中，所述方法進一步包括使用寬帶源來輻照所述至少一個食品物項。在目前所描述實施例的另一方面中，所述輻照實現(xiàn)所述食品物項的深穿透及所述食品物項的表面烘烤兩者。在目前所描述實施例的另一方面中，所述方法包括進行布置以使待烹調(diào)、熟化或干燥的食品物項處于接近于至少一個窄帶、半導(dǎo)體帶輻射發(fā)射器的輻照區(qū)中；從至少一個數(shù)字窄帶基于半導(dǎo)體的輻射發(fā)射器裝置在一波長下輻照所述食品物項達一時間周期，所述波長對應(yīng)于所述食品物項在所述波長下的優(yōu)選吸收特性；及通過感測所述食品物項在以下各項中的至少一者時的至少一個方面并由于所述感測而采取行動來控制所述輻照所述輻照之前、期間或之后。在目前所描述實施例的另一方面中，所述方法包括將所述食品物項輸送到烹調(diào)室中；在所述食品物項正被輸送到所述烹調(diào)室中時感測所述食品物項的位置；檢測所述食品物項處于所期望位置中；基于所述檢測而停止所述輸送；關(guān)閉所述烹調(diào)室以安全地圍封所述室的容納物；感測或輸入所述食品物項的若干方面；基于所述感測或輸入并基于烹調(diào)參數(shù)而確定烹調(diào)型式；基于所述烹調(diào)型式而從至少一個數(shù)字窄帶基于半導(dǎo)體的輻射發(fā)射器裝置在一波長下輻照所述食品物項達一時間周期，所述波長對應(yīng)于所述食品物項在所述波長下的優(yōu)選吸收特性；在所述輻照完成之后開啟所述烹調(diào)室；及從所述烹調(diào)室中輸送出所述食品物項。


圖1是展示吸收曲線的曲線圖；圖2是展示吸收曲線的曲線圖；圖3是窄帶發(fā)射裝置的圖解說明；圖4是窄帶發(fā)射裝置的圖解說明；圖5是窄帶發(fā)射裝置的圖解說明；
圖6是窄帶發(fā)射裝置的圖解說明；圖7是窄帶發(fā)射裝置的圖解說明；圖8是窄帶發(fā)射裝置的圖解說明；圖9是窄帶發(fā)射裝置的圖解說明；圖10是窄帶發(fā)射裝置陣列的圖解說明；圖11是展示吸收曲線的曲線圖；圖12是目前所描述實施例中的實施例的圖解說明；圖13是目前所描述實施例中的實施例的圖解說明；圖14是目前所描述實施例中的實施例的圖解說明；圖15是圖解說明“即時接通”裝置對電阻加熱裝置的操作的曲線圖；且，圖16是展示吸收對透射的圖表。
具體實施例方式本發(fā)明揭示內(nèi)容涵蓋一種用于將數(shù)字窄帶波長特定的熱紅外線(IR)能量直接注入到一系列加熱、烹調(diào)、加工及熟化應(yīng)用的食品及其它目標(biāo)物項中的系統(tǒng)，所述應(yīng)用包含適于面包、糕點、包裝食品(package)、個別食譜組分、匹薩、肉類、海產(chǎn)品、禽肉、蔬菜、預(yù)先制備的食品或主食、其部分或組合或者各種其它加熱過程的各種類型的烹調(diào)制備。實踐本發(fā)明的目的可包含加熱、提升或維持食品或其它物項的溫度以導(dǎo)致烹調(diào)、烘焙、油炸、醒發(fā)、烘烤、加溫、發(fā)酵、熟化及干燥以及食品或其它產(chǎn)品的制造或制備中所涉及的其它反應(yīng)。本發(fā)明可尤其適用于需要借助引導(dǎo)、用脈沖輸送或注入輻射光子能量而以特定選擇的波長進行數(shù)字基于半導(dǎo)體的窄帶輻照的實施方案或?qū)乃鰧嵤┓桨斧@益的操作。當(dāng)應(yīng)用需要高速度、高性能、高選擇性或高能量效率中的至少一者(其可隨著將本發(fā)明應(yīng)用于不同應(yīng)用而變化)時，此新的系統(tǒng)為特別有利的。關(guān)于窄帶輻射，可通過參看假想的輻射加熱實例來圖解說明提供波長特定輻照的益處。假設(shè)來自可見范圍到中紅外線范圍的電磁輻射大體可透過的材料需要過程加熱以支持某種制造操作。上文所描述的實例表示可如何針對實際應(yīng)用最有利地應(yīng)用目前所描述的實施例。僅產(chǎn)生如本發(fā)明內(nèi)所描述的波長特定輻射能量輸出的能力有希望大大改進(舉例來說)加熱、熟化或干燥食品物項的各種過程加熱應(yīng)用的效率。本發(fā)明直接涉及一種能夠以選定波長直接輸出大量輻射以用于替換此模擬寬帶類型加熱裝置(例如，用于食品加工)的目的的新穎且新式的方法。還應(yīng)注意，半導(dǎo)體處理技術(shù)的最近進展已導(dǎo)致在大體近紅外線及中紅外線范圍中操作的直接電子/光子固態(tài)發(fā)射器的可用性。這些固態(tài)裝置中的一些裝置類似于常見發(fā)光二極管(LED)而操作，不過其不發(fā)射可見光而是以較長的近紅外線及中紅外線波長發(fā)射真正的熱頂能量。這些裝置中變得可用的第一種的一些裝置表示利用量子點技術(shù)的全新類別的裝置，所述裝置已突破一直阻止產(chǎn)生可用作其輸出為偽單色且在中紅外線波長帶中的直接電子/光子轉(zhuǎn)換器的可用的具成本效益的固態(tài)裝置的障礙。為了區(qū)分此新類別的裝置與常規(guī)較短波長裝置(LED)，較適當(dāng)?shù)貙⑦@些裝置描述為輻射(radiance)或輻射(radiation)發(fā)射二極管(RED)。所述裝置具有在嚴格受限的波長范圍中發(fā)射輻射電磁能量的性質(zhì)。此外，經(jīng)由恰當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體處理操作，可調(diào)諧RED以通過相應(yīng)地匹配目標(biāo)的吸收光譜而在最有利于特定輻射處理應(yīng)用的特定波長下發(fā)射。另外，涉及經(jīng)摻雜平面區(qū)域的形成的RED技術(shù)創(chuàng)新已逐步形成，所述經(jīng)摻雜平面區(qū)域與形成為用于在目標(biāo)頂范圍中且可能超過所述范圍產(chǎn)生光子的隨機分布的小材料區(qū)或量子點陣列的經(jīng)相反摻雜區(qū)域接觸。此制作方法或充分應(yīng)用的例如形成新穎半導(dǎo)化合物的其它方法將產(chǎn)生用于本發(fā)明的適合偽單色固態(tài)中紅外線發(fā)射器。替代半導(dǎo)體技術(shù)還可在將為借以實踐本發(fā)明的適合構(gòu)建塊的中紅外線以及長波長紅外線兩者中變?yōu)榭捎玫?。這些所描述實施例內(nèi)所涵蓋的直接電子(或電流)/光子轉(zhuǎn)換在與此所制作二極管發(fā)射器的本質(zhì)帶隙及量子點幾何形狀一致的經(jīng)常稱為偽單色的窄波長范圍內(nèi)發(fā)生。 預(yù)期，候選RED發(fā)射器的半功率帶寬將落在20納米到500納米范圍內(nèi)的某處。此類型的紅外線發(fā)射器的窄寬度應(yīng)支持本完整發(fā)明的內(nèi)容內(nèi)所識別的多種波長特定輻照應(yīng)用。一個種類的RED裝置及借以制作所述裝置的技術(shù)為以下申請案的主題2004年11月16日提出申請的標(biāo)題為“Quantum Dot Semiconductor Device (量子點半導(dǎo)體裝置)”且將薩瑪·申哈利(Samar Sinharoy)及大衛(wèi)·伊維德(Dave Wilt)指名為發(fā)明人的單獨專利申請案第60/628，330號美國申請案(代理人檔案號ERI. P. US0002 ；快遞郵件標(biāo)簽號EL 726091609US)(也在2005年11月16日作為第11Λ80，509號美國申請案提出申請)，所述申請案以引用的方式并入本文中。根據(jù)此“量子點半導(dǎo)體裝置”申請案，此項技術(shù)中已知半導(dǎo)體裝置。所述半導(dǎo)體裝置用于將電磁輻射轉(zhuǎn)換為電的光伏打電池中。這些裝置還可用作將電能轉(zhuǎn)換成電磁輻射 (例如，光)的發(fā)光二極管(LED)。對于大多數(shù)半導(dǎo)體應(yīng)用，將所期望帶隙(電子伏特)或所期望波長(微米)作為目標(biāo)，且以一方式制備半導(dǎo)體使得其可滿足所期望帶隙范圍或波長范圍。實現(xiàn)特定發(fā)射波長或能量電子伏特的能力并非小事。實際上，半導(dǎo)體由特定材料的選擇、其能隙、其晶格常數(shù)及其內(nèi)在發(fā)射能力限制。已用以修整半導(dǎo)體裝置的一種技術(shù)為采用二元或三元化合物。通過使裝置的組成特性變化，已工程設(shè)計出技術(shù)上有用的裝置。還可操縱半導(dǎo)體裝置的設(shè)計以修整所述裝置的行為。在一個實例中，所述半導(dǎo)體裝置內(nèi)可包含量子點。認為這些點對勢壘進行量子局限且借此與同一半導(dǎo)體的塊體樣本相比更改光子發(fā)射的能量。舉例來說，第6，507，042號美國專利教示包含量子點層的半導(dǎo)體裝置。具體來說，其教示沉積在砷化銦鎵(InxGi^xAs)層上的砷化銦(InAs)量子點。此專利揭示，與量子點相關(guān)聯(lián)的光子的發(fā)射波長可通過控制量子點(即，InAs)與所述點沉積到的層(即，hxGai_xAs)之間的晶格失配量來控制。此專利還揭示以下事實InxGai_xAs襯底與 InAs量子點之間的晶格失配可通過更改hxGai_xAs襯底內(nèi)銦的水平來控制。隨著Lx^vxAs 襯底內(nèi)銦的量增加，失配程度降低，且與光子發(fā)射相關(guān)聯(lián)的波長增加(即，能隙降低)。實際上，此專利揭示，襯底內(nèi)銦的量從大約10%到大約20%的增加可使相關(guān)聯(lián)光子的波長從大約1. 1 μ m增加到大約1. 3μπι。盡管第6，507，042號美國專利中所揭示的技術(shù)可證明在提供可發(fā)射或吸收具有大約1. 3μπι的波長的光子的裝置中為有用的，但增加hxGai_xAs襯底內(nèi)銦的量的能力為有限的。換句話說，隨著銦的水平增加高于20%、30%或甚至40%，晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的不完整性或缺陷的程度變?yōu)橄拗菩?。在hxGai_xAs襯底沉積在砷化鎵(GaAs)襯底或晶片上的情況下， 尤其如此。因此，無法通過采用第6，507，042號美國專利中所揭示的技術(shù)來實現(xiàn)發(fā)射或吸
13收較長波長(較低能隙)的光子的裝置。因此，因為具有發(fā)射或吸收比1. 3 μ m長的波長的光子的半導(dǎo)體裝置將為合意的， 所以保持對此性質(zhì)的半導(dǎo)體裝置的需要。一般來說，RED提供包括以下各項的半導(dǎo)體裝置InxGai_xAs層，其中χ為從大約 0. 64重量％到大約0. 72重量％的銦的摩爾分數(shù)；及位于所述hx(iai_xAS層上的量子點，其中所述量子點包括InAs或AlzIrvzAs,其中ζ為小于大約5重量％的鋁的摩爾分數(shù)。此還包含包括以下各項的半導(dǎo)體裝置量子點，其包括InAs或Al JrvzAs,其中ζ 為小于大約5重量％的鋁的摩爾分數(shù)；及包覆層，其接觸所述量子點的至少一部分，其中所述量子點與所述包覆層的晶格常數(shù)失配至少1. 8%且小于2. 4%。所述半導(dǎo)體裝置包含包括砷化銦鎵(Inx^vxAs)層上的砷化銦(InAs)或砷化鋁銦 (AlzIrvzAs,其中ζ等于或小于0. 05)量子點的量子點層，所述砷化銦鎵(InxGai_xAs)層可稱為InxGai_xAs基質(zhì)包層。所述點與所述^ixGivxAs基質(zhì)層的晶格常數(shù)失配。所述晶格失配可為至少1. 8 %，在其它實施例中，為至少1. 9 %，在其它實施例中，為至少2. 0%，且在其它實施例中，為至少2. 05 %。有利地，所述失配可為小于3. 2，在其它實施例中，小于3. 0 %，在其它實施例中，小于2. 5%，且在其它實施例中，小于2. 2%。在一個或一個以上實施例中， InxGa1^xAs基質(zhì)包層的晶格常數(shù)小于所述點的晶格常數(shù)。在其中所述點位于InxGahAs包覆基質(zhì)上的那些實施例中，此包覆基質(zhì)層內(nèi)銦的的摩爾濃度(即，X)可為從大約0. 55到大約0. 80、任選地從大約0. 65到大約0. 75、任選地從大約0. 66到大約0. 72且任選地從大約0. 67到大約0. 70。在一個或一個以上實施例中，InxGa1^xAs包覆基質(zhì)位于與Lx^vxAs包覆基質(zhì)晶格匹配的砷化銦磷(InP1VVsy)層上。在一個或一個以上實施例中，InxGai_xAs包層沉積到的 InP1^yAsy層為具有存在于hxGai_xAs包層與其上支撐半導(dǎo)體的襯底之間的多個分級(連續(xù)或離散UnP1VVsy層的層。在一個或一個以上實施例中，所述襯底包括磷化銦αηΡ)晶片。 所述半導(dǎo)體還可包含定位于hxGai_xAs包層與所述襯底之間的一個或一個以上其它層，例如 InxGEthAs 層。圖3中展示一個實施例。圖3以及其它各圖為示意性表示且并非相對于每一層或組件的厚度或者相對于每一層之間的相對厚度或尺寸相當(dāng)?shù)匕幢壤L制。裝置1000包含襯底1020、任選傳導(dǎo)層1025、緩沖結(jié)構(gòu)1030、包覆層1040及點層 1050。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員了解，一些半導(dǎo)體裝置通過將電流轉(zhuǎn)換成電磁輻射或?qū)㈦姶泡椛滢D(zhuǎn)換成電流而操作。此項技術(shù)中已知控制這些裝置內(nèi)的電磁輻射或電流的能力。本發(fā)明不必更改這些常規(guī)設(shè)計，制造或設(shè)計半導(dǎo)體裝置的技術(shù)中已知所述常規(guī)設(shè)計中的許多設(shè)計。在一個實施例中，襯底1020包括磷化銦αηΡ)。InP襯底1020的厚度可大于250 微米，在其它實施例中大于300微米，且在其它實施例中大于350微米。有利地，所述厚度可小于700微米，在其它實施例中小于600微米，且在其它實施例中小于500微米。在一個或一個以上實施例中，所預(yù)想的半導(dǎo)體裝置可任選地包含外延生長的磷化銦αηΡ)層。此外延生長的磷化銦層的厚度可為從大約10納米到大約1微米。在一個實施例中，任選傳導(dǎo)層1025包括砷化銦鎵(InxGi^xAs)。此層內(nèi)銦的摩爾濃度(即，χ)可為從大約0. 51到大約0. 55、任選地從大約0. 52到大約0. Μ，且任選地從大約0. 53到大約0. 535。在一個或一個以上實施例中，傳導(dǎo)層1025與InP襯底晶格匹配。傳導(dǎo)層1025可經(jīng)摻雜為給定值且具有適當(dāng)厚度以便提供給定裝置的充足導(dǎo)電性。在一個或一個以上實施例中，所述厚度可為從大約0. 05微米到大約2微米、任選地從大約0. 1微米到大約1微米。在一個或一個以上實施例中，緩沖層1030包括砷化銦磷(InP1VVsy)。在某些實施例中，緩沖層1030包括至少兩個、任選地至少三個、任選地至少四個且任選地至少五個 ^PhAsy層，其中每一層的晶格常數(shù)隨著所述層被定位成更遠離襯底1020而增加。舉例來說，且如圖4中所描繪，緩沖結(jié)構(gòu)1030包含第一緩沖層1032、第二緩沖層1034及第三緩沖層1036。緩沖結(jié)構(gòu)1030的底部層表面1031鄰近于襯底1020，且緩沖結(jié)構(gòu)1030的頂部平面表面1039鄰近于勢壘層1040。第二層1034的晶格常數(shù)大于第一層1032，且第三層1036 的晶格常數(shù)大于第二層1034。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，緩沖結(jié)構(gòu)1030的個別層的晶格常數(shù)可通過更改連續(xù)層的組成而增加。在一個或一個以上實施例中，InP1VVsy緩沖層中砷的濃度在每一連續(xù)層中增加。舉例來說，第一緩沖層1032可包含大約0. 10到大約0. 18摩爾分數(shù)的砷(即， y)，第二緩沖層1034可包含大約0. 22到大約0. 34摩爾分數(shù)的砷，且第三緩沖層1036可包含大約0. 34到大約0. 40摩爾分數(shù)的砷。在一個或一個以上實施例中，鄰近緩沖層之間(例如，層1032與層1034之間)砷的增加小于0. 17摩爾分數(shù)。相信，連續(xù)緩沖層之間所形成的任何缺陷(可因由于砷含量的增加引起的晶格常數(shù)改變而產(chǎn)生)將不有害于半導(dǎo)體。已知用于使用以此方式進行臨界組成分級的技術(shù)，如以引用的方式并入本文中的第6，482，672號美國專利中所描述。在一個或一個以上實施例中，第一緩沖層1032的厚度可為從大約0. 3微米到大約 1微米。在一個或一個以上實施例中，頂部緩沖層大體較厚以確保晶格結(jié)構(gòu)的完全松弛。在一個或一個以上實施例中，緩沖結(jié)構(gòu)1030的頂部1039處或附近的個別緩沖層 (例如，緩沖層1036)經(jīng)工程設(shè)計以具有從大約5.869 A到大約5.960 A、任選地從大約5.870 A到大約5.932 A的晶格常數(shù)。在一個或一個以上實施例中，緩沖結(jié)構(gòu)1030的底部1031處或附近的個別緩沖層 (例如，緩沖層103 優(yōu)選地在臨界組成分級技術(shù)的局限內(nèi)工程設(shè)計。換句話說，因為第一緩沖層(例如，緩沖層1032)沉積于hP晶片上，所以存在于第一緩沖層(例如，層1032) 內(nèi)的砷的量小于17摩爾分數(shù)。包覆層1040包括InxGivxAstj在一個或一個以上實施例中，此層優(yōu)選地與緩沖結(jié)構(gòu)1030的頂部1039處或附近的頂部緩沖層的平面內(nèi)晶格常數(shù)晶格匹配，術(shù)語“晶格匹配” 是指特征在于在彼此的百萬分之500(即，0. 005% )內(nèi)的晶格常數(shù)的連續(xù)層。在一個或一個以上實施例中，包覆層1040可具有從大約10埃到大約5微米、任選地從大約50納米到大約1微米且任選地從大約100納米到大約0. 5微米的厚度。在一個或一個以上實施例中，量子點層1050包括砷化銦(InAs)。層1050優(yōu)選地包含潤濕層1051及量子點1052。潤濕層1051的厚度可為一個或兩個單層。在一個實施例中，從層1050的底部1053與點1055的尖峰測量的點1052的厚度可為從大約IOnm到大約200nm、任選地從大約20nm到大約IOOnm且任選地從大約30nm到大約150nm。而且，在一個實施例中，點1052的平均直徑可大于lOnm、任選地大于40nm且任選地大于70nm。
在一個或一個以上實施例中，量子層1050包含多個點層。舉例來說，如圖5中所示，量子點1050可包含第一點層1052、第二點層1054、第三點層1056及第四點層1058。每一層包括砷化銦InAs，且分別包含潤濕層1053、1055、1057及1059。每一點層同樣包含點 1055。每一點層(包含潤濕層及點)的特性大致類似，但其不需要為等同的。點層1052、1054、1056及1058中的每一者之間分別安置有中間包覆層1062、1064、 1066及1068。這些中間包覆層包括LxGiVxAs。在一個或一個以上實施例中，Inx^ihAs中間包覆層大致類似于或等同于包覆層1040。換句話說，所述中間包覆層優(yōu)選地與勢壘層1040 晶格匹配，勢壘層1040優(yōu)選地與項部緩沖層1036晶格匹配。在一個或一個以上實施例中， 中間層1062、1064、1066及1068的厚度可為從大約3nm到大約50nm、任選地從大約5nm到大約30nm且任選地從大約IOnm到大約20nm。如上文所提及，環(huán)繞量子點層的各種層可經(jīng)正摻雜或負摻雜以操縱電流。此項技術(shù)中已知用于操縱半導(dǎo)體裝置內(nèi)的電流的技術(shù)，舉例來說，如以引用的方式并入本文中的第6，573，527號、第6，482，672號及第6，507，042號美國專利中所描述。舉例來說，在一個或一個以上實施例中，可通過采用鋅、碳、鎘、鈹或鎂而將區(qū)域或?qū)訐诫s為“P型”。另一方面， 可通過采用硅、硫、碲、硒、鍺或錫而將區(qū)域或?qū)訐诫s為“η型”。可通過采用此項技術(shù)中已知的技術(shù)來制備所預(yù)想的半導(dǎo)體裝置。舉例來說， 在一個或一個以上實施例中，可通過采用有機金屬氣相外延(OMVPE)來制備各種半導(dǎo)體層。在一個或一個以上實施例中，通過采用例如史傳斯基-克拉斯擔(dān)諾夫模式 (Stranski-Krastanov mode, S-K模式)的自形成技術(shù)來制備所述點層。此技術(shù)描述于以引用的方式并入本文中的第6，507，042號美國專利中。圖6中展示包含量子點層的輻射發(fā)射二極管(RED)的一個實施例。RED 1100包含基極觸點1105、紅外線反射器1110、半絕緣半導(dǎo)體襯底1115、n型橫向傳導(dǎo)層(LCL) 1120、n 型緩沖層1125、包覆層1130、量子點層1135、包覆層1140,ρ型層1145,ρ型層1150及發(fā)射極觸點1155?；鶚O觸點1105、紅外線反射器1110、半絕緣半導(dǎo)體襯底1115、η型橫向傳導(dǎo)層(LCL) 1120、η型緩沖層1125、包覆層1130、量子點層1135及包覆層1140類似于上文所描述的那些半導(dǎo)體層?；鶚O觸點1105可包含眾多高導(dǎo)電材料。示范性材料包含金、金-鋅合金(尤其在鄰近于ρ區(qū)域時)、金-鍺合金或金-鎳合金或鉻-金(尤其在鄰近于η區(qū)域時)。基極觸點1105的厚度可為從大約0. 5微米到大約2. 0微米?？墒褂免伝蜚t薄層來增加金與電介質(zhì)材料之間的粘合性。紅外線反射器1110包括反射材料且任選地包括電介質(zhì)材料。舉例來說，可采用氧化硅作為所述電介質(zhì)材料，且可在其上沉積金作為紅外線反射材料。反射器1110的厚度可為從大約0. 5微米到大約2微米。襯底1115包括hP。襯底1115的厚度可為從大約300微米到大約600微米。橫向傳導(dǎo)層1120包括與LP襯底1115晶格匹配(S卩，在500ppm內(nèi))^ InxGa1^xAs0 而且，在一個或一個以上實施例中，層1120經(jīng)η摻雜。優(yōu)選摻雜劑為硅，且優(yōu)選的摻雜濃度程度可為從大約lE19/cm3到大約3E19/cm3。橫向傳導(dǎo)層1120的厚度可為從大約0. 5微米到大約2.0微米。緩沖層1125以與上文所描述的方式一致的方式包括三個^iP1VVsy*級層。層1125優(yōu)選地經(jīng)η摻雜。優(yōu)選摻雜劑為硅，且摻雜密度可為從大約0. lE19/cm3到大約3E9/
3
cm ο包覆層1130包括與緩沖層1125的頂部(即，其第三等級或子層)的平面內(nèi)晶格常數(shù)晶格匹配(即，在500ppm內(nèi))的InxGEthAs15在一個或一個以上實施例中，MxGi^xAs 包覆層1130包括從大約0. 60%到大約0. 70%摩爾分數(shù)的銦。包覆層1130的厚度為大約 0.1微米到大約2微米。量子點層1135包括如上文關(guān)于本發(fā)明的教示內(nèi)容所描述的InAs點。與先前實施例一樣，每一點層之間的中間層包含類似于包覆層1130(即，晶格匹配)的hx(iai_xAS包層。在一個或一個以上實施例中，一個或一個以上連續(xù)中間包覆層中銦的量可包含比包覆層1130或者先前或較低中間層少的銦。包覆層1140包括與緩沖層1125的頂部(即，其第三等級或子層)晶格匹配(即， 在 500ppm 內(nèi))的 InxGa1^xAs0局限層1145包括與InxGiVxAs層1140晶格匹配的ΙηΡ^Α、。而且，在一個或一個以上實施例中，層1145經(jīng)ρ摻雜。優(yōu)選摻雜劑為鋅，且摻雜濃度可為從大約0. lE19/cm3到大約4E19/cm3。局限層1145的厚度可為從大約20nm到大約200nm。接觸層1150包括與局限層1145晶格匹配的InxGi^xAstj接觸層1150優(yōu)選地經(jīng)ρ 摻雜(例如，用鋅摻雜)。摻雜濃度可為從大約lE19/cm3到大約4E19/cm3。接觸層1150的厚度為從大約0. 5微米到大約2微米?？蓮恼麄€表面(底層1155除外)移除接觸層1150。發(fā)射極觸點1155可包含任何高導(dǎo)電材料。在一個或一個以上實施例中，所述導(dǎo)電材料包含金/鋅合金。圖7中展示另一實施例。半導(dǎo)體裝置1200被配置為在ρ區(qū)域內(nèi)具有隧道結(jié)的輻射發(fā)射二極管。此設(shè)計有利地實現(xiàn)較低電阻接觸及較低電阻電流分布。半導(dǎo)體1200的許多方面類似于圖6中所示的半導(dǎo)體1100。舉例來說，觸點1205可類似于觸點1105，反射器 1210可類似于反射器1110，襯底1215可類似于襯底1115，橫向傳導(dǎo)層1220可類似于傳導(dǎo)層1120，緩沖層1225可類似于緩沖層1125，包覆層1230可類似于包覆層1130，點層1235可類似于點層1135，包覆層1240可類似于包覆層1140，且局限層1245可類似于局限層1145。隧道結(jié)層1247包括與局限層1245晶格匹配的hxGai_xAs。隧道結(jié)層1247的厚度為大約20nm到大約50nm。隧道結(jié)層1247優(yōu)選地經(jīng)ρ摻雜(例如，用鋅)，且摻雜濃度可為從大約lE19/cm3到大約4E19/cm3。隧道結(jié)層1250包括與隧道結(jié)1247晶格匹配的MxGivxAstj 隧道結(jié)層1250的厚度為從大約20nm到大約5，OOOnm。隧道結(jié)層1250優(yōu)選地經(jīng)η摻雜(例如，硅)，且摻雜濃度為從大約lE19/cm3到大約4E19/cm3。發(fā)射極觸點1255可包含多種導(dǎo)電材料，但優(yōu)選地包括對于η區(qū)域來說為優(yōu)選的那些材料，例如鉻-金、金-鍺合金或金-鎳合金。圖8中展示RED的另一實施例。半導(dǎo)體裝置1300以類似于圖7中所示的輻射發(fā)射二極管的方式被配置為RED，只不過可至少部分地由于不存在基極反射器(例如，不存在例如圖7中所示的1210的反射器)而穿過半導(dǎo)體裝置的襯底發(fā)射電磁輻射。而且，圖8中所示的半導(dǎo)體裝置1300包含發(fā)射極觸點/紅外線反射器1355，其為覆蓋裝置的整個表面 (或?qū)嵸|(zhì)上全部表面)的“全觸點”。在所有其它方面中，裝置1300類似于裝置1200。舉例來說，觸點1305可類似于觸點1205，襯底1315可類似于襯底1215，橫向傳導(dǎo)層1320可類似于傳導(dǎo)層1220，緩沖層1325 可類似于緩沖層1225，包覆層1330可類似于包覆層1230，點層1335可類似于點層1235，包覆層1340可類似于包覆層1M0，且局限層1345可類似于局限層1M5，隧道結(jié)層1347類似于隧道結(jié)層1對7，隧道結(jié)層1350類似于隧道結(jié)層1250。還可在激光二極管的制造中采用所預(yù)想的半導(dǎo)體技術(shù)。圖9中展示示范性激光器。激光器1600包含觸點1605，觸點1605可包括例如金-鉻合金的任何導(dǎo)電材料。接觸層1605的厚度為從大約0. 5微米到大約2. 0微米。襯底1610包括優(yōu)選地以大約5E18/cm3到大約10E18/cm3的濃度經(jīng)η摻雜的磷化銦。襯底1610的厚度為從大約250微米到大約600微米。任選外延磷化銦層1615優(yōu)選地以大約0. 24E19/cm3到大約lE19/cm3的濃度經(jīng)η 摻雜。外延層1615的厚度為從大約IOnm到大約500nm。分級LP1VVsy層1620類似于圖2中所示的分級LP1VVsy緩沖物。緩沖物1620優(yōu)選地以大約lE18/cm3到大約9E18/cm3的濃度經(jīng)η摻雜。層1625與1630形成波導(dǎo)1627。層1625包括磷砷化銦鎵QrvxGAxAszP1J。層 1630同樣包括LhGAxAszPht5層1625及1630兩者與層1620的頂部晶格匹配。換句話說， 層1625及1630包括大約0到大約0. 3摩爾分數(shù)的鎵及0到大約0. 8摩爾分數(shù)的砷。層 1625為大約0. 5微米到大約2微米厚，且以大約l-9E18/cm3的濃度經(jīng)η摻雜。層1630為大約500nm到大約1，500nm，且以大約0. 5E18/W到1E18/W的濃度經(jīng)η摻雜。局限層1635、點層1640及局限層1645類似于上文關(guān)于其它實施例所描述的點層及局限層。舉例來說，局限層1635類似于圖3中所示的局限層1040且點層1640類似于點層1050。在一個或一個以上實施例中，激光裝置的點區(qū)域內(nèi)所采用的點層的數(shù)目超過5個點層、任選地超過7個點層，且任選地超過9個點層(例如，循環(huán))。局限層1635及1645可具有從大約125nm到大約500nm的厚度且與波導(dǎo)晶格匹配。層1635、1640及1645優(yōu)選地未經(jīng)摻雜(即，其為本質(zhì)的)。層1650與1655形成波導(dǎo)1653。以類似于層1625及1630的方式，層1650及 1655包括與緩沖物1620的頂部晶格匹配的LhGAxAszP1Y層1650為大約500nm到大約 1，500nm,以大約0. 5E18/W到大約1E18/W的濃度經(jīng)ρ摻雜。層1655為大約1微米到大約2微米厚且以大約lE18/cm3到大約9E18/cm3的濃度經(jīng)ρ摻雜。在一個實施例中，層1660為類似于緩沖層1620的緩沖層。也就是說，砷的摩爾分數(shù)隨著每一等級更遠離量子點而降低。層1660優(yōu)選地以l-9E18/cm3的濃度經(jīng)ρ摻雜。層1665包括磷化銦αηΡ)。層1665的厚度為大約200nm到大約500nm厚且優(yōu)選地以大約lE19/cm3到大約4E19/cm3的濃度經(jīng)ρ摻雜。層1670為類似于先前實施例中所描述的其它接觸層的接觸層。在其它實施例中，層1660、1665及1670可類似于關(guān)于其它實施例所描述的其它配置。舉例來說，這些層可類似于圖6中所示的層1145、1150及1155。或者，可將類似于圖7 中所示的1245,1247,1250及1255的層替代成層1660、1665及1670。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了不背離這些裝置實施例的范圍及精神的各種修改及更改形式。當(dāng)然，應(yīng)了解，在一種形式中，本文中的開發(fā)形式并入有如所描述的RED元件。然而，應(yīng)理解，如本文件中較早所提及，可采用各種其它數(shù)字基于半導(dǎo)體的窄帶裝置技術(shù)。舉例來說，在從1.6微米到5.0微米的范圍中操作的中頂LED為已知的，且正快速變得以更大功率可用但并不如較短波長裝置廣泛可用。另外，可在做出適合修改的情況下采用各種半導(dǎo)體激光器及激光二極管。如還提及，正在開發(fā)或可能已開發(fā)用于以對本文中所描述的應(yīng)用有利的波長高效地產(chǎn)生有限帶寬輻照的其它使能技術(shù)。這些窄帶裝置中的任一者為供在實踐本發(fā)明中使用的潛在候選者。實際上，對于特定應(yīng)用，其有時將需要部署許多適合裝置以便具有充足輻照振幅。 同樣，在一種形式中，這些裝置將為RED裝置。在本發(fā)明的大多數(shù)熱應(yīng)用中，此類裝置通常將部署成某一種類的高密度xXy陣列或部署成多個xXy陣列，所述陣列中的一些陣列可采取個別RED裝置的定制布置的形式。所述陣列可介于從單裝置到更通常地數(shù)百個、數(shù)千個或無限數(shù)目個裝置陣列的范圍內(nèi)，此視所使用裝置的類型及大小、所需的輸出及本發(fā)明的特定實施方案所需要的波長而定。RED裝置通常將安裝于具有至少熱耗散能力(如果不是特殊的熱移除設(shè)備)的電路板上。經(jīng)常，RED裝置將以非常高的密度/非常接近的部署安裝于此類電路板上?？衫寐闫惭b及電路板構(gòu)造的最近創(chuàng)新以在高功率應(yīng)用為合意的地方使密度最大化。舉例來說，與倒裝芯片一起使用的此類技術(shù)有利于此類目的。雖然RED 裝置的效率對于此獨特類別的二極管裝置來說為良好的，但大部分電能輸入將被直接轉(zhuǎn)換成局部熱。較短波長裝置趨向于具有比較長波長裝置實質(zhì)上更高的效率。9XX納米范圍中的近紅外線波長裝置中的一些裝置已實現(xiàn)超過70 %的壁式插頭效率。較長波長裝置正在改進效率，但將永不可能和較短波長裝置一樣高效。不論壁式插座效率如何，都必須將廢熱傳導(dǎo)遠離半導(dǎo)體結(jié)以防止過加熱且燒壞個別裝置。對于最高密度陣列，其可能使用具有主動及/或被動冷卻的集成電路或倒裝芯片或板上芯片封裝技術(shù)。為了實際性及定位靈活性， 經(jīng)常將使用多個電路板。xXy陣列還可包括表示從(舉例來說)可見光譜的底部端到高達 5微米的范圍中的至少兩種不同的選定紅外線輻射波長的RED裝置的混合。對于大多數(shù)應(yīng)用，RED裝置將有利地部署成各種大小的陣列，所述陣列中的一些陣列可本質(zhì)上為三維的或非平面的以更佳地輻照某些類型的目標(biāo)。此種情況是由于至少以下原因1.通過組合多個裝置的輸出而提供充足的輸出功率。2.實現(xiàn)在比單個裝置可恰當(dāng)輻照的表面大的表面上的足夠輸出‘散布’。3.提供RED裝置陣列的可編程性可給應(yīng)用帶來的功能性。4.允許混合成出于本文件中所描述的許多功能原因而調(diào)諧到不同指定波長的陣列裝置。5.促進使輸出的‘幾何形狀’與可包含所期望輻照的優(yōu)選角度的特定應(yīng)用要求匹配。6.促進使裝置安裝位置、輻射角度及經(jīng)濟性與應(yīng)用要求匹配。7.促進輸出與移動目標(biāo)的同步或其它‘輸出運動’。8.適應(yīng)具有共用控制電路的驅(qū)動裝置群組。9.適應(yīng)多級加熱技術(shù)。10.促進裝置在其陣列配置中的恰當(dāng)冷卻。作為設(shè)計配置的一部分，當(dāng)然必須做出許多決策，但一個重要的決策為是否將相對于待加熱或烹調(diào)的目標(biāo)物項移動輻照裝置或者是否輻照裝置將為固定的且將移動目標(biāo)物項。還可謀劃出這些決策的某個組合以優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。舉例來說，具有長而線性裝置陣列(或非常長的單個裝置)為合理的，其可隨著發(fā)生輻射源或目標(biāo)的移動而在目標(biāo)物項上方、下方或以其它方式接近于目標(biāo)物項移動以“輻照一輻帶”。此將感覺類似于正在正被噴涂的目標(biāo)上方移動的線性涂料噴頭。顯而易見，正如優(yōu)秀的涂料噴灑藝術(shù)家將以多種不同方式移動一樣，可并入有任何數(shù)目個設(shè)計以使得這些相對運動對于應(yīng)用來說為適當(dāng)?shù)?。因此，實際上存在可布置輻照配置的三種一般方式?？舍槍λ鰬?yīng)用設(shè)計大的二維或三維陣列。可設(shè)計具有適合于所述應(yīng)用的大小及長度的線性一維陣列?；蛘?，第三種方式將利用這些窄帶裝置的高定向性質(zhì)以使用對準(zhǔn)且指向目標(biāo)的一個或一個以上點源。后者將包含使用伺服控制的或檢流計移動的鏡或偏轉(zhuǎn)器以視需要使能量瞄準(zhǔn)。稍后本文件中具有可如何應(yīng)用此類型的輻照的實例。由于二極管的典型的最終使用，已以通過減小結(jié)的大小來使成本最小化的方式制造二極管。因此，其需要與成本直接相關(guān)的較少半導(dǎo)體晶片面積。RED裝置的最終使用經(jīng)常將需要以較多光子形式輸出的實質(zhì)輻射能量。已建立如下理論可借助形成大的光子產(chǎn)生占用面積結(jié)區(qū)的創(chuàng)造性方式來制造RED。通過如此操作，將可能產(chǎn)生能夠持續(xù)顯著較高的中紅外線輻射輸出的RED裝置。如果此類裝置可用，那么實踐本發(fā)明所需要的RED裝置的絕對數(shù)目可減小。然而，假定與新裝置中的許多裝置相關(guān)聯(lián)的上升的高功率輸出，那么可借助減小數(shù)目個裝置或甚至細到單個裝置來實現(xiàn)本發(fā)明的應(yīng)用將未必是合意的或?qū)嶋H的。對于較低功率應(yīng)用、單波長應(yīng)用或在RED裝置可制造有充足輸出能力的情況下，此可借助單個裝置來實踐。由于RED可經(jīng)常采取激光二極管的形式，因此單個裝置的額外功率輸出為相當(dāng)現(xiàn)實的。一個制造商已證實，在975nm下，其能夠制造相當(dāng)大的高效表面發(fā)射裝置。舉例來說，可為ImmX25mm的發(fā)射面積的一個裝置可能夠產(chǎn)出超過60光學(xué)瓦特的輻射功率。安裝于恰當(dāng)冷卻的電路板上的十個此種裝置可以將非常適用于本文中所描述的烹調(diào)或爐應(yīng)用中的許多應(yīng)用的非常緊湊的封裝產(chǎn)出600光學(xué)瓦特。類似地，可將以上裝置陣列制造為集成電路。在此實施方案中，RED將排列在單片硅、砷化鎵或磷化銦或者其它適合襯底的局限內(nèi)，但具有多個結(jié)，借此每一結(jié)用作芯片上的光子轉(zhuǎn)換輸出位點。所述RED可類似于使用球柵陣列實現(xiàn)電連接及安裝的其它集成電路封裝?？山又褂么祟愌b置封裝作為陣列，從而促進用于連接到控制系統(tǒng)及由所述控制系統(tǒng)控制的所期望電連接。同樣，設(shè)計參數(shù)為對結(jié)溫度的控制，在當(dāng)前化學(xué)品的情況下，在開始發(fā)生損壞之前，所述結(jié)溫度應(yīng)不允許達到約100°C到105°C。預(yù)期，未來的化學(xué)品化合物可具有增加的熱公差，但熱必須始終保持低于所采用裝置的臨界損壞范圍。所述RED可進一步個別地或多個地部署于電路板上，或者在應(yīng)用及經(jīng)濟性的決定下所述RED可排列為更高層級裝置陣列。在這些裝置配置成任一類型的陣列的情況下，非常接近于窄帶輻照陣列安裝微透鏡陣列以便視需要使輻射能量彎曲可為合意的。舉例來說，裝置陣列可具有總包含角度為 35°的輸出發(fā)散度，而對于一應(yīng)用來說，使用10°的發(fā)散角度可為更合意的。微透鏡陣列中的每一透鏡或小透鏡可負責(zé)將輸出能量折射回成10°的發(fā)散角度。許多基于半導(dǎo)體的窄帶裝置(例如激光二極管)將通常具有所謂的快軸及慢軸兩者。也就是說，針對每一裝置，沿或許垂直方向的光子輸出的發(fā)散度可不同于沿水平方向的發(fā)散度。舉例來說，一些裝置沿一個軸具有平行射線，而沿另一軸具有或許15°的發(fā)散度。盡管可借助透鏡或微透鏡陣列來改變發(fā)散角度，但由于此操作而存在一些能量損耗，因此如果可使用自然發(fā)散度而不進行校正，那么如此操作為最佳的。在設(shè)計用于將窄帶基于半導(dǎo)體的裝置部署成輻照陣列的最佳配置時，不論所述裝置的形狀因子如何，設(shè)計者都必須從商業(yè)及技術(shù)兩個觀點來考慮整個范圍的變量及其如何與應(yīng)用相關(guān)。待鑒于目標(biāo)應(yīng)用考慮的其它變量中的一些變量包含封裝、部署便易性、制造方法、成本、電子連接性、控制可編程性/功率考慮因素、裝置幾何形狀、輸出發(fā)散度規(guī)范、冷卻要求、部署環(huán)境、裝置保護、反射能量、電力投送、電源、串電壓、串幾何形狀、輻照要求、安全性及適當(dāng)領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的許多其它變量。所有原材料、物質(zhì)及食品在電磁光譜內(nèi)的各種波長下均具有與其相關(guān)聯(lián)的特定吸收與透射特性。此經(jīng)常稱為物項的吸收光譜。每一材料還具有特有的紅外線反射、漫射及發(fā)射性質(zhì)，但為了實際簡化本發(fā)明的實踐，此處將不花費時間來論述這些性質(zhì)，而由于本發(fā)明主要是由吸收/透射性質(zhì)驅(qū)動的，因此必須考慮所有這兩種性質(zhì)。可針對任何特定材料測量在任何給定波長下的吸收百分比并將其制成圖表。那么可在寬廣的波長范圍內(nèi)以曲線圖展示所述吸收百分比，如本文件中稍后更詳細地解釋及例示。由于每一類型的材料在不同波長下均具有特有的吸收或透射性質(zhì)，因此為了最佳的熱過程優(yōu)化，知曉這些材料性質(zhì)非常有價值。應(yīng)認識到，如果某一材料或目標(biāo)在某一波長范圍中為高透射性，那么設(shè)法在所述波長范圍中加熱所述材料將為非常低效的。然而，應(yīng)理解，對于一些目標(biāo)，選擇材料為高透射性以促進在能量已消失之前進入到物項中的深穿透所處的波長可為合意的。相反，如果材料在某一波長下太具吸收性，那么輻射加熱的施加將導(dǎo)致材料的表面加熱。此現(xiàn)實對于一些應(yīng)用來說可為非常合意的。舉例來說，在看見牛排的外表面或烘烤面包產(chǎn)品的外表面為合意的情況下。對于為低效熱導(dǎo)體的材料或食品物項，此表面吸收的波長通常并非加熱的最優(yōu)方式，因為其將不在深穿透或均勻地穿過目標(biāo)材料的厚度的情況下進行加熱。許多年來，以下事實在此項技術(shù)中已眾所周知各種材料、物質(zhì)及食品在各種波長下具有特定的輻射能量吸收或透射特性。然而，由于可在特定波長或波長組合下指定的高功率數(shù)字窄帶紅外線源不可用，因此歷史上尚不可能充分優(yōu)化現(xiàn)有加熱或加工操作中的許多操作。由于將特定波長的紅外線輻射遞送到產(chǎn)品并不實際，因此許多制造商未意識到在何種波長下會最合意地加熱或加工其特定產(chǎn)品。歷史上，在特定波長下或在窄帶范圍中產(chǎn)生相對高的紅外線輻射密度的能力對工業(yè)來說完全是不可用的。因此，由于此類型的加熱或加工優(yōu)化尚不可用，因此大多數(shù)制造商或各種類型爐的設(shè)計者尚未預(yù)期到所述優(yōu)化。預(yù)期，此波長特定紅外線輻射功率的可用性將開辟全新的方法、過程及優(yōu)化的烹調(diào)。本發(fā)明將使得此類新過程成為實際的且將提供遠達到寬廣范圍的應(yīng)用的靈活性的實施方案技術(shù)。盡管預(yù)期本發(fā)明的首先利用將是在商業(yè)或工業(yè)應(yīng)用中，但還應(yīng)認識到，將存在商業(yè)及消費型食品加工與烹調(diào)方面的許多應(yīng)用以及整個范圍的醫(yī)學(xué)及消費型應(yīng)用。預(yù)期，這些開發(fā)形式將非常適用作寬帶氣體、電阻及石英紅外線加熱燈泡或當(dāng)前廣泛使用的其它常規(guī)加熱裝置的替代方案。此類石英燈泡用于一系列熟化與烹調(diào)應(yīng)用。這些開發(fā)形式不僅可用作石英紅外線燈或其它常規(guī)加熱裝置的現(xiàn)有功能性的替代方案，而且可預(yù)想出其添加在當(dāng)前技術(shù)的情況下為完全不可用的實質(zhì)額外功能性。相比之下，所提及的開發(fā)形式可以不斷激勵模式或替代地數(shù)字脈沖模式產(chǎn)生輻射能量。由于本發(fā)明的基本基于半導(dǎo)體的裝置為數(shù)字的且具有以納秒度量的極其快的響應(yīng)時間，因此在需要能量時接通其且在不需要能量時關(guān)斷其可為實質(zhì)上更高能效的。當(dāng)待烹調(diào)、 熟化或加熱的目標(biāo)組件在輻照區(qū)內(nèi)時，可引導(dǎo)裝置并以進行上述操作所需要的確切量精確地致動所述裝置。當(dāng)調(diào)用此數(shù)字窄帶加熱技術(shù)時，預(yù)加熱及爐升溫時間不適用。能夠?qū)t外線源的嚴格受限波長進行脈沖激勵的附加功能性可導(dǎo)致與許多常規(guī)寬帶輻射加熱或烹調(diào)應(yīng)用相比總體能量效率的顯著改進。舉例來說，通過適合地調(diào)制個別紅外線輻射發(fā)射裝置(RED)或其陣列的激勵時間，可在個別目標(biāo)移動經(jīng)過大的紅外線陣列源時追蹤所述目標(biāo)。換句話說，最接近且對準(zhǔn)目標(biāo)裝置的紅外線發(fā)射裝置將為將經(jīng)激勵的裝置。在目標(biāo)組件或區(qū)域向前移動時，可使“激勵波”沿陣列向下通過。在正如同熱成型一樣將材料烹調(diào)或熟化成將具有變化的厚度或形狀的情況下，將較多熱輸入施加到較厚或具有較緊湊形狀的區(qū)中可為合意的。類似于在其中某些區(qū)與將較適中成型或根本不成型的區(qū)相比將被較緊湊成型的熱成型中。通過正確地設(shè)計紅外線發(fā)射器陣列的配置，不僅可使所有裝置同時被激勵，而且可非常策略性地對其進行激勵以對應(yīng)于待加熱的區(qū)的形狀。舉例來說，對于不斷移動的生產(chǎn)線，編程可以與待加熱的目標(biāo)區(qū)域的同步運動可編程地移動的特殊形狀的所期望熱分布區(qū)可為最合意的。考慮如圖10中所示的需要加熱的相框形區(qū)。在此情況下，將可能具有處于所期望輻射強度下的類似相框形裝置陣列002)，所述所期望輻射強度將與目標(biāo)熱成型薄片001)的移動同步地可編程地沿所述陣列向下移動。通過使用編碼器來追蹤例如(401)熱成型薄片的產(chǎn)品的移動，可使用眾所周知的電子器件同步技術(shù)根據(jù)可編程控制器或計算機的指令在所期望強度下接通恰當(dāng)裝置。所述陣列內(nèi)的裝置可由控制系統(tǒng)接通以便以“連續(xù)”模式或“脈沖”模式實現(xiàn)其所期望輸出強度。任一模式均可依據(jù)時間來調(diào)制強度以達到最合意的輸出條件。此控制可為對裝置群組或細到個別RED裝置的控制。對于特定應(yīng)用，可不需要對細到個別RED裝置的粒度控制。在這些實例中，可將RED裝置布線成最期望幾何形狀的若干串。接著可隨應(yīng)用要求的決定可編程地控制這些串或串群組。實際性有時將決定以群組或串方式驅(qū)動RED裝置，以促進最方便的電壓且減小個別裝置控制的成本?？珊唵蔚赝ㄟ^以開環(huán)配置供應(yīng)電流來控制RED串或陣列，或者可采用更復(fù)雜的控制。任何特定應(yīng)用的事實密集評估將決定適當(dāng)?shù)恼瓗Ъt外線輻射控制的量及水平。就決定了復(fù)雜或精確控制來說，控制電路可不斷地監(jiān)視并調(diào)制輸入電流、電壓或特定輸出?？赏ㄟ^直接測量紅外線陣列的輸出或替代地與紅外線輻射的目標(biāo)物件相關(guān)聯(lián)的某個參數(shù)來實施對最合意輻射輸出或結(jié)果的監(jiān)視。此可通過從并入簡單熱電偶或高溫計直到可采取(舉例來說)紅外線相機形式的更加復(fù)雜技術(shù)的連續(xù)的不同技術(shù)來執(zhí)行。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠建議一種對于本發(fā)明的特定應(yīng)用來說在經(jīng)濟上明智且合理的特定閉環(huán)監(jiān)視技術(shù)?？刹⑷胫苯蛹伴g接監(jiān)視方法兩者。舉例來說，如果正出于達到可成型溫度范圍的目的而加熱特定材料，那么測量使所述材料成型所需要的力并使用所述數(shù)據(jù)作為用于調(diào)制紅外線輻射陣列的反饋的至少一部分可為合意的?？赡苡杏靡源龠M本發(fā)明的輸出的優(yōu)化及控制的許多其它直接或間接反饋手段。本發(fā)明的本申請案在于食品的制備加工或分期保存。當(dāng)然，在整個人類歷史中已在食品的制備中使用非常寬廣范圍的不同類型的爐及加熱系統(tǒng)。由于所述爐及系統(tǒng)中的大多數(shù)為眾所周知的，因此描述全范圍的此類爐及加熱系統(tǒng)就超出本專利申請案的范圍。明
22顯地除了利用非紅外線/非熱源烹調(diào)技術(shù)的微波烹調(diào)外，幾乎所有其它烹調(diào)技術(shù)均利用各種類型的寬帶加熱源。此類爐中所使用的紅外線加熱源及元件為寬帶源。所述寬帶源并不具有產(chǎn)生可最有利于特定烹調(diào)情形或正烹調(diào)的產(chǎn)品的特定波長的紅外線能量的能力。爐中另一常用的紅外線熱源為石英或石英鹵素?zé)?。?dāng)然此熱源可采取許多形式， 但最常以筆直或圓形管狀形式使用。此類型燈中的電絲裝納在石英玻璃管狀元件內(nèi)部。石英燈及石英紅外線燈在工業(yè)中及消費型產(chǎn)品中為眾所周知的，且存在關(guān)于基本概念的眾多變化形式。所述形式中的一些形式改變輸出曲線的中心波長以更多地朝向可見光光譜或朝向近紅外線光譜或在一些情況下甚至朝向中紅外線來推動所述中心波長。然而，在所有情況下，石英燈輻射源都為寬帶源。其全寬半最大輸出始終大于2500nm。許多源具有遠超過 4000nm的實質(zhì)輸出。出于將所述輸出與本發(fā)明對比的目的，明顯地，此和在各種類型爐中使用或已經(jīng)教示以在各種類型爐中使用的所有其它基于熱的源一樣為寬帶源。已充分認識到，存在用于爐中及用于烹調(diào)的三種常見加熱模式。其為傳導(dǎo)、對流及輻射能量轉(zhuǎn)移。所述三種加熱模式經(jīng)常以某種方式互連，但首先具體地談?wù)搨鲗?dǎo)。傳導(dǎo)加熱涉及通過一種介質(zhì)與另一種介質(zhì)之間的接觸進行的直接熱轉(zhuǎn)移。適用于烹調(diào)的最常見傳導(dǎo)實例將為煮。也就是說，將待加熱或烹調(diào)的物項浸沒到熱的或煮沸的液體(例如水或油) 中。在傳導(dǎo)為所選的加熱方法時使用液體的主要原因是因為液體具有比空氣或氣體高得多的熱傳導(dǎo)帶系數(shù)。最終，正烹調(diào)的物項的溫度無法提升到高于正用于將熱傳輸?shù)侥繕?biāo)中的傳導(dǎo)介質(zhì)的溫度。因此，通過純粹使用傳導(dǎo)作為加熱手段來實現(xiàn)中意的烹調(diào)結(jié)果中的一些結(jié)果經(jīng)常為較復(fù)雜且不實際的。對流用于通過氣體或電阻加熱元件加熱的大多數(shù)家用、商業(yè)或工業(yè)爐中。這些爐為將空氣或氣體保持在爐內(nèi)部的非常寬帶的加熱源。熱空氣接著與目標(biāo)或食品接觸。傳導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移實際上在與熱空氣或氣體的此界面處發(fā)生。在將被加熱或烹調(diào)的目標(biāo)物項的外表面與氣態(tài)流體接觸時，存在力圖使目標(biāo)的熱與流體的熱相等的傳導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移。在烹調(diào)食品的情況下，將從電阻加熱元件發(fā)射的輻射能量與食品隔絕使得其不會直接沖擊。多年來，工業(yè)中已認識到，從電阻加熱元件發(fā)射的長波、寬帶紅外線能量將在食品的外表面上太快地被吸收。此將導(dǎo)致早在食品物項內(nèi)部發(fā)生較深烹調(diào)之前的表面灼燒或烘烤。多年來，食品工業(yè)中已大體認識到，輻照的波長越長，其將具有深入到食品產(chǎn)品中的越小的穿透。此為令人遺憾的概括，但為在已制造爐的僅有方式一直是借助寬帶源時有意義的概括。如較早關(guān)于其它材料所論述，農(nóng)畜產(chǎn)品具有特定的吸收光譜曲線。這些特定的吸收曲線與特定食品產(chǎn)品在特定波長下的吸收性或透射性如何相關(guān)。通過選擇用以輻照所討論食品的特定波長或幾種仔細選擇的波長，可修改或優(yōu)化所期望的烹調(diào)特性。輻射能量的最高效使用可減小加熱或烹調(diào)的成本。舉例來說，如果加熱或烘烤特定食品產(chǎn)品的外表面最為合意，那么本發(fā)明將允許選擇所述特定食品產(chǎn)品為高吸收性所處的波長。結(jié)果將為，當(dāng)在所選的窄帶波長下輻照時， 紅外線能量將在非?？拷诒砻嫣幦勘晃眨虼酥率顾谕募訜峒?或烘烤行動恰在表面處發(fā)生。相反，如果不期望使表面過熱而是從食品內(nèi)非常深地烹調(diào)所述食品，那么可選擇特定食品為大得多的透射性以便可實現(xiàn)所期望烹調(diào)結(jié)果所處的波長或選定波長的組合。因此，輻射能量將隨著其穿透到所期望深度而逐漸被吸收。
重要的是注意，對于行進穿過非金屬材料的電磁波，此波的強度I (t)依據(jù)行進距離t而降低，如以下方程式所描述I(t) = I0(e"at)在此方程式中，Itl為光束的初始強度且α為材料的特定吸收系數(shù)。隨著時間t增加，光束的強度經(jīng)歷由原始光束內(nèi)的輻射能量被主體材料吸收而導(dǎo)致的指數(shù)衰減。出于此原因，使用紅外線輻射加熱來實現(xiàn)最優(yōu)烹調(diào)結(jié)果必需食品物項的厚度、所施加紅外線輻射強度、輻照波長與材料吸收系數(shù)之間的復(fù)雜交互作用。通過混合在不同波長下輻照的RED元件，可進一步優(yōu)化烹調(diào)結(jié)果。在此多波長陣列內(nèi)，將在其中輻射能量的吸收為低因此允許發(fā)生深熱穿透的波長下選擇一種元件類型。 將選擇其中輻射能量的吸收為高因此促進發(fā)生表面加熱的第二元件類型。為完成陣列，可構(gòu)想將在吸收在這兩個極限中間的波長下選擇的第三RED元件類型。通過控制此陣列中所含有的3種類型的RED發(fā)射器的相對輻射輸出水平，將可能優(yōu)化所制備食品物項的重要性質(zhì)。通過將色彩傳感器、溫度傳感器及可能地視覺傳感器連接到控制系統(tǒng)，可閉合環(huán)路且進一步優(yōu)化所期望的烹調(diào)結(jié)果。在此類情形下，可檢查可在討論中的確切參數(shù)且允許控制系統(tǒng)通過以將為最合意的適當(dāng)波長、強度及方向發(fā)送輻照來做出響應(yīng)。通過利用及集成視覺傳感器，將可能實際上觀察待烹調(diào)的食品產(chǎn)品的位置及大小且接著相應(yīng)地優(yōu)化爐的輸出，如上文已描述。當(dāng)結(jié)合水分傳感器使用時，將可能以將維持所期望的水分含量的組合做出響應(yīng)。因此，可理解本發(fā)明可如何結(jié)合適當(dāng)傳感器及控制器“智能”來真正地促進未來的智能爐。當(dāng)然，可將本發(fā)明與常規(guī)烹調(diào)技術(shù)(包含對流爐及微波爐能力)組合以獲得這些技術(shù)貢獻品中的每一者的最佳摻和。智能控制系統(tǒng)可經(jīng)設(shè)計以最佳地優(yōu)化本發(fā)明技術(shù)與常規(guī)烹調(diào)技術(shù)兩者的組合。通過選擇將由一種食品吸收而不由第二種食品高度吸收的波長，關(guān)于在混合食品盤中發(fā)生的加熱量還可為非常具選擇性的。因此，可理解，通過改變可選擇的各種波長的組合及排列以及強度，可實現(xiàn)寬廣范圍的經(jīng)特別工程設(shè)計的烹調(diào)結(jié)果。在本發(fā)明的應(yīng)用中的任一者的情況下，可使用各種透鏡處理或光束導(dǎo)引裝置來實現(xiàn)輻照能量的所期望定向性。此可采取一系列不同實施方案的形式一從個別帶透鏡的RED 裝置到接近于裝置安裝的微透鏡陣列。所選的光束導(dǎo)引裝置必須經(jīng)適當(dāng)選擇以在正導(dǎo)引或引導(dǎo)的輻射的波長下發(fā)揮作用。通過利用用于衍射、折射及反射的眾所周知的技術(shù)，可沿所期望方向引導(dǎo)來自RED裝置陣列的不同部分的能量。通過可編程地控制接通的特定裝置且通過調(diào)制其強度，可實現(xiàn)寬廣范圍的輻照選擇性。通過選擇穩(wěn)態(tài)或脈沖產(chǎn)生模式且通過進一步編程在什么時間使哪些裝置產(chǎn)生脈沖，可甚至進一步提升功能性。雖然本發(fā)明論述主要在1. 0微米到3. 5微米范圍內(nèi)的輻射能量的應(yīng)用，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明了，可在其它操作波長下實現(xiàn)類似材料加熱效應(yīng)，包含紅外線中的較長波長或降到可見區(qū)域的較短波長。舉例來說，一些類型的食品物項在972nm或9xx范圍下進行良好烹調(diào)。一些食品物項可在整個可見范圍內(nèi)的所有或各種帶下進行良好烹調(diào)。因此， 針對此類應(yīng)用提供在此類波長下的窄帶裝置，且在一些情況下所述裝置提供能量進入到食品物項中的深穿透。而且，應(yīng)了解，本發(fā)明包含在(舉例來說)700nm到1200nm的范圍中及 1200nm到3500nm的范圍中以及在高于3500nm的范圍中發(fā)射能量的半導(dǎo)體窄帶輻照或發(fā)射裝置的實施方案。而且，在供應(yīng)兩種能量波長以匹配目標(biāo)食品物項的吸收特性的情況下，在一種形式中，所述波長中的一者高于1400nm，且另一者低于1400nm。此外，在使用兩種波長的情況下，在一種形式中，選定波長帶的中心分離至少150nm。所揭示發(fā)明的精神包含出于輻射加熱的目的而應(yīng)用直接電子/光子固態(tài)發(fā)射器，其中可以想象所述發(fā)射器從可見到遠紅外線地操作。對于某些類型的應(yīng)用，將在中紅外線范圍之外的其它波長下輻照的其它波長可選擇裝置組合到本發(fā)明中可為合意的。在至少一種形式中，所討論系統(tǒng)使用數(shù)字基于半導(dǎo)體的窄帶輻照裝置作為加熱或烹調(diào)源。因此，本發(fā)明涉及出于寬廣范圍的烹調(diào)、加熱、干燥、烤灼、脫水、加工或處理目的而將選定窄帶熱紅外線(IR)波長輻射或能量直接注入到目標(biāo)食品實體中。如下文將描述，這些目的可包含加熱、提升或維持目標(biāo)物項的溫度或者特定來說在一系列不同的工業(yè)、醫(yī)學(xué)、 消費型或商業(yè)情形下刺激目標(biāo)物項。本文中所描述的方法及系統(tǒng)可尤其適用于需要在特別選擇的波長下輻照或者用脈沖輸送或注入輻射的能力或從所述能力獲益的操作。知曉目標(biāo)在每一波長下的吸收系數(shù)(經(jīng)常稱為其吸收曲線)對于充分優(yōu)化本發(fā)明的實踐來說為重要的，使得窄帶波長可經(jīng)選擇以視需要執(zhí)行加熱。本發(fā)明在以較高速度合意地加工目標(biāo)且建立與目標(biāo)的不接觸關(guān)系時還可特別有利。本發(fā)明提供一種可為可針對寬廣范圍的最終應(yīng)用高度編程的選定窄波長紅外線加熱系統(tǒng)。本發(fā)明教示一種由單個裝置或最優(yōu)選地數(shù)字基于半導(dǎo)體的窄波長輻射發(fā)射裝置的經(jīng)工程設(shè)計陣列構(gòu)成的新式且新穎類型的紅外線輻照系統(tǒng)。稍后將在本文件中特別提及此輻射發(fā)射裝置的至少一個變體，但如將論述，許多類型可適用且可實施以實踐本發(fā)明，此視應(yīng)用而定。如上文所提及，不論是在常規(guī)烤箱、烹調(diào)爐還是通用爐中，通常都使用電阻加熱元件或氣體加熱元件分別將電能或石油化工產(chǎn)品轉(zhuǎn)換成各種形式的熱能。相比之下，本發(fā)明采用數(shù)字二極管半導(dǎo)體裝置(或類似裝置)，所述裝置以非常不同的方式發(fā)揮作用-其在特定窄帶波長下產(chǎn)生能量。在至少一種形式中，所述裝置利用借助量子氣體或量子點半導(dǎo)體技術(shù)的電子/光子轉(zhuǎn)換過程來產(chǎn)生還稱為電磁輻射能量的光子輸出。所述裝置也為數(shù)字裝置且其為內(nèi)在地定向或可對準(zhǔn)裝置?；诎雽?dǎo)體的輻照裝置為內(nèi)在地“即時接通”及“即時關(guān)斷”類型的裝置，不同于模擬加熱元件，所述裝置不具有升溫時間。所述裝置可通常在數(shù)納秒中接通或關(guān)斷。常規(guī)加熱元件用作內(nèi)在地產(chǎn)生寬帶或?qū)挿秶牟ㄩL的經(jīng)典普朗克黑體輻射器。用于計算峰值中心波長及在相應(yīng)波長下的輸出的公式為眾所周知的且為經(jīng)典教科書物理學(xué)， 因此此處將不論及所述公式。舉例來說，基于半導(dǎo)體的二極管或激光二極管以非常不同的方式發(fā)揮作用。所述二極管并不遵循普朗克黑體物理學(xué)定律且可內(nèi)在地僅經(jīng)制造以產(chǎn)生窄帶或窄范圍的波長。實質(zhì)差異是因為所述二極管是根據(jù)其特定設(shè)計遵循量子物理學(xué)定律而非依據(jù)其熱輻射光子的直接電子/光子轉(zhuǎn)換裝置。借助進一步解釋且集中于一些材料科學(xué)基本原理，所有材料均具有獨特且特有的 “分子吸收光譜”。此光譜吸收數(shù)據(jù)對于所述特定類型的材料來說通常為如此獨特的，使得其“光譜特征符”可用于確定地識別所述材料，即使樣本大小如此小以致無法通過其它特征來識別所述材料。完整的“光譜吸收特征符”為在從UV到長紅外線的每一種波長下的吸收測量的合成且指示材料在每一輻射波長下特有的確切的分子吸收傾向量。材料的吸收光譜指示在哪些波長下所述材料較可能或較不可能吸收輻射能量或相反透射輻射能量。換句話說，高光譜吸收的反面為高光譜透射。另外，如果待烹調(diào)的特定目標(biāo)材料在特定波長下具有高光譜吸收，那么其在所述同一波長下具有對應(yīng)低的透射。相反，就所述材料在特定波長下具有高透射來說，其在所述同一波長下必定具有低吸收。物質(zhì)在特定波長下所具有的吸收傾向量為其吸收系數(shù)的度量。由于吸收通常以吸收單位或從0到100%的每毫米吸收表達， 因此針對每一輻射波長吸收系數(shù)將落在所述標(biāo)度上的某處。雖然吸收可以其它單位表達， 但將其表達為每毫米吸收百分比或以吸收單位的對數(shù)度量來表達為相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的。圖11中展示三種不同材料的吸收光譜圖表。可選擇通過在仔細選擇帶寬及波長使得與目標(biāo)的吸收特性適當(dāng)匹配之后在過程、 爐或烹調(diào)器具中并入這些窄帶輻照源而實現(xiàn)的加熱深度及量。可提供過程或烹調(diào)穿透的額外深度的又一技術(shù)可與本發(fā)明一起使用。上文論述一直是關(guān)于數(shù)字窄帶基于半導(dǎo)體的裝置的實施方案，所述裝置呈不斷激活形式使得其將經(jīng)接通并在高達其連續(xù)工作額定輸出的某種水平下發(fā)揮作用且接著在一時間周期之后經(jīng)關(guān)斷。還可以脈沖模式使用所述裝置。以此模式操作所述裝置可存在若干個設(shè)計原因，包含電源考慮因素、冷卻考慮因素及其它考慮因素。所述其它考慮因素中值得注意以在此處論述的一者為，以脈沖模式實施所述裝置使得電流脈沖很多時候為穩(wěn)態(tài)電流額定值以便獲得實質(zhì)上較高強度的瞬間輻射脈沖。通過具有較高強度瞬時脈沖，可比在較低強度穩(wěn)態(tài)輸出的情況下將可能實現(xiàn)的成比例更遠地穿透到目標(biāo)物項中。通過使用此技術(shù)，可更加深地到達正烹調(diào)的食品產(chǎn)品中，即使在單位時間內(nèi)的總體積分能量可能甚至沒那么大。從成本觀點看，此可為優(yōu)點，在于較低功率裝置及較小電源可允許較大或較昂貴系統(tǒng)具有類似的但是在較低產(chǎn)品成本預(yù)算上的穿透深度。很多時候，例如面包及馬鈴薯的產(chǎn)品理想地應(yīng)需要輻射能量的深穿透以便快速但恰當(dāng)?shù)貙ζ溥M行烹調(diào)。此為實施本發(fā)明技術(shù)的產(chǎn)品的設(shè)計者可用以更充分地利用所述技術(shù)的能力的重要額外工具。由于特有的吸收特征符，寬光譜或?qū)拵л椛淦魍ǔ．a(chǎn)生并不理想地適合于給定應(yīng)用(例如焙烤)的顯著量的能量，且此能量中的許多能量由于其是處于不恰當(dāng)波長下而不容易或合意地被吸收。通過產(chǎn)生特定波長或窄范圍波長(舉例來說，如在二極管或激光二極管源的情況下)，可設(shè)計供與已知目標(biāo)一起使用的更加高效的烹調(diào)器具或系統(tǒng)。本發(fā)明允許空間可控的熱分布。就此來說，電阻加熱元件通常為多向發(fā)射器，在于在被供應(yīng)電流時元件的整個表面均發(fā)射寬帶電磁能量。這意味著，輻射能量的僅相對小的部分實際上經(jīng)朝向待加熱、焙烤、熟化或烹調(diào)的目標(biāo)材料引導(dǎo)。另一方面，二極管或激光二極管較佳地促進經(jīng)對準(zhǔn)或引導(dǎo)以給目標(biāo)材料的非常特定的區(qū)提供能量。如將針對典型類型中的數(shù)種類型論述，所述二極管的輻照型式根本上為定向的。二極管及激光二極管必須經(jīng)對準(zhǔn)或引導(dǎo)使得其輻射輸出直接或借助反射或折射沖擊待加熱的目標(biāo)。另外，通過仔細選擇數(shù)種特定窄帶波長并有效地控制每一發(fā)射的時間及持續(xù)時間，可預(yù)測并控制輻射能量穿透到的深度，而寬帶發(fā)射器不具有此類型的控制。寬帶發(fā)射器根本上為全向性發(fā)射器，其必須具有添加到其設(shè)計的反射器或反射涂層以便允許其實施方案中的任何方向性。為了進一步擴充對這些概念的理解，有必要理解關(guān)于基于半導(dǎo)體的輻照裝置的一些基本事實。所述裝置可以數(shù)種不同形狀因子獲得，所述形狀因子中的任一者可適合于本發(fā)明的一些實施方案。通常稱為發(fā)光二極管(LED)或可稱為輻射發(fā)射二極管(RED)的窄帶輻照二極管在其產(chǎn)生實質(zhì)上超過可見范圍的輻射能量時將經(jīng)常產(chǎn)生寬度介于15nm與250nm之間的帶寬輸出(全寬半最大值)。這些裝置的輸出功率在最近10年內(nèi)已顯著增長且預(yù)期在可預(yù)見的未來會繼續(xù)顯著增加。能夠購買具有實質(zhì)上超過1瓦特的光學(xué)輸出的現(xiàn)成LED或RED并非不尋常的。來自這些裝置的輸出光束的形狀隨其特定設(shè)計而變，但最常為介于10°到150°的范圍內(nèi)的發(fā)散高斯(Gaussian)分布。當(dāng)然，輸出光束的形狀可進一步隨各種光學(xué)器件的使用而改變。確切輸出光束發(fā)散型式應(yīng)經(jīng)選擇以對于這些基于二極管的裝置將用于的特定應(yīng)用來說根本上為最佳的。盡管預(yù)期基于半導(dǎo)體的輻照裝置對于本發(fā)明的實施方案來說將為較理想的，但并不存在為什么無法采用其它類型的激光裝置的基本原因。然而，盡管激光裝置可取得在某種程度上為窄帶的資格，但存在可限制其實際使用的其它商業(yè)及技術(shù)考慮因素。舉例來說， 化學(xué)激光器及各種類型的抽運激光器通常昂貴得多。許多非半導(dǎo)體類型的激光器可僅在有限的波長選擇中使用，當(dāng)設(shè)法使輻照波長與特定材料或材料群組的吸收特性匹配時，此可決非合意的。而且，由于抽運激光器的效率減小的內(nèi)在性質(zhì)，其使用很可能并不如基于半導(dǎo)體的激光器理想。然而，如果開發(fā)克服這些限制的新類型或如果存在可用于特定應(yīng)用的波長，那么可使用其來實踐本發(fā)明。剛剛從實驗室出現(xiàn)但對于實踐本發(fā)明來說為理想的其它重要窄帶輻照裝置中的一些裝置為LET及晶體管光子放大器。雖然發(fā)光晶體管(或LET)為剛剛從實驗室出現(xiàn)的新類型的半導(dǎo)體裝置，但其很有希望作為借以實踐本發(fā)明的理想裝置。所述裝置很有希望以高效、可控、強力且可能甚至可編程的方式形成或顯著放大窄帶輻照。所述裝置可能將為其波長可甚至經(jīng)可編程地控制的強力輻照窄帶源。早期指示為，LET將能夠進行大約10的 9次冪的光放大。此結(jié)合高效率及波長可控性將使得所述裝置成為借以實踐本發(fā)明的理想窄帶裝置。歷史上激光二極管一直是可用的最高輸出窄帶裝置，但在未來的某時刻其可能受到LET的挑戰(zhàn)。激光二極管通常產(chǎn)生從20nm降到小于Inm的全寬半最大帶寬?？梢越橛趶腢V到長紅外線的范圍內(nèi)的波長來制造所述激光二極管。在臨界近紅外線及中紅外線波長中，可將所述激光二極管制造為無論何種所期望的特定波長帶。裝置的壁式插座效率正逐年增長?？蓪⒈谑讲遄识x為電功率輸入對輸出光子的比率。壁式插座效率在近年來已變得相當(dāng)好，且預(yù)期會繼續(xù)改進。舉例來說，用砷化鎵材料系統(tǒng)制造的975nm激光二極管已經(jīng)制造而具有大于72%的壁式插座效率。通常，(舉例來說)處于1500nm下的較長波長裝置由于基本物理學(xué)而無法實現(xiàn)與較短波長裝置一樣大的壁式插座效率，但認為所述較長波長裝置不久便可能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎45%的效率。制造二極管裝置的基本襯底的化學(xué)性質(zhì)對裝置的最終壽命有很大作用。舉例來說，波長比約1150nm短的二極管通常使用砷化鎵晶片襯底。這些裝置的制造商已針對高功率應(yīng)用盡力獲得超過12，000小時的延長的壽命。具有比1200nm長的波長的較長波長、高功率二極管裝置通常是用磷化銦晶片襯底制造?；诹谆熞r底的裝置可具有可超過100，000小時的極長壽命。因此，對于工業(yè)或長工作循環(huán)類型的應(yīng)用來說，使用基于磷化銦的二極管或激光二極管裝置經(jīng)常為較實際的選擇。有時可能必須做出關(guān)于與較長壽命基于磷化銦的裝置相對比較短波長是否具有足夠大的輻照優(yōu)化而被選擇的工程設(shè)計選擇。此通常適用于LED及激光二極管兩者。這些裝置不僅由于其長壽命而對于與本發(fā)明一起使用來說為理想的，而且其為其中大多數(shù)材料具有其最易變且因此有用的吸收特征符的中紅外線波長范圍中的精選裝置。
存在可進行以產(chǎn)生基于半導(dǎo)體二極管的裝置的較長工作循環(huán)的一些做法。如本文件中別處所提及，高度有效的冷卻很可能是確保裝置的較長壽命的最重要的方式。盡管從工程設(shè)計觀點看并不存在影響此的許多不同方式，但幾乎始終有必要將裝置安裝在可幫助散布、耗散過量熱或?qū)⑦^量熱傳導(dǎo)開的電路板或散熱器上。激光二極管的工程設(shè)計存在另一基本方面，其可對裝置的使用壽命有重大影響。 激光二極管的最常見故障模式與能量從裝置出射的方式有關(guān)。在邊緣發(fā)射激光二極管裝置的情況下，通常將其安裝到某種形式的散熱器或?qū)犭娐钒澹沟眉す舛O管的邊緣與散熱器安裝表面的邊緣排齊。如果激光二極管出射小面的邊緣不與安裝表面的邊緣完全齊平，那么其可產(chǎn)生若干問題。可存在三種狀況；二極管超過安裝表面的邊緣，二極管從安裝表面的邊緣縮進，或二極管與安裝表面成角度。在這三種狀況中的任一者的情況下，從激光二極管小面出射的光子能量會沖擊安裝表面。所得的熱上升因使局部表面過熱而導(dǎo)致逐步或快速的降級。隨著各個局部表面過熱，其導(dǎo)致包含災(zāi)難性激光二極管小面故障的多種損壞。一旦此開始發(fā)生，二極管基本上就開始自毀。類似地，如果激光二極管將與光纖光子導(dǎo)引件配接，那么重要的是將其精確對準(zhǔn)且其不引入可吸收能量并過熱或?qū)⒛芰糠瓷浠氐郊す舛O管或回到激光二極管中的表面。在光纖的進入端及出射端兩者處注意相同事項頗為重要，以防止系統(tǒng)中的過熱故障。存在直接發(fā)射或向光纖光子導(dǎo)引件中發(fā)射的邊緣發(fā)射激光二極管將為實施所述技術(shù)的最合意方式的許多應(yīng)用。然而，存在消除剛剛描述的故障模式的可能性的另一類別的裝置。此類別的裝置可類屬地稱為表面發(fā)射二極管或激光二極管。此問題通常更多地是針對激光二極管的(因為其內(nèi)在功率密度較高)，只不過是隨著二極管的功率增長，才會出現(xiàn)這種問題。表面發(fā)射激光二極管在內(nèi)部是以使得光子能量發(fā)射不從內(nèi)在地靠近于可吸收光子能量并導(dǎo)致過熱故障的任何結(jié)構(gòu)的小面出離的方式配置。類屬地，具有如下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的任何類型的裝置將有資格屬于此分類，所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)可從所述裝置的前或后表面向外而非從所述裝置的側(cè)面向外反射、折射、衍射或以其它方式重新引導(dǎo)激光發(fā)射光子輻射柱。在 2002年10月3日提出申請的第10Λ64，534號美國專利申請案為此裝置的一個實例。此申請案展示可制造為前面發(fā)射激光二極管的個別裝置。第11/042，759號美國專利申請案展示制造為許多此類裝置的芯片陣列的此類裝置。不論是使用個別裝置還是將其布置成板上芯片方式或制造為集成電路裝置陣列，其都實現(xiàn)消除激光二極管共有的主要故障模式的相同目標(biāo)。發(fā)射裝置中各種種類表面的任何組合或排列將為本發(fā)明的實施方案中的主要優(yōu)點。制造及安裝激光二極管領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解在實施這些裝置以實踐本發(fā)明時為重要的其它分支。雖然窄光譜裝置可適用于在可能許多不同的窄帶波長范圍下烹調(diào)，但重要的是根據(jù)本文中的教示內(nèi)容來應(yīng)用裝置以實現(xiàn)最優(yōu)結(jié)果。應(yīng)當(dāng)且在一些應(yīng)用中必須仔細地將窄帶輸出裝置的中心波長與目標(biāo)的吸收光譜特性匹配以實現(xiàn)最佳效率及所期望結(jié)果。舉例來說，如果期望表面烘烤，那么應(yīng)將輻照裝置的中心波長與制作目標(biāo)或食品的材料或材料混合物具有非常高的吸收所處的波長匹配。相反，如果深入地(也就是說，在深穿透且遠低于表面的情況下)烹調(diào)目標(biāo)為合意的，那么應(yīng)針對匹配用于烹調(diào)目標(biāo)的較低吸收波長的輸出裝置選擇一波長。因此，期望越深地烹調(diào)目標(biāo)，對特定波長特有的吸收系數(shù)的選擇就越低。 通過選擇用于優(yōu)選烹調(diào)深度的所期望吸收系數(shù)，將從目標(biāo)的光譜吸收曲線指示一種或一種以上合意波長。預(yù)期，這些窄帶裝置的兩種或兩種以上波長將經(jīng)常彼此協(xié)作地使用。由于每一窄帶波長范圍對于待加工的目標(biāo)材料中的每一者來說都具有其特有的吸收或透射，因此選擇優(yōu)化應(yīng)用的波長混合將為實踐本發(fā)明者的責(zé)任。經(jīng)常，并入門與窗的概念將給本發(fā)明帶來額外功能性。此意味著使用材料‘A’非常具透射性使得能量可穿透以被材料‘B’(處于其相應(yīng)的及仔細選擇的吸收系數(shù)下)吸收所處的波長。因此，可在將最小熱賦予材料‘A’的同時選擇性地加熱材料‘B’。類似地，可選擇且并入不同波長以用于實際上將所期望熱賦予材料‘A’中。明顯地，此最佳可在相應(yīng)材料的吸收光譜曲線存在實質(zhì)差異的情況下實現(xiàn)。 當(dāng)然，此可針對與可相應(yīng)地策劃的一樣多的具有其對應(yīng)波長的不同材料來進行。將添加劑并入到所述材料中的一些材料中以視需要人工地誘發(fā)吸收峰值可為合意的。希望實踐本發(fā)明的設(shè)計者必須考慮到的另一方面如下。上文已論述吸收及其反面透射。還需要理解的是目標(biāo)材料的散射或光學(xué)漫射性質(zhì)。舉例來說，測量面包面團且其在 950nm下為高透射性(低吸收)。盡管此對于薄的所測量樣本來說成立，但還重要的是理解如果未考慮到散射，那么在全吸收發(fā)生之前的所計算透射距離將為誤導(dǎo)性的。面團在其未經(jīng)烹調(diào)狀態(tài)中的光學(xué)性質(zhì)將導(dǎo)致950nm光子的實質(zhì)散射，因此在所有能量被吸收之前改變穿透深度。此可被視為內(nèi)部“微反射”，其有效地改變大量個別光子的方向。由于此是在電磁光譜的非可見部分中發(fā)生，因此有必要通過實際實驗性試驗測試所討論的波長下的漫射。極低的吸收系數(shù)將保證在所述波長下不發(fā)生“表皮加熱”，但實驗室測量及試驗將得出獲悉將實際上有效的穿透深度所需的額外數(shù)據(jù)。在正加熱一些材料時會發(fā)生另一現(xiàn)象。升溫的面團或其物理性質(zhì)由于到熱的各種暴露時長而改變的其它材料將依據(jù)材料性質(zhì)改變而展現(xiàn)穿透改變。舉例來說，隨著面團升溫而成為面包，氣泡形成熟悉的低密度物質(zhì)，大多數(shù)物質(zhì)為熟悉的。密度或材料性質(zhì)的改變結(jié)合漫散射表明獲悉在給定波長下的穿透深度的最佳方式是通過實驗室試驗及實驗。一些材料可實際上指示在這些各種改變之后可能有更深穿透。類似地，原目標(biāo)材料或原食品的穿透深度可不同于相應(yīng)的經(jīng)熱處理材料或經(jīng)烹調(diào)食品的穿透深度?？衫斫?，如果已在表面上形成外皮基質(zhì)，那么各種材料性質(zhì)的所得改變還將改變在僅參看吸收系數(shù)的情況下可能預(yù)期的穿透深度。如果LED或激光二極管為所選的輻照裝置，那么其輸出波長為固定的。此情形的僅有例外是一些固態(tài)裝置的輸出實質(zhì)上隨操作所述裝置的溫度而變化。與其說此由任何其它因素確定不如說此由固態(tài)裝置的設(shè)計確定，但其可能在一些裝置中為顯著的而在其它裝置中為不顯著的。因此，必須指定所述裝置且在預(yù)期在將根據(jù)本發(fā)明配備的爐中烹調(diào)、加熱或熟化什么種類的產(chǎn)品目標(biāo)的情況下制造所述裝置。必須從許多的實驗及測試中學(xué)習(xí)關(guān)于輻照裝置、關(guān)于應(yīng)用及關(guān)于待烹調(diào)、加工或熟化的特定材料的特性、尺寸及光譜的所有此先驗知識以便最有效地實踐本發(fā)明。當(dāng)設(shè)計使用此技術(shù)的烹調(diào)裝置或爐時，有必要特定地用將經(jīng)烹調(diào)的目標(biāo)類型進行實驗以獲悉其吸收特性及散射以及大小、重量、所期望烹調(diào)時間及最合意的烹調(diào)結(jié)果。實踐者應(yīng)考慮單一波長對于烹調(diào)家務(wù)是否為足夠的或者實現(xiàn)所期望的烹調(diào)結(jié)果是否將需要多種不同窄帶波長的混合。如果將同時烹調(diào)多種不同產(chǎn)品，那么應(yīng)選擇多種窄帶波長以實現(xiàn)最優(yōu)結(jié)果通常將為合宜的。如果待烹調(diào)的多種產(chǎn)品共享類似的吸收特征，即使類似之處僅在吸收曲線上的一個地方處，那么選擇對于多種產(chǎn)品的烹調(diào)為令人滿意的窄帶波長范圍可為合理的。然而，如果一種產(chǎn)品在另一種產(chǎn)品為高透射性所處的相同波長下為高吸收性，那么必須相應(yīng)地選擇輻照裝置。正如波長的選擇為重要的一樣，理解如何將能量遞送到目標(biāo)也為重要的。由于上文所建議的窄帶輻照裝置內(nèi)在地促進對準(zhǔn)，因此重要的是本發(fā)明的實踐者將理解使能量 “轉(zhuǎn)向”到產(chǎn)品的各種方式。輸出為可以類似于通過使用透鏡、反射器、折射器、光纖、棱鏡及經(jīng)指定以供在所選波長下使用的其它類似裝置處置可見光的方式的方式聚焦的輻射光子能量。如果固定聚焦布置為應(yīng)用的良好解決方案，那么以上裝置可以所述布置加以使用。在一些應(yīng)用中，利用操作以產(chǎn)生若干能量帶(隨著所述能量帶到達目標(biāo)食品物項而發(fā)散)的窄帶發(fā)射裝置也可為有利的。以此方式，可產(chǎn)生正輻照的物項或表面的經(jīng)改進覆蓋率。而且，在適當(dāng)情形下，能量窄帶的遞送還可包含從經(jīng)濾波以實現(xiàn)適合于實施本發(fā)明的窄帶的寬帶裝置遞送能量窄帶。由于將由本發(fā)明實施的應(yīng)用中的許多應(yīng)用將經(jīng)配置以借助窄帶裝置產(chǎn)生相對高的能量密度，因此安全性為重要的考慮因素且稍微不同于借助常規(guī)或模擬烹調(diào)系統(tǒng)的情況。雖然預(yù)期可在可見光譜中實施窄帶輻照以實踐本發(fā)明，但所述窄帶輻照通常將為紅外線光譜中某處的非可見輻射或非可見輻射的使用。如果輻射為非可見輻射，那么不會觸發(fā)眼睛的正常眨眼、移開視線及虹膜的緊閉響應(yīng)。不可能看見將存在于烹調(diào)區(qū)中的強輻射。低于大約1300nm的近紅外線波長可穿透角膜且一直穿透到眼睛的視網(wǎng)膜。高于所述波長，通常認為輻射無法穿透到視網(wǎng)膜。波長大約比1300nm長的此區(qū)域有時稱為眼睛安全區(qū)域，因為其不能夠損壞視網(wǎng)膜。具有足夠強度、聚焦或能量密度的較長波長可在眼睛的表面附近沉積足以導(dǎo)致灼傷的能量。雖然眼睛是身體中最易受紅外線輻射傷害的部分，但是足夠的暴露可導(dǎo)致別處的損傷。那么建議，烹調(diào)室區(qū)可經(jīng)包封或以某種方式隔離以便保護人類及動物免受直接或經(jīng)反射輻射。以使得如果開啟門或接近面板那么立即切斷輻照的方式完全包封烹調(diào)室為理想的。由于消費者廣泛地更喜歡能夠在其食品正烹調(diào)時觀察所述食品，因此大多數(shù)較佳爐并入有某種形式的內(nèi)部照明。如果存在窗或觀察口以允許到烹調(diào)室區(qū)中的視覺接近，那么其應(yīng)并入有某種形式的濾波使得合理強度的可見光為允許到達觀察者的僅有輻射。當(dāng)然，存在實施此濾波的許多方式，但其為本發(fā)明的良好且安全實施方案的重要考慮因素。或許，實施方案的最簡單形式將為將并入有可見通過濾波器的濾波窗。作為另一實例，可針對適當(dāng)情形設(shè)計反射觀察路徑，借此僅可見光將被反射穿過觀察通路到達觀看者的眼睛。還可使用相機及顯示器作為觀察烹調(diào)室內(nèi)部的替代方案。不論使用什么方法來形成用于使可見光到觀看者的路徑，使用金屬或?qū)⒉蝗菀滓蜉椛涠^熱的其它類型的門在不進行觀察時阻擋所述路徑都為不錯的想法。具有在開啟時不僅關(guān)斷輻照而且接通內(nèi)部照明系統(tǒng)的觀察口門為非常合理的。另外，可通過首先感測關(guān)于目標(biāo)食品的數(shù)據(jù)而動態(tài)地使能量轉(zhuǎn)向。令人感興趣的數(shù)據(jù)的部分列表將為目標(biāo)的大小、形狀、數(shù)量、食品類型、厚度、吸收光譜以及定向及/或位置。如果正使食品或目標(biāo)物項橫動穿過或經(jīng)過輻照站，那么可不斷地饋送關(guān)于傳送構(gòu)件的速度或相對移動的信息。當(dāng)必須將目標(biāo)數(shù)據(jù)或信息翻譯成用于輻照控制的指令及命令時， 由控制系統(tǒng)來決定。理想地，其將能夠接收如上文所描述的感測數(shù)據(jù)并安排/控制輻照過程。在從用戶輸入及/或傳感器輸入供給關(guān)于爐中確切地是何種情形的信息后，可執(zhí)行用于目標(biāo)的正確對準(zhǔn)及輻照的算法。應(yīng)了解，適合用戶接口可采取多種形式且提供可輸入到
30控制系統(tǒng)的多種設(shè)定或其它參數(shù)中的任一者的用戶輸入。在具備控制能力的系統(tǒng)充當(dāng)引導(dǎo)器的情況下，可使用多種不同裝置來視需要使輻照元件對準(zhǔn)以對目標(biāo)進行輻照。舉例來說， 可安裝伺服式或安裝有檢流計的鏡，所述鏡以反射方式將一個或一個以上激光二極管的能量重新引導(dǎo)到目標(biāo)?？山柚喾N不同的現(xiàn)成組件來進行如上文所描述的對目標(biāo)的感測?？刹捎脺囟葌鞲衅?、紅外線傳感器或傳感器陣列、水分傳感器、壓力傳感、色彩傳感器、重量傳感器、嗅探傳感器、色彩或灰階相機、紅外線相機、光譜測光傳感器及實踐本發(fā)明的領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的其它傳感器來采集關(guān)于待加熱、熟化或烹調(diào)的目標(biāo)的感測數(shù)據(jù)。當(dāng)然，可呈混合形式的傳感器將為各種類型的智能可見光或紅外線相機?？梢姽庵悄芟鄼C或其它基于智能相機的系統(tǒng)將具有比較傳統(tǒng)傳感器更大的靈活性及更大的可編程性。如果經(jīng)恰當(dāng)編程，那么所述相機或系統(tǒng)可實際上檢驗食品或其它目標(biāo)物項的經(jīng)烹調(diào)外觀是否為正確的。還可使用相機作為借以閉合環(huán)路以在烹調(diào)過程正在進行中時動態(tài)地調(diào)整、優(yōu)化及校正所述過程的裝置。類似地，可使用紅外線相機，使得其可實際上確定爐的目標(biāo)或食品物項的確切熱含量。圖12及圖13中圖解說明所預(yù)期烹調(diào)技術(shù)的一個實施方案。如圖所示，展示系統(tǒng) 100呈兩種狀態(tài)-“開啟”就緒狀態(tài)(圖12)及“關(guān)閉”操作狀態(tài)(圖13)。系統(tǒng)100可采取多種形式，包含爐或烤箱的形式。在至少一種形式中，系統(tǒng)100包含安全防護閘系統(tǒng)102，其包含頂部防護閘104、底部防護閘106及防護閘位置傳感器108。驅(qū)動機構(gòu)110還可用于使防護閘在各狀態(tài)之間移動且可采取多種形式。還展示門101，在至少一種形式中，門101在系統(tǒng)的操作期間為關(guān)閉的。當(dāng)然，門(及例如防護閘系統(tǒng)的其它安全特征)提供輻照在所述系統(tǒng)中的圍封。舉例來說，在至少一種形式中，如果開啟所述門，那么系統(tǒng)將不操作而產(chǎn)生輻照。還可提供其它配置或布置作為門101(或圖14(a)到14(c)的門)的替代方案或所述門的增強。還展示由安全防護閘系統(tǒng)102選擇性地覆蓋的觀察窗120。期望觀察窗120允許廚師或系統(tǒng)100的操作者觀察在爐中(例如，在爐內(nèi)的烹調(diào)或輻照區(qū)(未展示)內(nèi))發(fā)生的輻照的進展。在一些形式中，建議且經(jīng)常有必要使安全系統(tǒng)102與觀察窗120或正利用窄帶輻照裝置作為其操作方法的器具的區(qū)相關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)102保護眼睛免受因暴露于來自裝置的輻射所致的可能損壞。取決于用于給定應(yīng)用的波長，有效使用及器具所需的功率可使得眼睛或其它身體部分到輻照的直接或間接經(jīng)反射暴露可導(dǎo)致外在眼睛或視網(wǎng)膜損壞。安全系統(tǒng)102不僅提供用于保護的操作手段，而且還在器具失靈或誤用的情況下提供故障保險系統(tǒng)。在一種形式中，觀察窗120經(jīng)設(shè)計使得其將始終為關(guān)閉的以在窄帶輻照裝置正有效地產(chǎn)生輻照時圍封輻照。電路中可包含安全聯(lián)鎖裝置，使得其將防止同時開啟門及激勵窄帶裝置。傳感器(傳感器108)在可激活輻照裝置之前檢驗防護閘處于哪一位置中。這些防護閘監(jiān)視傳感器在操作期間一直監(jiān)視觀察窗防護閘的位置或狀態(tài)且因此監(jiān)視輻照在系統(tǒng)內(nèi)的圍封狀態(tài)。還展示控制按鈕130。控制按鈕130可采取多種形式。然而，在一個此種形式中， 其操作地連接到控制系統(tǒng)(未展示)以用于控制觀察相機150及與所討論系統(tǒng)一起用于烹調(diào)的輻照裝置(未展示)。常規(guī)烤箱依賴于非?；镜沫h(huán)境溫度(對流)測量來釋放焙烤物并基于用戶可配置設(shè)定(通常為標(biāo)記了 1-5的刻度盤)而暫停焙烤過程。焙烤物的確切“熟度”取決于此刻度盤的準(zhǔn)確度、設(shè)定此基本控制件的可重復(fù)性及雙金屬溫度條帶的條件(老化、磨損、焙烤開始時的環(huán)境溫度等)。另一方面，二極管源可細到納秒地加以控制(假如需要這樣的話) 且可經(jīng)配置以發(fā)射一致量的輻射能量，而不論外部條件如何。借助稍更復(fù)雜的控制件(例如控制按鈕130 (及相關(guān)聯(lián)控制系統(tǒng)))，可重復(fù)地形成焙烤物或其它食品物項，而不論有時錯誤的所選消費者設(shè)定如何。雖然圖12及圖13中未具體展示(而在圖14中展示)，但所討論系統(tǒng)的控制系統(tǒng)將允許有利的操作及烹調(diào)。應(yīng)了解，控制系統(tǒng)(及系統(tǒng)的其它適當(dāng)組件)可采取多種配置。 其可利用各種軟件例程及硬件配置來滿足所描述的系統(tǒng)及方法的目的?？墒褂酶鞣N處理器及存儲器裝置來執(zhí)行例程并實施功能性以實現(xiàn)本文中所描述的實施例。由于本發(fā)明的半導(dǎo)體性質(zhì)，控制系統(tǒng)將通過觀察相機150(舉例來說)光學(xué)地感測既定物件的熟度，并針對定時、強度、功率及完成度中的至少一者調(diào)整固態(tài)輻照裝置。通過并入確實關(guān)于實際烹調(diào)結(jié)果來閉合控制環(huán)路的此控制系統(tǒng)，認識到另一功能優(yōu)點且其可由此技術(shù)的實施者使用。本文中詳述并入有此控制能力的數(shù)個實例。智能控制系統(tǒng)還促進許多其它能力。所述智能控制系統(tǒng)可與相關(guān)系統(tǒng)或獨立系統(tǒng)有線地或無線地通信。舉例來說，此系統(tǒng)可與全住宅自動化系統(tǒng)通信。此不僅可促進寬廣范圍的可編程性而且也可促進新范圍的監(jiān)視。舉例來說，可促進來自一、多個相機或者用于監(jiān)視烹調(diào)的其它傳感器的有線或無線通信鏈路以使得所述圖像或信息可用于接近或遠離爐的其它顯示器。位于廚房中的電視或計算機監(jiān)視器可顯示展示烹調(diào)進展的圖像。此圖像可包含(舉例來說)正在關(guān)閉的爐中烹調(diào)的匹薩的底部及頂部的圖像。此甚至比具有許多爐已包含以用于觀看烹調(diào)進展的傳統(tǒng)觀察窗還優(yōu)越。經(jīng)常，對于人類觀察者通過窗觀察來說觀察角度及照明決非理想的，且在輻照烹調(diào)正繼續(xù)進行時經(jīng)常無法通過觀察窗安全地對其進行觀察。通過利用此處所描述的用于多個功能的內(nèi)部相機，可能有烹調(diào)進展的安全、經(jīng)放大且更方便的視圖。借助可容易獲得的技術(shù)，通過藍牙將圖像及/或其它烹調(diào)數(shù)據(jù)發(fā)送到蜂窩電話、PDA、iPhone或類似裝置為合理的?？刂葡到y(tǒng)的另一重要子功能為供應(yīng)激勵輻照裝置的電流。電源必須是為電流控制的電源的DC電源。裝置本身為數(shù)字裝置，因此一旦其接通，其將會使與電源將產(chǎn)生的電流一樣多的電流流動。如果電流未限制于裝置可容許的電平，那么其將毀壞所述裝置。輻照裝置或二極管陣列的輻射能量輸出根本上為“對準(zhǔn)的”或定向發(fā)射的光子，例如朝向系統(tǒng)100的烹調(diào)或輻照區(qū)內(nèi)的食品物項。就此來說，爐系統(tǒng)100包含多種不同的結(jié)構(gòu)性系統(tǒng)以支撐或裝納輻照裝置。此結(jié)構(gòu)性系統(tǒng)的特定配置將因應(yīng)用而變化。而且，可以類似于將用透鏡處理各種光源的方式的方式處置所支撐或裝納的輻照裝置的輸出。反射器、 透鏡、折射器、衍射器、分裂器及光纖全部為視給定應(yīng)用的需要而使輻射能量轉(zhuǎn)向的可行方式。光纖給實施方案添加巨量的靈活性，因為光纖可將來自單個激光二極管的輻照能量完全遞送到使用位置，所述使用位置遠離定位激光二極管的地方或者在完全不同于定位激光二極管的地方的環(huán)境或位置中。然而，存在下降趨勢，在于當(dāng)從激光二極管的輸出小面去往光纖中時存在實質(zhì)耦合損耗。不論選擇的光學(xué)技術(shù)或技藝如何，如果光學(xué)處置硬件經(jīng)正確布置且與創(chuàng)造性配置耦合，那么其都將以正確強度、角度且在需要輻射能量的位置處高效地遞送所述輻射能量。恰當(dāng)配置還將具有以下優(yōu)點使固態(tài)裝置及其它組件免于暴露于食品、過程或目標(biāo)的副產(chǎn)物或污染物。在另一形式中，可將本發(fā)明的數(shù)字基于半導(dǎo)體的窄帶烹調(diào)技術(shù)與較常規(guī)的烹調(diào)技術(shù)混合或集成。舉例來說，可構(gòu)建還并入有微波烹調(diào)能力的多波長窄帶爐。集成電阻型或石英烹調(diào)元件可為合意的。使用微波攪拌風(fēng)扇作為窄帶波長掃描或散射裝置使得其執(zhí)行多個功能可為有利的?？扇菀卓闯鰧⑷绾慰墒拐瓗t或烹調(diào)技術(shù)的許多不同組合及排列與其它較常規(guī)方法組合以達到兩全其美。有時，此將為市場或消費者偏好考慮因素，有時為定價考慮因素，有時為緊湊性或占地面積問題，但其將提供組合本發(fā)明的全新概念與較傳統(tǒng)實踐中的一些實踐的巨大靈活性及功能性。系統(tǒng)100的其它選項包含伺服電機及遠程控制件的使用。伺服裝置可用于對烹調(diào)進行定時或使烹調(diào)與一或多個裝置的能量輸出協(xié)調(diào)以便可發(fā)生最優(yōu)加熱。在下文的匹薩應(yīng)用中并入此技術(shù)。存在可使用伺服電機或線性致動器以視需要將窄帶裝置移動成用于輻照的正確定向的許多不同方式。相反，可將食品或目標(biāo)本身伺服控制成正確輻照定向。還應(yīng)了解，在至少一種形式中，所描述的實例性系統(tǒng)的控制系統(tǒng)(或者類似裝置或例程)將操作以改變輻照的脈沖寬度、改變振幅、使波長變化且提供對能量的不同類型的調(diào)制。正輸入到食品物項的能量的此調(diào)制可基于用戶接口設(shè)定或輸入、系統(tǒng)設(shè)定或參數(shù)或者系統(tǒng)中的傳感器的輸出。由于所述系統(tǒng)內(nèi)在地以較安全、低電壓方式安全地操作且可較廣闊地加以監(jiān)視， 因此可較容易地包含遠程控制系統(tǒng)，其將允許最終用戶接通及關(guān)斷單元并經(jīng)由因特網(wǎng)或電話連接來對其進行編程。數(shù)字窄帶裝置的內(nèi)在控制精度及此類型裝置的連接可能性將有助于獨立的或作為全住宅系統(tǒng)的一部分的無線連接。在所預(yù)期烹調(diào)技術(shù)的另一實施方案中，設(shè)計一種系統(tǒng)及方法且其操作以高效地烹調(diào)匹薩，如圖14(a)到14(c)中所示意性地展示。如圖所示，所述系統(tǒng)并入有用以輸送匹薩進出烹調(diào)室(30)的傳送構(gòu)件00)。所述匹薩將騎乘在開孔網(wǎng)型傳送帶02)上進出所述烹調(diào)室，傳送帶02)或許對于輻照為約98%的可透過度。當(dāng)該將匹薩從排隊位置23取到烹調(diào)室30中時，線性致動器12將由控制系統(tǒng)15觸發(fā)，線性致動器12將提起門41A以允許到烹調(diào)室30中的接近?？刂葡到y(tǒng)15 (其操作以如本文中例如結(jié)合至少圖12、圖13及圖14 (a) 到14(c)所描述發(fā)揮作用)還可包含用戶接口以允許用戶輸入用于冷卻或操作的設(shè)定或參數(shù)。這些設(shè)定或參數(shù)可包含例如烹調(diào)時間、溫度、食品類型等任何此類設(shè)定或參數(shù)。當(dāng)聯(lián)鎖傳感器14向控制系統(tǒng)15指示門41A已被完全提起時，接著控制系統(tǒng)15將致動電機10開始向前驅(qū)動傳送帶以便將匹薩遞送到烹調(diào)室30中。在電機10正使傳送帶22運行從而將匹薩取到烹調(diào)室30中時，相機60正不斷地拍攝正經(jīng)分析以確定匹薩的位置的圖片。一旦已在智能相機60中訓(xùn)練的算法確定匹薩35在用于烹調(diào)的正確位置中，就將指示匹薩在正確位置中的信號從相機60發(fā)送到控制系統(tǒng)15?？刂葡到y(tǒng)15執(zhí)行其程序中的下一步驟，所述下一步驟為關(guān)斷電機10，因此使匹薩停止于用于烹調(diào)的正確位置中。此時，控制系統(tǒng)15 通過致動關(guān)閉門41A的線性致動器12而致動所述門的關(guān)閉序列。當(dāng)傳感器16A及16B與控制系統(tǒng)15交握從而以故障保險方式指示門41A為完全關(guān)閉時，停止到線性致動器12的信號，因此將所述門鎖定于關(guān)閉位置中。無論在烹調(diào)循環(huán)期間的任何時刻因任何事物而開始提起門41A，傳感器16A及16B都不斷地監(jiān)視其位置且將把要求立即切斷所有輻照直到糾正所述條件的信號發(fā)送到控制系統(tǒng)15。因此，包含門的系統(tǒng)提供輻照在所述系統(tǒng)內(nèi)的安全圍封。在門關(guān)閉且相機的算法滿足匹薩在正確烹調(diào)位置中的情況下，控制系統(tǒng)15請求相機60指示食品物項(例如，匹薩)的各個方面，例如匹薩的位置及在所述匹薩頂部上的食品配料的位置?？刂葡到y(tǒng)15進一步詢問所述相機以識別在匹薩上的食品配料的類型以及在匹薩頂部上的食品物項的形狀質(zhì)心及定向?？刂葡到y(tǒng)15將進一步詢問所述相機以識別每一食品配料以及外皮、奶酪及醬料的色彩。相機60還可為紅外線相機使得其可確定上文所識別的每一食品配料的溫度。在來自相機60的關(guān)于以上物項的信息已由控制系統(tǒng)15 接收之后，其將計算用于烹調(diào)匹薩的所建議輻照型式程序。為了計算烹調(diào)輻照程序，控制系統(tǒng)15將從其存儲器存取已依據(jù)實驗及研究關(guān)于使用窄帶輻照技術(shù)來烹調(diào)匹薩及匹薩餡料的最佳方式而確定的信息?；蛘撸溯斎胫械囊恍┹斎肟蔀橛脩?操作者的輸入(通過適當(dāng)接口，例如與控制系統(tǒng)15相關(guān)聯(lián)的接口)。控制系統(tǒng)15還可存取指示可由于從激光器安裝位置到待烹調(diào)的特定餡料的成角度性而需要的校正的參考信息。還將依據(jù)研究及實驗開發(fā)這些校正因子以幫助優(yōu)化烹調(diào)算法。由于匹薩的底部側(cè)不具有除基本面團以外的食品物項或餡料，因此將針對底部側(cè)依據(jù)將已由操作者初始化的查找信息及厚度信息兩者確定標(biāo)準(zhǔn)烹調(diào)程序。相機60將已在較早步驟中向控制系統(tǒng)15指示匹薩的直徑，使得數(shù)據(jù)將已存在且可供使用。任選特征可為各種類型的厚度測量傳感器。舉例來說，其可為三角測量傳感器17或可用以確定各種厚度的其它類型的傳感器。如果采用結(jié)構(gòu)化光或特殊算法，那么相機60也可用以確定各種厚度及其它維度數(shù)據(jù)。而且，在匹薩于傳送帶22上進入到爐室30中時，可由相機60拍攝一系列圖片且結(jié)合適當(dāng)視覺檢查算法使用所述圖片以三角測量并確匹薩的外皮及餡料的三維方面?？上蚩刂葡到y(tǒng)15發(fā)送來自傳感器18及19的其它數(shù)據(jù)(例如濕度及味道)以供在確定所建議總體烹調(diào)算法時使用。由控制系統(tǒng)15為此應(yīng)用(及包含圖12及圖13的實施方案的其它應(yīng)用)準(zhǔn)備的烹調(diào)算法可理想地為相當(dāng)全面的。所述算法可包含例如注入到每一餡料中的能量焦耳的項目。角度、輻照強度、時間、時間定序、待用于每一目的的一或多種波長、平衡時間(熱吸入) 及所有相關(guān)細節(jié)均將包含在程序中?？偠灾刂葡到y(tǒng)15將已設(shè)計復(fù)雜的基質(zhì)輻照序列型式，從而考慮到每一基質(zhì)位置處的所建議烹調(diào)要求。最終，烹調(diào)序列將已涵蓋且因此烹調(diào)整個匹薩及其餡料。還應(yīng)了解，可使用多種軟件例程及硬件配置來實施用于控制所討論系統(tǒng)(例如圖 12、圖13及圖14中的那些系統(tǒng))的任何此類例程、方法及技術(shù)。舉例來說，所述例程、方法及技術(shù)可存儲于適當(dāng)存儲器裝置或位置中且由適合處理器執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)15現(xiàn)在將開始執(zhí)行上文所準(zhǔn)備的總體基質(zhì)烹調(diào)算法。其將引導(dǎo)檢流器 71應(yīng)在基質(zhì)輻照型式中移動成其第一偏轉(zhuǎn)角度集合。由所述檢流器設(shè)定的那些偏轉(zhuǎn)角度對于將窄帶輻照反射到目標(biāo)上的特定位置來說將為正確的。一旦檢流器71往回向控制系統(tǒng)15指示其已到達其位置，控制系統(tǒng)15就將致動激光二極管窄帶輻照單元72以在選定程序強度下用脈沖輸送波長A的一些窄帶輻照達所確定的程序時間。在輻照正繼續(xù)時，控制系統(tǒng)15將向檢流器71發(fā)送下一偏轉(zhuǎn)角度及移動到所述位置的時間。如果已高效地設(shè)計程序，那么其將為到下一位置的最小移動，因此輻照可繼續(xù)快速地對準(zhǔn)下一程序位置。隨著控制系統(tǒng)15繼續(xù)經(jīng)過其整個預(yù)先設(shè)計的烹調(diào)程序，其將在恰當(dāng)時間內(nèi)且在恰當(dāng)強度下并在基質(zhì)中的每一確切點處使正確窄帶輻照對準(zhǔn)，使得在完成所述程序時恰當(dāng)烹調(diào)為合成結(jié)果。此將與借助針對每一區(qū)段中的所期望烹調(diào)結(jié)果及針對每一配料的正確輻照以及定時用匹薩的配料(醬料、奶酪及餡料)“噴涂”所述匹薩幾乎差不多?？芍貜?fù)地或者借助較長或較短持續(xù)時間合意地“噴涂”匹薩的各區(qū)中的一些區(qū)以便獲得預(yù)期烹調(diào)結(jié)果。在控制件15正繼續(xù)發(fā)送及接收恰當(dāng)信號以在匹薩的頂部上執(zhí)行所述程序時，其正類似地借助輻照系統(tǒng)模塊70B輻照匹薩的底部。用于匹薩底部的程序?qū)⒒谝韵率聦崄硖厥鉁?zhǔn)備且按照其烹調(diào)要求定制匹薩底部不具有餡料或多種不同食品物項，而主要是僅僅烹調(diào)匹薩面團。依據(jù)先驗烹調(diào)知識數(shù)據(jù)庫，將選擇將在恰當(dāng)時間對正在匹薩的底部及頂部兩者上輻照的食品物項中的每一者賦予恰當(dāng)烹調(diào)深度的波長。為烹調(diào)匹薩底部上的面團，可取決于工程師設(shè)計偏好而選擇950nm或1275nm的波長。這些波長兩者將賦予進入到匹薩面團中的深穿透且將不趨向于烘烤或灼燒面團的表面。當(dāng)已深入地充分烹調(diào)所述面團時，可添加或替代成或許1450nm的較長波長以烘烤表面。在此波長下，將預(yù)期有較小穿透深度且因此能量中的大多數(shù)將在表面附近被快速吸收，由此烘烤外皮以實現(xiàn)較佳的外觀及口感。取決于將烹調(diào)何物及食品組分中的每一者的特有吸收光譜，可視需要而選擇將允許總體烹調(diào)的較佳優(yōu)化的其它窄帶波長。應(yīng)做出組合的商業(yè)與工程設(shè)計決策，以對比于最優(yōu)烹調(diào)來確定在給定預(yù)算要求的情況下應(yīng)將多少種不同波長設(shè)計到特定爐中。當(dāng)然，將可能實施多個不同的窄帶基于半導(dǎo)體的掃描儀模塊70A，但其成為必須相應(yīng)地做出的性能折衷的代價。具有將由商業(yè)決策決定的此窄帶爐概念的較復(fù)雜及較簡單兩種版本也為合理的。 舉例來說，在較簡單版本中，將簡單地將匹薩35手動放置到烹調(diào)室30中且接著在烹調(diào)完成時手動將其取出。所述概念的又一版本可采用陣列中所含有的窄帶基于半導(dǎo)體的輻照裝置條或匹薩35下方的條75。此條將代替窄帶掃描儀模塊70B而替代地使用。假如使用條型布置，那么使匹薩35或條75旋轉(zhuǎn)或者替代地使用條75的線性致動將為合意的。如此形成的遞增運動將不斷地傳遞到控制系統(tǒng)15，以便可相應(yīng)地接通輻照裝置并對其進行定時。在正通過控制系統(tǒng)15與窄帶輻照模塊70A及70B之間的交互作用執(zhí)行烹調(diào)程序時，由控制系統(tǒng)15周期性地請求相機60拍攝圖片以檢驗烹調(diào)進展如何。因此，所述相機可將來自烹調(diào)之前的所提取圖像數(shù)據(jù)與其正在烹調(diào)期間獲取的圖像數(shù)據(jù)進行比較并檢驗許多不同細節(jié)。舉例來說，所述相機可檢查匹薩外皮及面團正在正確地烘烤。所述相機還可檢查西蘭花已變成了較深的綠色。如果相機60還具有紅外線相機功能性，那么其可檢驗每一餡料以及外皮、奶酪及醬料的溫度。可接著將那些溫度發(fā)送到控制系統(tǒng)15，在控制系統(tǒng) 15處可將所述溫度與用于恰當(dāng)烹調(diào)的相應(yīng)預(yù)期溫度進行比較。如果控制系統(tǒng)15中的邏輯程序確定所述溫度中的任一者不是指示恰當(dāng)烹調(diào)的正確溫度，那么其可起始程序子例程以特定地在為獲得正確烹調(diào)而需要輻照的地方施加額外輻照。此環(huán)路閉合概念(在此情況下其在相機60與控制系統(tǒng)15之間執(zhí)行)是本發(fā)明到其許多形式中的先進應(yīng)用的重要方面。一旦窄帶源自半導(dǎo)體的烹調(diào)完成，控制系統(tǒng)15就將停止輻照程序?？刂葡到y(tǒng)15 將向線性致動器12發(fā)送提起出口門41B的信號。當(dāng)傳感器14C用信號通知控制件15所述門處于完全開啟位置中時，控制件15用信號通知致動器12停在所述位置中。此時，控制件 15向電機模塊10發(fā)送使其在經(jīng)編程速度下接通達指定時間周期的信號。此行動將開始傳送帶22的向前移動以將匹薩35從烹調(diào)室30中向外移動到拾取站24。在傳送帶22正移動時，相機60將快拍圖片并檢驗在最終目的地既定為拾取站M的情況下匹薩35從烹調(diào)室 30中向外的恰當(dāng)前進進展。如果在正從烹調(diào)室30中向外輸送經(jīng)烹調(diào)匹薩時存在處于就緒位置23中的另一匹薩，那么所述另一匹薩將被同時輸送到烹調(diào)室30中。可接著視需要而無盡地重復(fù)上文所指示的整個循環(huán)以滿足匹薩烹調(diào)生產(chǎn)要求。當(dāng)然，可以許多創(chuàng)造性方式組合這些窄帶、可引導(dǎo)基于半導(dǎo)體的概念以最終具有最高效且有效的烹調(diào)、焙烤、烘焙或加熱系統(tǒng)。已被教示這些概念，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠在采集適當(dāng)實驗數(shù)據(jù)之后將所述概念擴展到簡單或復(fù)雜的實施方案中。應(yīng)了解，本文中所預(yù)期的一或多種系統(tǒng)(例如圖12、圖13或圖14(a)到14(c)的系統(tǒng))可具備額外特征。舉例來說，控制系統(tǒng)(例如控制系統(tǒng)15)可具備用以冷卻所述控制系統(tǒng)內(nèi)的電子器件的冷卻系統(tǒng)。而且，可提供也可為控制系統(tǒng)的一部分的通知系統(tǒng)以提供關(guān)于系統(tǒng)或烹調(diào)過程的狀態(tài)的警示或通知。此外，烹調(diào)室可具備通風(fēng)系統(tǒng)以允許腔與另一位置(例如所述腔外部或系統(tǒng)外部的位置)之間的空氣交換以從所述腔清除(舉例來說) 濕氣、煙氣、蒸氣等。所述通風(fēng)系統(tǒng)可采取多種形式，包含使用風(fēng)扇、催化劑或其它適合手段的形式。而且，烹調(diào)室可具備適合烤肉架系統(tǒng)或附接件。本申請案所預(yù)期的系統(tǒng)(包含圖12、圖13及圖14(a)到14(c)中所描述的系統(tǒng)) 具有優(yōu)于烹調(diào)領(lǐng)域中已知的系統(tǒng)的許多優(yōu)點。這些優(yōu)點之一為能量效率。就此來說，傳統(tǒng)寬帶或電阻加熱元件實際上為非常高效的熱產(chǎn)生器，但會出現(xiàn)高效地使用熱方面的困難。雖然二極管及激光二極管正快速獲得效率，但電阻加熱元件在實際上產(chǎn)生熱方面更加高效。 但要將低效性因素考慮在內(nèi)，因為由電阻加熱元件產(chǎn)生的許多熱被浪費，大多數(shù)熱變?yōu)榈托У伛詈系侥繕?biāo)的加熱空氣，且大多數(shù)能量被低效地處置。上文所描述的各種類別的基于半導(dǎo)體的輻射發(fā)射裝置各自具有與其相關(guān)聯(lián)的某一轉(zhuǎn)換效率，如所論述。許多凈系統(tǒng)效率由將能量確切地置于需要能量的地方及產(chǎn)生與目標(biāo)匹配的確切窄帶波長范圍的能力產(chǎn)生， 因此其可為最有效的。如果將整個加熱/材料系統(tǒng)視作一整體，那么數(shù)字窄帶波長匹配及空間控制的益處導(dǎo)致系統(tǒng)將熱能以更加高效的方式供應(yīng)到待加熱的材料。而且，在傳統(tǒng)寬帶加熱器的情況下，不僅存在非最優(yōu)波長及誤導(dǎo)的能量的實質(zhì)分量，而且許多直接輻射能量經(jīng)常被屏蔽使得其無法直接接觸食品材料。通常如此進行是因為較長輻射紅外線波長通常導(dǎo)致食品或目標(biāo)的表皮或表面加熱，因此會灼燒或過度烹調(diào)表面。此為熱能浪費的另一促成因素，在本文中所教示的恰當(dāng)應(yīng)用的窄帶技術(shù)的情況下不會發(fā)生熱能浪費。由于窄帶半導(dǎo)體輻照源二極管的基本性質(zhì)，增加的效率為內(nèi)在的。可在想要熱能的地方沉積顯著較大量的輻射熱能且在比于常規(guī)寬帶電阻加熱器的情況下短的時間幀中將所述熱能注入。當(dāng)然，此導(dǎo)致高速數(shù)字烹調(diào)。由于二極管及激光二極管為“即時接通”型裝置，因此其不需要升溫時間且其不浪費能量，這些在傳統(tǒng)上將與預(yù)加熱或空載爐相關(guān)聯(lián)。 二極管根本上為雙態(tài)或數(shù)字裝置。換句話說，當(dāng)被供應(yīng)正向電壓時，其接通或不接通。正向電壓的通常小于200mV的非常小的差會突然且急劇地接通電流。設(shè)計者將設(shè)法不在部分接通狀態(tài)中使用LED、RED或激光二極管裝置。此與傳統(tǒng)寬帶加熱源(例如電阻線圈、卡羅德或石英燈)形成明顯對比。寬帶加熱源具有電壓與電流之間的非常線性的模擬關(guān)系，而基于半導(dǎo)體的發(fā)光二極管及激光二極管具有電壓與電流之間的明顯非線性的數(shù)字關(guān)系。此圖解說明于圖15中。必須由基于二極管的裝置的外部電路仔細控制電流驅(qū)動電平，因為一旦所述裝置已達到數(shù)字接通電壓，其就將使電路中可用的無論何種電流通過直到裝置毀壞。 這些數(shù)字窄帶輻照裝置的另一特性為極高的速度。其可接通并達到全輻照強度且接著在數(shù)納秒中又關(guān)斷。石英燈為電阻加熱源中的最快者。通過比較，常規(guī)模擬石英燈將經(jīng)測量為在至少數(shù)秒中表現(xiàn)出相同績效。因此，窄帶數(shù)字基于半導(dǎo)體的輻照源比最快的模擬寬帶源快十億倍以上。數(shù)字窄帶輻照裝置的極限速度、其內(nèi)在定向性質(zhì)與精確波長選擇性的組合為用這些新穎概念設(shè)計爐及烹調(diào)設(shè)備者產(chǎn)生許多主要優(yōu)點。一個重要結(jié)果為與常規(guī)寬帶電阻熱或石英爐相比較高速度的烹調(diào)、熟化、烘焙、焙烤等。舉例來說，烤箱不僅可使焙烤即時開始， 而且焙烤的實際速度可更加快速，因為可嚴密控制穿透且因此可以較高的速率注入能量， 而不會有對烹調(diào)結(jié)果的有害影響。事實上，可烘烤焙烤物的表面且使面包的深處變暖，而不會出現(xiàn)通常由常規(guī)寬帶烤箱產(chǎn)生的傳統(tǒng)干燥問題。裝置的可對準(zhǔn)性促進將幾乎所有能量直接注入到焙烤物中且使其沉積在最想要能量的地方(深內(nèi)部或表面上)。此不僅為更能量高效的，而且其還使烤箱的外殼保持比在傳統(tǒng)模擬寬帶裝置的情況下涼得多并在廚房中導(dǎo)致較少的環(huán)境加熱。用于數(shù)字烹調(diào)的所討論系統(tǒng)的另一優(yōu)點為環(huán)境加熱減少。由常規(guī)寬帶電阻加熱器產(chǎn)生的許多熱并不被待加熱的材料吸收。舉例來說，如果匹薩爐經(jīng)預(yù)加熱且準(zhǔn)備好開始烹調(diào)匹薩，那么能量完全被浪費直到實際上做好匹薩以用于烹調(diào)。此空載能量接著簡單地耗費到環(huán)境中，在環(huán)境中外部環(huán)境控制件(如HVAC系統(tǒng))被迫使花費更多的能量來處理所述空載能量。由于作為基于二極管的爐的設(shè)計的一部分而選擇單一最優(yōu)吸收波長或多種最優(yōu)波長，因此由發(fā)射器產(chǎn)生的輻射熱能差不多完全被目標(biāo)材料吸收且因此不會負面地影響外部環(huán)境。通過對二極管裝置電路板使用水套式冷卻布置，可將不變成輻射能量的熱傳輸?shù)教娲恢玫淖罴堰x擇。作為所討論系統(tǒng)的再一優(yōu)點，較高效的加熱意味著由器具使用的電負載減少。另外，代替增加的“到焙烤物的速度”，可使用具有非常小二極管陣列的低功率替代方案在與常規(guī)烤箱相同的時間標(biāo)度上生產(chǎn)焙烤物，但所述替代方案將具有僅需要一小部分的電負載的附加優(yōu)點。按照類似方式，與常規(guī)爐技術(shù)相比能量消耗(由于上文所提及的物項所致)的減少意味著每焙烤或烹調(diào)循環(huán)進行操作的能量成本更低。所使用的能量被高效地轉(zhuǎn)換成光子且直接注入到目標(biāo)中。由于從這些裝置發(fā)射的能量為如此內(nèi)在地定向性或可導(dǎo)引性，因此非常高百分比的輻射光子會實際上撞擊目標(biāo)物項。由于可直接注入較大能量密度以在不擔(dān)心灼燒表面的情況下執(zhí)行烹調(diào)，因此可在實質(zhì)上減少的時間幀中執(zhí)行烹調(diào)。此可意味著 (舉例來說)烹調(diào)每一匹薩的能量成本實質(zhì)上更低且碳排放量更低。由于此基于數(shù)字的技術(shù)為“即時接通”及“即時關(guān)斷”的，因此其僅在正執(zhí)行實際烹調(diào)時汲取電力。減少了許多類型的環(huán)境影響，從而進一步總體上有益于匹薩店主或家務(wù)。如當(dāng)前激光二極管、LED及其它半導(dǎo)體裝置的長壽命所證實，可使用較新技術(shù)顯著延長操作壽命。然而，常規(guī)爐及烤箱經(jīng)受與同操作相關(guān)聯(lián)的重復(fù)加熱及冷卻循環(huán)相關(guān)聯(lián)的機械磨損。盡管穩(wěn)健，但加熱或加熱元件最終會失效或斷裂，正如在基于細絲的燈泡中一樣。除效率及成本優(yōu)點外，所討論系統(tǒng)還包含安全特征。首先，電擊危險減小。電阻加熱器通過使電流穿過暴露的電阻導(dǎo)線而操作。盡管安全地裝納在爐或烤箱的外殼內(nèi)部，但與水(舉例來說，洗滌槽中的)或與導(dǎo)電物件(例如餐叉)的接觸可導(dǎo)致危險的條件。電阻或石英加熱元件通常由伴隨著內(nèi)在危險的實質(zhì)AC電壓供電。窄帶基于二極管的器具可由于熱產(chǎn)生元件不直接暴露于用戶、不可由用戶接近或不與用戶導(dǎo)電而減少這些風(fēng)險。此外，二極管或激光二極管裝置將通常由更加安全的低電壓DC電源供電。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的設(shè)計良好的產(chǎn)品可更容易地經(jīng)設(shè)計以使用戶與任何電接觸暴露隔離。還減小火災(zāi)危險。由常規(guī)烤箱產(chǎn)生的環(huán)境加熱的機制可為空氣從焙烤狹縫中向外的對流，但此對流經(jīng)常與穿過烤箱的主體的對流組合。熱的烤箱為非常實際的火災(zāi)危險。二極管裝置本身通常無法在不損壞其的情況下達到大于100°c，且其輸出完全為輻射無對流的。二極管裝置通過發(fā)射直接加熱目標(biāo)而非環(huán)境空氣的輻射熱而發(fā)揮作用，因此不存在任何原因使任何東西處于燃燒溫度下。因此，本發(fā)明提供具有實質(zhì)上減小的火災(zāi)危險的產(chǎn)品。還改進使用所討論系統(tǒng)的烹調(diào)技術(shù)。舉例來說，與大多數(shù)其它食品相比，烹調(diào)油具有類似的特有吸收曲線，但具有明顯的差異。烹調(diào)油具有可用以賦予類似于“投入式”浸沒油炸的口感的有區(qū)別的峰值吸收。通過在峰值吸收波長下輻照，可使得烹調(diào)油極熱同時對在下面的產(chǎn)品提供適中的表面烘烤。通過利用此獨特特性，可設(shè)計烹調(diào)系統(tǒng)來替代浸沒油炸過程。然而，本發(fā)明將具有用更低能量、以更低成本且以更大安全性(因為將不存在大量的熱烹調(diào)油)更加快速地進行烹調(diào)的能力。還預(yù)期，經(jīng)恰當(dāng)設(shè)計的系統(tǒng)將產(chǎn)生更健康的食品，因為將預(yù)期烹調(diào)油的較少吸收且可使用較小量的更健康烹調(diào)油。食品物項的直接輻照還導(dǎo)致經(jīng)改進的烹調(diào)技術(shù)。如較早所提及，實質(zhì)部分的傳統(tǒng)或常規(guī)烹調(diào)不從輻照元件直接輻照食品。已討論此情形的原因。由于在許多爐中使用電阻加熱元件來加熱空氣且使用空氣來加熱食品，因此其形成過程中的另一低效且不精確的步驟。石英燈有時用于直接輻照但經(jīng)常是結(jié)合風(fēng)扇使用，所述風(fēng)扇用以吹動石英輸出還圍繞烹調(diào)腔形成的熱空氣。數(shù)字窄帶輻照的優(yōu)點之一為，可選擇一或多種正確波長以便可直接輻照目標(biāo)或食品物項。如在上文的“匹薩噴涂”實例的精度方面所描述，存在可得自于本發(fā)明的功能性的組合的許多優(yōu)點。為了促進直接輻照，使用玻璃炊具或在正使用的波長下為極具透射性的其它炊具有時將為明智的。如果使用波長可透過的炊具，那么可容易看出可潛在地從所有方向及側(cè)面直接輻照食品或目標(biāo)物項。當(dāng)然，可借助部分透射炊具或甚至通過直接輻照而加熱的不透明炊具來實踐本發(fā)明。此確實導(dǎo)致另一界面，其可能并非最優(yōu)的， 因為其將借助來自炊具的高得多的百分比的熱傳導(dǎo)來烹調(diào)食品。當(dāng)以此方式進行烹調(diào)時， 借助正確波長進入到食品或目標(biāo)中的深穿透的優(yōu)點的一部分可不那么顯著。所討論系統(tǒng)還允許用戶將風(fēng)味烹調(diào)到食品物項中。對于消費者來說，具有在烹調(diào)系統(tǒng)中對食品產(chǎn)生或賦予熏制型風(fēng)味的某種方式是非常普遍的。大多數(shù)基于電的烹調(diào)系統(tǒng)不具有將此種風(fēng)味賦予食品中的能力。這是燃燒類型的烹調(diào)系統(tǒng)非常普遍的一個原因。本發(fā)明的另一優(yōu)點為，其可適于賦予熏制型或其它類型的風(fēng)味。通過在烹調(diào)室中接近于食品而插入煤餅、木片或特殊的介質(zhì)或元件，可視需要而選擇性地對其進行輻照以產(chǎn)生煙或其它香料。特別適合于匹配插入件的吸收性質(zhì)的窄帶波長可經(jīng)引導(dǎo)以輻照已知在被相應(yīng)地加熱時產(chǎn)生恰當(dāng)種類的煙或風(fēng)味的插入件。還可使用波長致動食品添加劑，在用激活波長輻照時，其產(chǎn)生所期望的風(fēng)味。本發(fā)明非常適合于此技術(shù)，因為數(shù)字窄帶裝置可經(jīng)精確對準(zhǔn)、 具有選擇性窄波長且在經(jīng)恰當(dāng)設(shè)計的情況下有效地用于關(guān)斷及接通風(fēng)味產(chǎn)生器。所討論系統(tǒng)的再一優(yōu)點在于其有利地集成到具有其它烹調(diào)裝置的環(huán)境中的能力。 可以使得器具可“彼此交談”以便可在適當(dāng)時間完成物項的方式以很大準(zhǔn)確度制備食譜的部分或組分或者主食的其它部分。即時接通及關(guān)斷裝置的能力允許對烹調(diào)或加工速度的更加全面的控制，此有助于與其它食品制備或儲存器具的此同步。從上文描述應(yīng)明了，本發(fā)明針對一種出于以某種方式影響目標(biāo)的溫度的目的而將最優(yōu)波長的窄帶輻射注入到所述目標(biāo)中的新穎且高效的方式。所注入的輻射可針對給定應(yīng)用而處于任何窄帶波長下，但最常將處于其中趨向于存在用于各種目標(biāo)產(chǎn)品的較多令人感興趣的吸收特征符的近紅外線波長帶中。舉例來說，用于紅外線注入的“目標(biāo)”可來自介于從商業(yè)或工業(yè)操作中的高體積目標(biāo)組分到家庭或餐館烹調(diào)過程中的常見個別食品物項的范圍內(nèi)的多種多樣的物項。一般來說，理想窄帶紅外線加熱系統(tǒng)在加熱或烹調(diào)結(jié)果與最少能量消耗恰當(dāng)組合的情況下最優(yōu)地提升目標(biāo)的溫度。此系統(tǒng)可包括可將其電功率輸入直接轉(zhuǎn)換成輻射電磁能量輸出的裝置，所述輸出具有對準(zhǔn)目標(biāo)的所選單一或多種窄帶波長，使得包括輻照的能量由目標(biāo)部分地、合意地或全部地吸收并轉(zhuǎn)換成熱。電輸入越高效地被轉(zhuǎn)換成輻射電磁輸出， 系統(tǒng)就可表現(xiàn)出越高效的性能。輻射電磁波越高效地被對準(zhǔn)以暴露目標(biāo)上的僅所期望區(qū)， 系統(tǒng)就將越高效地完成其工作。經(jīng)選擇以供使用的輻射發(fā)射裝置應(yīng)具有即時“接通”及即時“關(guān)斷”特性，使得當(dāng)不輻照目標(biāo)時，輸入及輸出能量均不浪費。經(jīng)暴露目標(biāo)越高效地吸收輻射電磁能量以將其直接轉(zhuǎn)換成熱，系統(tǒng)就可越高效地發(fā)揮作用。為了最優(yōu)的系統(tǒng)，在系統(tǒng)的設(shè)計中必須謹慎以恰當(dāng)?shù)剡M行選擇使得用于特定應(yīng)用的系統(tǒng)輸出波長集合匹配目標(biāo)在所述窄波長帶下的吸收特性。將可能針對本發(fā)明的不同目標(biāo)應(yīng)用不同地選擇這些波長以最佳地適合不同目標(biāo)物項的特定吸收特性且適合不同的所期望結(jié)果。相比之下，且為了進一步說明本申請案的優(yōu)點，此項技術(shù)及工業(yè)中已眾所周知，將一系列不同類型的寬帶輻射加熱或烹調(diào)系統(tǒng)用于寬廣范圍的過程及處理。如已提及，先前可用于此類目的的技術(shù)產(chǎn)生相對寬帶光譜的所發(fā)射輻射電磁能量。在差不多所有情況下， 爐所使用的各種類型的加熱元件產(chǎn)生帶寬為至少數(shù)千納米或更大的輻射能量。在許多情況下，甚至當(dāng)所產(chǎn)生的輻照作為主要為紅外線的輻射能量發(fā)出時，其也加熱空氣且因此到所述輻照到達其目標(biāo)時已導(dǎo)致對流加熱。在許多情況下，不允許直接輻射能量碰擊目標(biāo)為有意義的，因為寬帶源中的許多波長帶將對正加熱或烹調(diào)的物項具有有害影響。經(jīng)常將許多不同寬帶技術(shù)稱為紅外線加熱、紅外線處理、紅外線烹調(diào)或紅外線加工系統(tǒng)，而事實上，其還幾乎始終產(chǎn)生遠在紅外線光譜之外的輻射能量以及對流熱。舉例來說，常見的家用爐使用產(chǎn)生大量的非常長波長的寬帶紅外線能量的電阻“卡羅德”加熱元件。其還在中紅外線及近紅外線中以及在可見光譜的上部端中產(chǎn)生能量。此由以下事實所證明所述元件在其被調(diào)大到較高的輸出電平時發(fā)深櫻桃紅色光。通常，提供由于長波長能量具有灼燒食品表面的高可能性而防止輻射能量直接沖擊食品的屏蔽物。所述屏蔽物接著阻擋許多直接紅外線能量，但在所述能量正在其圍封區(qū)周圍反沖時，其過分加熱加熱元件周圍的空氣且實質(zhì)上加熱爐壁及其它組件，所述加熱爐壁及其它組件接著又加熱爐腔，從而導(dǎo)致對流或熱空氣烹調(diào)。所謂的“對流爐”僅具有使熱空氣的速度加速因此增加與食品或目標(biāo)的熱交換速率的鼓風(fēng)機。事實上，借助熱空氣加熱的所有爐為真正的對流爐，但營銷術(shù)語是在一些年以前當(dāng)用于增加所述熱空氣的速度的風(fēng)扇為新式且附加特征時添加的。通常將光譜的紅外線部分劃分成三個波長類別。通常將這些類別分類為近紅外線、中紅外線及長紅外線波長帶。盡管所述術(shù)語似乎是在實踐中非常不嚴謹?shù)厥褂们裔槍Σ煌I(yè)稍微不同地使用，但針對這些一般區(qū)域清晰地建立了確切截止點。但通常認為，近紅外線區(qū)域橫跨介于可見光與1. 5微米之間的范圍。由于本文中及別處經(jīng)常依據(jù)納米來指定波長，因此應(yīng)認識到IOOOnm (納米)等于Iym(微米)。中紅外線區(qū)域橫跨從1. 5微米到 5微米的范圍。長波紅外線區(qū)域通常被認為是介于5微米與14微米之間及超過14微米。如上文經(jīng)常提及，先前已在工業(yè)、商業(yè)、烹調(diào)、熱處理或過程設(shè)備中使用的輻射紅外線源產(chǎn)生很少限制于紅外線光譜的一個區(qū)段的非常寬的波長帶。雖然其寬帶輸出可在紅外線光譜的特定范圍中達到峰值，但其通常具有充分延伸到鄰近區(qū)域中的輸出尾部。設(shè)備及器具的制造商仍隨便地通常將其產(chǎn)品稱為在“紅外線”中加熱，即使所述術(shù)語已變得如此類屬地使用以致就正描述的實際波長帶來說為無意義的。所述術(shù)語并未關(guān)于制造商的加熱或烹調(diào)產(chǎn)品精確地界定很多。作為一實例，此項技術(shù)中眾所周知且用于各種烹調(diào)、熟化、干燥及過程加熱操作的石英紅外線加熱燈將通常產(chǎn)生900納米到1100納米范圍中的峰值輸出。雖然輸出可在900納米與1100納米之間達到峰值，但這些燈具有在從紫外線(UV)到可見及向外到中紅外線中的大約3. 5微米的寬廣連續(xù)波長帶集合中的非常實質(zhì)的輸出。作為此領(lǐng)域中的典型技術(shù)現(xiàn)狀的實例，圖16展示由稱為賀利氏(Heraeus)的大型美國制造商制作的數(shù)種不同類型的石英紅外線加熱元件的輸出的曲線圖。明顯地，雖然各種石英燈設(shè)計的峰值輸出在近紅外線或中紅外線范圍中，但其明顯地為具有在可見范圍及中紅外線范圍兩者中的實質(zhì)輸出的寬帶源。舉例來說，模擬2200攝氏度黑體的石英管具有多于40%的處于可見光范圍中的輻射能量強度且在其范圍的長波長端上向外延伸到超過3000納米。因此，在現(xiàn)有的寬光譜紅外線源的情況下，關(guān)于對于任何給定加熱、熟化、烹調(diào)或加工應(yīng)用來說將為最期望的一或多種優(yōu)選波長不可能進行選擇。其內(nèi)在地為寬光譜處理或過程且由于其低廉、尚不存在實際替代方案且由于波長特定烹調(diào)的實際模態(tài)在本發(fā)明的教示內(nèi)容之前并非眾所周知而已廣泛使用。相比于歷史上使用這些模擬寬帶源來烹調(diào)，本文中所預(yù)期的經(jīng)改進加熱方式處于特定且窄得多的波帶下。所述方式取決于為何種目標(biāo)材料或食品，但通常烹調(diào)許多目標(biāo)或提升所述目標(biāo)中的溫度的最高效方式是由于在一種或一種以上波長窄帶下的熱頂能量的吸收。舉例來說，在典型寬帶紅外線源的情況下，通常為以下情形即使源正在大于3000nm 寬的帶寬內(nèi)放出紅外線能量，許多實際熱吸收也是在取決于目標(biāo)的吸收光譜的窄波長帶中發(fā)生。重要且有用的吸收或透射可比IOOnm窄。因此，許多寬帶頂能量輸出通常并不實現(xiàn)恰好所期望的加熱或烹調(diào)結(jié)果。電阻加熱元件為許多爐及干燥系統(tǒng)中的最老而仍為最普遍類型的電加熱源。這些元件由于工業(yè)中的早期商標(biāo)名稱而經(jīng)常稱為“卡羅德”，但其僅僅為電阻加熱元件。通過使電流穿過這些加熱元件，其可相當(dāng)于具有將依據(jù)其溫度而變化的輸出的黑體熱源。由于所述元件通常比石英燈更涼地操作，因此其在非常長的紅外線波長下輻射。其輸出曲線遵循普朗克定律。在爐中，所述元件實際上以三種不同方式加熱接近于元件的目標(biāo)。所述元件以傳導(dǎo)方式過分加熱其周圍的大氣，且在更小程度上過分加熱爐的結(jié)構(gòu)、安裝表面及內(nèi)部表面。接著熱空氣又以對流方式加熱目標(biāo)。長波紅外線能量還將輻射熱賦予目標(biāo)以及其中裝納所述目標(biāo)的結(jié)構(gòu)中。雖然此加熱方法調(diào)用若干種不同的加熱模態(tài)，但多年以來其已證明是有效地但不十分高效地工作。作為簡單實例，如果在普通家庭中在烹調(diào)過程期間爐的門開啟，那么大量的經(jīng)加熱空氣逃逸且被家中的正常環(huán)境溫度空氣替換，必須從電阻加熱元件再加熱所述正常環(huán)境溫度空氣。即使正發(fā)生爐附近的環(huán)境的實質(zhì)加熱，烹調(diào)效率在爐門開啟的時間期間也損失。事實上，如果爐門保持開啟，那么系統(tǒng)將最終設(shè)法將家中加熱到高達在爐中設(shè)定的恒溫溫度，此為極其浪費的。然而，此為在匹薩店中及在具有通常不具有門的傳送式爐的許多商業(yè)或工業(yè)烹調(diào)情況中發(fā)生的情形。與常規(guī)爐形成很大對比，在至少一種形式中，本發(fā)明經(jīng)設(shè)計使得輻照裝置僅在期望時經(jīng)致動并產(chǎn)生能量。由于其為“即時接通”/ “即時關(guān)斷”型裝置，因此其僅需在存在用于加熱的食品或目標(biāo)時被接通。許多商業(yè)爐因為冷卻及再加熱時間為顯著的且因為爐已達到其不想要擾亂的穩(wěn)定溫度而為全天接通的。舉例來說，匹薩商店的巨大成本為在長時間內(nèi)或不斷地使其爐運行的花費。本發(fā)明可給這些情形帶來大的優(yōu)點且可同時給烹調(diào)過程帶來較大精度。本發(fā)明為通過利用新式窄帶技術(shù)及分子吸收科學(xué)而高效進行加熱的更加直接的方式。通過選擇匹配目標(biāo)的窄帶吸收特性的窄帶加熱元件，可將輻射能量高效且直接地注入到目標(biāo)中。穿透深度隨目標(biāo)在針對窄帶輻射加熱元件的輸出而選擇的波長下的吸收系數(shù)而變。能量消耗成本占完成或熱加工物品的成本的日益增加的大百分比。舉例來說，匹薩店的實質(zhì)花費為使匹薩爐運行的能量成本。本發(fā)明為從電能轉(zhuǎn)換成輻射能量的更加高效的方式，可將所述輻射能量直接注入到正烹調(diào)、干燥或熟化的物項中以誘發(fā)過程所必需的熱。就此來說，在固態(tài)電子器件領(lǐng)域中，半導(dǎo)體發(fā)射器或LED或激光二極管是此項技術(shù)中眾所周知的。已知此類型的光子或通量發(fā)射器在市場上可購得且在從紫外線(UV)到可見光譜且充分進入到紅外線中的各種波長下操作?；倦娮?光子轉(zhuǎn)換及化學(xué)品對于用于實際上產(chǎn)生光子輸出的LED及激光二極管兩者來說為相當(dāng)類似的，激光二極管在實際上發(fā)射光子之前添加抽運放大步驟且因此可實現(xiàn)較高的光學(xué)輸出水平。如已指示，由于兩者均為用于實踐本發(fā)明的適合窄帶裝置，因此將描述的電子/光子轉(zhuǎn)換過程涉及LED及激光二極管兩者。LED及激光二極管由適合地經(jīng)N摻雜及經(jīng)P摻雜半導(dǎo)體材料構(gòu)造而成。對經(jīng)適合處理以含有置成與相同材料的經(jīng)N摻雜區(qū)域直接接觸的經(jīng)P摻雜區(qū)域的一定體積的半導(dǎo)體材料賦予二極管的類屬名稱。二極管具有如此項技術(shù)中眾所周知的許多重要電及光電性質(zhì)。舉例來說，此項技術(shù)內(nèi)眾所周知，在所形成半導(dǎo)體二極管的經(jīng)N摻雜區(qū)域與經(jīng)P摻雜區(qū)域之間的物理界面處，材料中存在特有帶隙。此帶隙和位于N區(qū)域中的傳導(dǎo)帶中的電子的能級與較低可用P區(qū)域軌道中的電子的能級的差。當(dāng)誘發(fā)電子流動跨越PN結(jié)時，從N區(qū)域傳導(dǎo)軌道到較低P區(qū)域軌道的電子能級躍遷開始發(fā)生，從而導(dǎo)致針對每一此種電子躍遷的光子的發(fā)射。確切能級或替代地所發(fā)射光子的波長對應(yīng)于所傳導(dǎo)電子的能量下降?？偠灾琇ED作為直接電流/光子發(fā)射器操作。不同于細絲或其它黑體型發(fā)射器，不存在將輸入能量在能夠提取輸出光子之前變換成中間形式的熱的要求。由于此直接電流/光子行為，LED具有極快行動的性質(zhì)。LED已在需要產(chǎn)生極高脈沖速率UV、可見及/ 或近頂光的眾多應(yīng)用中使用。其中LED的高脈沖速率性質(zhì)已特別適用的一個特定應(yīng)用為自動化離散部分視覺感測應(yīng)用，其中使用可見或近紅外線光來形成透鏡聚焦的圖像，接著在計算機中檢查所述圖像。不同于基于細絲的源，LED在對應(yīng)于正使用的半導(dǎo)體材料的特定帶隙的相對有限的波長范圍內(nèi)發(fā)射。LED的此性質(zhì)已特別適用于其中需要例如組件照明、狀態(tài)指示或光學(xué)通信的波長選擇性操作的應(yīng)用中。最近，大的LED集群已用于較大規(guī)模形式的可見照明或甚至用于信號燈，例如汽車尾燈或交通信號燈。 上文描述僅提供本發(fā)明的特定實施例的揭示內(nèi)容且不既定用于將本發(fā)明限制于所述特定實施例的目的。如此，本發(fā)明并不僅限制于上述應(yīng)用或?qū)嵤├４私沂緝?nèi)容廣泛地論及本發(fā)明的許多應(yīng)用且特定地論及一個應(yīng)用實施例。應(yīng)認識到，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可構(gòu)想出歸屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)的替代應(yīng)用及特定實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于加熱食品的加工系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括烹調(diào)室，其具有用以安全地將輻照能量圍封在其內(nèi)的配置，且可將食品物項定位到所述烹調(diào)室中以用于直接或間接輻照中的至少一者；結(jié)構(gòu)，其用于至少部分地包封所述烹調(diào)室且用于接近于烹調(diào)區(qū)固持定向輻照裝置，使得來自所述輻照裝置的輻照可進行以下各項中的至少一者直接沖擊所述食品物項或間接沖擊所述食品物項；至少一個窄帶基于半導(dǎo)體的發(fā)射裝置，所述至少一個窄帶基于半導(dǎo)體的發(fā)射裝置經(jīng)選擇使得其輻照輸出的波長匹配目標(biāo)食品物項中的至少一者在所述波長下的至少一個吸收特性；及，控制系統(tǒng)，其用于供應(yīng)至少用以對所述窄帶輻照裝置進行數(shù)字控制的電流以基于以下各項中的至少一者而在所述室中提供所述輻照輸出用戶接口設(shè)定、傳感器輸出或所述室為有效的且安全地圍封所述輻照能量的確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括經(jīng)定位以允許在不使所述輻照輸出波長通過的情況下觀察所述輻照區(qū)的觀察窗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其進一步包括用以在觀察期間選擇性地關(guān)斷輻射的防護閘系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括用以將所述食品物項輸送到所述輻照區(qū)中的傳送系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括若干傳感器，所述傳感器操作以感測關(guān)于所述食品物項在以下各項中的至少一者時的至少一個方面并由于所述感測而采取行動 所述輻照之前、期間或之后。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括感測所述食品物項的位置、食品類型及大小的相機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個窄帶基于半導(dǎo)體的輻射發(fā)射裝置在兩種不同窄帶輻照波長下產(chǎn)生其窄帶輻照，所述兩種不同窄帶輻照波長中的每一者經(jīng)選擇使得所述波長匹配可被輻照的所預(yù)期目標(biāo)的吸收特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其進一步包括寬帶輻照元件，所述寬帶輻照元件經(jīng)選擇性地激活以用于除進行窄帶加熱以外還烹調(diào)所述食品物項。
9.一種用于烹調(diào)、干燥或熟化食品物項的方法，所述方法包括將至少一個目標(biāo)食品物項引入到輻照區(qū)中并對其進行定位，使得其可由輻射發(fā)射裝置直接或間接輻照；安全地圍封所述輻照區(qū)；在所述輻照區(qū)被安全圍封時的周期期間從至少一個數(shù)字窄帶基于半導(dǎo)體的輻照裝置發(fā)射定向輻射；及，在所述發(fā)射期間用匹配所述至少一個目標(biāo)食品物項的吸收特性的至少一種窄帶波長輻照所述至少一個食品物項。
10.一種用于加工食品物項的方法，所述方法包括將所述食品物項輸送到烹調(diào)室中；在所述食品物項正被輸送到所述烹調(diào)室中時感測所述食品物項的位置；檢測所述食品物項處于所期望位置中；基于所述檢測而停止所述輸送；關(guān)閉所述烹調(diào)室以安全地圍封所述室的容納物；感測或輸入所述食品物項的若干方面；基于所述感測或輸入并基于烹調(diào)參數(shù)而確定烹調(diào)型式；基于所述烹調(diào)型式而從至少一個數(shù)字窄帶基于半導(dǎo)體的輻射發(fā)射器裝置在一波長下輻照所述食品物項達一時間周期，所述波長對應(yīng)于所述食品物項在所述波長下的優(yōu)選吸收特性；在所述輻照完成之后開啟所述烹調(diào)室；及，從所述烹調(diào)室中輸送出所述食品物項。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中所述輻照所述至少一個食品物項包括依據(jù)方向發(fā)射而噴涂所述至少一個食品物項。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中所述發(fā)射包括使所述至少一個輻照裝置產(chǎn)生脈沖。
13.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中至少一種窄帶波長包括兩個波長帶，所述兩個波長帶是基于在所述波長帶的每一中心處實質(zhì)上不同的吸收特性而選擇的。
14.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中所述至少一種窄帶波長實現(xiàn)進入到所述食品物項中的深穿透。
15.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中所述至少一種窄帶波長實現(xiàn)所述食品物項的表面加熱。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于出于寬廣范圍的加工目的而將選定熱紅外線IR波長輻射或能量直接注入到食品物項中的系統(tǒng)。這些目的可包含加熱、提升或維持食品物品的溫度。所述系統(tǒng)可尤其適用于需要在特定選擇的波長下進行輻照或者用脈沖輸送或注入所述輻射的能力或從所述能力獲益的操作。所述系統(tǒng)在以較高速度且在與目標(biāo)不接觸的環(huán)境中發(fā)揮作用時為特別有利的。
文檔編號A23L1/164GK102413712SQ201080018221
公開日2012年4月11日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者喬納森·M·卡茨, 唐·W·科克倫, 本杰明·D·約翰遜, 登伍德·F·羅斯 申請人:派拉斯科技術(shù)公司