專(zhuān)利名稱：用于波長(zhǎng)特定的熱照射和處理的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無(wú)
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及將選定的熱紅外(IR)波長(zhǎng)輻射或能量直接注射到目標(biāo)實(shí)體中以用于較廣范圍的加熱、處理或治療目的。如下文所描述，這些目的可包含在一系列不同的工業(yè)、 醫(yī)學(xué)、消費(fèi)或商業(yè)環(huán)境中加熱、提升或維持物件的溫度，或激勵(lì)目標(biāo)項(xiàng)目。本文所述的方法和系統(tǒng)尤其適用于需要以特定選擇的波長(zhǎng)進(jìn)行照射或者脈沖或注射輻射的能力或從所述能力獲益的操作。在目標(biāo)以較高的速度移動(dòng)和與目標(biāo)處于無(wú)接觸的環(huán)境中時(shí)，本發(fā)明特別有利。本發(fā)明提供具有選定的較窄波長(zhǎng)的紅外系統(tǒng)，其對(duì)于較廣范圍的最終應(yīng)用具有高度可編程性。本發(fā)明教示一種新的和新穎類(lèi)型的紅外照射系統(tǒng)，其由最優(yōu)選的新的一類(lèi)較窄波長(zhǎng)固態(tài)輻射發(fā)射裝置(RED)的工程陣列組成，在此文檔中稍后將特定參考其一個(gè)變體。更特定來(lái)說(shuō)，本發(fā)明針對(duì)一種將最佳波長(zhǎng)的紅外輻射注射到目標(biāo)中以用于以某一方式影響目標(biāo)溫度的新穎和有效方式。以少數(shù)實(shí)例樣本為例，紅外注射的“目標(biāo)”可以是各種目標(biāo)，從制造操作中的個(gè)別組件到對(duì)連續(xù)的材料卷的處理區(qū)，到烹飪過(guò)程中的食物，到醫(yī)療環(huán)境中的人類(lèi)患者。盡管下文描述的本發(fā)明的特定實(shí)施例是尤其涉及塑料瓶預(yù)成型件再加熱操作的實(shí)例，但其中所包含的原理也可應(yīng)用于許多其它已知情形。其還應(yīng)用于單階段塑料瓶吹塑操作，其中在吹塑模制操作之前連續(xù)執(zhí)行注射模制操作。舉例來(lái)說(shuō)，在此部署中，本發(fā)明的方法和設(shè)備提供與已知技術(shù)相似的優(yōu)點(diǎn)，但將在工藝的再加熱部分的入口處使用不同的感測(cè)和控制來(lái)處理初始溫度中的變化?！銇?lái)說(shuō)，理想的紅外加熱系統(tǒng)通過(guò)最少的能量消耗最佳地提升目標(biāo)的溫度。此種系統(tǒng)可包括這樣一種裝置其可將其電能輸入直接轉(zhuǎn)換為輻射電磁能輸出，且所述輻射電磁能輸出具有針對(duì)目標(biāo)的選定的單一或窄帶的波長(zhǎng)，使得包括照射的能量被目標(biāo)部分或完全吸收并轉(zhuǎn)換為熱量。電輸入轉(zhuǎn)換為輻射電磁輸出的效率越高，系統(tǒng)可執(zhí)行的效率就越高。輻射電磁波對(duì)準(zhǔn)僅暴露目標(biāo)上的所需區(qū)域的效率越高，系統(tǒng)將完成此工作的效率就越高。選擇使用的輻射發(fā)射裝置應(yīng)具有即時(shí)“開(kāi)啟，，和即時(shí)“關(guān)閉”特征，使得當(dāng)不照射目標(biāo)時(shí)，不會(huì)浪費(fèi)輸入和輸出能量。被暴露的目標(biāo)吸收輻射電磁能以將其直接轉(zhuǎn)換為熱量的效率越高，系統(tǒng)可運(yùn)作的效率就越高。對(duì)于最佳系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，必須謹(jǐn)慎地進(jìn)行適當(dāng)選擇，使得一組系統(tǒng)輸出波長(zhǎng)匹配目標(biāo)的吸收性特征。將對(duì)于本發(fā)明的不同目標(biāo)應(yīng)用對(duì)這些可能的波長(zhǎng)進(jìn)行不同選擇，以在最大程度上適合不同材料的不同吸收性特征并適合不同的所需結(jié)果。
相比而言，使用一系列不同類(lèi)型的輻射加熱系統(tǒng)來(lái)用于較廣范圍的工藝和治療在此項(xiàng)技術(shù)中和業(yè)界中是眾所周知的。先前可用于這類(lèi)目的的技術(shù)產(chǎn)生相對(duì)廣的帶譜的發(fā)射的輻射電磁能。其可稱作紅外加熱、治療或處理系統(tǒng)，而實(shí)際上，其常產(chǎn)生紅外線譜外的輻射能。光譜的紅外部分通常被劃分為三個(gè)波長(zhǎng)類(lèi)別。這些部分通常被分類(lèi)為近紅外、中紅外和長(zhǎng)紅外波長(zhǎng)頻帶。雖然對(duì)于這些一般區(qū)域并沒(méi)有清楚建立確切的截止點(diǎn)，但一般認(rèn)為近紅外區(qū)域橫跨可見(jiàn)光與1. 5微米之間的范圍。中紅外區(qū)域橫跨從1. 5到5微米的范圍。 長(zhǎng)波紅外區(qū)域通常被認(rèn)為在5與14微米之間和以上。先前已用于工業(yè)、商業(yè)和醫(yī)學(xué)、熱處理或加工設(shè)備中的輻射紅外源產(chǎn)生廣頻帶的波長(zhǎng)，其很少局限于紅外光譜的一個(gè)部分。盡管其廣頻帶輸出可能在紅外線譜的特定范圍中出現(xiàn)峰值，但其通常具有大量延伸到相鄰區(qū)域中的輸出尾端。舉例來(lái)說(shuō)，此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知的且用于各種加工加熱操作的石英紅外加熱燈通常將在0. 8到1微米范圍中產(chǎn)生峰值輸出。盡管輸出可能在0. 8與1微米之間出現(xiàn)峰值， 但這些燈有大量輸出處于從紫外線(UV)通過(guò)可見(jiàn)光且向外到中紅外中的約3. 5微米的較寬的連續(xù)組的波長(zhǎng)頻帶中。顯然，盡管石英燈的峰值輸出在近紅外范圍中，但有大量輸出是在可見(jiàn)范圍與中紅外范圍中。因此，現(xiàn)有的廣譜紅外源不可能被選擇為任何給定的加熱、處理或治療應(yīng)用最需要的優(yōu)選波長(zhǎng)。這在本質(zhì)上是寬頻譜治療或工藝，且因?yàn)樵诒景l(fā)明之前尚沒(méi)有實(shí)際的替代物，所以才被廣泛使用。許多目標(biāo)中的主要的溫度上升是由于吸收具有一個(gè)或一個(gè)以上窄帶波長(zhǎng)的熱頂能量。因此，浪費(fèi)了許多廣帶頂能量輸出。雖然如此，石英紅外燈仍廣泛用于離散的組件產(chǎn)業(yè)和連續(xù)的材料處理產(chǎn)業(yè)。通常用各種方法來(lái)輔助將來(lái)自石英燈的發(fā)射引導(dǎo)到加工中的目標(biāo)，其中包含各種反射器類(lèi)型。 不管能量是如何集中在目標(biāo)上的，通常連續(xù)為石英燈供能。不管加工中的目標(biāo)是連續(xù)生產(chǎn)的物件還是離散的組件均為如此。此點(diǎn)的原因主要是由于石英燈相對(duì)低的熱響應(yīng)時(shí)間，其熱響應(yīng)時(shí)間通常以秒計(jì)。特別需要改進(jìn)的能量注射的領(lǐng)域涉及吹塑模制操作。更具體來(lái)說(shuō)，塑料瓶拉伸吹塑模制系統(tǒng)在拉伸吹塑模制操作之前對(duì)預(yù)成型件進(jìn)行熱調(diào)節(jié)。這個(gè)過(guò)程的一個(gè)方面在此項(xiàng)技術(shù)中稱為再加熱操作。在再加熱操作中，允許將通過(guò)注射模制或壓縮模制工藝形成的預(yù)成型件熱穩(wěn)定到室溫。隨后，將預(yù)成型件饋送到拉伸吹塑模制系統(tǒng)中，在所述系統(tǒng)的早先階段將預(yù)成型件加熱到一定溫度，其中熱塑預(yù)成型件材料處于最佳用于隨后的吹塑模制操作的溫度下。當(dāng)將預(yù)成型件沿著路徑傳輸通過(guò)加熱部分到達(dá)機(jī)器的吹塑模制部分時(shí)符合此條件。在吹塑模制部分中，預(yù)成型件首先被機(jī)械拉伸，且接著被吹塑成較大容量的器皿或容
ο能量消耗成本占使用吹塑模制操作制造的完成物件的成本中的較大百分比。更具體地說(shuō)，迄今為止的現(xiàn)有技術(shù)在拉伸吹塑模制機(jī)器的再加熱區(qū)段中將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)從環(huán)境溫度加熱或熱調(diào)節(jié)到105°C所需的能量相當(dāng)大。從所有的高效制造措施來(lái)考慮，顯然，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的立場(chǎng)來(lái)看，減少與拉伸吹塑模制系統(tǒng)的熱調(diào)節(jié)部分的操作相關(guān)聯(lián)的能量消耗率是有利的。第5，322，651號(hào)美國(guó)專(zhuān)利描述一種在熱處理熱塑預(yù)成型件的方法方面的改進(jìn)。在此專(zhuān)利中，描述使用寬頻帶紅外(IR)輻射加熱來(lái)進(jìn)行塑料預(yù)成型件的熱處理的常規(guī)實(shí)踐。引用此專(zhuān)利中的文字，“與使用例如對(duì)流和傳導(dǎo)的其他加熱或熱處理方法相比，且考慮到材料的低導(dǎo)熱率，使用紅外輻射進(jìn)行加熱給予有利的輸出，且允許增加的生產(chǎn)率”。此專(zhuān)利中描述的對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的特別的改進(jìn)涉及對(duì)在預(yù)成型件的頂加熱期間發(fā)射的多余的能量加以管理的方式。特定來(lái)說(shuō)，此專(zhuān)利關(guān)注于在加熱過(guò)程期間發(fā)射的能量(通過(guò)在預(yù)成型件之外的位置進(jìn)行的吸收，傳導(dǎo)，且然后對(duì)流)，所述能量最終導(dǎo)致圍繞傳輸?shù)念A(yù)成型件的烤爐體積中的空氣溫度增加。事實(shí)證明，通過(guò)熱氣流對(duì)預(yù)成型件進(jìn)行的對(duì)流加熱會(huì)導(dǎo)致預(yù)成型件的非均勻加熱，且因此對(duì)制造操作具有有害影響。專(zhuān)利5，322，651描述一種抵消在頂加熱操作期間圍繞預(yù)成型件的氣流的無(wú)意加熱的影響的方法?？赡茴A(yù)期，將熱能從歷史上的現(xiàn)有技術(shù)頂加熱元件和系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)預(yù)成型件并不是完全有效的過(guò)程。理想上，消耗在對(duì)預(yù)成型件進(jìn)行熱調(diào)節(jié)上的100%的能量將最終以熱能的形式處于預(yù)成型件的體積中。盡管在上文參考的專(zhuān)利中沒(méi)有特別提到，但當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)吹塑模制機(jī)器主張范圍在5%與10%之間的典型的轉(zhuǎn)換效率值(進(jìn)入傳輸?shù)念A(yù)成型件中的能量AR加熱元件消耗的能量)。改進(jìn)轉(zhuǎn)換效率值的對(duì)與預(yù)成型件的紅外加熱相關(guān)聯(lián)的方法或構(gòu)件的任何改進(jìn)將是非常有利的，且對(duì)于拉伸吹塑成形機(jī)器的用戶代表能量成本上的實(shí)質(zhì)性減少。有許多因素一起作用以建立當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)吹塑模制機(jī)器中使用的頂加熱元件和系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率性能。如上所述，例如PET預(yù)成型件的常規(guī)熱塑預(yù)成型件被加熱到約105°C的溫度。這通常是在現(xiàn)有技術(shù)吹塑模制機(jī)器中使用商業(yè)上可用的寬頻帶石英紅外燈實(shí)現(xiàn)的。在高速/高生產(chǎn)率機(jī)器中，這些通常采取大排的瓦數(shù)非常高的燈泡的形式。所有排的石英燈的合成的能量消耗變?yōu)榫薮蟮碾娏飨?，其在最快速的機(jī)器上高達(dá)數(shù)千千瓦。 與對(duì)整個(gè)加熱系統(tǒng)的總能量轉(zhuǎn)換效率性能起作用的這些類(lèi)型的頂加熱元件相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)因素是燈絲的色溫和燈絲燈泡的光學(xué)透射特性。對(duì)當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)吹塑模制機(jī)器的熱調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的總能量轉(zhuǎn)換性能有顯著影響的另一因素是通量控制或透鏡化措施，其用于將加熱元件發(fā)射的頂輻射引導(dǎo)到被傳輸通過(guò)系統(tǒng)的預(yù)成型件的體積中。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)吹塑模制機(jī)器中，部署用以將石英燈發(fā)射的頂輻射通量引導(dǎo)到預(yù)成型件的體積中的某些措施。特定來(lái)說(shuō)，金屬化的反射器對(duì)減少這些系統(tǒng)中浪費(fèi)的所發(fā)射的頂輻射量起到有效作用。對(duì)頂加熱子系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率性能具有影響的又一因素是將能量輸入到通常靜止的頂加熱元件與移動(dòng)通過(guò)加熱系統(tǒng)的預(yù)成型件的移動(dòng)同步的程度。更具體來(lái)說(shuō)，如果靜止的頂加熱元件連續(xù)消耗固定量的輸入能量，即使在由于預(yù)成型件連續(xù)移動(dòng)通過(guò)系統(tǒng)而使得在加熱器的緊接鄰近處沒(méi)有預(yù)成型件的情況下也是如此，那么系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率性能顯然沒(méi)有得到優(yōu)化。實(shí)際上，商業(yè)上的石英燈的低物理響應(yīng)時(shí)間和現(xiàn)有技術(shù)吹塑模制機(jī)器中相對(duì)較快的預(yù)成型件傳遞速度排除了任何將燈輸入功率成功調(diào)制以使其與離散的部件移動(dòng)同步的嘗試和因此實(shí)現(xiàn)總能量轉(zhuǎn)換效率性能上的改進(jìn)。第5，925，710號(hào)美國(guó)專(zhuān)利、第6，022，920號(hào)美國(guó)專(zhuān)利和第6，503，586 Bl號(hào)美國(guó)專(zhuān)
利都描述類(lèi)似的方法來(lái)增加頂燈發(fā)射的能量中由吹塑模制工藝中使用的被傳輸預(yù)成型件吸收的百分比。所有這些專(zhuān)利都以不同量的細(xì)節(jié)描述現(xiàn)有技術(shù)再加熱吹塑模制機(jī)器中將石英燈用作頂加熱元件的一般實(shí)踐。在再加熱吹塑模制工藝中，先前經(jīng)注射模制且被允許穩(wěn)定到室溫的預(yù)成型件恰恰在吹塑模制操作之前被再加熱到吹塑溫度。這些上文參考專(zhuān)利描述可如何通過(guò)頂吸收比可能使用傳導(dǎo)或?qū)α鳂?gòu)件更有效地加熱一般的聚合物且特別是 PET。這些專(zhuān)利文檔在圖式中將PET的經(jīng)測(cè)量的吸收系數(shù)作為波長(zhǎng)的函數(shù)來(lái)表示。許多較強(qiáng)的分子吸收頻帶出現(xiàn)在PET中，主要在1. 6微米以上的頂波長(zhǎng)頻帶中。已知石英燈發(fā)射廣譜上的輻射，通過(guò)由普朗克定律界定的燈絲溫度來(lái)確定確切的發(fā)射光譜。如現(xiàn)有的現(xiàn)有技術(shù)吹塑模制機(jī)器中所使用，石英燈在3000° K左右的燈絲溫度下操作。在此溫度下，燈具有0.8微米左右的峰值輻射發(fā)射。然而，因?yàn)樗霭l(fā)射是黑體型發(fā)射，如此項(xiàng)技術(shù)中已知，石英燈絲發(fā)射連續(xù)的能量光譜，從X射線到非常長(zhǎng)的頂。在3000° K 下，所述發(fā)射穿過(guò)可見(jiàn)區(qū)而上升，在0. 8微米處達(dá)到峰值，且接著當(dāng)其開(kāi)始與始于1. 6微米左右的顯著PET吸收區(qū)重疊而逐漸降低。這些專(zhuān)利中的任一專(zhuān)利中沒(méi)有描述的是石英燈泡對(duì)燈的發(fā)射光譜的影響。用于制造商用石英燈的燈泡的石英材料具有約3. 5微米的透射上限。超過(guò)這個(gè)波長(zhǎng)，由封圍的燈絲發(fā)射的任何能量的大部分被封圍燈絲的石英玻璃外殼吸收，且因此不可直接用于預(yù)成型件加熱。出于上文概括的原因，在現(xiàn)有的使用石英燈將PET預(yù)成型件再加熱到吹塑溫度的現(xiàn)有技術(shù)吹塑模制機(jī)器中，吸收性加熱的范圍在1微米與3. 5微米之間發(fā)生。上文參考的一組專(zhuān)利(5，925，710,6, 022，920和6，503，586 Bi)都描述用于改變預(yù)成型件的天然吸收特性的不同方法和構(gòu)件，進(jìn)而改進(jìn)再加熱過(guò)程的總能量轉(zhuǎn)換效率性能。在所有這些專(zhuān)利中， 外來(lái)材料被描述為添加到PET預(yù)成型件原料中，目的僅在于增加混合物的吸收系數(shù)。這些所述的方法和構(gòu)件旨在在從0. 8微米左右的近頂向外到3. 5微米的范圍中影響材料光學(xué)吸收特性。雖然是增加再加熱過(guò)程的總能量轉(zhuǎn)換效率性能的可行構(gòu)件，但在減少容器的制造成本方面非常有益的預(yù)成型件的吸收特性方面的改變還會(huì)對(duì)完成的容器的外觀產(chǎn)生有害影響。容器的光學(xué)清晰度方面的降低(有時(shí)稱作容器的朦朧化)使得這種一般方法是對(duì)這種制造難題的非最佳解決方案。第5，206，039號(hào)美國(guó)專(zhuān)利描述一種一階段注射模制/吹塑模制系統(tǒng)，其由改進(jìn)的將預(yù)成型件從工藝的注射階段調(diào)節(jié)和傳輸?shù)酱邓茈A段的構(gòu)件組成。在此專(zhuān)利中，注射模制機(jī)器和吹塑模制機(jī)器的獨(dú)立操作(其每一者均向熱調(diào)節(jié)熱塑材料的過(guò)程中添加大量能量) 被描述為浪費(fèi)的。此專(zhuān)利教示使用單階段制造工藝會(huì)減少總的能量消耗率和制造成本。能量消耗上的此減少主要是因?yàn)樾栌脕?lái)進(jìn)行吹塑模制操作的熱能中的大多數(shù)被注射模制階段之后的預(yù)成型件保持。更具體來(lái)說(shuō)，在'039專(zhuān)利中描述的一階段工藝中，不允許預(yù)成型件在注射模制工藝后穩(wěn)定到室溫。相反，預(yù)成型件從注射模制階段直接移動(dòng)到熱調(diào)節(jié)部分， 且接著繼續(xù)移動(dòng)進(jìn)入吹塑模制部分?！?039專(zhuān)利中描述的熱調(diào)節(jié)部分具有以下特性能夠添加較少量的熱能，并且使預(yù)成型件經(jīng)受受控的穩(wěn)定周期。這與再加熱吹塑模制機(jī)器的2階段過(guò)程中的熱調(diào)節(jié)部分的要求不同，在這種要求中，需要較大量的能量來(lái)將預(yù)成型件加熱到吹塑溫度。盡管單階段模制/吹塑模制機(jī)器的操作在此項(xiàng)技術(shù)中是已知的，完成的容器的質(zhì)量問(wèn)題對(duì)于這些機(jī)器持續(xù)存在。當(dāng)預(yù)成型件的流進(jìn)入吹塑階段時(shí)，這些質(zhì)量問(wèn)題關(guān)聯(lián)到預(yù)成型件之間的溫度變化。 盡管有'039專(zhuān)利中描述的優(yōu)勢(shì)，但通過(guò)使用迄今為止的現(xiàn)有技術(shù)頂加熱和溫度感測(cè)構(gòu)件和方法，在緊接著從注射模制工藝中移除預(yù)成型件之后對(duì)預(yù)成型件進(jìn)行熱調(diào)節(jié)的過(guò)程仍導(dǎo)致具有變化的熱容量的預(yù)成型件進(jìn)入吹塑階段。進(jìn)入的預(yù)成型件的熱容量的變化導(dǎo)致完成
10的容器具有變化的特性和質(zhì)量。由于在逐預(yù)成型件基礎(chǔ)上定制調(diào)整頂加熱過(guò)程的能力方面的低效，所以制造商選擇使用再加熱吹塑模制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的質(zhì)量水平。出于此原因， 對(duì)于最高生產(chǎn)率的應(yīng)用，業(yè)界對(duì)于再加熱方法的依賴持續(xù)存在。同樣，因?yàn)橥ǔＭㄟ^(guò)商用轉(zhuǎn)換器制造預(yù)成型件，且將其出售給將吹塑并填充容器的最終用戶，所以再加熱工藝一直較普遍。從操作成本以及產(chǎn)品質(zhì)量的觀點(diǎn)來(lái)看，整體改進(jìn)吹塑模制機(jī)器的頂加熱部分的效率和/或功能性的前景顯然是有利的。盡管已進(jìn)行若干嘗試來(lái)呈現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)頂加熱子系統(tǒng)的改進(jìn)，但仍然存在明顯的缺陷。通過(guò)引入新穎的頂加熱元件和方法，本發(fā)明的目的是克服這些缺陷。在固態(tài)電子元件領(lǐng)域中，固態(tài)反射器或LED在此項(xiàng)技術(shù)中是眾所周知的。已知這種類(lèi)型的光子或通量發(fā)射器可在市場(chǎng)上購(gòu)得，且在從紫外線(UV)到近紅外的各種波長(zhǎng)下操作。LED是由經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)腘和P摻雜的半導(dǎo)體材料構(gòu)造的。為一定體積的經(jīng)適當(dāng)處理以含有與由相同材料形成的N摻雜區(qū)直接接觸的P摻雜區(qū)的半導(dǎo)體材料給予通用名稱“二極管”。二極管具有此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知的許多重要的電特性和光電特性。舉例來(lái)說(shuō)，此項(xiàng)技術(shù)中眾所周知的是，在形成的半導(dǎo)體二極管的N摻雜區(qū)與P摻雜區(qū)之間的物理界面處，在材料中存在特征性帶隙。這個(gè)帶隙涉及到位于N區(qū)中的傳導(dǎo)頻帶中的電子的能級(jí)與較低的有效的P區(qū)軌道中的電子的能級(jí)的不同。當(dāng)誘導(dǎo)電子流動(dòng)越過(guò)PN結(jié)時(shí)，電子能級(jí)從N區(qū)傳導(dǎo)軌道到較低的P區(qū)軌道的躍遷開(kāi)始發(fā)生，導(dǎo)致因每一這種電子躍遷而發(fā)射一光子。所發(fā)射的光子的確切的能級(jí)或波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于所傳導(dǎo)的電子的能量下降。簡(jiǎn)而言之，LED作為直接的電流到光子發(fā)射器而操作。不同于燈絲或其他黑體類(lèi)型發(fā)射器，在能夠析出輸出光子之前，不需要將輸入能量轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g的熱量形式。因?yàn)檫@種直接的電流到光子的行為，LED具有極快作用的特性。LED已用于需要產(chǎn)生極高的脈沖速率的UV、可見(jiàn)和/或近頂光的許多應(yīng)用中。LED的高脈沖速率特性特別有用的一個(gè)特定應(yīng)用是在自動(dòng)化離散部分視覺(jué)感測(cè)應(yīng)用中，其中使用可見(jiàn)或近紅外光來(lái)形成透鏡聚焦的圖像， 接著在計(jì)算機(jī)中觀測(cè)所述圖像。與基于燈絲的源不同的是，LED在對(duì)應(yīng)于所使用的半導(dǎo)體材料的特定帶隙的相對(duì)有限的波長(zhǎng)范圍上發(fā)射。在需要例如組件照明、狀態(tài)指示或光學(xué)通信的波長(zhǎng)選擇性操作的應(yīng)用中，LED的這種特性特別有用。最近，將大群LED用于較大規(guī)模的可見(jiàn)照明形式，乃至用于例如汽車(chē)尾燈或交通信號(hào)燈的發(fā)信號(hào)燈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供對(duì)少量或大量紅外輻射裝置的構(gòu)建，所述紅外輻射裝置具有高度的波長(zhǎng)可選擇性，且可有助于將紅外輻射用于過(guò)去尚未可用的全新類(lèi)型的應(yīng)用和技術(shù)。本發(fā)明的目的是提供一種具有熱頂加熱系統(tǒng)的模制或其它加工或治療系統(tǒng)，所述熱頂加熱系統(tǒng)擁有改進(jìn)的頂能量轉(zhuǎn)換效率性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有根據(jù)待處理或作為目標(biāo)的特定材料而調(diào)諧的頂透深性能的頂加熱系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種可合并有RED的工程混合物的熱頂輻射系統(tǒng)，所述 RED可在對(duì)于某類(lèi)應(yīng)用是最佳的那些選定的窄波長(zhǎng)頻帶中產(chǎn)生頂輻射。
本發(fā)明的另一目的是提供一種能以脈沖模式被驅(qū)動(dòng)的頂加熱系統(tǒng)；所述脈沖模式特別適于在離散制造的部件在制造過(guò)程期間被傳輸時(shí)向其提供頂熱量，或便于對(duì)照射目標(biāo)的同步追蹤。本發(fā)明的另一目的是提供可更容易經(jīng)由金屬化的反射器元件來(lái)導(dǎo)向的頂加熱元件。本發(fā)明的另一目的是提供一種能結(jié)合預(yù)成型件溫度測(cè)量系統(tǒng)一起協(xié)作以提供預(yù)成型件特定的頂加熱能力的頂加熱系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的是提供頂加熱元件，其被制造成直接的電流到光子頂固態(tài)發(fā)射器或輻射發(fā)射二極管(RED)的陣列。本發(fā)明的又一優(yōu)勢(shì)是提供一種實(shí)質(zhì)上在高度針對(duì)性的單個(gè)或多個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶處具有大量輻射輸出的紅外照射系統(tǒng)。本發(fā)明的又一優(yōu)勢(shì)是針對(duì)位置、強(qiáng)度、波長(zhǎng)、開(kāi)啟/關(guān)閉率、方向性、脈沖頻率和產(chǎn)品追蹤中的至少一者而產(chǎn)生強(qiáng)大的熱紅外輻射且具有高度可編程性的功能性。本發(fā)明的又一優(yōu)勢(shì)是相比于當(dāng)前的廣頻帶源，有助于一種用于注射熱能的使輸入能量更為有效的方法。本發(fā)明在加熱瓶預(yù)成型件方面的又一優(yōu)勢(shì)在于維持有效加熱的能力，而不需要會(huì)降低完成的容器的可見(jiàn)清晰度和外觀質(zhì)量的添加物。本發(fā)明的又一目的是組合可編程能力和脈沖能力向其可適用的廣泛的應(yīng)用提供一般的輻射加熱系統(tǒng)，以提供波長(zhǎng)選擇性紅外輻射的增加的功能性。本發(fā)明的又一優(yōu)勢(shì)是促進(jìn)具有比穩(wěn)定狀態(tài)強(qiáng)度高得多的即時(shí)強(qiáng)度的極快極高的強(qiáng)度的突發(fā)脈沖的能力。本發(fā)明的又一優(yōu)勢(shì)是可容易地將廢熱傳導(dǎo)到另一位置，在所述位置處需要所述熱量或可將所述熱量傳導(dǎo)出使用環(huán)境以減少無(wú)目標(biāo)的加熱。本發(fā)明的又一優(yōu)勢(shì)在于可以高密度封裝RED裝置以產(chǎn)生迄今為止實(shí)踐上尚不能實(shí)現(xiàn)的固態(tài)的熱頂輸出功率級(jí)。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中構(gòu)建的示范性半導(dǎo)體裝置的一部分的橫截面圖。圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中構(gòu)建的示范性半導(dǎo)體裝置的緩沖層的橫截面圖。圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中構(gòu)建的示范性半導(dǎo)體裝置的量子點(diǎn)層的橫截面圖。圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中構(gòu)建的包含量子點(diǎn)層的輻射發(fā)射二極管的橫截面圖。圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中構(gòu)建的包含量子點(diǎn)層的輻射發(fā)射二極管的橫截面圖。圖6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中構(gòu)建的包含量子點(diǎn)層的輻射發(fā)射二極管的橫截面圖。圖7是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中構(gòu)建的包含量子點(diǎn)層的激光二極管的橫截面圖。圖8展示單個(gè)RED半導(dǎo)體裝置的圖解表示。圖9和10展示作為波長(zhǎng)的函數(shù)的傳輸穿過(guò)PET的IOmil厚部分的紅外能量的相對(duì)百分比。圖IlaUlb和Ilc展示一起封裝成RED加熱器元件的個(gè)別RED發(fā)射器的典型集合。圖1 和圖12b展示吹塑模制機(jī)內(nèi)的RED加熱器元件的優(yōu)選部署。圖13展示本發(fā)明所描述的預(yù)成型件的熱處理的優(yōu)選方法。圖14-16展示根據(jù)本發(fā)明的熱塑預(yù)成型件的熱處理的替代方法。圖17展示有利地應(yīng)用于動(dòng)態(tài)傳輸?shù)牟考腞ED加熱器元件。
具體實(shí)施例方式可通過(guò)參看假設(shè)的輻射加熱實(shí)例來(lái)說(shuō)明提供波長(zhǎng)特定照射的益處。假設(shè)一種對(duì)于從可見(jiàn)范圍到中紅外范圍的電磁輻射大體上透明的材料需要工藝加熱以支持某種制造操作。同樣假設(shè)這種大體上透明的材料具有處于3. 0與3. 25微米之間的窄但具有顯著分子吸收性的頻帶。上文描述的實(shí)例對(duì)于目前描述的實(shí)施例可如何最有利地應(yīng)用于工業(yè)內(nèi)具有代表性。如果此特定工藝加熱應(yīng)用的參數(shù)規(guī)定使用輻射加熱技術(shù)，那么當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)將要求使用在3000° K的燈絲溫度下操作的石英燈。在此燈絲溫度下，基本的物理計(jì)算產(chǎn)生以下結(jié)果石英燈的總的發(fā)射輻射能量中僅約2. 屬于3. 0到3. 25微米的頻帶內(nèi)，其中將出現(xiàn)有利的能量吸收。本揭示內(nèi)容中描述的僅產(chǎn)生波長(zhǎng)特定的輻射能量輸出的能力具有在很大程度上改進(jìn)各種工藝加熱應(yīng)用的效率的前景。本發(fā)明直接涉及一種能夠直接輸出大量具有選定波長(zhǎng)的紅外輻射的新穎且新的方法，以用于代替此類(lèi)廣頻帶類(lèi)型裝置。半導(dǎo)體處理技術(shù)上的最近進(jìn)步使得可使用直接的電子到光子固態(tài)發(fā)射器，所述發(fā)射器在1微米(1，000納米)以上的一般中紅外范圍中操作。這些固態(tài)裝置以類(lèi)似于普通發(fā)光二極管(LED)的方式操作，區(qū)別僅在于其并不發(fā)射可見(jiàn)光，而是發(fā)射較長(zhǎng)的中紅外波長(zhǎng)的真實(shí)的熱頂能量。這些是利用量子點(diǎn)技術(shù)的全新類(lèi)型的裝置，其打破了不能生產(chǎn)出可用的合算的固態(tài)裝置的屏障，所述固態(tài)裝置可充當(dāng)直接的電子到光子轉(zhuǎn)換器，其輸出為偽單頻的且處于中紅外波長(zhǎng)頻帶中。為了區(qū)分這種新的類(lèi)別的裝置與常規(guī)的波長(zhǎng)較短的裝置(LED)，更適宜將這些裝置描述為輻射發(fā)射二極管(RED)。所述裝置具有發(fā)射處于受緊密限制的波長(zhǎng)范圍中的輻射電磁能的特性。此外，通過(guò)合適的半導(dǎo)體處理操作，RED可經(jīng)調(diào)諧而以最有利于特定的輻射處理應(yīng)用的特定波長(zhǎng)進(jìn)行發(fā)射。另外，RED技術(shù)方面已發(fā)展出涉及以下方面的革新形成與相對(duì)摻雜的區(qū)接觸的摻雜平面區(qū)，所述區(qū)形成為小面積的材料或量子點(diǎn)的隨機(jī)分布的陣列，以用于產(chǎn)生目標(biāo)頂范圍中和可能超過(guò)所述范圍的光子。充分應(yīng)用此制造技術(shù)或例如新穎半導(dǎo)體化合物的開(kāi)發(fā)的其它技術(shù)，將會(huì)為本發(fā)明產(chǎn)生合適的偽單頻固態(tài)中紅外發(fā)射器。替代的半導(dǎo)體技術(shù)也可用于中紅外中，以及用于將為實(shí)踐本發(fā)明的合適的構(gòu)造塊的長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外中。所描述的這些實(shí)施例內(nèi)預(yù)期的直接的電子(或電流)到光子的轉(zhuǎn)換發(fā)生在較窄的波長(zhǎng)范圍(常稱作偽單頻)內(nèi)，所述波長(zhǎng)范圍與此制造的二極管發(fā)射器的固有帶隙和量子點(diǎn)幾何形狀相一致。預(yù)期候選RED發(fā)射器的半功率帶寬將屬于20-500納米的范圍中。此類(lèi)型紅外發(fā)射器的較窄寬度應(yīng)支持此整份揭示內(nèi)容的內(nèi)容中識(shí)別的各種波長(zhǎng)特定的照射應(yīng)用。一個(gè)系列的RED裝置和制造這些裝置的技術(shù)是以下單獨(dú)的專(zhuān)利申請(qǐng)案的主題=Samar
13Sinharoy和Dave Wilt為指定發(fā)明者的在2004年11月16日申請(qǐng)的題為“Quantum Dot Semiconductor Device”(代理人案號(hào)ERI. P. US0002 ；快遞郵件標(biāo)簽號(hào)EL 726091609US)的第60/6 ，330號(hào)美國(guó)申請(qǐng)案，所述申請(qǐng)案以引用的方式并入本文中。根據(jù)此“Quantum Dot Semiconductor Device”申請(qǐng)案，半導(dǎo)體裝置在此項(xiàng)技術(shù)中是已知的。其用于將電磁輻射轉(zhuǎn)換為電力的光電電池中。這些裝置還可用作發(fā)光二極管 (LED)，其將電能轉(zhuǎn)換為電磁輻射(例如，光)。對(duì)于大多數(shù)半導(dǎo)體應(yīng)用來(lái)說(shuō)，是針對(duì)所需的帶隙(電子伏特)或所需的波長(zhǎng)(微米)，且以使半導(dǎo)體可符合所述所需的帶隙范圍或波長(zhǎng)范圍的方式制備半導(dǎo)體。實(shí)現(xiàn)特定波長(zhǎng)的發(fā)射或電子伏特的能量的能力并不是微不足道的。實(shí)際上，半導(dǎo)體會(huì)受到特定材料的選擇、特別材料的能隙、其晶格常數(shù)和其固有發(fā)射能力的限制。一種用來(lái)調(diào)整半導(dǎo)體裝置的技術(shù)是使用二元或三元化合物。通過(guò)改變裝置的成分特征，可設(shè)計(jì)出技術(shù)上有用的裝置。還可操縱半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)以調(diào)整裝置的行為。在一個(gè)實(shí)例中，可在半導(dǎo)體裝置內(nèi)包含量子點(diǎn)。這些點(diǎn)被認(rèn)為是量子限制載體，且因此與相同半導(dǎo)體的一塊樣本相比，改變了光子發(fā)射的能量。舉例來(lái)說(shuō)，第6，507，042號(hào)美國(guó)專(zhuān)利教示包含量子點(diǎn)層的半導(dǎo)體裝置。 具體來(lái)說(shuō)，其教示沉積在砷化銦鎵(Inxfel-xAs)層上的砷化銦(InAs)量子點(diǎn)。此專(zhuān)利揭示可通過(guò)控制量子點(diǎn)(即，InAs)與上面沉積有所述點(diǎn)的層(即，InxGal-xAs)之間的晶格失配量，來(lái)控制與量子點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的光子的發(fā)射波長(zhǎng)。此專(zhuān)利還揭示可通過(guò)改變hxGal-xAs 襯底內(nèi)的銦的含量，來(lái)控制hxGal-xAs襯底與InAs量子點(diǎn)之間的晶格失配的事實(shí)。隨著 hxGal-xAs襯底內(nèi)的銦的量的增加，失配度降低，且與光子發(fā)射相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)增加(S卩，能隙降低)。實(shí)際上，此專(zhuān)利揭示襯底內(nèi)銦的量從約10%增加到約20%可使相關(guān)聯(lián)的光子的波長(zhǎng)從約1. 1 μ m增加到約1. 3 μ m。雖然第6，507，042號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中揭示的技術(shù)可證實(shí)可用于提供可發(fā)射或吸收波長(zhǎng)為約1. 3μπι的光子的裝置，但增加hxGal-xAs襯底內(nèi)的銦的量的能力是有限的。換句話說(shuō)，隨著銦的含量增加到高于20%、30%乃至40%，晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的瑕疵或缺陷的程度成為限制。在將hxGal-xAs襯底沉積在砷化鎵(GaAs)襯底或晶片上時(shí)尤其如此。因此，通過(guò)使用第6，507，042號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中揭示的技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)發(fā)射或吸收波長(zhǎng)更長(zhǎng)(能隙較低) 的光子的裝置。因此，因?yàn)樾枰哂邪l(fā)射或吸收波長(zhǎng)長(zhǎng)于1. 3μπι的光子的裝置，所以仍需要具有這種性質(zhì)的半導(dǎo)體裝置。一般來(lái)說(shuō)，RED提供包括Inxfeil-xAs層的半導(dǎo)體裝置，其中χ是從約0. 64到約 0. 72重量％的銦的摩爾份數(shù)，且量子點(diǎn)位于所述Inxfel-xAs層上，其中量子點(diǎn)包括hAs或 AlzInl-zAs，其中ζ是小于約5重量％的鋁的摩爾份數(shù)。本發(fā)明還包含包括量子點(diǎn)(包括InAs或AlzInl-zAs)的半導(dǎo)體裝置，其中ζ是小于5重量％的鋁的摩爾份數(shù)，和覆蓋層，其接觸量子點(diǎn)的至少一部分，其中量子點(diǎn)和所述覆蓋層的晶格常數(shù)失配至少1. 8%且小于2. 4%。半導(dǎo)體裝置包含量子點(diǎn)層，其包括砷化銦鎵(Inxfeil-xAs)層上的砷化銦(InAs) 或砷化鋁銦(Alzhl-zAs，其中ζ小于等于0. 05)量子點(diǎn)，所述砷化銦鎵(Inxfeil-xAs)層可稱作hxGal-xAs矩陣覆蓋層。所述點(diǎn)矩陣層的晶格常數(shù)是失配的。所述晶
14格失配可能至少為1.8%，在其它實(shí)施例中至少為1.9%，在其它實(shí)施例中至少為2.0%，且在其它實(shí)施例中至少為2. 05%。有利地，所述失配可小于3. 2，在其它實(shí)施例中小于3. 0%, 在其它實(shí)施例中小于2. 5 %，且在其它實(shí)施例中小于2. 2%。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中， hxGal-xAs矩陣覆蓋層的晶格常數(shù)小于所述點(diǎn)的晶格常數(shù)。在點(diǎn)位于Inxfel-xAs覆蓋層矩陣上的那些實(shí)施例中，銦在此覆蓋矩陣層內(nèi)的摩爾濃度(即，X)可為從約0. 55到約0. 80，視情況從約0. 65到約0. 75，視情況從約0. 66到約0. 72，且視情況從約0. 67到約0. 70。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，Inxfeil-xAs覆蓋層矩陣位于與hxGal-xAs覆蓋層矩陣晶格匹配的砷化銦磷(InPl-yAsy)層上。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，上面沉積有 InxGal-xAs覆蓋層的InPl-yAsy層是hxGal-xAs覆蓋層與上面支撐半導(dǎo)體的襯底之間存在的多個(gè)分級(jí)的(連續(xù)的或離散的)InPl-yAsy層中的一者。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中， 所述襯底包括磷化銦(InP)晶片。半導(dǎo)體還可包含位于hxGal-xAs覆蓋層與襯底之間的一個(gè)或一個(gè)以上其它層，例如hxGal-xAs層。圖1中展示一個(gè)實(shí)施例。圖1以及其它圖式是示意性表示，且并沒(méi)有關(guān)于每一層或組件的厚度或比較性地關(guān)于每一層之間的相對(duì)厚度或尺寸按比例繪制。裝置1000包含襯底1020、可選的傳導(dǎo)層1025、緩沖結(jié)構(gòu)1030、覆蓋層1040和點(diǎn)層1050。如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所了解，某些半導(dǎo)體裝置通過(guò)將電流轉(zhuǎn)換為電磁輻射或?qū)㈦姶泡椛滢D(zhuǎn)換為電流來(lái)操作。在這些裝置內(nèi)控制電磁輻射或電流的能力在此項(xiàng)技術(shù)中是已知的。本揭示內(nèi)容不必要改變這些常規(guī)的設(shè)計(jì)，其中許多設(shè)計(jì)在制造或設(shè)計(jì)半導(dǎo)體裝置的領(lǐng)域中是已知的。在一個(gè)實(shí)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(shí)施例中大于300微米，且在其它實(shí)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(shí)施例中小于600微米，且在其它實(shí)施例中小于500微米。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，所構(gòu)想的半導(dǎo)體裝置可視情況包含磷化銦αηΡ)的外延生長(zhǎng)層。此外延生長(zhǎng)的磷化銦層的厚度可為從約IOnm到約1微米。在一個(gè)實(shí)施例中，可選的傳導(dǎo)層1025包括砷化銦鎵(Inxfeil-xAs)。銦在此層內(nèi)的摩爾濃度(即，X)可為從約0. 51到約0. 55，視情況從約0. 52到約0. 54，且視情況從約 0. 53到約0. 535。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，傳導(dǎo)層1025與InP襯底晶格匹配。傳導(dǎo)層1025可被摻雜到給定值且具有適當(dāng)?shù)暮穸?，以便為給定的裝置提供充分的導(dǎo)電性。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，厚度可為從約0. 05微米到約2微米，視情況為從約0. 1微米到約1微米。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，緩沖層1030包括砷化銦磷(InPl-yAsy)。在特定實(shí)施例中，緩沖層1030包括至少兩個(gè)，視情況至少三個(gè)，視情況至少四個(gè)，且視情況至少五個(gè) InPl-yAsy層，其中每一層的晶格常數(shù)隨著所述層與襯底1020的距離的增加而增加。舉例來(lái)說(shuō)，且如圖2中所描述，緩沖結(jié)構(gòu)1030包含第一緩沖層1032、第二緩沖層1034和第三緩沖層1036。緩沖結(jié)構(gòu)1030的底層表面1031鄰近襯底1020，且緩沖結(jié)構(gòu)1030的頂部平面表面1039鄰近阻擋層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)人員所了解，通過(guò)改變連續(xù)層的成分可增加緩沖結(jié)構(gòu)1030的
15個(gè)別層的晶格常數(shù)。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，砷在InPl-yAsy緩沖層內(nèi)的濃度在每一連續(xù)層中增加。舉例來(lái)說(shuō)，第一緩沖層1032可包含約0. 10到約0. 18摩爾份數(shù)的砷(即， y)，第二緩沖層1034可包含約0. 22到約0. 34摩爾份數(shù)的砷，且第三緩沖層1036可包含約 0. 34到約0. 40摩爾份數(shù)的砷。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，相鄰的緩沖層之間(例如，在層1032與層1034之間)的砷的增加小于0.17摩爾份數(shù)。相信由于砷含量的增加而導(dǎo)致的晶格常數(shù)的改變可能會(huì)引起的在連續(xù)的緩沖層之間形成的任何缺陷不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體有害。如第6，482，672號(hào)美國(guó)專(zhuān)利所述，已知以此方式使用臨界成分分級(jí)的技術(shù)，所述專(zhuān)利以引用的方式并入本文中。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，第一緩沖層1032的厚度可為從約0. 3到約1微米。 在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，頂部緩沖層通常較厚，以確保晶格結(jié)構(gòu)完全松弛。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，緩沖結(jié)構(gòu)1030的頂部1039處或附近的個(gè)別的緩沖層(例如，緩沖層1036)經(jīng)設(shè)計(jì)以具有從約5.869 A到約5.960 A，視情況從約5.870 A到約 5.932 A的晶格常數(shù)。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，緩沖結(jié)構(gòu)1030的底部1031處或附近的個(gè)別的緩沖層(例如，緩沖層103 優(yōu)選經(jīng)設(shè)計(jì)而位于臨界成分分級(jí)技術(shù)的界限內(nèi)。換句話說(shuō)，因?yàn)榈谝痪彌_層(例如，緩沖層1032)沉積在hP晶片上，所以第一緩沖層(例如，層1032)內(nèi)存在的砷的量小于17摩爾份數(shù)。覆蓋層1040包括Inxfeil-xAs。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，此層優(yōu)選晶格匹配于緩沖結(jié)構(gòu)1030的頂部1039處或附近的頂部緩沖層的平面中晶格常數(shù)。術(shù)語(yǔ)“晶格匹配” 是指特征為晶格常數(shù)彼此相差在每一百萬(wàn)份中500份(即，0.005%)以內(nèi)的連續(xù)層。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，覆蓋層1040可具有從約10埃到約5微米，視情況從約50nm到約1微米，且視情況從約IOOnm到約0. 5微米的厚度。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，量子點(diǎn)層1050包括砷化銦(InAs)。層1050優(yōu)選包括潤(rùn)濕層1051和量子點(diǎn)1052。潤(rùn)濕層1051的厚度可以是一個(gè)或兩個(gè)單層。在一個(gè)實(shí)施例中，從層1050的底部1053和點(diǎn)1055的峰頂測(cè)量的點(diǎn)1052的厚度可為從約IOnm到約 200nm,視情況從約20nm到約lOOnm，且視情況從約30nm到約150nm。同樣，在一個(gè)實(shí)施例中，點(diǎn)1052的平均直徑可大于lOnm，視情況大于40nm，且視情況大于70nm。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，量子層1050包含多個(gè)點(diǎn)層。舉例來(lái)說(shuō)，如圖3中所示，量子點(diǎn)1050可包含第一點(diǎn)層1052、第二點(diǎn)層1054、第三點(diǎn)層1056和第四點(diǎn)層1058。每一層均包括砷化銦InAs，且分別包含潤(rùn)濕層1053、1055、1057和1059。每一點(diǎn)層同樣包含點(diǎn)1055。每一點(diǎn)層(包含潤(rùn)濕層和點(diǎn))的特征大體上是類(lèi)似的，不過(guò)它們無(wú)需是相同的。設(shè)置在點(diǎn)層1052、1054、1056和1058中的每一者之間的分別是中間覆蓋層1062、 1064、1066和1068。這些中間覆蓋層包括hxGal_xAs。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中， InxGal-xAs中間覆蓋層大體上類(lèi)似于或等同于覆蓋層1040。換句話說(shuō)，中間覆蓋層優(yōu)選與阻擋層1040晶格匹配，阻擋層1040優(yōu)選與頂部緩沖層1036晶格匹配。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，中間層1062、1064、1066和1068的厚度可為從約3nm到約50nm，視情況從約5nm 到約30nm，且視情況從約IOnm到約20nm。如上所述，圍繞量子點(diǎn)層的各種層可經(jīng)正摻雜或經(jīng)負(fù)摻雜以操縱電流。如在例如第6，573，527號(hào)、第6，482，672號(hào)和第6，507，042號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中所描述，此項(xiàng)技術(shù)者已知用于在半導(dǎo)體裝置內(nèi)操縱電流的技術(shù)，所述專(zhuān)利以引用方式并入本文中。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，可通過(guò)使用鋅、碳、鎘、鈹或鎂將區(qū)或?qū)訐诫s為“P型”。另一方面，可通過(guò)使用硅、硫、碲、硒、鍺或錫將區(qū)或?qū)訐诫s為“η型”。可通過(guò)使用此項(xiàng)技術(shù)中已知的技術(shù)來(lái)制備所構(gòu)想的半導(dǎo)體裝置。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，可通過(guò)使用有機(jī)金屬氣相外延生長(zhǎng)(OMVPE)來(lái)制備各種半導(dǎo)體層。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，通過(guò)使用例如Mranski-Krastanov模式(S-K模式)的自形成技術(shù)來(lái)制備點(diǎn)層。在第6，507，042號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中描述了這種技術(shù)，其以引用的方式并入本文中。圖4中展示包含量子點(diǎn)層的輻射發(fā)射二極管(RED)的一個(gè)實(shí)施例。RED 1100包含基底接觸部分1105、紅外反射器1110、半絕緣半導(dǎo)體襯底1115、n型橫向傳導(dǎo)層(LCL) 1120、 η型緩沖層1125、覆蓋層1130、量子點(diǎn)層1135、覆蓋層1140、ρ型層1145、ρ型層1150和發(fā)射器接觸部分1巧5?；捉佑|部分1105、紅外反射器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、覆蓋層1130、量子點(diǎn)層1135和覆蓋層1140與上文所述的半導(dǎo)體層類(lèi)似。基底接觸部分1105可包含許多高度傳導(dǎo)的材料。示范性材料包含金、金鋅合金 (尤其當(dāng)鄰近P區(qū)時(shí))、金鍺合金或金鎳合金、或鉻金(尤其當(dāng)鄰近η區(qū)時(shí))?；捉佑|部分1105的厚度可為從約0. 5到約2. 0微米。鈦或鉻薄層可用于增加金與介電材料之間的粘附性。紅外反射器1110包括反射性材料，且視情況為介電材料。舉例來(lái)說(shuō)，氧化硅可用作介電材料，且可在上面沉積金作為紅外反射性材料。反射器1110的厚度可為從約0. 5到約2微米。襯底1115包括hP。襯底1115的厚度可為從約300到約600微米。橫向傳導(dǎo)層1120包括hxGal-xAs，其與InP襯底1115晶格匹配(即，在500ppm 內(nèi))。同樣，在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，摻雜層1120經(jīng)η摻雜。優(yōu)選的摻雜劑是硅，且摻雜濃度的優(yōu)選程度可為從約1到約:3el9/Cm3。橫向傳導(dǎo)層1120的厚度可為從約0. 5到約 2.0微米。緩沖層1125以與上文所述的方式一致的方式包括InPl-yAsy的三個(gè)分級(jí)層。層 1125優(yōu)選經(jīng)η摻雜。優(yōu)選的摻雜劑是硅，且摻雜密度可為從約0. 1到約;3e9/Cm3。覆蓋層1130包括hxGal-xAs，其與緩沖層1125的頂部(S卩，其第三級(jí)或子層)的平面內(nèi)晶格常數(shù)晶格匹配(即，在500ppm內(nèi))。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，Inxfel-xAs 覆蓋層1130包括從約0. 60到約0. 70摩爾份數(shù)％的銦。覆蓋層1130的厚度為約0. 1到約 2微米。量子點(diǎn)層1135包括以上關(guān)于本發(fā)明的教示所述的InAs點(diǎn)。與前述實(shí)施例一樣，每一點(diǎn)層之間的中間層包含與覆蓋層1130類(lèi)似的hxGal-xAs覆蓋層(S卩，晶格匹配)。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，一個(gè)或一個(gè)以上連續(xù)的中間覆蓋層中的銦的量可少于覆蓋層1130 或之前或較低的中間層所包含的銦。覆蓋層1140包括hxGal-xAs，其與緩沖層1125的頂部(S卩，其第三級(jí)或子層)晶格匹配(即，在500ppm內(nèi))。限制層1145包括InPl-yAsy，其與InxGal-xAs層1140晶格匹配。此外，在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，層1145經(jīng)ρ摻雜。優(yōu)選的摻雜劑為鋅，且摻雜濃度可從約0. 1到約 ^19/cm3。限制層1145的厚度可為從約20nm到約200nm。接觸層1150包括hxGal-xAs，其與限制層1145晶格匹配。接觸層1150優(yōu)選經(jīng) P摻雜(例如，用鋅摻雜)。摻雜濃度可從約1到約^19/cm3。接觸層1150的厚度為從約 0. 5到約2微米?？蓮恼麄€(gè)表面移除接觸層1150，除了層1155下方之外。發(fā)射器接觸部分1155可包含任何高度傳導(dǎo)的材料。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中， 傳導(dǎo)材料包含金/鋅合金。圖5中展示另一實(shí)施例。半導(dǎo)體裝置1200配置為輻射發(fā)射二極管，其中在ρ區(qū)內(nèi)具有隧道結(jié)。此設(shè)計(jì)有利地提供較低的電阻接觸部分和較低的電阻電流分配。半導(dǎo)體1200 的許多方面與圖4所示的半導(dǎo)體1100相似。舉例來(lái)說(shuō)，接觸部分1205可與接觸部分1105 相似，反射體1210可與反射體1110相似，襯底1215可與襯底1115相似，橫向傳導(dǎo)層1220 可與傳導(dǎo)層1120相似，緩沖層1225可與緩沖層1125相似，覆蓋層1230可與覆蓋層1130 相似，點(diǎn)層1235可與點(diǎn)層1135相似，覆蓋層1240可與覆蓋層1140相似，且限制層1245可與限制層1145相似。隧道結(jié)層1247包括Inxfeil-xAs，其與限制層1245晶格匹配。隧道結(jié)層1247的厚度為約20到約50nm。隧道結(jié)層1247優(yōu)選經(jīng)ρ摻雜(例如，用鋅摻雜)，且摻雜濃度可為從約1到約如19/cm3。隧道結(jié)層1250包括hxGal-xAs，其與隧道結(jié)1247晶格匹配。隧道結(jié)層1250的厚度為從約20到約5，OOOnm。隧道結(jié)層1250優(yōu)選經(jīng)ρ摻雜(例如，硅)，且摻雜濃度為從約1到約4el9/cm3。發(fā)射器接觸部分1255可包含多種傳導(dǎo)材料，但優(yōu)選包括優(yōu)選用于η區(qū)的那些材料，例如鉻金合金、金鍺合金或金鎳合金。圖6中展示RED的另一實(shí)施例。半導(dǎo)體裝置1300以類(lèi)似于圖5所示的RED的方式被配置為輻射發(fā)射二極管，區(qū)別在于，至少部分由于缺乏基底反射體(例如，缺乏例如圖 5中所示的1210的發(fā)射體)而可通過(guò)半導(dǎo)體裝置的襯底發(fā)射電磁輻射。此外，圖6中展示的半導(dǎo)體裝置1300包含發(fā)射器接觸部分/紅外反射體1355，其為覆蓋裝置的整個(gè)表面(或大致整個(gè)表面)的“全接觸”。在其它方面中，裝置1300與裝置1200類(lèi)似。舉例來(lái)說(shuō)，接觸部分1305可與接觸部分1205相似，襯底1315可與襯底1215相似，橫向傳導(dǎo)層1320可與傳導(dǎo)層1220相似，緩沖層1325可與緩沖層1225相似，覆蓋層1330可與覆蓋層1230相似，點(diǎn)層1335可與點(diǎn)層 1235相似，覆蓋層1340可與覆蓋層1240相似，且限制層1345可與限制層1245相似，隧道結(jié)層1347可與隧道結(jié)層1247相似，隧道結(jié)層1350可與隧道結(jié)層1250相似。預(yù)想中的半導(dǎo)體技術(shù)還可在制造激光器二極管時(shí)使用。圖7中展示示范性激光器。激光器1600包含接觸部分1605，其可包括任何傳導(dǎo)材料，例如金鉻合金。接觸層1605 的厚度為從約0. 5微米到約2. 0微米。襯底1610包括磷化銦，其優(yōu)選以約5到約10el8/cm3的濃度經(jīng)η摻雜。襯底1610 的厚度為從約250到約600微米?？蛇x的外延磷化銦層1615優(yōu)選以約0. 24el9/cm3到約lel9/cm3的濃度經(jīng)η摻雜。 外延層615的厚度為從約IOnm到約500nm。點(diǎn)陣InPl-yAsy層1620與圖2所示的點(diǎn)陣InPl-yAsy緩沖部分相似。緩沖部分1620優(yōu)選以約1到約9el8/cm3的濃度經(jīng)η摻雜。層1625和1630形成波導(dǎo)1627。層1625包括銦鎵砷磷(Inl-xGAxAszPl-z)。層 1630類(lèi)似地包括Inl-xGAxAszPl-z。層1625和1630均與層1620的頂部晶格匹配。換句話說(shuō)，層1625和1630包括約0到約0.3摩爾份數(shù)的鎵和0到約0.8摩爾份數(shù)的砷。層 1625為約0. 5到約2微米厚，且以約l-9el8/cm3的濃度經(jīng)過(guò)η摻雜。層1630為約500到約1，500nm厚，且以約0. 5到lel8/cm3的濃度經(jīng)η摻雜。限制層1635、點(diǎn)層1640和限制層1645與以上關(guān)于其它實(shí)施例描述的點(diǎn)和限制層類(lèi)似。舉例來(lái)說(shuō)，限制層1635與限制層1040相似，且點(diǎn)層1640與圖3所示的點(diǎn)層1050相似。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，在激光器裝置的點(diǎn)區(qū)域內(nèi)使用的點(diǎn)層的數(shù)目超過(guò)5個(gè)點(diǎn)層，視情況超過(guò)7個(gè)點(diǎn)層，且視情況超過(guò)9個(gè)點(diǎn)層(例如，循環(huán))。限制層1635和1645可具有從約125到約500nm的厚度且與波導(dǎo)晶格匹配。層1635、1640和1645優(yōu)選不經(jīng)摻雜 (即，其是本征的)。層1650和1655形成波導(dǎo)1653。以與層1625和1630相似的方式，層1650和 1655包括Inl-xGAxAszPl-z，其與緩沖部分1620的項(xiàng)部晶格匹配。層1650為約500到約 1，500nm，其以約0. 5到約lel8/cm3的濃度經(jīng)過(guò)ρ摻雜。層655為約1到約2微米厚，且以約1到約9el8/cm3的濃度經(jīng)ρ摻雜。在一個(gè)實(shí)施例中，層1660為緩沖層，其與緩沖層1620相似。也就是說(shuō)，砷的摩爾份數(shù)隨著每與量子點(diǎn)的距離增加一級(jí)而降低。層1660優(yōu)選以l-9el8/cm3的濃度經(jīng)ρ摻雜。層1665包括磷化銦αηΡ)。層1665的厚度為約200到約500nm厚，且優(yōu)選以約1 到約^19/cm3的濃度經(jīng)ρ摻雜。層1670為接觸層，其與上述實(shí)施例中描述的其它接觸層相似。在其它實(shí)施例中，層1660、1665和1670可與關(guān)于其它實(shí)施例描述的其它配置相似。舉例來(lái)說(shuō)，這些層可與圖4中所示的層1145、1150和1155相似。或者，可用與圖5所示的1245、1M7、1250和1255相似的層來(lái)代替層1660、1665和1670。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解不偏離這些裝置實(shí)施例的范圍和精神的各種修改和更改。當(dāng)然，應(yīng)了解，在一種形式中，本發(fā)明如上所述并入有RED元件。然而，應(yīng)了解，可使用各種其它裝置技術(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，已知在1. 6微米到5. 0微米范圍中操作的實(shí)驗(yàn)性中頂 LED，但其不符合商業(yè)現(xiàn)實(shí)。此外，可使用具有適當(dāng)修改的各種半導(dǎo)體激光器和激光器二極管。當(dāng)然，可開(kāi)發(fā)出其它實(shí)現(xiàn)技術(shù)，以便有效地制造具有有利波長(zhǎng)的有限帶寬照射。為了針對(duì)特定應(yīng)用來(lái)實(shí)踐本發(fā)明，將通常需要部署許多合適的裝置，以便具有充分的照射振幅。此外，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)加熱應(yīng)用中，這類(lèi)裝置將通常以某種高密度xXy陣列或多個(gè)xXy陣列部署，其中有些采取個(gè)別RED 裝置的定制布置的形式。陣列可從單個(gè)裝置到更常見(jiàn)的數(shù)百、數(shù)千或無(wú)限數(shù)目的裝置陣列， 這取決于針對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施方案所使用的裝置的類(lèi)型和大小、需要的輸出和需要的波長(zhǎng)。RED裝置常被安裝在具有至少一個(gè)散熱能力的電路板上，如果不需要專(zhuān)用的散熱的話。 RED裝置將通常以非常高的密度/緊密靠近的部署安裝在此類(lèi)電路板上?？赡芾媒鼇?lái)在電路小片安裝和電路板建造方面的創(chuàng)新在需要高功率應(yīng)用的情況下將密度最大化。舉例來(lái)說(shuō)，此類(lèi)與倒裝芯片一起使用的技術(shù)對(duì)于此類(lèi)用途是有利的。雖然RED裝置的效率有利于此唯一類(lèi)別的二極管裝置，但大多數(shù)電能量輸入會(huì)直接轉(zhuǎn)換成局部熱量。這種廢熱必須被導(dǎo)出半導(dǎo)體結(jié)，以防個(gè)別裝置過(guò)熱和燒壞。對(duì)于最高密度的陣列，其可類(lèi)似地通過(guò)主動(dòng)和/ 或被動(dòng)冷卻來(lái)使用倒裝芯片和板上芯片封裝技術(shù)。出于實(shí)用性和定位靈活性目的，常將使用多個(gè)電路板。xXy陣列還可包括RED裝置的混合，其代表至少(例如)1微米到5微米范圍內(nèi)的兩個(gè)不同選定波長(zhǎng)的紅外輻射。對(duì)于大多應(yīng)用，RED裝置將有利地以各種大小的陣列部署，其中有些本質(zhì)上可為三維或非平面，以便更好地照射特定類(lèi)型的目標(biāo)。這樣做至少是因?yàn)橐韵略?.為了通過(guò)組合多個(gè)裝置的輸出來(lái)提供充分的輸出功率。2.為了在比單個(gè)裝置更大的表面上提供輸出的足夠“擴(kuò)展”而可適當(dāng)照射。3.為了提供RED裝置陣列的可編程性可帶給應(yīng)用的功能性。4.為了允許混合成陣列裝置，所屬陣列裝置針對(duì)本文檔中描述的許多功能性原因而被調(diào)諧到不同的指定波長(zhǎng)。5.為了便于使輸出的“幾何形狀”與特定應(yīng)用需求匹配。6.為了便于使裝置安裝位置、輻射角度和經(jīng)濟(jì)性與應(yīng)用需求匹配。7.為了便于使輸出與移動(dòng)目標(biāo)或另一“輸出動(dòng)作”同步。8.為了協(xié)調(diào)裝置的驅(qū)動(dòng)群組與共同控制電路。9.為了采用多階段加熱技術(shù)。因?yàn)槎O管的典型最終用途，其通過(guò)降低結(jié)的大小來(lái)最小化成本，以此方式來(lái)制造二極管。因此，要求較小的半導(dǎo)體晶片面積(其與成本直接相關(guān))。RED裝置的最終用途常需要實(shí)質(zhì)上以更多光子形式的輻射能量輸出。已建立理論，可使用形成較大的產(chǎn)生光子的覆蓋結(jié)區(qū)域的創(chuàng)新方式來(lái)制造RED。通過(guò)此種方式，將可能生產(chǎn)能夠維持遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高的中紅外、輻射輸出的RED裝置。如果可使用此類(lèi)裝置，那么便可降低實(shí)踐本發(fā)明所需要的RED裝置的絕對(duì)數(shù)目。然而，考慮到與本發(fā)明的許多應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的高功率輸出，將裝置數(shù)目減少為單個(gè)裝置未必是所需的或現(xiàn)實(shí)的。可針對(duì)低功率應(yīng)用、單波長(zhǎng)應(yīng)用，或者如果可制造具有充分的輸出能力的RED裝置，可用單個(gè)裝置來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。類(lèi)似地，可能將RED裝置陣列制造成集成電路。在此類(lèi)實(shí)施方案中，將RED排列在單片的硅或其他合適的襯底的邊界內(nèi)，但具有多個(gè)充當(dāng)芯片上的光子轉(zhuǎn)換輻射點(diǎn)的結(jié)。其可類(lèi)似于使用球形柵格陣列來(lái)進(jìn)行電連接的其他集成電路封裝。于是，此類(lèi)裝置封裝可用作陣列，從而便于連接到控制系統(tǒng)且受控制系統(tǒng)控制所需的電連接。同樣，一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)是結(jié)溫度的控制，在當(dāng)前化學(xué)性質(zhì)下不應(yīng)允許結(jié)溫度達(dá)到約100到105°C，否則就會(huì)開(kāi)始引起損壞?？深A(yù)測(cè)，未來(lái)的化學(xué)化合物可能具有增加的耐熱性，但熱量必須始終保持在所使用的裝置的臨界損壞范圍以下。其可進(jìn)一步單個(gè)或多個(gè)地部署在電路板上，或者其可排列成較高級(jí)的裝置陣列，這取決于應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)性。在設(shè)計(jì)用于將RED裝置部署成照射陣列的最佳配置時(shí)，不論裝置的形態(tài)因素如何，設(shè)計(jì)者必須考慮到變量的整個(gè)范圍。鑒于目標(biāo)應(yīng)用應(yīng)考慮的一些變量包含封裝、便于部署、成本、電連接、對(duì)可編程考慮的控制、冷卻、部署環(huán)境、功率傳遞、功率供應(yīng)、串電壓、串幾何形狀、照射需求、安全性和所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解的其他許多因素。所有用來(lái)制造產(chǎn)品的原材料均與電磁波譜內(nèi)的各種波長(zhǎng)的特定吸收和透射特征相關(guān)聯(lián)。每種材料還具有特征紅外反射和發(fā)射特性，但我們將不再花費(fèi)時(shí)間來(lái)論述這些，因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)踐在更大程度上取決于吸收/透射特性。可針對(duì)任何特定材料來(lái)測(cè)量和描繪
20任何給定波長(zhǎng)下的吸收百分比。接著，如同本文檔中稍候?qū)⒏敿?xì)地解釋和例示，可以圖表形式展示廣泛范圍的波長(zhǎng)下的吸收百分比。因?yàn)槊糠N類(lèi)型的材料均具有不同波長(zhǎng)下的特征性吸收或透射特性，所以優(yōu)化最佳的熱過(guò)程，知道這些材料特性將受益匪淺。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，如果特定材料在特定范圍的波長(zhǎng)內(nèi)高度透射，那么試圖在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)加熱該材料將是非常低效的。相反，如果材料在特定波長(zhǎng)下具有過(guò)大的吸收性，那么施加輻射加熱將會(huì)導(dǎo)致材料表面加熱。在此項(xiàng)技術(shù)中，許多年來(lái)眾所周知各種材料在各種波長(zhǎng)下具有特定的吸收或透射特征。然而，因?yàn)榭稍谔囟úㄩL(zhǎng)或波長(zhǎng)組合下指定的高功率紅外源不可用，所以過(guò)去不可能完全優(yōu)化許多現(xiàn)有的加熱或處理操作。由于將特定波長(zhǎng)的紅外輻射傳遞給產(chǎn)品是不能實(shí)現(xiàn)的，所以許多制造商并不知道加熱或處理他們的特定產(chǎn)品最需要的波長(zhǎng)。通過(guò)塑料工業(yè)的實(shí)例來(lái)說(shuō)明這一現(xiàn)象。參看圖9和10，通過(guò)查看聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET樹(shù)脂材料，如工業(yè)中已知的)(用其來(lái)拉伸吹塑模制塑料飲料容器)的透射曲線，可觀察到PET材料在長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)中具有高度吸收性，且在可見(jiàn)和近紅外波長(zhǎng)區(qū)中具有高度的透射性。其透射在1微米與5微米之間有很大變化。其透射不僅在該范圍內(nèi)有很大變化，而且有時(shí)在0. 1微米內(nèi)頻繁、突然且通常有相當(dāng)大的程度的變化。舉例來(lái)說(shuō)，在2. 9微米下，PET具有非常強(qiáng)的吸收性。這意味著，如果將2. 9微米的紅外輻射引入到PET中，則其會(huì)被材料表面或外表層幾乎完全吸收。如果僅需要加熱材料的外表面，則可使用此波長(zhǎng)。因?yàn)镻ET是非常差的熱導(dǎo)體(具有較低的導(dǎo)熱系數(shù))，且因?yàn)樵诶齑邓苣Ｖ撇僮髦懈枰獜膬?nèi)部深度加熱PET材料，且在其整個(gè)體積上均勻加熱， 這在實(shí)踐中是恰當(dāng)加熱PET的較差波長(zhǎng)。請(qǐng)看另一情形，在PET材料1.0微米(1000納米)具有高度透射性。這意味著，此波長(zhǎng)處較大百分比的輻射(其會(huì)影響PET的表面)將會(huì)被透射穿過(guò)PET且將從中離開(kāi)，而不會(huì)傳遞任何優(yōu)選的加熱，因此將被大量浪費(fèi)。重要的是，注意到電磁能量的透射作為所有介電材料的厚度的函數(shù)呈指數(shù)降低，因?yàn)椴牧虾穸葘?duì)于給定材料的最佳波長(zhǎng)的選擇具有實(shí)質(zhì)性的影響。應(yīng)了解，雖然此處使用PET熱塑材料為例，但所述原理對(duì)于不同工業(yè)中使用的大范圍的不同類(lèi)型的材料且對(duì)于不同類(lèi)型的工藝均適用。作為迥然不同的實(shí)例，膠粘或粘合疊層系統(tǒng)具有說(shuō)明性。在此實(shí)例中，假設(shè)待膠粘的母材在選定的紅外波長(zhǎng)處具有非常高的透射性。待使用的熱固化粘膠劑可能在相同波長(zhǎng)處具有非常大的吸收性。通過(guò)用此特定的有利波長(zhǎng)照射膠粘/疊層夾層結(jié)構(gòu)，所述工藝進(jìn)一步優(yōu)化，因?yàn)闀?huì)加熱粘膠，而不是相鄰的母材。通過(guò)選擇性地選擇這些波長(zhǎng)的相互作用，會(huì)在工業(yè)內(nèi)的多種廣泛不同類(lèi)型的處理或加熱應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)最佳點(diǎn)。過(guò)去，工業(yè)中根本不可應(yīng)用以特定波長(zhǎng)產(chǎn)生相對(duì)較高的紅外輻射密度的能力。因此，由于此類(lèi)型的加熱或處理優(yōu)化不可用，所以大多制造尚未考慮這種優(yōu)化?？深A(yù)測(cè)，此類(lèi)波長(zhǎng)特定的紅外輻射功率的可用性將全面開(kāi)啟新的方法和工藝。本發(fā)明將使得此類(lèi)新工藝可得以實(shí)踐，且將提供對(duì)于廣泛范圍的應(yīng)用具有非常大的靈活性的實(shí)施技術(shù)?？深A(yù)測(cè)，本發(fā)明的初步利用將是在工業(yè)中，還可認(rèn)識(shí)到，將在商業(yè)、醫(yī)學(xué)、消費(fèi)和其他領(lǐng)域中存在許多應(yīng)用。可預(yù)測(cè)，本發(fā)明作為目前廣泛使用的寬帶石英紅外加熱燈泡或其他常規(guī)的加熱裝置的替代物將是非常有用的。此類(lèi)石英燈泡用于多種情況，其中包含在準(zhǔn)備熱成形操作時(shí)加熱塑料材料的薄片。不但可將本發(fā)明用作石英紅外燈或其他常規(guī)加熱裝置的現(xiàn)有功能性的替代物，而且還可構(gòu)想添加大量附加功能性。相比而言，本發(fā)明可以連續(xù)激勵(lì)或者脈沖方式產(chǎn)生輻射能量。因?yàn)楸景l(fā)明的基本 RED裝置具有以微秒計(jì)的極快的響應(yīng)時(shí)間，所以其可具有更高的能量效率，以在需要時(shí)或者目標(biāo)組件處于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)時(shí)開(kāi)啟能量，并且當(dāng)組件不再位于目標(biāo)區(qū)域中時(shí)關(guān)閉能量。能夠以脈沖形式激勵(lì)紅外源的附加功能性可導(dǎo)致許多輻射加熱應(yīng)用的總體能量效率具有可觀的改進(jìn)。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)制個(gè)別或成陣列的紅外輻射發(fā)射裝置(RED) 的激勵(lì)時(shí)間，可能在個(gè)別目標(biāo)移動(dòng)經(jīng)過(guò)大型紅外陣列源時(shí)跟蹤個(gè)別目標(biāo)。換言之，最靠近目標(biāo)裝置的紅外發(fā)射裝置將是被激勵(lì)的裝置。當(dāng)目標(biāo)組件或區(qū)域向上移動(dòng)時(shí)，“激勵(lì)波”可沿陣列向下傳遞。在將被熱成形的加熱材料的情況下，可能需要將更多的熱量輸入施加到與將較適度成形或者根本不成形的區(qū)域相比會(huì)更強(qiáng)烈成形的區(qū)域。通過(guò)正確地設(shè)計(jì)紅外發(fā)射器陣列的配置，不僅可以不使所有裝置同時(shí)被激勵(lì)，而且可能以非常戰(zhàn)略性的方式將其激勵(lì)以對(duì)應(yīng)于待加熱的區(qū)域的形狀。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于連續(xù)移動(dòng)的生產(chǎn)線，可能最理想的是編程具有所要熱曲線的特別成形的區(qū)域，所述區(qū)域可以與待加熱的目標(biāo)區(qū)域同步的運(yùn)動(dòng)可編程地運(yùn)動(dòng)?？紤]圖17所示的需要加熱的畫(huà)框形狀的區(qū)域。在此情況下，將可能在所要的輻射強(qiáng)度下具有類(lèi)似的圖片框形狀的裝置陣列002)，其將可編程地沿陣列向下移動(dòng)，與目標(biāo)熱成形薄板G01)的運(yùn)動(dòng)同步。通過(guò)使用編碼器來(lái)跟蹤產(chǎn)品(例如G01)熱成形薄片)的移動(dòng)， 可使用眾所周知的電子學(xué)同步技術(shù)來(lái)根據(jù)可編程控制器或計(jì)算機(jī)的指令以所要的強(qiáng)度開(kāi)啟正確的裝置?？梢浴斑B續(xù)”模式或“脈沖”模式通過(guò)控制系統(tǒng)開(kāi)啟陣列內(nèi)的裝置以實(shí)現(xiàn)其所要的輸出強(qiáng)度。這兩種模式均可將強(qiáng)度作為時(shí)間的函數(shù)來(lái)調(diào)制成最需要的輸出條件。這種控制可以是對(duì)成組裝置的控制，或者可以是對(duì)個(gè)別RED裝置的控制。對(duì)于特定應(yīng)用，可能不需要對(duì)個(gè)別RED裝置進(jìn)行精細(xì)控制。在此情況下，可以最需要的幾何形狀將RED裝置連接成串。接著，可根據(jù)應(yīng)用指定的要求對(duì)這些串或串的群組進(jìn)行可編程地控制。實(shí)踐上有時(shí)將要求以群組或串的形式驅(qū)動(dòng)RED裝置，以便實(shí)現(xiàn)最便利的電壓并降低個(gè)別裝置控制的成本?？蓛H通過(guò)以開(kāi)環(huán)配置供應(yīng)電流來(lái)控制成串的或成陣列的RED，或者可使用更加復(fù)雜的控制。對(duì)任何特定應(yīng)用的事實(shí)密集型評(píng)估將指定適當(dāng)?shù)募t外輻射控制數(shù)量和級(jí)別。由于要求復(fù)雜或精確的控制，所以控制電路可連續(xù)監(jiān)視和調(diào)制輸入電流、電壓或特定輸出。可通過(guò)直接測(cè)量紅外陣列的輸出或與紅外輻射的目標(biāo)對(duì)象相關(guān)聯(lián)的一些參數(shù)，來(lái)實(shí)施對(duì)最合需要的輻射輸出或結(jié)果的監(jiān)視。這可通過(guò)從并入簡(jiǎn)單的熱耦或高溫計(jì)到更加高級(jí)的技術(shù) (其采用如紅外照相機(jī)的形式)的一系列不同技術(shù)來(lái)執(zhí)行。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠推薦對(duì)于本發(fā)明的特定應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)上明智且合理的特定的閉環(huán)監(jiān)視技術(shù)。可并入直接和間接的監(jiān)視方法。舉例來(lái)說(shuō)，如果對(duì)特定材料進(jìn)行加熱以便達(dá)到可成形的溫度范圍，可能需要測(cè)量需要用來(lái)使材料成形的力，并使用該數(shù)據(jù)作為對(duì)紅外輻射陣列的調(diào)制的至少一部分反饋?？赡艽嬖谄渌S多直接或間接的反饋方式來(lái)促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的輸出的優(yōu)化和控制。應(yīng)清楚地了解，本文所述的本發(fā)明的輻射加熱源的形狀、強(qiáng)度和激勵(lì)時(shí)間是高度可編程的，且可接受非常高水平的可編程定制。在工業(yè)中，常針對(duì)特定組件來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)造加熱源的定制形狀或配置，以便將加熱引導(dǎo)到組件上的正確位置。通過(guò)本發(fā)明的靈活的可編程性，可以使單個(gè)可編程的加熱面板用作對(duì)幾乎無(wú)限數(shù)目的定制構(gòu)造面板的靈活替代物。 工業(yè)中具有廣泛范圍的紅外烤爐和處理系統(tǒng)。此類(lèi)烤爐可用于各種種類(lèi)和類(lèi)型的固化涂料、涂層、漿料以及其他許多用途。其還可用于多種不同的疊層線，用于一起加熱熔化材料， 或者用于固化粘膠、黏合劑、表面處理、涂層或其他可能添加到疊層“夾層結(jié)構(gòu)”的各種層?？舍槍?duì)多種干燥應(yīng)用使用其他烤爐。舉例來(lái)說(shuō)，在兩片飲料罐工業(yè)中，常見(jiàn)的是將涂層噴射到飲料罐內(nèi)部中，且接著通過(guò)傳送裝置連續(xù)地將其“整體”地傳送通過(guò)較長(zhǎng)的固化烤爐。未經(jīng)固化的內(nèi)部涂層在涂覆時(shí)具有白色涂料的外表，但在固化之后變得幾乎透明。 在通過(guò)本發(fā)明進(jìn)行的這些各種干燥和固化應(yīng)用中，將可能選擇最容易且最適當(dāng)?shù)乇恍枰稍?、處理或固化的材料吸收的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)組合。在有些應(yīng)用中，對(duì)改進(jìn)的工藝來(lái)說(shuō)，不存在的波長(zhǎng)可能比存在的波長(zhǎng)更加重要。不需要的波長(zhǎng)可能會(huì)通過(guò)干燥、加熱、改變晶粒結(jié)構(gòu)或其他許多有害結(jié)果而對(duì)材料造成負(fù)面影響，通過(guò)本發(fā)明可在更加優(yōu)化的工藝中避免這些有害結(jié)果。通常需要在不會(huì)實(shí)質(zhì)上影響襯底或母材的情況下提高待固化或干燥的目標(biāo)的溫度。情況很可能是母材可能受到此類(lèi)處理的損害。更需要的是不要將熱量引入母材中，同時(shí)仍然將熱量弓丨入目標(biāo)中。本發(fā)明有助于此種類(lèi)型的選擇性加熱?，F(xiàn)在觀看本發(fā)明的另一應(yīng)用領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)工業(yè)中一直在使用大范圍的可見(jiàn)光和近紅外輻射處理來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。還已建立理論，特定波長(zhǎng)的電磁能量會(huì)刺激和促進(jìn)愈合。還假設(shè)具有特定波長(zhǎng)的輻射可能刺激酶、荷爾蒙、抗體和身體內(nèi)的其他化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)生，并且刺激惰性器官中的活動(dòng)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)無(wú)需考查特定細(xì)節(jié)或處理方法中的任一者或此類(lèi)假設(shè)的優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明可提供固態(tài)、波長(zhǎng)可選擇且可編程的中紅外輻射源，其可有助于多種此類(lèi)醫(yī)療器械。然而，醫(yī)學(xué)工業(yè)在過(guò)去沒(méi)有用于產(chǎn)生中頂波長(zhǎng)頻帶中的高功率、波長(zhǎng)特定照射的實(shí)際方法。本發(fā)明將允許此類(lèi)窄帶波長(zhǎng)特定的紅外輻射，且其可以容易用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用的微弱、輕質(zhì)、安全和方便的形態(tài)因素來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于醫(yī)療，能夠選擇用于照射的特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)組合有一些非常重要的優(yōu)點(diǎn)。與在工業(yè)制造材料中一樣，有機(jī)物質(zhì)也具有特征性透射/吸收光譜曲線。動(dòng)物、植物或人體組織展現(xiàn)出特定的吸收/透射窗，可對(duì)其進(jìn)行充分利用。人體中有非常高的百分比基本上是由水元素組成的，因此，水的透射/吸收曲線可能是對(duì)大量人體組織進(jìn)行粗略估計(jì)的良好起點(diǎn)。通過(guò)大量研究，可能逐步推導(dǎo)出人類(lèi)、動(dòng)物和植物中的所有類(lèi)型的組織的精確曲線。還可能推導(dǎo)出可能從器官或組織中獲得的各種類(lèi)型的愈合或刺激之間的關(guān)系，并將所述關(guān)系與透射/吸收曲線相關(guān)聯(lián)。通過(guò)仔細(xì)地選擇波長(zhǎng)或波長(zhǎng)組合，將可能研發(fā)出可對(duì)大量疾病和病痛具有積極效果的治療方法。有些需要治療的組織或器官非?？拷砻?，而其他則位于身體內(nèi)部的深處。由于人體組織的吸收特征，可能無(wú)法用非侵入性技術(shù)來(lái)到達(dá)此類(lèi)較深的區(qū)域?？赡鼙仨毷褂媚撤N形式的侵入技術(shù)，以便使照射源靠近目標(biāo)組織?？稍O(shè)計(jì)本發(fā)明的照射陣列，使其具有適當(dāng)?shù)拇笮『?或形狀，以便用于多種侵入性或非侵入性治療。雖然治療技術(shù)、器械和配置超出本論述內(nèi)容的范圍，但本發(fā)明是第一種使固態(tài)、波長(zhǎng)選擇性輻射可用于中紅外波長(zhǎng)頻帶的
23技術(shù)。其可針對(duì)多種器械和治療類(lèi)型來(lái)配置。由于其高度靈活的形態(tài)因素和可編程性質(zhì)， 所以其能夠針對(duì)特定的身體大小和重量進(jìn)行配置，以產(chǎn)生適當(dāng)角度、強(qiáng)度和波長(zhǎng)來(lái)用于常規(guī)治療。紅外輻射正用于從痔瘡的治療到皮膚醫(yī)學(xué)的越來(lái)越多的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。目前用寬帶紅外源執(zhí)行的紅外治療的一個(gè)實(shí)例稱為紅外凝結(jié)治療。此外，有時(shí)用紅外燈治療來(lái)治療糖尿病周邊神經(jīng)病變。目前，通常也用寬帶紅外燈來(lái)治療肘部發(fā)炎和其他類(lèi)似病痛。并入本發(fā)明的產(chǎn)生特定輻射波長(zhǎng)的能力以及本發(fā)明的產(chǎn)生脈沖輻射的能力可在這些治療中提供實(shí)質(zhì)上的改進(jìn)。其還可為患者提供更好的耐約量和舒適性。本發(fā)明還有助于制造可用本質(zhì)安全的電壓進(jìn)行供電的醫(yī)學(xué)裝置。事實(shí)可能證明，輻射能量的脈沖是與許多醫(yī)學(xué)治療應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵方面。連續(xù)性照射可能導(dǎo)致組織過(guò)熱，而事實(shí)可能證明，脈沖照射提供足夠的刺激，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱、不適或組織損壞的有害效果。裝置/陣列可以極高速率(開(kāi)啟時(shí)間以微秒計(jì)或更快) 經(jīng)脈沖會(huì)提供另一有用特性?？深A(yù)期，如果極高強(qiáng)度的輻射脈沖在極短的工作循環(huán)被激活， 則可忍受極高強(qiáng)度的輻射脈沖，因?yàn)樵诖朔N較短脈沖時(shí)間的情況下將不會(huì)有時(shí)間出現(xiàn)半導(dǎo)體結(jié)過(guò)熱。這將允許更大的總的瞬時(shí)強(qiáng)度，此可有助于穿過(guò)更多的組織。事實(shí)還可能證明，出現(xiàn)脈沖的頻率較為重要。所屬領(lǐng)域中已知，對(duì)人類(lèi)的特定頻率的照射可具有愈合或者有害效果。舉例來(lái)說(shuō)，可見(jiàn)光的某些振幅調(diào)制頻率或頻率組合可導(dǎo)致人類(lèi)變得惡心，且其他振幅調(diào)制頻率或頻率組合可導(dǎo)致癲癇發(fā)作。隨著進(jìn)一步進(jìn)行的醫(yī)學(xué)研究，其實(shí)際上可確定，脈沖頻率、波形形狀或頻率組合連同選定的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)組合對(duì)各種輻射治療的成功具有實(shí)質(zhì)上的影響。很可能因?yàn)檠芯空呋驅(qū)嵺`者尚不可使用本發(fā)明，所以將使用本發(fā)明的許多醫(yī)療器械尚未被了解或意識(shí)到。本發(fā)明的另一應(yīng)用是在食物的制備處理或制作中。當(dāng)然，人類(lèi)歷史上在制備食品時(shí)一直使用多種不同類(lèi)型的烤爐或加熱系統(tǒng)。由于其中的大多數(shù)是眾所周知的，所以在本專(zhuān)利申請(qǐng)案的范圍內(nèi)無(wú)需描述此類(lèi)烤爐和加熱系統(tǒng)的全部范圍。除了明顯排除利用非紅外 /非熱源烹飪技術(shù)的微波烹飪之外，事實(shí)上所有其它烹飪技術(shù)均利用各種類(lèi)型的寬帶加熱源。在此類(lèi)烤爐中使用的紅外加熱源和元件是寬帶源。其無(wú)法產(chǎn)生對(duì)于特定烹飪條件或被烹飪的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是最有利的特定波長(zhǎng)的紅外能量。如上文針對(duì)其他材料所述，植物和動(dòng)物產(chǎn)品具有特定吸收光譜曲線。這些特定的吸收曲線涉及特定食品在特定波長(zhǎng)下具有多大程度的吸收性或透射性。通過(guò)選擇用于照射對(duì)象食物的特定波長(zhǎng)或若干經(jīng)仔細(xì)選定的波長(zhǎng)，可修改或優(yōu)化所要的烹飪特征。對(duì)輻射能量的最有效的使用可降低加熱或烹飪成本。舉例來(lái)說(shuō)，如果最需要加熱或烘焦特定食品的外表面，則本發(fā)明將允許選擇特定食品具有高度吸收性的波長(zhǎng)。結(jié)果將是，當(dāng)以選定波長(zhǎng)照射時(shí)，紅外能量在非常靠近表面的地方被全部吸收，因而使得所要的加熱和/或烘焦行為剛好在表面處發(fā)生。相反，如果需要不加熱表面而是從食物內(nèi)部極深處開(kāi)始烹飪食物，則可能選擇特定食物具有高得多的透射性的波長(zhǎng)或選定波長(zhǎng)的組合，以便可實(shí)現(xiàn)所要的烹飪結(jié)果。因此，輻射能量在穿透到所要深度時(shí)將被逐漸吸收。重要的是要注意，對(duì)于行進(jìn)通過(guò)非金屬材料的電磁波，此波I(t)的強(qiáng)度如下式所述作為行進(jìn)距離t的函數(shù)而降低
I (t) = Io (e-α t)在此等式中，Io是光束的初始強(qiáng)度，且α是材料的特定吸收系數(shù)。隨著時(shí)間t增加，光束強(qiáng)度經(jīng)歷指數(shù)衰減，這是由主材料吸收了原來(lái)光束內(nèi)的輻射能量而導(dǎo)致的。出于此原因，使用紅外輻射加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的烹飪結(jié)果會(huì)必然導(dǎo)致食物物品的厚度、所施加的紅外輻射強(qiáng)度、照射波長(zhǎng)和材料吸收系數(shù)之間的復(fù)雜的相互作用。通過(guò)混合以不同波長(zhǎng)照射的RED元件，可進(jìn)一步優(yōu)化烹飪結(jié)果。在此種多波長(zhǎng)陣列內(nèi)，將在輻射能量吸收性較低的波長(zhǎng)處選擇一種元件類(lèi)型，因而允許出現(xiàn)深度加熱穿透。 將選擇輻射能量吸收性較高的第二元件類(lèi)型，因而有助于發(fā)生表面加熱。完成陣列后，可想象第三RED元件類(lèi)型，將其選擇在吸收性方面位于這兩個(gè)極端的中間的波長(zhǎng)處。通過(guò)控制此種陣列中含有的這3種類(lèi)型的RED發(fā)射器的相對(duì)的輻射輸出水平，將可優(yōu)化所制備的食物物品的重要特性。通過(guò)將色彩傳感器、溫度傳感器和可能的視覺(jué)傳感器連接到控制系統(tǒng)，可關(guān)閉環(huán)路并進(jìn)一步優(yōu)化所要的烹飪結(jié)果。在此類(lèi)環(huán)境下，能夠檢驗(yàn)可能在討論中的確切參數(shù)，并允許控制系統(tǒng)通過(guò)以將最需要的適當(dāng)波長(zhǎng)、強(qiáng)度和方向發(fā)送照射來(lái)作出響應(yīng)。通過(guò)利用和集成視覺(jué)傳感器，將可能實(shí)際上觀察待烹飪的食品的位置和大小，并接著如上所述相應(yīng)地優(yōu)化烤爐的輸出。當(dāng)結(jié)合濕度傳感器使用時(shí)，將可能用可維持所要濕度含量的組合來(lái)作出響應(yīng)。因此，可能了解本發(fā)明結(jié)合適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱涂刂破鳌爸悄堋睂⑷绾文軌蛘嬲赜兄诖龠M(jìn)將來(lái)的智能烤爐。當(dāng)然，可能將本發(fā)明與常規(guī)烹飪技術(shù)(包含對(duì)流烤爐和微波爐能力) 結(jié)合，以獲得這些技術(shù)成果中的每一者的最佳組合。智能控制系統(tǒng)可經(jīng)設(shè)計(jì)以最佳地優(yōu)化本發(fā)明技術(shù)與常規(guī)烹飪技術(shù)的組合。通過(guò)選擇將被一種食物吸收而不會(huì)被另一種食物高度吸收的波長(zhǎng)，還可能對(duì)在一盤(pán)混合食物中發(fā)生的加熱量具有非常的選擇性。因此可了解，通過(guò)改變可選擇的各種波長(zhǎng)的組合和排列及強(qiáng)度，人們可實(shí)現(xiàn)廣泛范圍的特別設(shè)計(jì)的烹飪結(jié)果。借助本發(fā)明的任何一種應(yīng)用，可使用各種透鏡或光束引導(dǎo)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)照射能量的所要方向性。這可采用多種不同實(shí)施方案的形式——從分別透鏡化RED裝置到安裝在裝置附近的微透鏡陣列。所選的光束引導(dǎo)裝置必須經(jīng)適當(dāng)選擇，以便以正被引導(dǎo)或定向的輻射波長(zhǎng)發(fā)揮作用。通過(guò)利用眾所周知的衍射、折射和反射技術(shù)，可在所要方向上引導(dǎo)來(lái)自RED 裝置陣列的不同部分的能量。通過(guò)以可編程方式控制開(kāi)啟的特定裝置，并通過(guò)調(diào)制其強(qiáng)度， 可能實(shí)現(xiàn)廣泛范圍的照射選擇性。通過(guò)選擇穩(wěn)態(tài)或脈沖模式，且通過(guò)進(jìn)一步編程哪些裝置在哪一時(shí)刻被脈沖，可更進(jìn)一步提高功能性。雖然本揭示內(nèi)容論述主要處于1. O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)明顯看出，可以其它操作波長(zhǎng)(包含紅外線中的較長(zhǎng)波長(zhǎng)，或者向下直到可見(jiàn)區(qū)域的較短波長(zhǎng))實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的材料加熱效果。本發(fā)明的精神包括將直接的電子到光子固態(tài)發(fā)射器應(yīng)用于輻射加熱目的，其中預(yù)想發(fā)射器可從可見(jiàn)光操作到遠(yuǎn)紅外線。對(duì)于特定類(lèi)型的應(yīng)用，可能需要將以中紅外范圍外的其它波長(zhǎng)進(jìn)行照射的其它波長(zhǎng)可選擇裝置組合到本發(fā)明中。圖8給出單個(gè)RED組件10的圖表指示。RED 10包括堆疊20。堆疊20可采用多種配置，例如半導(dǎo)體層堆疊以及結(jié)合圖1-7說(shuō)明的類(lèi)似堆疊。在至少一種形式中，RED 10的接觸部分40 (例如，對(duì)應(yīng)于接觸部分1105、1205和130 通過(guò)線80制造到堆疊20上。當(dāng)
25使得電流60流過(guò)接合線80和堆疊20時(shí)，便發(fā)射出具有與堆疊20的配置相一致的特征能量或波長(zhǎng)的光子70。因?yàn)樵谥圃霯ED時(shí)了解的許多半導(dǎo)體經(jīng)驗(yàn)均可應(yīng)用于RED，所以提到可能有助于新RED裝置的發(fā)展的相似技術(shù)是有用的。自從LED引入到普遍市場(chǎng)中的這些年來(lái)，LED的能量轉(zhuǎn)換效率(光能輸出/電能輸入)方面具有極大的改進(jìn)。在以光譜中的可見(jiàn)光和僅頂部分操作的市售LED中已實(shí)現(xiàn)了 10%以上的能量轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明預(yù)期使用在1微米到 3. 5微米范圍內(nèi)的某處操作的新RED作為各種加熱系統(tǒng)內(nèi)的主要紅外加熱元件。本申請(qǐng)案描述了吹塑模制系統(tǒng)中的特定實(shí)施方案。圖9和10將在PET的10密耳厚的部分內(nèi)透射的頂能量的相對(duì)百分比展示為波長(zhǎng)的函數(shù)。在石英透射范圍(達(dá)3. 5微米)內(nèi)，在包含2. 3微米、2. 8微米和3. 4微米的若干波長(zhǎng)處，強(qiáng)吸收性頻帶(具有較低或沒(méi)有透射性的波長(zhǎng)帶)的存在是顯而易見(jiàn)的。與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的基本原理是使用經(jīng)設(shè)計(jì)和選擇以在1微米到3. 5微米范圍內(nèi)的選定波長(zhǎng)處操作的RED元件，作為吹塑模制機(jī)器的熱調(diào)節(jié)部分內(nèi)的基本加熱元件。圖11a、lib和1 Ic展示一起封裝成適當(dāng)?shù)腞ED加熱器元件100的個(gè)別RED發(fā)射器 10的實(shí)例集合。在本發(fā)明的本實(shí)施例中，RED 10以物理方式安裝，使得N摻雜區(qū)直接附接到陰極母線120。理想情況是，陰極母線120是由例如銅或金的既是良好的導(dǎo)電體又是良好的導(dǎo)熱體的材料制成的。RED 10的相應(yīng)區(qū)經(jīng)由接合線80連接到陽(yáng)極母線110。理想情況是，陽(yáng)極母線將與陰極母線具有相同熱特性和電特性。在外部穿過(guò)2個(gè)母線條產(chǎn)生輸入電壓，其導(dǎo)致電流(I)在RED 10內(nèi)流動(dòng)，從而導(dǎo)致發(fā)射頂光子或輻射能量，例如170處所示。 在優(yōu)選實(shí)施例中使用反射體130來(lái)將輻射能量引導(dǎo)到遠(yuǎn)離RED加熱器元件100的優(yōu)選方向上。RED 10的較小物理范圍使得可更加容易地引導(dǎo)以優(yōu)選方向發(fā)射的輻射能量170。此陳述可同等地應(yīng)用于大得多的螺旋燈絲的情況；發(fā)射器的物理大小與使用傳統(tǒng)透鏡化構(gòu)件引導(dǎo)所得輻射通量的能力之間的關(guān)系在此項(xiàng)技術(shù)中是眾所周知的。使用散熱器140來(lái)傳導(dǎo)形成頂輻射能量170的過(guò)程中產(chǎn)生的廢熱離開(kāi)RED加熱器元件100?？墒褂霉I(yè)內(nèi)已知的各種構(gòu)件來(lái)構(gòu)建散熱器140。這些構(gòu)件包含被動(dòng)散熱、使用對(duì)流空氣冷卻的主動(dòng)散熱和使用水或液體冷卻的主動(dòng)散熱。(例如)通過(guò)液體護(hù)套進(jìn)行的液體冷卻具有以下優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)С龃罅恳蛭崔D(zhuǎn)換成輻射光子的電能而產(chǎn)生的熱量。通過(guò)液體媒介，可將這種熱量傳導(dǎo)到戶外位置或者傳導(dǎo)到需要熱量的另一區(qū)域。如果將熱量從工廠中導(dǎo)出或者傳導(dǎo)到另一位置，那么便可大量減少空氣調(diào)節(jié)/冷卻能量。此外，燈泡150在本發(fā)明的本實(shí)施例中得到最優(yōu)使用。此處應(yīng)用的燈泡150的主要功能是保護(hù)RED 10和接合線80使其免受損壞。燈泡150優(yōu)選由石英構(gòu)造，因?yàn)槭⒌耐干浞秶趶目梢?jiàn)光延伸到3. 5微米。然而，也可使用其他光學(xué)材料，其中包含透射范圍延伸超過(guò)RED 10的操作的波長(zhǎng)的玻璃。圖1 和12b描繪RED加熱器元件100在吹塑模制機(jī)中的一種部署。在此系統(tǒng)中， 預(yù)成型件240經(jīng)由傳送系統(tǒng)220進(jìn)入熱監(jiān)視和調(diào)節(jié)系統(tǒng)210。預(yù)成型件240在先前已經(jīng)在早先某一時(shí)間經(jīng)注射模制之后，可在室溫下進(jìn)入熱監(jiān)視和控制系統(tǒng)210。或者，與單個(gè)階段注射模制吹塑模制系統(tǒng)中的做法一樣，預(yù)成型件240可直接來(lái)自注射模制過(guò)程?；蛘?，預(yù)成型件可由若干其他過(guò)程中的一種過(guò)程制成。不論預(yù)成型件制造的形式和時(shí)刻如何，以此方式進(jìn)入的預(yù)成型件MO中將含有不同量的潛熱。
一旦通過(guò)傳送系統(tǒng)220提供，便經(jīng)由傳送裝置250將預(yù)成型件240傳送穿過(guò)熱監(jiān)視和控制系統(tǒng)210，此類(lèi)傳送裝置在工業(yè)中是眾所周知的。當(dāng)預(yù)成型件240行經(jīng)通過(guò)熱監(jiān)視和控制系統(tǒng)210時(shí)，其經(jīng)受由一系列RED加熱器元件100發(fā)射的輻射頂能量170。由這些 RED加熱器元件100發(fā)射的頂能量170被準(zhǔn)備進(jìn)入吹塑模制系統(tǒng)230的預(yù)成型件240直接吸收。應(yīng)了解，能量可以是連續(xù)的或者是脈沖的，其是供應(yīng)或驅(qū)動(dòng)電流和/或其它設(shè)計(jì)目標(biāo)的函數(shù)。例如控制系統(tǒng)觀0的控制系統(tǒng)以一種形式控制此功能性。作為一種選擇，控制系統(tǒng)經(jīng)操作以在實(shí)質(zhì)上大于推薦的穩(wěn)態(tài)電流電平的電流電平處脈沖系統(tǒng)，以便在脈沖操作中實(shí)現(xiàn)更高的瞬時(shí)發(fā)射強(qiáng)度，并響應(yīng)于來(lái)自相關(guān)聯(lián)的傳感器能力的輸入信號(hào)以確定脈沖操作的時(shí)刻。在使用本發(fā)明所述的方法和構(gòu)件的吹塑模制機(jī)的優(yōu)選實(shí)施例中，還優(yōu)選部署對(duì)流冷卻系統(tǒng)沈0。這一系統(tǒng)從被加工的預(yù)成型件MO附近的空氣和機(jī)械設(shè)備中去除廢熱。也可使用傳導(dǎo)冷卻裝置來(lái)進(jìn)行這一操作。此項(xiàng)技術(shù)中已知通過(guò)對(duì)流和/或傳導(dǎo)加熱預(yù)成型件對(duì)總的熱調(diào)節(jié)過(guò)程有害。這是因?yàn)镻ET是非常差的導(dǎo)熱體，且加熱預(yù)成型件的外邊緣會(huì)導(dǎo)致加熱不均，中心處過(guò)冷而外表處過(guò)熱。優(yōu)選系統(tǒng)實(shí)施例中還含有溫度傳感器270和溫度控制系統(tǒng)觀0，其中溫度傳感器 270可采用智能傳感器或照相機(jī)的形式，所述智能傳感器或照相機(jī)能夠在超出單點(diǎn)溫度測(cè)量傳感器的能力范圍之外的至少一個(gè)方面中監(jiān)視目標(biāo)。優(yōu)選的吹塑模制機(jī)設(shè)計(jì)的這些方面尤其可應(yīng)用于一階段的吹塑模制系統(tǒng)的屬性。在一階段的吹塑模制系統(tǒng)中，預(yù)成型件240 在含有在注射模制階段期間獲得的潛熱能量的狀態(tài)下進(jìn)入熱監(jiān)視和調(diào)節(jié)系統(tǒng)210。通過(guò)監(jiān)視進(jìn)入的預(yù)成型件240 (或此類(lèi)預(yù)成型件的特定子部分中)的溫度且因此監(jiān)視其熱量含量， 溫度監(jiān)視和控制系統(tǒng)280可能產(chǎn)生預(yù)成型件特定(或子部分特定)的加熱需求，且接著將這些需求以驅(qū)動(dòng)信號(hào)的形式傳遞給個(gè)別的RED加熱器元件100。RED發(fā)射器10的固態(tài)性質(zhì)和相關(guān)聯(lián)的快速響應(yīng)時(shí)間使其特別適合于允許將電源電流或開(kāi)啟時(shí)間作為時(shí)間或預(yù)成型件移動(dòng)的函數(shù)來(lái)調(diào)制。此外，將了解，可對(duì)RED陣列的子部分進(jìn)行控制。用來(lái)進(jìn)行此類(lèi)輸出控制的溫度控制系統(tǒng)280可被實(shí)施為工業(yè)PC、實(shí)施為嵌入式邏輯、或?qū)嵤楣I(yè)可編程邏輯控制器(PLC)，所有這三者的性質(zhì)和操作在業(yè)界均是眾所周知的?？捎枚喾N方式配置控制系統(tǒng)(例如如280所示)以滿足此處的目標(biāo)。然而，作為一些實(shí)例，系統(tǒng)可針對(duì)RED陣列中的每一波長(zhǎng)來(lái)控制開(kāi)/關(guān)狀態(tài)、電流流動(dòng)和激活裝置的位置。圖13-16說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法。應(yīng)了解，可使用適當(dāng)?shù)能浖陀布M合和技術(shù)來(lái)實(shí)施這些方法。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)由溫度控制系統(tǒng)280存儲(chǔ)和執(zhí)行的軟件例行程序來(lái)控制所提到的硬件元件。現(xiàn)在參看圖13，展示熱塑預(yù)成型件的熱處理的優(yōu)選方法300，其中概述了操作的基本步驟。經(jīng)由傳送裝置250將預(yù)成型件240傳送穿過(guò)熱監(jiān)視和控制系統(tǒng)210 (步驟305)。 當(dāng)然，應(yīng)了解，對(duì)于展示傳送工具的所有實(shí)施例，可使用具有或不具有傳送工具的簡(jiǎn)單的構(gòu)件來(lái)定位待暴露的物品。使用熱監(jiān)視和控制系統(tǒng)210內(nèi)含有的RED加熱器元件100來(lái)照射預(yù)成型件MO (步驟310)。使用對(duì)流冷卻系統(tǒng)260從熱監(jiān)視和控制系統(tǒng)210內(nèi)的空氣和機(jī)械組件中去除廢熱(步驟315)。圖14中概述對(duì)熱塑預(yù)成型件進(jìn)行處理的另一方法301。在方法301中，用步驟320 來(lái)代替使用RED加熱器元件100照射預(yù)成型件MO的過(guò)程(步驟310)。在方法301的步
27驟320期間，與預(yù)成型件240穿過(guò)熱監(jiān)視和調(diào)節(jié)系統(tǒng)210的移動(dòng)同步地對(duì)其進(jìn)行脈沖照射。 這種同步的脈沖照射提供了實(shí)質(zhì)上大量的額外能量效率，因?yàn)樽羁拷A(yù)成型件的RED裝置是僅在任何給定瞬間開(kāi)啟的RED裝置。在一種形式中，脈沖能量的最大輸出與個(gè)別目標(biāo)的傳輸同步定時(shí)。圖15中概述對(duì)熱塑預(yù)成型件進(jìn)行處理的又一方法302。在此方法302中，使用溫度傳感器270來(lái)測(cè)量進(jìn)入的預(yù)成型件240的溫度。進(jìn)行這一操作是為了在預(yù)成型件240進(jìn)入系統(tǒng)中時(shí)測(cè)出預(yù)成型件MO的潛熱能量(步驟32 。接著，經(jīng)由傳送裝置250將預(yù)成型件240傳送通過(guò)熱監(jiān)視和控制系統(tǒng)210 (步驟30 。溫度控制系統(tǒng)280使用溫度傳感器270 供應(yīng)的溫度信息來(lái)產(chǎn)生優(yōu)選的控制信號(hào)，所述控制信號(hào)將施加到RED加熱器元件100 (步驟 330)。接著，將優(yōu)選的控制信號(hào)從溫度控制系統(tǒng)280傳遞到RED加熱器元件100 (步驟335)。 接著，使用熱監(jiān)視和控制系統(tǒng)210內(nèi)含有的RED加熱器元件100來(lái)照射預(yù)成型件240 (步驟 310)。接著，使用對(duì)流冷卻系統(tǒng)260從熱監(jiān)視和控制系統(tǒng)210內(nèi)的空氣和機(jī)械組件中去除廢熱(步驟315)。圖16中概述對(duì)熱塑預(yù)成型件進(jìn)行處理的又一方法303。在方法303中，用步驟320 來(lái)代替使用RED加熱元件100進(jìn)行的照射預(yù)成型件240的過(guò)程(步驟310)。在方法303的步驟320期間，與預(yù)成型件MO穿過(guò)熱監(jiān)視和調(diào)節(jié)系統(tǒng)210的移動(dòng)同步地對(duì)其進(jìn)行脈沖照射。以上描述僅提供對(duì)本發(fā)明的特定實(shí)施例的揭示，且不希望將本發(fā)明限制于所述特定實(shí)施例。同樣，本發(fā)明僅并不限于以上描述的應(yīng)用或?qū)嵤├４私沂緝?nèi)容廣泛地針對(duì)本發(fā)明的許多應(yīng)用且特別針對(duì)一個(gè)應(yīng)用實(shí)施例。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可構(gòu)思出屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的替代應(yīng)用和特定實(shí)施例。
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權(quán)利要求
1.一種用于烹飪、加熱、或處理食物的方法，其包括提供至少一個(gè)陣列，所述陣列由至少一個(gè)窄帶照射裝置構(gòu)成，所述窄帶照射裝置可操作以在至少一個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量，所述輻射能量與至少一個(gè)食物項(xiàng)目的至少一個(gè)所需的吸收性特性匹配；以及控制所述至少一個(gè)窄帶照射陣列，以在所述食物項(xiàng)目中產(chǎn)生所需的處理效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述控制所述至少一個(gè)陣列包括控制窄帶照射裝置，其可操作以在一個(gè)以上窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述一個(gè)以上窄波長(zhǎng)頻帶包括第一波長(zhǎng)頻帶，其由于在鄰近所述食物項(xiàng)目表面更迅速的吸收性而被選擇，第二波長(zhǎng)頻帶，其由于相對(duì)于所述第一波長(zhǎng)具有在所述食物項(xiàng)目中的更深的透深性而被選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述一個(gè)以上窄波長(zhǎng)頻帶包括第三窄波長(zhǎng)頻帶， 其相對(duì)于所述第一和第二波長(zhǎng)頻帶具有對(duì)至少一些食物項(xiàng)目的不同的吸收系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述控制進(jìn)一步基于以下至少一者所述至少一個(gè)食物項(xiàng)目的顏色、重量、濕度含量、物理幾何形狀、以及溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述控制進(jìn)一步基于傳感器反饋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述傳感器反饋由可視傳感器或者基于相機(jī)的傳感器系統(tǒng)產(chǎn)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述傳感器反饋由濕度傳感器產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述控制包括選擇性地執(zhí)行至少第二烹飪技術(shù)以增強(qiáng)所述窄帶烹飪技術(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二烹飪技術(shù)包括對(duì)流烹飪和微波烹飪中的一者。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個(gè)食物項(xiàng)目包括在一盤(pán)混合食物項(xiàng)目中的至少兩個(gè)食物項(xiàng)目。
12.一種用于食物烤爐的系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)陣列，所述陣列由至少一個(gè)窄帶照射裝置構(gòu)成，所述窄帶照射裝置可操作以在至少一個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量，所述輻射能量與至少一個(gè)食物項(xiàng)目的至少一個(gè)所需的吸收性特性匹配；以及控制器，其可操作以控制所述至少一個(gè)陣列，以在所述至少一個(gè)食物項(xiàng)目中產(chǎn)生所需的處理效果。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制器可操作以控制所述至少一個(gè)陣列以在一個(gè)以上窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)以上窄波長(zhǎng)頻帶包括第一波長(zhǎng)頻帶， 其由于在鄰近所述食物項(xiàng)目表面更迅速的吸收性而被選擇，第二波長(zhǎng)頻帶，其由于相對(duì)于所述第一波長(zhǎng)具有在所述食物項(xiàng)目中的更深的透深性而被選擇。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)以上窄波長(zhǎng)頻帶包括第三窄波長(zhǎng)頻帶，其相對(duì)于所述第一和第二波長(zhǎng)頻帶具有對(duì)至少一些食物項(xiàng)目的不同的吸收系數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制器可操作以基于以下至少一者來(lái)控制所述至少一個(gè)食物項(xiàng)目的顏色、重量、濕度含量、物理幾何形狀、以及溫度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述控制器可操作以基于傳感器反饋控制。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器可視傳感器。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括濕度傳感器。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制器可操作以選擇性地控制至少第二烹飪技術(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述第二烹飪技術(shù)包括對(duì)流烹飪和微波烹飪中的一者。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)食物項(xiàng)目包括在一盤(pán)混合食物項(xiàng)目中的至少兩個(gè)食物項(xiàng)目。
23.根據(jù)權(quán)利要求1和12所述的裝置，其中所述窄帶照射裝置是半導(dǎo)體窄帶照射裝置。
24.根據(jù)權(quán)利要求1和12所述的陣列，其中所述至少一個(gè)陣列包括多個(gè)陣列。
25.根據(jù)權(quán)利要求1和12所述的陣列，其中所述至少一個(gè)陣列可操作以基于食物項(xiàng)目的位置和尺寸輸出照射。
26.根據(jù)權(quán)利要求1和12所述的裝置，其中所述至少一個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶在最大能量輸出一半處測(cè)量的全帶寬小于400nm。
27.—種在工業(yè)應(yīng)用中用于固化、處理或者干燥的方法，其包括提供至少一個(gè)陣列，所述陣列由至少一個(gè)窄帶照射裝置構(gòu)成，所述窄帶照射裝置可操作以在至少一個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量，所述輻射能量與至少一個(gè)項(xiàng)目的至少一個(gè)所需的吸收性特性匹配；以及控制所述至少一個(gè)窄帶照射陣列，以在所述項(xiàng)目中產(chǎn)生所需的處理效果。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述項(xiàng)目是以下至少一者涂料、涂層、漿料、粘膠、黏合劑、表面處理和飲料罐涂層。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述陣列高度地可編程。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其執(zhí)行反饋技術(shù)。
31.一種用于固化、處理或者干燥的系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)陣列，所述陣列由至少一個(gè)窄帶照射裝置構(gòu)成，所述窄帶照射裝置可操作以在至少一個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量，所述輻射能量與至少一個(gè)項(xiàng)目的至少一個(gè)所需的吸收性特性匹配；以及控制器，其可操作以控制所述至少一個(gè)陣列，以在所述項(xiàng)目中產(chǎn)生所需的處理效果。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述項(xiàng)目是以下至少一者涂料、涂層、漿料、粘膠、黏合劑、表面處理和飲料罐涂層。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述陣列高度地可編程以控制以下一者個(gè)別裝置輸出強(qiáng)度、全局陣列輸出強(qiáng)度、照射方向、照射的二維圖案、照射的波長(zhǎng)、兩個(gè)及兩個(gè)以上波長(zhǎng)的相對(duì)混合、照射輸出的時(shí)刻。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其執(zhí)行反饋技術(shù)。
35.一種用于固化、熔化或者疊層材料的方法，其包括提供至少一個(gè)陣列，所述陣列由至少一個(gè)窄帶照射裝置構(gòu)成，所述窄帶照射裝置可操作以在至少一個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量，所述輻射能量與用于疊層的至少一材料的至少一個(gè)所需的吸收性特性匹配；以及控制所述至少一個(gè)陣列，以在所述材料中產(chǎn)生所需的處理效果以得到疊層。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述材料是以下至少一者疊層材料層、粘膠、 黏合劑、涂層或表面處理。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述陣列高度地可編程。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其執(zhí)行反饋技術(shù)。
39.一種用于固化、熔化或者疊層材料的系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)陣列，所述陣列由至少一個(gè)窄帶照射裝置構(gòu)成，所述窄帶照射裝置可操作以在至少一個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量，所述輻射能量與用于疊層的至少一材料的至少一個(gè)所需的吸收性特性匹配；以及控制器，其可操作以控制所述至少一個(gè)窄帶照射陣列，以在所述材料中產(chǎn)生所需的處理效果以形成疊層。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的系統(tǒng)，其中所述項(xiàng)目是以下至少一者疊層材料層、粘膠、 黏合劑、涂層或表面處理。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)是可編程系統(tǒng)和包括反饋系統(tǒng)的至少一者ο
42.一種用于在模制或處理操作之前對(duì)塑料目標(biāo)組件進(jìn)行非接觸式熱處理的系統(tǒng)，其包括構(gòu)件，其可操作而以有利于施加輻射加熱的方式定位塑料目標(biāo)組件；和熱監(jiān)視和控制部分，所述塑料組件被定位在其中以供暴露，所述熱監(jiān)視和控制部分包括一個(gè)或一個(gè)以上激光二極管，所述激光二極管可操作以經(jīng)由直接的電流到光子的轉(zhuǎn)換過(guò)程在窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量，所述輻射能量與所述塑料目標(biāo)組件所需的吸收性特性匹配。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述可操作以定位的構(gòu)件是可操作以傳輸所述塑料目標(biāo)組件的傳送構(gòu)件。
44.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述激光二極管基于RED。
45.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述塑料組件包括塑料聚合物材料的預(yù)成型件或瓶。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的系統(tǒng)，其中所述塑料聚合物材料是PET、PEN或熱塑材料中的至少一者。
47.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其包括對(duì)流冷卻裝置。
48.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其包括傳導(dǎo)冷卻裝置。
49.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括溫度傳感器，所述溫度傳感器經(jīng)配置以測(cè)量進(jìn)入所述熱監(jiān)視和控制部分的個(gè)別的目標(biāo)組件的溫度，以產(chǎn)生用于施加在激光二極管發(fā)射極的控制信號(hào)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，其中所述溫度傳感器是紅外線照相機(jī)。
51.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中溫度控制系統(tǒng)用于基于目標(biāo)組件溫度產(chǎn)生控制信號(hào)以施加到所述激光二極管。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)組件的子部分的溫度經(jīng)測(cè)量且用于產(chǎn)生控制信號(hào)以將激光二極管發(fā)射極施加到目標(biāo)組件的子部分。
53.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)激光二極管采取個(gè)別激光RED裝置的xXy陣列的形式。
54.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)激光二極管采取個(gè)別激光RED裝置的定制布置的形式。
55.根據(jù)權(quán)利要求53所述的系統(tǒng)，其中所述陣列采取個(gè)別激光二極管的板上芯片xXy 陣列的形式。
56.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括構(gòu)件，所述構(gòu)件用于在進(jìn)入組件進(jìn)入所述熱監(jiān)視和控制部分之前測(cè)量其溫度，以估測(cè)潛熱含量；基于所述進(jìn)入組件溫度產(chǎn)生控制信號(hào)以施加到所述激光二極管并且將所述控制信號(hào)傳遞到所述激光二極管。
57.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述輻射能量的波長(zhǎng)經(jīng)選擇以施加至少一個(gè)波長(zhǎng)的輻射加熱，基于由所述塑料目標(biāo)組件的吸收曲線決定的吸收特性選擇所述波長(zhǎng)。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的系統(tǒng)，其中所述激光二極管可操作以在至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)上選擇性地供應(yīng)輻射熱量，以促進(jìn)加熱特性的結(jié)合。
59.一種在拉伸吹塑模制操作之前對(duì)熱塑預(yù)成型件進(jìn)行熱處理的方法，所述方法包括以下步驟將一系列預(yù)成型件傳輸通過(guò)吹塑模制機(jī)器的熱監(jiān)視和控制部分；使用基于激光RED的輻射加熱源來(lái)照射所述預(yù)成型件，所述輻射加熱源可操作以在窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量，所述輻射能量與所述預(yù)成型所需的吸收性特性匹配。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其進(jìn)一步包括使用冷卻系統(tǒng)從所述熱監(jiān)視和控制部分內(nèi)的空氣和機(jī)械組件中去除廢熱。
61.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟在進(jìn)入的預(yù)成型件進(jìn)入所述熱監(jiān)視和控制部分之前測(cè)量其溫度，以估測(cè)潛熱含量；基于所述進(jìn)入的預(yù)成型件溫度產(chǎn)生控制信號(hào)以施加到所述基于所述激光RED的輻射加熱源；和將這些控制信號(hào)傳遞到所述基于所述激光RED的輻射加熱源。
62.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其進(jìn)一步包括測(cè)量目標(biāo)組件的子部分的溫度和產(chǎn)生控制信號(hào)以將基于所述激光RED的輻射加熱源施加到所述子部分。
63.一種用于在模制或處理操作之前對(duì)塑料目標(biāo)組件進(jìn)行非接觸式熱處理的系統(tǒng)，其包括構(gòu)件，其可操作而以有利于施加輻射加熱的方式定位塑料預(yù)成型瓶；和熱監(jiān)視和控制部分，所述塑料預(yù)成型瓶被定位在其中以供暴露，所述熱監(jiān)視和控制部分包括基于激光的輻射加熱源，所述輻射加熱源可操作以在窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量， 所述輻射能量與所述塑料目標(biāo)組件所需的吸收性特性匹配。
64.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)陣列包括窄帶照射裝置，其可發(fā)射在兩個(gè)不同窄波長(zhǎng)頻帶上發(fā)射輻射能量，每個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶具有在所述目標(biāo)項(xiàng)目中與自身相關(guān)聯(lián)的不同吸收系數(shù)。
65.一種用于固化、熔化或者干燥材料的系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)陣列，所述陣列由至少一個(gè)窄帶照射裝置構(gòu)成，所述窄帶照射裝置可操作以在至少一個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量，所述輻射能量與至少一目標(biāo)材料的至少一個(gè)所需的吸收性特性匹配；以及控制器，其可操作以控制所述至少一個(gè)陣列，以在所述目標(biāo)材料中產(chǎn)生所需的處理效
66. 一種用于固化、熔化或者干燥材料的方法，其包括提供至少一個(gè)陣列，所述陣列由至少一個(gè)窄帶照射裝置構(gòu)成，所述窄帶照射裝置可操作以在至少一個(gè)窄波長(zhǎng)頻帶中發(fā)射輻射能量，所述輻射能量與至少一目標(biāo)材料的至少一個(gè)所需的吸收性特性匹配；以及控制所述至少一個(gè)陣列，以在所述目標(biāo)材料中產(chǎn)生所需的處理效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于波長(zhǎng)特定的熱照射和處理的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種用于將選定的熱紅外(IR)波長(zhǎng)輻射或能量直接注射到物件中以用于廣闊范圍的處理目的的系統(tǒng)。這些目的可包含在一系列不同的工業(yè)、醫(yī)學(xué)、消費(fèi)或商業(yè)環(huán)境中加熱、提升或維持物件的溫度，或激勵(lì)目標(biāo)物品。所述系統(tǒng)尤其適用于需要以特定選擇的波長(zhǎng)進(jìn)行照射或者脈動(dòng)或注射輻射的能力或從所述能力獲益的操作。所述系統(tǒng)在以較高的速度和處于與目標(biāo)無(wú)接觸的環(huán)境中運(yùn)作時(shí)特別有利。
文檔編號(hào)B29B13/02GK102210557SQ201110057310
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者史蒂文·D·切赫, 唐·W·科克倫, 諾埃爾·E·小摩根 申請(qǐng)人:派拉斯科技術(shù)公司