專利名稱：一種用于特定波長(zhǎng)熱照射和處理的方法和系統(tǒng)的制作方法
一種用于特定波長(zhǎng)熱照射和處理的方法和系統(tǒng)本申請(qǐng)基于并要求2007年6月8日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No60/933，818的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)引用將其全部引入本文。相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)涉及于2004年12月3日提交的題為“一種用于特定波長(zhǎng)熱照射和處理 的方法和系統(tǒng)”的美國(guó)序列號(hào)11/003，679，于2006年2月9日提交的題為"一種用于特 定波長(zhǎng)熱照射和處理的方法和系統(tǒng)"的美國(guó)序列號(hào)11/351,030以及于2006年6月7日 提交的題為"一種用于基于激光的特定波長(zhǎng)紅外照射處理的方法和系統(tǒng)"的美國(guó)序列號(hào) 11/448，630。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及為了大范圍加熱、加工或處理的目的將所選擇的熱紅外(IR)波長(zhǎng)的 輻射或能量直接射入目標(biāo)實(shí)體。如下所述，這些目的可以包括加熱、升高或保持制品的溫 度，或者在不同的工業(yè)、醫(yī)療、消費(fèi)或商業(yè)環(huán)境的范圍內(nèi)激發(fā)目標(biāo)。本文所述的方法和系統(tǒng) 尤其適用于需要或者受益于能夠以特定選擇的波長(zhǎng)照射或者使照射產(chǎn)生脈沖或射入的操 作。當(dāng)目標(biāo)以較高的速度并且在與目標(biāo)無(wú)接觸的環(huán)境中移動(dòng)時(shí)，本發(fā)明是特別有利的。本 發(fā)明提供高度程序可控的用于各種各樣應(yīng)用的選定窄波長(zhǎng)的紅外系統(tǒng)。該照射系統(tǒng)在至少 一種形式下包括被設(shè)置為以匹配目標(biāo)的特定吸收性質(zhì)的波長(zhǎng)照射目標(biāo)的多個(gè)窄帶照射源。 在一種形式下，本發(fā)明教導(dǎo)一種新穎和新型紅外照射系統(tǒng)，其由最優(yōu)選新類型的窄波長(zhǎng)固 態(tài)輻射發(fā)射器件(RED)的工程陣列構(gòu)成，在本文中稍后將具體地提及其一種變型。本文為 了舉例描述了這些設(shè)備以及替換或變型，但可以采取可能包括多種形式的窄帶照射源例如 二極管、激光二極管(或其它種類的激光器件)或其它固態(tài)發(fā)射器件的各種形式。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種為了在某些方式下影響目標(biāo)的溫度將波長(zhǎng)最適合的 紅外輻射射入目標(biāo)的新穎且有效的方法。提到實(shí)例的小樣本，供紅外射入的“目標(biāo)”可以來(lái) 自多種物品，其范圍從制造操作中的單個(gè)元件到在材料的連續(xù)式線圈上的處理區(qū)域到蒸煮 過(guò)程中的食物或者到治療環(huán)境中的病人。雖然下文所述的本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是特別涉及塑料瓶預(yù)成型件再熱操作的 實(shí)例，但是其中所含的原理同樣應(yīng)用于許多其它被關(guān)注的情況。它還應(yīng)用于一段塑料瓶吹 塑操作，其中恰好在吹塑成型操作之前逐次進(jìn)行注塑操作。在該應(yīng)用中，例如，本發(fā)明的方 法和裝置提供優(yōu)于已知技術(shù)的類似優(yōu)點(diǎn)，但采用不同的傳感和控制來(lái)處理在進(jìn)入該工藝的 再熱部分的入口處初始溫度的變化。通常，理想的紅外加熱系統(tǒng)最好用最小的能耗提高目標(biāo)的溫度。這樣的系統(tǒng)可以 包括能夠直接將其電能輸入轉(zhuǎn)化為針對(duì)目標(biāo)具有選定的單一或窄帶波長(zhǎng)的輻射電磁能輸 出的器件，使包含照射的能量被該目標(biāo)部分或全部吸收并轉(zhuǎn)化為熱。電輸入轉(zhuǎn)化為輻射電 磁輸出越高效，系統(tǒng)能夠越高效地運(yùn)行。越高效地對(duì)準(zhǔn)輻射的電磁波僅照射目標(biāo)上希望的 區(qū)域，系統(tǒng)將越高效地完成它的工作。所選擇的供使用的輻射發(fā)射器件應(yīng)該具有瞬時(shí)“開” 和瞬時(shí)“關(guān)”的特性，以致未照射目標(biāo)時(shí)不浪費(fèi)輸入或輸出能量。受照射的目標(biāo)越高效地吸 收輻射的電磁能直接將其轉(zhuǎn)化為熱，該系統(tǒng)能夠越高效地運(yùn)行。對(duì)于最優(yōu)的系統(tǒng)，必須小心適當(dāng)?shù)剡x擇，使系統(tǒng)輸出波長(zhǎng)匹配目標(biāo)的吸收特性。對(duì)于本發(fā)明不同的目標(biāo)應(yīng)用，多半將不 同地選擇這些波長(zhǎng)以最好地適應(yīng)不同材料的不同吸收特性以及適應(yīng)不同的希望結(jié)果。相反，在本領(lǐng)域和工業(yè)中眾所周知，對(duì)于各種各樣的工藝和處理使用大量不同類 型的輻射加熱系統(tǒng)。先前可用于這樣的目的的技術(shù)產(chǎn)生相對(duì)寬的發(fā)射的輻射電磁能譜帶。 它們可以被稱為紅外加熱、處理或處理系統(tǒng)，然而實(shí)際上它們經(jīng)常產(chǎn)生遠(yuǎn)超出紅外光譜的 輻射能。通常將光譜的紅外部分分成三個(gè)波長(zhǎng)類別。通常將這些分類為近紅外、中紅外和 遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)帶。雖然對(duì)于這些一般區(qū)域沒(méi)有清楚地確定精確的邊界點(diǎn)，普遍接受的是近紅 外區(qū)跨越介于可見光和1. 5微米之間的范圍。中紅外區(qū)跨越從1. 5微米到5微米的范圍。 遠(yuǎn)紅外區(qū)通常被認(rèn)為在5微米和14微米以上之間。先前已經(jīng)用于工業(yè)、商業(yè)和醫(yī)療、熱處理或加工設(shè)備的輻射紅外源產(chǎn)生很少局限 于一部分紅外光譜的寬帶波長(zhǎng)。雖然它們的寬帶輸出最高可以在紅外光譜的特定范圍內(nèi)， 但是它們典型地具有完全延伸到相鄰區(qū)域中的輸出尾部。例如，本領(lǐng)域眾所周知并被用于各種加工加熱操作的石英紅外加熱燈常產(chǎn)生在 0. 8 1微米范圍內(nèi)的最大輸出。雖然該輸出最高可以在0. 8 1微米之間，但這些燈具有 在從紫外線(UV)穿過(guò)可見并超出到中紅外內(nèi)約3. 5微米的一組連續(xù)寬波長(zhǎng)帶內(nèi)的實(shí)質(zhì)性 輸出。顯然，雖然石英燈的最大輸出在近紅外范圍內(nèi)，但是有在可見范圍內(nèi)和在中紅外范圍 內(nèi)的實(shí)質(zhì)性輸出。因此，對(duì)于任何給定的加熱、加工或處理，應(yīng)用能夠選擇最希望的優(yōu)選波 長(zhǎng)的現(xiàn)有廣譜紅外源是不可能的。寬譜處理或加工是固有的并且已經(jīng)被廣泛使用，因?yàn)樵?開發(fā)出例如上述相關(guān)申請(qǐng)之前沒(méi)有切實(shí)可行的替代。在許多目標(biāo)中主要的溫升是由于吸收 了一個(gè)以上窄帶波長(zhǎng)的熱IR能量。因而，浪費(fèi)了大部分寬帶IR輸出能。盡管如此，石英紅外照明在工業(yè)中被廣泛用于分散元件以及連續(xù)材料加工業(yè)。典 型地采用各種方法來(lái)幫助將來(lái)自石英燈的輻射導(dǎo)向正在加工的包括各種反射器型的目標(biāo) 上。無(wú)論怎樣將能量聚集在目標(biāo)上，典型地連續(xù)對(duì)石英燈供能。這是真實(shí)的，無(wú)論正在加工 的目標(biāo)是連續(xù)生產(chǎn)的制品或分散的元件。其原因主要是由于石英燈典型地按秒數(shù)量級(jí)測(cè)量 的較慢的熱響應(yīng)時(shí)間。
具體需要提高能量注入的區(qū)域涉及吹塑操作。更具體地，在拉伸吹塑成型操作之 前塑料瓶拉伸吹塑成型系統(tǒng)熱調(diào)節(jié)預(yù)成型件。該工藝的一個(gè)方面作為再熱操作在本領(lǐng)域已 知。在再熱操作中，通過(guò)注塑或壓塑工藝的方法已經(jīng)成型的預(yù)成型件被允許熱穩(wěn)定到室溫。 然后，將預(yù)成型件送入拉伸吹塑系統(tǒng)，其早期將預(yù)成型件加熱到其中該熱塑性預(yù)塑材料處 于最適宜隨后的吹塑操作的溫度。在將預(yù)成型件沿通往該機(jī)器吹塑部分的路徑輸送通過(guò)加 熱部分的同時(shí)滿足該條件。在吹塑部分，首先將預(yù)成型件機(jī)械拉伸，然后吹成大容量的器皿 或容器。能耗成本構(gòu)成采用吹塑操作制造的成品的主要成本。更具體地，迄今技術(shù)水平下 在拉伸吹塑機(jī)的再熱部分中將聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)預(yù)成型件從環(huán)境溫度加熱或熱 調(diào)節(jié)到105°C所需的能量是相當(dāng)大的。根據(jù)所有高效制造的測(cè)量結(jié)果，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的觀 點(diǎn)，減少與拉伸吹塑系統(tǒng)的熱調(diào)節(jié)部分的操作相關(guān)的能量消耗速率顯然是有利的。為了進(jìn)一步解釋，現(xiàn)行辦法是將容器暴露于來(lái)自構(gòu)成通道的許多石英紅外W-VII 燈的輻射能。來(lái)自每個(gè)燈的能量是自然可變的，因而對(duì)容器不同部分的照射度的可調(diào)整性提供了微細(xì)的測(cè)量。來(lái)自燈的大量能量根本沒(méi)有被容器吸收，或者被吸收到大氣和機(jī)械支 撐中，因而顯著地降低了總效率。進(jìn)行了一些努力來(lái)減輕不希望的加熱；在1)冷卻容器的 外殼(合乎需要的)以及2)通過(guò)穿過(guò)不必要地?zé)犸L(fēng)的對(duì)流使更多的能量結(jié)合到容器中的 努力中圍繞通道吹氣。
現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)是對(duì)空氣和相鄰結(jié)構(gòu)的不必要的加熱，在容器上輻照度分布的調(diào) 節(jié)性不好，需要大的物理間隔，不能有選擇地加熱預(yù)成型件上的具體點(diǎn)或帶，迅速使熱分布 適應(yīng)新要求的能力降低，例如對(duì)不同尺寸容器的許多轉(zhuǎn)接，以及由此產(chǎn)生的隨之發(fā)生的問(wèn) 題。例如，容器預(yù)成型件對(duì)光的不完全吸收導(dǎo)致用于通道的更多維護(hù)動(dòng)力，從裝置內(nèi)部的環(huán) 境中除去余熱的更多維護(hù)動(dòng)力，用于通道以允許更平緩和均勻加熱的更多空間，對(duì)于燒壞 燈泡更頻繁的技術(shù)保養(yǎng)周期，以及由不均勻的燈泡老化的加熱方面更多的可變性。美國(guó)專利號(hào)5，322，651描述了在用于熱處理熱塑性預(yù)成型件的方法方面的改進(jìn)。 在該專利中，描述了對(duì)于塑性預(yù)成型件的熱處理，采用寬帶紅外(IR)輻射加熱的常規(guī)實(shí) 踐。從該專利引用正文，“與其它加熱或熱處理方法例如對(duì)流和傳導(dǎo)相比，并且考慮材料的 低熱導(dǎo)率，采用紅外輻射加熱提供有利的輸出并使產(chǎn)率提高。”對(duì)該專利中所述的技術(shù)水平的特別改進(jìn)涉及在IR加熱預(yù)成型件期間管理發(fā)射的 多余能量的方式。特別是，該專利關(guān)注其本身在加熱過(guò)程中發(fā)出的能量，其最終(通過(guò)在除 預(yù)成型件以外的位置吸收，傳導(dǎo)，然后對(duì)流)導(dǎo)致輸送的預(yù)成型件周圍的爐體中氣溫上升。 已經(jīng)證實(shí)由熱氣流所引起的預(yù)成型件的對(duì)流加熱導(dǎo)致預(yù)成型件的不均勻加熱，因而在制造 操作上有不利影響。專利5，322，651描述了一種消解在IR加熱操作期間無(wú)意識(shí)加熱預(yù)成 型件周圍的氣流的影響。正如所料，熱能從現(xiàn)有技術(shù)水平的IR加熱元件和系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)預(yù)成型件不是 完全高效的過(guò)程。理想地，熱調(diào)節(jié)預(yù)成型件所消耗的能量100%以熱能的形式終結(jié)在預(yù)成 型件內(nèi)。雖然在上述參考的專利中沒(méi)有具體提及，但當(dāng)前技術(shù)水平的吹塑機(jī)要求在5%和 10%之間范圍內(nèi)的典型的轉(zhuǎn)化效率值(進(jìn)入輸送的預(yù)成型件的能量/IR加熱元件消耗的能 量)。對(duì)于與預(yù)成型件的紅外加熱有關(guān)的方法或裝置的任何提高轉(zhuǎn)化效率值的改進(jìn)將是非 常有利的，并且代表了拉伸吹塑機(jī)用戶在能源成本方面的大幅削減。有許多共同作用的因素確定用于當(dāng)前技術(shù)水平吹塑機(jī)的IR加熱元件和系統(tǒng)的能 量轉(zhuǎn)化效率性能。如同所提及的那樣，常規(guī)的熱塑性預(yù)成型件例如PET預(yù)成型件被加熱到 約105°C的溫度。這典型地在采用市場(chǎng)上可買到的寬帶石英紅外燈的現(xiàn)有技術(shù)水平吹塑機(jī) 中完成。在高速/高產(chǎn)量機(jī)器中，這些經(jīng)常采取大組非常高功率的燈泡的形式。所有組的 石英燈的組合能量流變?yōu)榫薮蟮碾娏鳎谧羁斓臋C(jī)器上合計(jì)數(shù)百千瓦。與這些類型的IR加 熱元件有關(guān)的對(duì)整個(gè)加熱系統(tǒng)的總能量轉(zhuǎn)化效率性能有影響的兩個(gè)因素是燈絲的色溫和 燈絲燈泡的光傳輸性能。對(duì)當(dāng)前技術(shù)水平吹塑機(jī)的熱調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的總能量轉(zhuǎn)化性能具有顯著影響的另一 個(gè)因素是流量控制或者用于將加熱元件發(fā)出的IR輻射導(dǎo)入被輸送通過(guò)該系統(tǒng)的大量預(yù)成 型件的透鏡表(lensing measure)。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)水平的吹塑機(jī)中，配置一些量具將石 英燈發(fā)出的IR輻射流導(dǎo)入大量預(yù)成型件中。特別是，金屬化反射器工作良好，減少在這些 系統(tǒng)中被浪費(fèi)的所發(fā)出的IR輻射量。對(duì)IR加熱子系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率性能有影響的還有另一個(gè)因素是向典型地穩(wěn)定的IR加熱元件輸入能量與移動(dòng)通過(guò)加熱系統(tǒng)的預(yù)成型件的移動(dòng)同步的程度。更具體地，如果穩(wěn)定的IR加熱元件連續(xù)地消耗定額的輸入能，甚至有時(shí)由于預(yù)成型件連續(xù)移動(dòng)通過(guò)該 系統(tǒng)在加熱器附近沒(méi)有預(yù)成型件時(shí)，該系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率性能顯然不是最優(yōu)化的。實(shí)際 上，商用石英燈慢的物理響應(yīng)時(shí)間以及現(xiàn)有技術(shù)水平吹塑機(jī)較快的預(yù)成型件傳送速度阻礙 了順利地使燈的輸入功率與分散部件的移動(dòng)同步從而實(shí)現(xiàn)在總能量轉(zhuǎn)化效率性能方面的 改進(jìn)的任何努力。美國(guó)專利號(hào)5，925，710、美國(guó)專利號(hào)6，022, 920和美國(guó)專利號(hào)6，503, 586B1都描述 了類似的方法來(lái)提高被吹塑法中所用的輸送的預(yù)成型件所吸收的IR燈發(fā)出的能量的百分 比。所有這些專利以不同的詳細(xì)程度描述了在現(xiàn)有技術(shù)水平的再熱吹塑機(jī)中采用石英燈作 為IR加熱元件的一般做法。在再熱吹塑法中，恰好在吹塑操作之前，將先前已經(jīng)注塑并被 允許穩(wěn)定到室溫的預(yù)成型件再熱到吹制溫度。上述這些參考專利描述了通過(guò)IR吸收比可 能采用的傳導(dǎo)或?qū)α餮b置能夠更高效地將通常的聚合物并且特別是PET加熱。在圖中這些 專利文獻(xiàn)測(cè)量了作為波長(zhǎng)的函數(shù)的PET的吸收系數(shù)。在PET中產(chǎn)生許多強(qiáng)的分子吸收帶， 主要在1.6微米以上的IR波長(zhǎng)帶。已知石英燈發(fā)出穿過(guò)寬譜的輻射，如普朗克定律所定義 的那樣，精確的發(fā)射光譜由燈絲溫度所決定。如現(xiàn)有技術(shù)水平吹塑機(jī)中所用，石英燈在3000K左右的燈絲溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)。在該溫 度下，燈具有在0. 8微米左右的最高輻射發(fā)射。然而，因?yàn)樵摪l(fā)射是黑體型發(fā)射，如同本領(lǐng) 域眾所周知的那樣，石英燈絲發(fā)射從X射線到很長(zhǎng)的IR的連續(xù)能量光譜。在3000K下，發(fā) 射增加通過(guò)可見區(qū)，最高在0. 8微米，然后逐漸降低，因?yàn)樗_始與起始于1. 6微米左右的 顯著的PET吸收區(qū)域重疊。在任何這些專利中沒(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 石英燈燈泡的石英材料具有大約3. 5微米的傳輸上限。超過(guò)該波長(zhǎng)，由密封的燈絲發(fā)出的 任何能量大部分被密封燈絲的石英玻璃殼所吸收，因此不能直接被預(yù)成型件加熱獲得。由于上述原因，在采用石英燈再熱PET預(yù)成型件到吹制溫度的現(xiàn)有技術(shù)水平吹塑 機(jī)中，吸收加熱的范圍發(fā)生在1微米和3. 5微米之間。上述該組專利(5，925，710,6, 022，920 和6，503，586B1)都描述了用于改變預(yù)成型件的天然吸收性能從而提高再熱工藝的總能量 轉(zhuǎn)化效率性能的不同方法和裝置。在所有這些專利中，根據(jù)所述向PET預(yù)成型件存料中添 加了外來(lái)材料，專為了提高混合物的吸收系數(shù)。這些所述方法和裝置試圖在從0. 8微米左 右的近IR到3. 5微米的范圍內(nèi)影響材料光學(xué)吸收性能。雖然是一種提高再熱工藝的總能 量轉(zhuǎn)化效率性能的可行裝置，但在降低容器的制造成本方面如此有益的改變預(yù)成型件的吸 收性能對(duì)最終容器的外觀也具有不利的影響。有時(shí)被稱為容器起霧的容器光學(xué)透明度降低 使該一般方法不是該制造問(wèn)題的最佳解決方案。美國(guó)專利號(hào)5，206，039描述了一種由調(diào)節(jié)并將預(yù)成型件從工藝的注射階段輸送 到吹制階段的改進(jìn)裝置構(gòu)成的單段注塑/吹塑系統(tǒng)。在該專利中，描述了注塑機(jī)和吹塑機(jī) 的獨(dú)立操作、各自向熱調(diào)節(jié)該熱塑性材料的工藝中加入大量的能量是浪費(fèi)的。該專利教導(dǎo) 了采用單段制造工藝降低總能量消耗率和制造成本。該能耗降低主要源自在注塑階段后預(yù) 成型件保留了使吹塑操作得以進(jìn)行所需的大部分熱能的事實(shí)。更具體地，在如'039專利 中所述的一段工藝中，在注塑工藝后沒(méi)有使預(yù)成型件穩(wěn)定到室溫。更確切些，預(yù)成型件從注 塑階段直接移動(dòng)到熱調(diào)節(jié)部分，然后移動(dòng)到吹塑部分。
‘ 039專利中所述的熱調(diào)節(jié)部分具有能夠添加少量熱能以及使預(yù)成型件經(jīng)歷可 控的穩(wěn)定期的性能。這不同于再熱吹塑機(jī)的兩段工藝中熱調(diào)節(jié)部分的要求，其中需要大量 能量將預(yù)成型件加熱到吹制溫度。雖然單段注塑/吹塑機(jī)的操作在本領(lǐng)域是已知的，但對(duì) 于這些機(jī)器存在最終容器性能的問(wèn)題。這些性能問(wèn)題與預(yù)成型件物流進(jìn)入吹制階段時(shí)的預(yù) 成型件到預(yù)成型件的溫度變化有關(guān)。盡管在'039專利中描述了進(jìn)步，但是采用迄今現(xiàn)有 技術(shù)水平的加熱和溫度傳感裝置和方法，在從注塑工藝中除去預(yù)成型件之后不久將它們熱 調(diào)節(jié)的工藝仍導(dǎo)致進(jìn)入吹制階段的預(yù)成型件的熱含量改變。即將進(jìn)入的預(yù)成型件的熱含量 改變導(dǎo)致最終容器的性能和質(zhì)量改變。在預(yù)成型件到預(yù)成型件基礎(chǔ)上定制調(diào)節(jié)IR加熱過(guò) 程能力的低效導(dǎo)致制造商選擇采用再熱吹塑法來(lái)達(dá)到所需的質(zhì)量等級(jí)。因此，為了最高效 的生產(chǎn)應(yīng)用，工業(yè)上持續(xù)對(duì)再熱法的依賴。此外，因?yàn)榻?jīng)常用商用轉(zhuǎn)爐制造預(yù)成型件并賣給 吹制并填充容器的最終用戶，再熱法繼續(xù)流行。從操作費(fèi)用以及產(chǎn)品質(zhì)量來(lái)看，一般提高吹塑機(jī)的IR加熱部分的效率和/或功能的前景顯然是有利的。雖然已經(jīng)進(jìn)行了若干努力來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)水平的IR加熱子系統(tǒng)，但 仍存在明顯的不足。通過(guò)引入新穎的IR加熱元件和方法，本發(fā)明的目的是克服這些不足。在固態(tài)電子學(xué)領(lǐng)域中，固態(tài)發(fā)射器或LED在本領(lǐng)域是眾所周知的。已知這類光子 或流發(fā)射器(flux emitters)是市場(chǎng)上可買到的并且在從紫外線(UV)到近紅外的各種波 長(zhǎng)下運(yùn)行。由合適的N-摻雜半導(dǎo)體材料和P-摻雜半導(dǎo)體材料建造LED。適當(dāng)加工的包含 被設(shè)置為與同樣材料的N-摻雜區(qū)直接接觸的P-摻雜區(qū)的大塊半導(dǎo)體材料被賦予二極管的 類名。如本領(lǐng)域眾所周知，二極管具有許多重要的電和光電性能。例如，本領(lǐng)域內(nèi)眾所周 知，在形成的半導(dǎo)體二極管的N-摻雜區(qū)和P-摻雜區(qū)之間的物理界面處在材料中存在特征 帶隙。該帶隙涉及在N-區(qū)中位于導(dǎo)帶的電子的能級(jí)與較低的可達(dá)到的P-區(qū)軌道中電子的 能級(jí)的差別。當(dāng)誘發(fā)電子流經(jīng)PN接合時(shí)，電子能級(jí)從N-區(qū)導(dǎo)電軌道到較低的P-區(qū)軌道的 轉(zhuǎn)移開始發(fā)生，導(dǎo)致對(duì)于每個(gè)這樣的電子躍遷發(fā)射光子。準(zhǔn)確的能級(jí)或者發(fā)射光子的波長(zhǎng) 與傳導(dǎo)的電子的能量下降對(duì)應(yīng)。總之，LED作為直流_到_光子發(fā)射體運(yùn)轉(zhuǎn)。不象燈絲或其它黑體型發(fā)射器，在能 夠引出輸出光子之前不需要將輸入能量轉(zhuǎn)化為熱的中間形態(tài)。由于該直流-到-光子特性， LED具有極快起作用的性能。LED已經(jīng)被用于許多需要產(chǎn)生極高脈沖率UV光、可見光和/ 或近IR光的應(yīng)用。其中LED的高脈沖率性能特別有用的一種專門應(yīng)用是自動(dòng)化的分散部 件景象傳感應(yīng)用，其中采用可見或近紅外光形成隨后在計(jì)算機(jī)中被檢查的透鏡聚焦圖像。不象基于燈絲的源，LED在與所用半導(dǎo)體材料的具體帶隙對(duì)應(yīng)的相對(duì)受限的波長(zhǎng) 范圍上發(fā)射。LED的該性能在需要選擇波長(zhǎng)的操作例如元件照明、狀態(tài)指示或光通信的應(yīng)用 中特別有用、近來(lái)，大量的LED已被用于大規(guī)模形式的可見光照明乃至信號(hào)燈例如汽車尾 燈或交通信號(hào)燈。發(fā)明_既述本發(fā)明提供少量或大量紅外輻射器件的設(shè)備，該器件是高度地波長(zhǎng)選擇性的并且 能夠促進(jìn)紅外輻射用于歷史上未實(shí)現(xiàn)的全部新型應(yīng)用和技術(shù)。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種成型系統(tǒng)或其它加工系統(tǒng)或處理系統(tǒng)，其采用具有 改進(jìn)的IR能量轉(zhuǎn)化效率性能和減少的加熱時(shí)間的熱IR加熱法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有有利的結(jié)構(gòu)并且實(shí)現(xiàn)與被加工的或作為目標(biāo)的特定材料相協(xié)調(diào)的透深性能的加熱系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種熱IR照射系統(tǒng)，其能夠結(jié)合窄帶照射源的工程 混合物，包括RED和多種二極管例如激光二極管，該窄帶照射源在選擇對(duì)于多種應(yīng)用最適 宜的窄波長(zhǎng)帶產(chǎn)生IR輻射。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠以脈沖方式驅(qū)動(dòng)的IR加熱系統(tǒng)；所述脈沖 方式特別適合于當(dāng)在制造過(guò)程中輸送分散制造的部件時(shí)向它們提供IR加熱或者便于照射 目標(biāo)的同步跟蹤。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供借助于金屬化反射器元件更易導(dǎo)向的IR加熱元件。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠與預(yù)成型件溫度測(cè)量系統(tǒng)一起工作以提供 特定預(yù)成型件IR加熱能力的IR加熱系統(tǒng)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供被制造為直流_到_光子的IR固態(tài)發(fā)射器或發(fā)射輻 照的二極管(RED)陣列或其它類型的窄帶照射源。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)勢(shì)是提供一種以非常具體的單個(gè)窄波帶或多個(gè)窄波帶大量輻 射輸出的紅外照射系統(tǒng)。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)勢(shì)是產(chǎn)生大功率的熱紅外輻射并且對(duì)于位置、強(qiáng)度、波長(zhǎng)、開/ 關(guān)速率、方向性、脈沖頻率和產(chǎn)品跟蹤中的至少一個(gè)是高度程序可控的功能性。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)勢(shì)是與現(xiàn)在的寬帶源相比，對(duì)于注入熱能促進(jìn)了更高效輸入能 量的方法。本發(fā)明在加熱瓶子預(yù)成型件中的又一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于保持高效加熱的能力而無(wú)需會(huì) 降低最終容器的可見透明度和外觀性能的添加劑。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種用于各種應(yīng)用的通用輻射加熱系統(tǒng)，適于提供提 高波長(zhǎng)選擇性紅外輻射功能以及程序可控性和脈沖性能。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠促成具有遠(yuǎn)高于穩(wěn)態(tài)強(qiáng)度的瞬時(shí)強(qiáng)度的極快高強(qiáng)度 沖擊脈沖。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)勢(shì)是容易將余熱帶到需要的另一個(gè)位置或者從使用環(huán)境中帶 走以減少非目標(biāo)的加熱。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠高密度地封裝RED器件以產(chǎn)生迄今實(shí)際上無(wú)法達(dá)到 的固態(tài)、熱IR輸出功率水平。附圖簡(jiǎn)述

圖1是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中實(shí)施的示例性半導(dǎo)體器件的一部分的剖視圖。圖2是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中實(shí)施的示例性半導(dǎo)體器件的緩沖層的剖視圖。圖3是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中實(shí)施的示例性半導(dǎo)體器件的量子點(diǎn)層的剖視圖。圖4是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中實(shí)施的包括量子點(diǎn)層的輻射發(fā)射二極管的剖視圖。圖5是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中實(shí)施的包括量子點(diǎn)層的輻射發(fā)射二極管的剖視圖。圖6是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中實(shí)施的包括量子點(diǎn)層的輻射發(fā)射二極管的剖視圖。
圖7是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中實(shí)施的包括量子點(diǎn)層的激光二極管的剖視圖。圖8顯示單一 RED半導(dǎo)體器件的圖。圖9和10顯示透射穿過(guò)10密耳厚的PET部分的紅外能量的相對(duì)百分比作為波長(zhǎng)的函數(shù)。圖IlaUlb和Ilc顯示典型的同時(shí)封裝到RED加熱元件中的獨(dú)立RED發(fā)射器的集合體。圖12a和12b顯示RED加熱元件在吹塑機(jī)內(nèi)的優(yōu)選配置。圖13顯示如本發(fā)明所述用于熱處理預(yù)成型件的優(yōu)選方法。圖14 16顯示根據(jù)本發(fā)明用于熱處理熱塑性預(yù)成型件的替代方法。圖17顯示有利地應(yīng)用于動(dòng)力輸送部件的RED加熱元件。圖18是說(shuō)明本發(fā)明的特征的圖。圖19(a) 19(c)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖20a 20c說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。圖21a和21b說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。圖22說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。圖23a 23c說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。圖24說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。圖25說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。發(fā)明詳述通過(guò)查看理想的輻射加熱實(shí)施例能夠說(shuō)明提供特定波長(zhǎng)的照射的好處。假定通常 不反射從可見范圍到中紅外范圍的電磁波的材料需要工藝加熱來(lái)支持一些制造操作。此外 假定這種通常透明的材料具有窄的但位于3. 0微米和3. 25微米之間的顯著的分子吸收帶。 上述實(shí)施例代表目前所述的實(shí)施方式如何應(yīng)用于工業(yè)中是最有利的。如果該特定的工藝加 熱應(yīng)用的參數(shù)決定使用輻射加熱技術(shù)，當(dāng)前技術(shù)水平將要求使用在大約3000K的燈絲溫度 下運(yùn)轉(zhuǎn)的石英燈。在該燈絲溫度下，基本的物理計(jì)算得出結(jié)果，僅大約2. 的石英燈總的 發(fā)射輻射能落在有利的能量吸收將發(fā)生的3. 0微米到3. 25微米內(nèi)。如本公開的內(nèi)容中所 述的僅產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的輻射能輸出的能力保證了極大地提高各種工藝加熱應(yīng)用的效率。本發(fā)明直接涉及一種新穎且新型的方法，能夠直接輸出選定波長(zhǎng)的大量紅外輻 射，以便替代這樣的寬帶型器件。最有利地采用窄帶照射源，例如實(shí)現(xiàn)窄帶照射目的的下述 那些及其它。在半導(dǎo)體加工技術(shù)中的新發(fā)展導(dǎo)致可得到在高于1微米(1，000納米)的一般中 紅外范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的直接電子到光子固態(tài)發(fā)射器。這些固態(tài)器件類似于常用的發(fā)光二極管 (LED)的運(yùn)轉(zhuǎn)，只不過(guò)它們沒(méi)有發(fā)射可見光而是發(fā)射在較長(zhǎng)中紅外波長(zhǎng)下的真實(shí)的熱IR能 量。在一種形式中，這些是利用量子點(diǎn)技術(shù)的全新類型的器件，該技術(shù)突破了阻礙產(chǎn)生可用 的、經(jīng)濟(jì)合算的固態(tài)器件的障礙，該固態(tài)器件能夠起到將電子導(dǎo)向輸出為準(zhǔn)單色并在中紅 外波長(zhǎng)帶內(nèi)的光子轉(zhuǎn)換體的作用。為了將這類新的器件與常規(guī)的波長(zhǎng)較短的器件(LED)區(qū)別開，這些器件更適當(dāng)?shù)?被描述為發(fā)光或輻射發(fā)射二極管(RED)。這些器件具有發(fā)射在嚴(yán)格限制的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻 射電磁能的性能。此外，通過(guò)適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體加工操作，能夠?qū)ED調(diào)節(jié)至以最有利于特定輻射處理應(yīng)用的特定波長(zhǎng)來(lái)發(fā)射。RED可以采取各種形式，包括二極管形式或激光二極管形式，或者在一些情況下激光形式。應(yīng)理解，可以采用實(shí)現(xiàn)在希望的帶或范圍內(nèi)例如匹配目標(biāo) 或目標(biāo)實(shí)體的吸收性能的窄帶照射的任何類型的器件來(lái)實(shí)施本發(fā)明，并且為了便于本文論 及，可以將其稱為RED。另外，已經(jīng)作出與接觸反向摻雜區(qū)域的摻雜平面區(qū)域有關(guān)的RED技術(shù)的創(chuàng)新，作 為隨機(jī)分布的材料或量子點(diǎn)的小區(qū)域陣列形成該反向摻雜區(qū)域，用于產(chǎn)生在目標(biāo)IR范圍 以及可能超出的范圍內(nèi)的光子。充分地應(yīng)用這種制造技術(shù)或其它例如開發(fā)新穎的半導(dǎo)體化 合物將產(chǎn)生適合于本發(fā)明的準(zhǔn)單色、固態(tài)中紅外發(fā)射器。交替半導(dǎo)體技術(shù)也可以在作為適 于實(shí)踐本發(fā)明的組合區(qū)塊(buildingblocks)的中紅外以及長(zhǎng)波長(zhǎng)紅外中變得可用。在通常被稱為準(zhǔn)單色的窄波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)生如同所述這些實(shí)施方式中預(yù)期的直接 電子(或電流)到光子的轉(zhuǎn)化，符合該制造的二極管發(fā)射器的本征帶隙以及量子點(diǎn)幾何 形態(tài)?？梢灶A(yù)料候選的RED發(fā)射器的半功率帶寬將落在20 500納米范圍內(nèi)的某處。如 本徹底公開的內(nèi)容中所確定的那樣，這種紅外發(fā)射器的窄寬度將支持各種特定波長(zhǎng)的照 射應(yīng)用。一類RED器件及其制造技術(shù)是2004年11月16日提交的題為〃 Quantum Dot Semiconductor Device"并且發(fā)明人為Samar Sinharoy和Dave Wilt的獨(dú)立專利申請(qǐng)美國(guó) 申請(qǐng)序列號(hào)60/628，330 (代理標(biāo)簽號(hào)ERI. P. US0002 ；快件標(biāo)號(hào)EL 726091609US)(還作為 美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)于2005年11月16日提交)的主題，通過(guò)引用將該申請(qǐng)結(jié)合到本文。根據(jù)該〃 Quantum Dot Semiconductor Device"申請(qǐng)，在本領(lǐng)域已知半導(dǎo)體器 件。它們被用于將電磁輻射轉(zhuǎn)化為電流的光伏電池。還可以將這些器件用作將電能轉(zhuǎn)化 為電磁輻射(例如，光)的發(fā)光二極管(LED)。對(duì)于大多數(shù)半導(dǎo)體應(yīng)用，目標(biāo)是希望的帶隙 (電子伏特)或希望的波長(zhǎng)(微米)，按照使半導(dǎo)體能夠滿足希望的帶隙范圍或波長(zhǎng)范圍的 方式制備它。獲得特定波長(zhǎng)的發(fā)射或電子伏特的能量的能力不是微不足道的。確實(shí)，半導(dǎo)體受 到特定材料的選擇、它們的能隙、它們的晶格常數(shù)以及它們內(nèi)在的發(fā)射性能的限制。一種已 被用于加工半導(dǎo)體器件的技術(shù)將采用二元或三元化合物。通過(guò)改變器件的組成特征，已經(jīng) 設(shè)計(jì)了技術(shù)上有用的器件。還可以控制半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)來(lái)定制該器件的特性。在一個(gè)例子中，在半導(dǎo)體器 件內(nèi)可以包括量子點(diǎn)。這些點(diǎn)被認(rèn)為是量子封閉載體并從而與同樣的半導(dǎo)體的大塊樣品相 比改變了光子發(fā)射的能量。例如，美國(guó)專利號(hào)6，507，042教導(dǎo)了包括量子點(diǎn)層的半導(dǎo)體器 件。具體地，它教導(dǎo)了沉積在砷化銦鎵(InxGai_xAs)層上的砷化銦(InAs)量子點(diǎn)。該專利 公開了通過(guò)控制量子點(diǎn)(即InAs)和其上沉積量子點(diǎn)的層(即InxGai_xAs)之間的晶格失 配量能夠控制與量子點(diǎn)有關(guān)的光子的發(fā)射波長(zhǎng)。該專利還公開了通過(guò)改變?cè)贗nxGai_xAs襯 底中的銦的含量能夠控制IrixGai_xAS襯底和InAs量子點(diǎn)之間的晶格失配的事實(shí)。當(dāng)提高 InxGai_xAs襯底內(nèi)銦的量時(shí)，失配程度降低，并且提高了與光子發(fā)射有關(guān)的波長(zhǎng)(S卩，降低了 能隙)。確實(shí)，該專利公開了在襯底內(nèi)銦的量從約10%提高到約20%能夠?qū)⑾嚓P(guān)光子的波 長(zhǎng)從約1. 1 μ m提高到約1. 3 μ m。雖然在美國(guó)專利號(hào)6，507，042中公開的技術(shù)可以證明對(duì)提供能夠發(fā)射或吸收波 長(zhǎng)約1.3μπι的光子的器件是有用的，但提高InxGai_xAs襯底內(nèi)銦的量的能力受到限制。換 句話說(shuō)，當(dāng)銦的含量增至高于20%、30%乃至40%時(shí)，在晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的不足或缺陷的程度成為限制。對(duì)于沉積在砷化鎵(GaAs)襯底或晶片上的InxGai_xAs襯底，這是尤其真實(shí)的。 因此，采用美國(guó)專利號(hào)6，507，042中公開的技術(shù)不能獲得發(fā)射或吸收較長(zhǎng)波長(zhǎng)(較低能隙) 的光子的器件。因此，由于發(fā)射或吸收波長(zhǎng)大于1. 3μπι的光子的半導(dǎo)體器件是合乎需要的，仍然需要這種性質(zhì)的半導(dǎo)體器件。通常，RED提供包括InxGahAs層和位于所述InxGai_xAs層的量子點(diǎn)的半導(dǎo)體器件， 其中χ是約0. 64 約0. 72重量百分?jǐn)?shù)銦的摩爾分?jǐn)?shù)，量子點(diǎn)包括InAs或AlzIrvzAs,其中 ζ是少于約5重量百分?jǐn)?shù)鋁的摩爾分?jǐn)?shù)。本發(fā)明還包括含量子點(diǎn)和接觸至少一部分量子點(diǎn)的包覆層的半導(dǎo)體器件，量子點(diǎn) 包含InAs或AlzIrvzAs,其中ζ是少于約5重量百分?jǐn)?shù)鋁的摩爾分?jǐn)?shù)，量子點(diǎn)與所述包覆層 的晶格常數(shù)失配至少1. 8%并且少于2. 4%。半導(dǎo)體器件包括含有在砷化銦鎵(InxGai_xAs)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(diǎn)的量子點(diǎn)層，其可以被稱為InxGai_xAs基質(zhì)包 覆層。點(diǎn)和InxGai_xAS基質(zhì)層的晶格常數(shù)失配。該晶格失配可以是至少1. 8%，在其它實(shí)施 方式中至少1.9%，在其它實(shí)施方式中至少2.0%，并且在其它實(shí)施方式中至少2.05%。有 利地，失配可以小于3. 2，在其它實(shí)施方案中小于3. 0%，在其它實(shí)施方式中小于2. 5%，并 且在其它實(shí)施方式中小于2. 2%。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，InxGa1^xAs基質(zhì)包覆層的晶格常 數(shù)小于點(diǎn)的晶格常數(shù)。在點(diǎn)位于InxGai_xAs包覆基質(zhì)上的那些實(shí)施方式中，在該包覆基質(zhì)層中的銦的摩 爾濃度(即，X)可以約0. 55 約0. 80，任選地約0. 65 約0. 75，任選地約0. 66 約0. 72， 并且任選地約0. 67 約0. 70。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，將InxGai_xAs包覆基質(zhì)設(shè)置在與InxGai_xAs包覆基質(zhì)晶格 匹配的砷化銦磷(InP1VVsy)層上。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，其上沉積InxGai_xAs包覆層的 InP1VVsy層是存在于InxGai_xAs包覆層以及其上支撐半導(dǎo)體的襯底之間的多個(gè)分級(jí)(連續(xù) 或分散UnP1VVsy層中的一個(gè)。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，襯底包括磷化銦(InP)晶片。半導(dǎo) 體還可以包括一種以上其它層，例如設(shè)置在InxGai_xAs包覆層和襯底之間的InxGai_xAs層。在圖1中顯示一個(gè)實(shí)施方式。圖1以及其它圖是略圖并且未按比例描繪各層和組 件的厚度，或者各層之間的相對(duì)厚度或尺寸。器件1000包括襯底1020、任選的傳導(dǎo)層1025、緩沖結(jié)構(gòu)1030、包覆層1040和點(diǎn)層 1050。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣，一些半導(dǎo)體器件通過(guò)將電流轉(zhuǎn)化為電磁輻射或者將 電磁輻射轉(zhuǎn)化為電流來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂七@些器件中電磁輻射或電流的能力在本領(lǐng)域是已知的。 本公開的內(nèi)容不一定改變這些常規(guī)設(shè)計(jì)，其中許多在制造或設(shè)計(jì)半導(dǎo)體器件的領(lǐng)域中是已 知的。在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底1020包括磷化銦(InP)。InP襯底1020的厚度可以大 于250微米，在其它實(shí)施方式中大于300微米，以及在其它實(shí)施方式中大于350微米。有利 地，該厚度可以小于700微米，在其它實(shí)施方式中小于600微米，以及在其它實(shí)施方式中小 于500微米。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，設(shè)想的半導(dǎo)體器件可以任選地包括外延生長(zhǎng)的磷化銦 (InP)層。該外延生長(zhǎng)的磷化銦層的厚度可以是約10納米 約1微米。
在一個(gè)實(shí)施方式中，任選的傳導(dǎo)層1025包括砷化銦鎵(InxGai_xAs)。在該層中銦的 摩爾濃度(即，X)可以是約0. 51 約0. 55，任選地約0. 52 約0. 54，以及任選地約0. 53 約0.535。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，傳導(dǎo)層1025與InP襯底晶格匹配。傳導(dǎo)層1025可以被摻雜至給定值并且具有適當(dāng)?shù)暮穸纫员銥榻o定的器件提供足 夠的導(dǎo)電率。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，厚度可以約0. 05微米 約2微米，任選地約0. 1微 米 約1微米。
在一個(gè)以上實(shí)施方式中，緩沖層1030包括砷化銦磷(InP1VVsy)。在某些實(shí)施方 式中，緩沖層1030包括至少兩個(gè)，任選地至少三個(gè)，任選地至少四個(gè)以及任選地至少五個(gè) InP1VVsy層，各層的晶格常數(shù)隨著遠(yuǎn)離襯底1020設(shè)置時(shí)上升。例如并且如圖2中所繪，緩 沖結(jié)構(gòu)1030包括第一緩沖層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靠近襯底1020，以及緩沖結(jié)構(gòu)1030的上平面1039靠近阻擋層1040。第 二層1034的晶格常數(shù)大于第一層1032，并且第三層1036的晶格常數(shù)大于第二層1034。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，通過(guò)改變連續(xù)層的組合能夠提高緩沖結(jié)構(gòu)1030 的獨(dú)立層的晶格常數(shù)。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，在每個(gè)連續(xù)層中提高InP1VVsy緩沖層中砷 的濃度。例如，第一緩沖層1032可以包含約0.10到約0.18摩爾分?jǐn)?shù)的砷(即，y)，第二 緩沖層1034可以包含約0. 22到約0. 34摩爾分?jǐn)?shù)的砷，以及第三緩沖層1036可以包含約 0. 34到約0. 40摩爾分?jǐn)?shù)的砷。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，在相鄰緩沖層之間(例如在層1032和層1034之間)砷 的提高小于0. 17摩爾分?jǐn)?shù)。據(jù)信由于含砷量提高所產(chǎn)生的晶格常數(shù)的改變?cè)谶B續(xù)的緩沖 層之間可能導(dǎo)致形成的任何缺陷不會(huì)損害半導(dǎo)體。以這種方式使用臨界組成分級(jí)的技術(shù)如 專利號(hào)6，482，672所述是已知的，通過(guò)引用將其結(jié)合到本文。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，第一緩沖層1032的厚度可以約0. 3 約1微米。在一個(gè) 以上實(shí)施方式中，頂部緩沖層通常較厚以確保晶格結(jié)構(gòu)完全弛豫。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，在緩沖結(jié)構(gòu)1030的頂部1039上或附近的獨(dú)立緩沖層 (例如，緩沖層1036)被設(shè)計(jì)為具有約5.869人. 約5.960人的晶格常數(shù)，任選地約5.870人 約5.932人。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，優(yōu)選在臨界組成分級(jí)技術(shù)內(nèi)設(shè)計(jì)在緩沖結(jié)構(gòu)1030的底 部1031上或附近的獨(dú)立緩沖層(例如，緩沖層1032)。換句話說(shuō)，由于第一緩沖層(例如， 緩沖層1032)被沉積在InP晶片上，在第一緩沖層(例如，層1032)內(nèi)存在的砷的量少于17 摩爾分?jǐn)?shù)。包覆層1040包含。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，該層優(yōu)選與在緩沖結(jié)構(gòu)1030的頂部 1039上或附近的上緩沖層的平面晶格常數(shù)晶格匹配。術(shù)語(yǔ)晶格匹配指的是以在彼此的百萬(wàn) 分之500 (即0. 005% )以內(nèi)的晶格常數(shù)為特征的連續(xù)層。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，包覆層1040可以具有約10埃 約5微米的厚度，任選地 約50nm 約1微米，以及任選地約IOOnm 約0. 5微米。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，量子點(diǎn)層1050包含砷化銦(InAs)。層1050優(yōu)選包括潤(rùn) 濕層1051以及量子點(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)施方 式中，點(diǎn)1052的厚度從層1050的底部1053和點(diǎn)1055的頂部起測(cè)量可以是約IOnm 約 200nm，任選地約20nm 約lOOnm，以及任選地約30nm 約150nm。此外，在一個(gè)實(shí)施方式中，點(diǎn)1052的平均直徑可以是大于lOnm，任選地大于40nm，以及任選地大于70nm。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，量子層1050包括多個(gè)點(diǎn)層。例如，如圖3所示，量子點(diǎn) 1050可以包括第一點(diǎn)層1052、第二點(diǎn)層1054、第三點(diǎn)層1056和第四點(diǎn)層1058。各層包含 砷化銦InAs，并且分別包括潤(rùn)濕層1053、1055、1057和1059。各點(diǎn)層同樣包括點(diǎn)1055。雖 然包括潤(rùn)濕層和點(diǎn)的各點(diǎn)層的特征不必相同，但它們基本類似。分布在點(diǎn)層1052、1054、1056和1058中每層之間的分別是中間包覆層1062、1064、 1066和1068。這些中間包覆層包含InxGal-xAs。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，InxGa1^xAs中間 包覆層與包覆層1040基本上類似或相同。換句話說(shuō)，中間包覆層優(yōu)選與阻擋層1040晶格 匹配，該阻擋層1040優(yōu)選與頂部緩沖層1036晶格匹配。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，中間層 1062、1064、1066和1068的厚度可以約3nm 約50nm，任選地約5nm 約30nm，以及任選地 約IOnm 約20nm。如上所述，環(huán)繞量子點(diǎn)層的各種層可以被正或負(fù)摻雜以控制電流。用于控制半導(dǎo) 體器件內(nèi)的電流的技術(shù)在本領(lǐng)域是已知的，例如如在美國(guó)專利號(hào)6，573，527,6, 482，672和 6，507，042中所述，通過(guò)引用將其結(jié)合到本文。例如，在一個(gè)以上實(shí)施方式中，通過(guò)采用鋅、 碳、鎘、鈹或鎂能夠形成“P-型”摻雜區(qū)域或?qū)?。另一方面，通過(guò)采用硅、硫、碲、硒、鍺或錫能 夠形成“η-型”摻雜區(qū)域或?qū)印Ｍㄟ^(guò)采用本領(lǐng)域中已知的技術(shù)能夠制備設(shè)想的半導(dǎo)體器件。例如，在一個(gè)以上實(shí) 施方式中，通過(guò)采用有機(jī)金屬氣相外延(OMVPE)能夠制備各種半導(dǎo)體層。在一個(gè)以上實(shí)施 方式中，通過(guò)采用自形成技術(shù)(self-forming technique)例如Stranski-Krastanov生長(zhǎng) 模式(S-K模式)制備點(diǎn)層。在美國(guó)專利號(hào)6，507，042中描述了該技術(shù)，通過(guò)引用將其結(jié)合 到本文。包括量子點(diǎn)層的輻射發(fā)射二極管(RED)的一個(gè)實(shí)施方式顯示在圖4中。RED 1100 包括基板接觸層1105、紅外反射器1110、半絕緣的半導(dǎo)體襯底1115、η-型側(cè)向傳導(dǎo)層 (LCL) 1120、η-型緩沖層1125、包覆層1130、量子點(diǎn)層1135、包覆層1140、ρ-型層1145、ρ-型 層1150和發(fā)射器接觸層1155?；褰佑|層1105、紅外反射器1110、半絕緣的半導(dǎo)體襯底 1115、η-型側(cè)向傳導(dǎo)層(LCL) 1120、η-型緩沖層1125、包覆層1130、量子點(diǎn)層1135和包覆 層1140類似于上述那些半導(dǎo)體層?；褰佑|層1105可以包括許多高度導(dǎo)電的材料。示例性的材料包括金、金-鋅合 金(尤其當(dāng)接近于P-區(qū)域時(shí))、金-鍺合金或金-鎳合金或鉻-金(尤其當(dāng)接近于η-區(qū)域 時(shí))?；褰佑|層1105的厚度可以是約0. 5 約2. 0微米?？梢圆捎免伝蜚t的薄層來(lái)提高 金和介質(zhì)材料之間的粘附。紅外反射器1110包括反射材料和任選的介質(zhì)材料。例如，可以將二氧化硅用作介 質(zhì)材料以及將金沉積其上作為紅外反射材料。反射器1110的厚度可以是約0. 5 約2微 米。襯底1115包含InP。襯底1115的厚度可以是約300 約600微米。側(cè)向傳導(dǎo)層1120包含與InP襯底1115晶格匹配(即在500ppm以內(nèi))的 InxGa1^xAs0此外，在一個(gè)以上實(shí)施方式中，層1120是η-摻雜的。優(yōu)選的摻雜劑是硅，并且 優(yōu)選的摻雜濃度可以約1 約3E19/cm3。側(cè)向傳導(dǎo)層1120的厚度可以約0. 5 約2. 0微 米。
緩沖層1125包括符合上述那些的方式的三個(gè)InP1VVsy遞變層。層1125優(yōu)選是 η-摻雜的。優(yōu)選的摻雜劑是硅，并且摻雜密度可以約0. 1 約3E9/cm3。 包覆層1130包括與緩沖層1125的頂部(即第三級(jí)或其次層)的平面晶格常數(shù)晶 格匹配(即在500ppm以內(nèi))的InxGai_xAs。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，InxGai_xAS包覆層1130 包括約0. 60 約0. 70百分比摩爾分?jǐn)?shù)的銦。包覆層1130的厚度為約0. 1 約2微米。量子點(diǎn)層1135包括如上所述關(guān)于本發(fā)明的教導(dǎo)的InAs點(diǎn)。如同前面的實(shí)施方式 一樣，各點(diǎn)層之間的中間層包括類似于包覆層1130的IrixGai_xAS包覆(即，晶格匹配)。在 一個(gè)以上實(shí)施方式中，在一個(gè)以上連續(xù)的中間包覆層中銦的量可以包括比包覆層1130或 在前的或較低的中間層更少的銦。包覆層1140包括與緩沖層1125的頂部(即第三級(jí)或其次遲的)晶格匹配(即在 500ppm 以內(nèi))的 InxGahAsn封閉層1145包括與InxGai_xAs層1140晶格匹配的InP1VVsyt5此外，在一個(gè)以上實(shí) 施方式中，層1145是ρ-摻雜的。優(yōu)選的摻雜劑是鋅，并且摻雜濃度可以約0. 1 約4E19/ cm3。封閉層1145的厚度可以約20nm 約200nm。接觸層1150包括與封閉層1145晶格匹配的InxGai_xAs。接觸層1150優(yōu)選被ρ-摻 雜(例如，摻雜鋅)。摻雜濃度可以約1 約4E19/cm3。接觸層1150的厚度為約0. 5 約 2微米?？梢詮某说讓?155之外的整個(gè)表面除去接觸層1150。發(fā)射器接觸層1155可以包括任何高度導(dǎo)電的材料。在一個(gè)以上實(shí)施方式中，該導(dǎo) 電材料包括金/鋅合金。另一個(gè)實(shí)施方式顯示在圖5中。將半導(dǎo)體器件1200配置為具有在ρ區(qū)域內(nèi)的通 道接合的輻射發(fā)射二極管。該設(shè)計(jì)有利地提供電阻較低的接觸以及電阻較低的電流分布。 半導(dǎo)體1200的許多方面類似于圖4中所示的半導(dǎo)體1100。例如，接觸層1205可以類似于 接觸層1105，反射器1210可以類似于反射器1110，襯底1215可以類似于襯底1115，側(cè)向傳 導(dǎo)層1220可以類似于傳導(dǎo)層1120，緩沖層1225可以類似于緩沖層1125，包覆層1230可以 類似于包覆層1130，點(diǎn)層1235可以類似于點(diǎn)層1135，包覆層1240可以類似于包覆層1140， 以及封閉層1245可以類似于封閉層1145。通道接合層1247包括與封閉層1245晶格匹配的InxGai_xAs。通道接合層1247的 厚度為約20到約50nm。通道接合層1247優(yōu)選被ρ-摻雜(例如，用鋅)，并且摻雜濃度可 以是從約1到約4E19/cm3。通道接合層1250包括與通道接合1247晶格匹配的InxGai_xAs。 通道接合層1250的厚度為約20 約5，OOOnm。通道接合層1250優(yōu)選被η-摻雜(例如， 硅)，并且摻雜濃度為約1 約4E19/cm3。發(fā)射器接觸層1255可以包含各種導(dǎo)電材料，但優(yōu)選包含對(duì)于η-區(qū)優(yōu)選的那些材 料例如鉻-金、金-鍺合金或金_鎳合金。RED的另一個(gè)實(shí)施方式顯示在圖6中。以類似于圖5所示RED的方式將半導(dǎo)體器 件1300配置為輻射發(fā)射二極管，除了至少部分由于沒(méi)有基板反射器(例如，沒(méi)有反射器例 如圖5中所示的1210)能夠通過(guò)半導(dǎo)體器件的襯底發(fā)射電磁輻射。此外，圖6中所示的半 導(dǎo)體器件1300包括發(fā)射器接觸層/紅外反射器1355，其是覆蓋該器件整個(gè)表面(或者基本 上全部表面)的“全接觸”。在所有其它方面，器件1300類似于器件1200。例如，接觸層1305可以類似于接觸層1205，襯底1315可以類似于襯底1215，側(cè)向傳導(dǎo)層1320可以類似于傳導(dǎo)層1220，緩沖層 1325可以類似于緩沖層1225，包覆層1330可以類似于包覆層1230，點(diǎn)層1335可以類似于 點(diǎn)層1235，包覆層1340可以類似于包覆層1240，以及封閉層1345可以類似于封閉層1245， 通道接合層1347類似于通道接合層1247，通道接合層1350類似于通道接合層1250。設(shè)想的半導(dǎo)體技術(shù)還可以被用于制造激光二極管。示例性的激光顯示在圖7中。 激光1600包括可以包含任何導(dǎo)電材料例如金-鉻合金的接觸層1605。接觸層1605的厚度 可以是約0. 5 約2. 0微米。襯底1610包括優(yōu)選以約5 約10E18/cm3的濃度η-摻雜的 磷化銦。襯底1610的厚度為約250 約600微米。任選的外延磷化銦層1615優(yōu)選以約0. 24E19/cm3 約lE19/cm3的濃度n_摻雜。 外延層615的厚度為約IOnm 約500nm。圍起的InP1VVsy層1620類似于圖2中所示的圍起的InP1VVsy緩沖。緩沖1620優(yōu) 選以約1 約9E18/cm3的濃度被η摻雜。層1625和1630形成波導(dǎo)器1627。層1625包含磷砷化鎵(IrvxGaxAszPh)。層1630 同樣包含IrvxGaxAszP1Y層1625和1630與層1620的頂部晶格匹配。換句話說(shuō)，層1625 和1630包含約0到約0. 3摩爾分?jǐn)?shù)的鎵和0到約0. 8摩爾分?jǐn)?shù)的砷。層1625為約0. 5到 約2微米厚，并且以約1 9E18/cm3的濃度被η-摻雜。層1630為約500到約1，500nm,并 且以約0. 5到1E18/W的濃度被η-摻雜。封閉層1635、點(diǎn)層1640和封閉層1645類似于上述關(guān)于另一個(gè)實(shí)施方式的點(diǎn)和封 閉層。例如，封閉層1635類似于封閉層1040，以及點(diǎn)層1640類似于圖3中所示的點(diǎn)層1050。 在一個(gè)以上實(shí)施方式中，在激光器件的點(diǎn)區(qū)域內(nèi)采用的點(diǎn)層數(shù)超過(guò)5個(gè)點(diǎn)層，任選地超過(guò)7 個(gè)點(diǎn)層，以及任選地超過(guò)9個(gè)點(diǎn)層(例如，循環(huán))。封閉層1635和1645可以具有約125 約500nm的厚度并且與波導(dǎo)器晶格匹配。層1635、1640和1645優(yōu)選未被摻雜(即它們是 本征的)。層1650和1655形成波導(dǎo)器1653。以類似于 層1625和1630的方式，層1650和 1655包含與緩沖1620的頂部晶格匹配的IrvxGAxAszP1Y層1650為約500 約1，500nm, 以約0. 5 lE18/cm3的濃度被ρ-摻雜。層655為約1 約2微米厚并且以約1 9Ε18/ cm3的濃度被ρ-摻雜。在一個(gè)實(shí)施方式中，層1660是類似于緩沖層1620的緩沖層。也就是說(shuō)，當(dāng)各級(jí)遠(yuǎn) 離量子點(diǎn)時(shí)砷的摩爾分?jǐn)?shù)降低。層1660優(yōu)選以1 9E18/cm3的濃度被ρ-摻雜。層1665包含磷化銦(InP)。層1665的厚度為約200到約500nm厚，并且優(yōu)選以約 1 約4E19/cm3的濃度被ρ-摻雜。層1670是類似于在上述實(shí)施方式中所述的其它接觸層的接觸層。在其它實(shí)施方式中，層1660、1665和1670可以類似于關(guān)于其它實(shí)施方式所述的其 它結(jié)構(gòu)。例如，這些層可以類似于圖4中所示的層1145、1150和1155?；蛘?，類似于圖5中 所示的1245、1247、1250和1255的層能夠被層1660、1665和1670代替。未脫離這些器件實(shí)施方式的范圍和主旨的各種改進(jìn)和變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將 變得明顯。當(dāng)然，應(yīng)理解，在一種形式中，本文的本發(fā)明包括如同所述的RED零件。然而，應(yīng)理 解可以采用各種其它器件技術(shù)。例如，已知在1. 6微米 5. 0微米范圍內(nèi)的試驗(yàn)性的中紅外LEDs，但未商品化。另外，可以采用適當(dāng)改進(jìn)的各種半導(dǎo)體激光器和激光二極管。例如， 可以采用具有延長(zhǎng)的使用期限特性(例如，大于10 15，OOO小時(shí)的使用期限)的激光二極 管或其它器件，其產(chǎn)生在大于大約1. 2微米范圍內(nèi)的波長(zhǎng)，例如在與目標(biāo)的吸收特征相匹 配的窄范圍內(nèi)。在一種形式中，這樣的器件可以由磷化銦制成，已證實(shí)在較低功率的數(shù)據(jù)通 信應(yīng)用(例如無(wú)線電通訊)中具有100，000小時(shí)以上的使用壽命。如果適當(dāng)?shù)乩鋮s器件， 在高功率應(yīng)用中的預(yù)計(jì)使用期限應(yīng)當(dāng)類似。當(dāng)然，為了高效地產(chǎn)生在有利的波長(zhǎng)內(nèi)的限定 帶寬的照射可以開發(fā)其它啟動(dòng)技術(shù)。同樣，為了便于提及，本文中可以(在各種時(shí)間)將所 有這樣的器件稱為RED。 為了將本發(fā)明用于特定應(yīng)用，通常需要配置許多適合的器件以便具有充足的照射 波幅。同樣，在一種形式中，這些器件將是RED器件。在本發(fā)明的大多數(shù)加熱應(yīng)用中，典型 地以稍微高密度的χ乘y陣列或者以多個(gè)χ乘y陣列配置這樣的器件，其中一些可以采取 定制布置的獨(dú)立RED器件的形式。取決于本發(fā)明具體實(shí)施所用的器件的類型和尺寸、所需 的輸出以及所需的波長(zhǎng)，陣列可以從單個(gè)器件到更多器件陣列變化，典型地成百、成千或無(wú) 數(shù)陣列。通常將RED器件安裝在電路板上，該電路板如果沒(méi)有專門的除熱設(shè)備，至少具有散 熱能力。經(jīng)常按很高密度/接近配置將RED器件安裝在這樣的電路板上。有可能利用近來(lái) 在模座和電路板結(jié)構(gòu)方面的創(chuàng)新來(lái)使密度最大化，這對(duì)大功率的應(yīng)用是合乎需要的。例如， 對(duì)于這樣的目的采用諸如倒裝芯片的技術(shù)是有利的。雖然RED器件的效率對(duì)于這類獨(dú)特的 二極管器件是良好的，但大多數(shù)電能輸入被直接轉(zhuǎn)化為局部的熱。必須從半導(dǎo)體接合中趕 走該余熱以防止過(guò)熱和燒毀獨(dú)立器件。對(duì)于密度最高的陣列，它們或許可以采用具有主動(dòng) 和/或被動(dòng)冷卻的倒裝芯片和板上芯片封裝技術(shù)。為了實(shí)用以及靈活定位，經(jīng)常采用多個(gè) 電路板。χ乘y陣列還可以包括代表在1微米到5微米范圍內(nèi)的至少兩個(gè)不同選擇波長(zhǎng)的 紅外輻射的混合RED器件。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，有利地以不同尺寸的陣列配置RED器件，為了較好地照射某些 類型的目標(biāo)，其中一些在本質(zhì)上可以是三維的或非平面的。至少由于下列理由這是正確 的1.通過(guò)組合多個(gè)的輸出來(lái)提供足夠的輸出功率。2.在比能夠完全照射的單個(gè)器件更大的表面上提供充足的輸出“傳播”。3.提供能夠產(chǎn)生應(yīng)用的一系列RED器件的程序可控性功能。4.允許混合到由于本文所述的許多功能性原因被調(diào)至不同特定波長(zhǎng)的器件陣列 中。5.促進(jìn)輸出的“幾何形態(tài)”與特定的應(yīng)用需要相匹配。6.促進(jìn)器件的安裝位置、輻射角和經(jīng)濟(jì)性與應(yīng)用需求相匹配。7.促進(jìn)輸出與移動(dòng)目標(biāo)或其它“輸出運(yùn)動(dòng)”同步。8.向器件的驅(qū)動(dòng)組提供通用控制回路。9.提供多段加熱技術(shù)。由于二極管的典型最終用途，以通過(guò)減小接合的尺寸使成本最少的方式制造它 們。因此它需要較少的與成本直接相關(guān)的半導(dǎo)體晶片區(qū)域。RED器件的最終用途經(jīng)常需 要較多光子形式的大輻射能輸出。已經(jīng)推論用形成大的光子產(chǎn)生軌跡接合區(qū)域(a large photon producing footprint junction area)的創(chuàng)造性方法能夠制造 REDs。這樣一來(lái)，可能生產(chǎn)能夠保持顯著較高的中紅外輻射輸出的RED器件。如果可獲得這樣的器件，那么能夠減少實(shí)施本發(fā)明所需的RED器件的絕對(duì)數(shù)量。然而，與本發(fā)明的許多應(yīng)用相關(guān)的給定 的大功率輸出，將器件的數(shù)量減少到單一器件不是必然合乎需要或切實(shí)可行的。對(duì)于低功 率的應(yīng)用、單波長(zhǎng)的應(yīng)用或者如果能夠制造具有足夠的輸出能力的RED器件，可以用單一 器件實(shí)施本發(fā)明。類似地，有可能將RED器件陣列作為集成電路來(lái)制造。在這樣的實(shí)施中，REDs將被排列在單片硅或其它適合的襯底內(nèi)，但具有起到芯片上光子轉(zhuǎn)化照射位置的作用的多個(gè) 接合。它們能夠類似于采用球門陣列用于電連接性的其它集成電路封裝。然后可以將這樣 的器件封裝用作陣列，促進(jìn)用于連接控制系統(tǒng)的希望的電連接性并受控制系統(tǒng)控制。同樣， 一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)是對(duì)于現(xiàn)在的化學(xué)作用在損害開始發(fā)生之前控制結(jié)區(qū)溫度不應(yīng)被允許達(dá)到 大約100°C到105°C?？梢灶A(yù)料將來(lái)的化學(xué)化合物具有提高的耐熱性，但熱必須始終保持低 于所用器件的臨界損壞范圍。由應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)性所決定，可以進(jìn)一步將它們分別或者復(fù)合配 置在電路板上，或者可以將它們排列為較高水平的器件陣列。在設(shè)計(jì)用于將RED器件配置為照射陣列的最佳結(jié)構(gòu)時(shí)，不管器件的形態(tài)因子，設(shè)計(jì)師必須考慮整個(gè)范圍的變量。鑒于目的應(yīng)用要考慮的一些變量包括封裝、便于配置、成 本、電連接性、程序可控性、冷卻、配置的環(huán)境、動(dòng)力布線(power routing)、動(dòng)力供應(yīng)、線壓、 線幾何形狀、照射需求、安全性以及本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的許多其它。用于制造產(chǎn)品的所有原料與它們?cè)陔姶挪ㄗV內(nèi)的各種波長(zhǎng)下的特定吸收和傳輸特性有關(guān)。各種材料還具有特征紅外反射和發(fā)射性能，但我們不會(huì)花費(fèi)任何時(shí)間討論這些， 因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)施更多地受到吸收/透射性能的推動(dòng)。對(duì)于任何特定的材料可以測(cè)量在任 何給定的波長(zhǎng)下的吸收百分比，并作圖。于是如本文稍后將更詳細(xì)地解釋和例證的那樣能 夠在大范圍的波長(zhǎng)內(nèi)圖解顯示。因?yàn)楦鞣N材料在不同的波長(zhǎng)下具有特征吸收或透射性能， 對(duì)于最佳的熱過(guò)程優(yōu)化，知道這些材料性能是很有價(jià)值的。應(yīng)認(rèn)識(shí)到如果某一材料在某一 波長(zhǎng)范圍內(nèi)是高度傳輸?shù)?，那么在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)試圖加熱該材料將是非常低效的。反之，如 果該材料在某一波長(zhǎng)下過(guò)度吸收，那么采用輻射加熱將導(dǎo)致材料的表面加熱。對(duì)于是低效 熱導(dǎo)體的材料，這通常不是均勻加熱材料的最佳方法。多年來(lái)各種材料在各種波長(zhǎng)下具有特定的吸收或透射特性的事實(shí)在本領(lǐng)域已經(jīng) 是眾所周知的。然而，因?yàn)闊o(wú)法獲得能夠被限定在特定波長(zhǎng)或者波長(zhǎng)的組合下的大功率紅 外源，此前不可能完全優(yōu)化許多現(xiàn)有加熱或加工操作。因?yàn)槲磳?shí)現(xiàn)向產(chǎn)品輸送特定波長(zhǎng)的 紅外輻射，許多制造商沒(méi)有意識(shí)到最希望在該波長(zhǎng)下加熱或加工它們的特定產(chǎn)品。然而，本 發(fā)明利用窄帶照射源匹配待加熱目標(biāo)的吸收性能。因此，例如如下面所述，可以在容器工業(yè) 中有利地采用針對(duì)PET的吸收范圍(例如1. 5微米到2. 5微米)或吸收帶(例如大約1. 6 微米或其它在圖9和10上所示的)。對(duì)于PET預(yù)成型件，在至少一種形式中，可以有利地采 用能夠在超過(guò)1.2微米的范圍內(nèi)或者窄帶照射的器件。如上所述，在至少一種形式中，這樣 的器件(例如利用磷化銦形成的那些)還可以具有延長(zhǎng)的使用壽命的特性，該使用壽命可 以超過(guò)100，000小時(shí)。當(dāng)采用其它類型的材料例如PLA-基于玉米的塑料樹脂時(shí)，可以采用 類似的方法。在塑料工業(yè)用一個(gè)例子說(shuō)明這一點(diǎn)。參照?qǐng)D9和10，通過(guò)查驗(yàn)聚對(duì)苯二甲酸乙二 酯(如在該工業(yè)中已知，PET樹脂材料)的透射率曲線(其外塑料飲料容器被拉伸吹塑)能夠觀察到PET材料在長(zhǎng)波區(qū)域是高度吸收的，并且在可見和近紅外波長(zhǎng)區(qū)域是高度透過(guò) 的。其透射率在1微米和5微米之間顯著改變。其透射率不但在該范圍內(nèi)顯著改變，而且 它經(jīng)常并且突然改變，并且往往有時(shí)在0. 1微米內(nèi)非常顯著。例如，在2. 9微米下，PET具有極強(qiáng)的吸收。這意味著如果在2. 9微米下向PET引 入紅外輻射，幾乎全部在材料外殼的正表面處吸收。如果希望僅加熱材料的外表面，那么可 以采用該波長(zhǎng)。因?yàn)镻ET是極差的熱導(dǎo)體(具有低熱導(dǎo)率)并且因?yàn)樵诶齑邓懿僮髦袕?內(nèi)部并且一直均勻地到其整體來(lái)加熱PET材料更合乎需要，所以實(shí)際上這是適當(dāng)加熱PET 的不好的波長(zhǎng)?？紤]另一個(gè)條件，在1.0微米(1000納米)下PET材料是高度透過(guò)的。這意味著 在該波長(zhǎng)下影響PET表面的高比例的輻射將被透射通過(guò)PET并且將在未給予任何優(yōu)先加熱 的情況下離開，因此很大程度上被浪費(fèi)。重要的是注意電磁能的透射率與所有介質(zhì)材料的 厚度有關(guān)按指數(shù)規(guī)律降低，因此對(duì)于給定的材料，材料厚度對(duì)最佳的波長(zhǎng)的選擇有實(shí)質(zhì)性 的影響。應(yīng)理解雖然這里作為例子采用了 PET熱塑性材料，但該原則適用于在不同工業(yè)中 使用的極大范圍的不同材料，以及適用于不同類型的加工。作為非常不同的例子，說(shuō)明一種 膠合或粘合層壓系統(tǒng)。例如，PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)或PLA(聚乳酸)是可以應(yīng)用這些 原則的材料。在該例子中，假如在選擇的紅外波長(zhǎng)下待膠合的基體材料是高度透過(guò)的。在相 同的波長(zhǎng)下將采用的熱固化膠合可能是高度吸收的。通過(guò)在該特定的有利波長(zhǎng)下照射該膠 合/層壓夾層，進(jìn)一步優(yōu)化了該工藝，因?yàn)槭悄z而不是鄰接的基體材料受熱。通過(guò)有選擇地 挑選這些波長(zhǎng)的相互作用，在工業(yè)的各種各不相同類型的加工或加熱應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)最優(yōu)點(diǎn)。此前在特定波長(zhǎng)下產(chǎn)生較高紅外輻射密度的能力還未能用于工業(yè)。因此，因?yàn)檫€ 未獲得這種加熱或加工的優(yōu)化，大多數(shù)制造商沒(méi)有預(yù)期到?？梢灶A(yù)料獲得這樣的特定波長(zhǎng) 的紅外輻射動(dòng)力將全新的方法和工藝。本發(fā)明將使這樣的新工藝切實(shí)可行并且將提供對(duì)大 范圍應(yīng)用具有廣泛的靈活性的實(shí)施技術(shù)。雖然可以預(yù)料本發(fā)明將首先應(yīng)用于工業(yè)，但還應(yīng) 認(rèn)識(shí)到同樣將有在商業(yè)、醫(yī)療、消費(fèi)和其它領(lǐng)域的許多應(yīng)用?？梢灶A(yù)料本發(fā)明作為寬帶石英紅外加熱燈泡或其它目前廣泛使用的常規(guī)加熱器 件的替代將是非常有用的。這樣的石英燈泡被用于包括為熱成型操作做準(zhǔn)備的加熱塑料板 的一些事業(yè)。本發(fā)明不但能夠被用作石英紅外燈或其它常規(guī)加熱器件的現(xiàn)有功能的替代， 而且能夠預(yù)計(jì)添加實(shí)質(zhì)性的額外功能。相反，本發(fā)明能夠產(chǎn)生連續(xù)激勵(lì)的輻射能或者脈沖工作方式。因?yàn)榛菊瓗д丈?源例如本發(fā)明的RED或其它器件具有以微秒測(cè)量的極快的響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)需要時(shí)或者當(dāng)目標(biāo) 元件在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)時(shí)能夠能量更高效地開啟能量，然后當(dāng)元件不再在目標(biāo)區(qū)域中時(shí)將其關(guān) 閉。能夠脈沖激勵(lì)紅外源的附加功能能夠?qū)е略谠S多輻射加熱應(yīng)用的總能量效率方 面的重大改進(jìn)。例如，通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)獨(dú)立窄帶照射源例如紅外輻射發(fā)射器件(RED)或窄 帶照射源陣列的激勵(lì)時(shí)間，當(dāng)獨(dú)立目標(biāo)移動(dòng)通過(guò)大的紅外陣列源時(shí)有可能追蹤它們。換句 話說(shuō)，最接近目標(biāo)器件的紅外發(fā)射器件將是被激勵(lì)的那些。當(dāng)目標(biāo)元件或區(qū)域向前移動(dòng)時(shí)， “激勵(lì)波”能夠向下通過(guò)該陣列。在加熱將要熱成型的材料的情況下，與將更謹(jǐn)慎地成型或者根本不成型的區(qū)域相比，向?qū)⒏鼊×业爻尚偷膮^(qū)域施加更多熱輸入可能是合乎需要的。通過(guò)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)紅外發(fā) 射陣列的結(jié)構(gòu)，不但有可能不同時(shí)激勵(lì)所有的器件，而且有可能非常策略地激勵(lì)它們以對(duì) 應(yīng)于受熱區(qū)域的形狀。對(duì)于連續(xù)移動(dòng)的生產(chǎn)線，例如，編制能夠與待加熱的目標(biāo)區(qū)域程序可 控地同步移動(dòng)的希望的熱輪廓的特定形狀區(qū)域可能是最合乎需要的?？紤]如圖17所示需 要加熱的像幀形狀區(qū)域。在這種情況下，有可能在希望的輻射強(qiáng)度下具有相似像幀形狀的 器件陣列(402)，程序可控地與目標(biāo)熱成型板(401)的移動(dòng)同步下降該陣列。通過(guò)利用編 碼器追蹤產(chǎn)品例如(401)熱成型板的移動(dòng)，可以采用眾所周知的電子同步技術(shù)根據(jù)可編程 控制器或計(jì)算機(jī)的指令開啟希望強(qiáng)度下的恰當(dāng)?shù)钠骷?。通過(guò)控制系統(tǒng)能夠以“連續(xù)”模式 或“脈沖”模式按照它們的希望的輸出強(qiáng)度開啟陣列內(nèi)的器件。任一模式能夠?qū)⒆鳛闀r(shí)間 的函數(shù)的強(qiáng)度調(diào)節(jié)到最合乎需要的輸出條件。該控制能夠具有器件組或者降至獨(dú)立的RED 器件。對(duì)于特定的應(yīng)用，可以不必將顆粒控制(granular control)降至獨(dú)立的RED器件。 在這些情況下按最希望形狀的串(strings)替RED器件布線。然后如應(yīng)用需要所決定的那 樣程序控制這些串或串組。有時(shí)實(shí)用性決定按組或串驅(qū)動(dòng)窄帶照射器件或RED以促進(jìn)最方 便的電壓并減少獨(dú)立器件控制的成本。通過(guò)在在開路結(jié)構(gòu)中簡(jiǎn)單地供應(yīng)電流可以控制REDs串或陣列，或者可以采用更 復(fù)雜的控制。任何專門應(yīng)用的集中評(píng)價(jià)將決定適當(dāng)?shù)募t外輻射控制的量和水平。達(dá)到?jīng)Q定 復(fù)合或精密控制的程度，控制回路能夠連續(xù)地監(jiān)控和調(diào)節(jié)輸入電流、電壓或比輸出。通過(guò)直 接測(cè)量紅外陣列的輸出或者與紅外輻射的目標(biāo)目的相關(guān)的一些參數(shù)能夠?qū)嵤?duì)大多數(shù)希 望的輻射輸出或結(jié)果的監(jiān)控。這可以通過(guò)從結(jié)合簡(jiǎn)單的熱電偶或高溫溫度計(jì)直到可以采取 例如紅外攝影機(jī)的形式的更加精良的技術(shù)的不同技術(shù)的組合來(lái)進(jìn)行。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能 夠推薦對(duì)于本發(fā)明的特定應(yīng)用經(jīng)濟(jì)靈敏并且合理的特定的閉環(huán)監(jiān)控技術(shù)。可以結(jié)合直接和間接法監(jiān)控。例如，如果為了達(dá)到可成型的溫度范圍正在加熱特 定的材料，測(cè)量形成該材料所需的力并采用該數(shù)據(jù)作為用于調(diào)節(jié)紅外輻射陣列的至少一部 分反饋是合乎需要的。許多其它直接或間接的反饋方法可能促進(jìn)本發(fā)明輸出的優(yōu)化和控 制。將清楚地理解如本文所述的本發(fā)明輻射熱源的形狀、強(qiáng)度和激勵(lì)時(shí)間是高度程序 可控的并有助于很高級(jí)別的程序可控的定制。在工業(yè)上經(jīng)常為特定的元件設(shè)計(jì)和建造定制 形狀或結(jié)構(gòu)的熱源，將熱導(dǎo)向該元件上的恰當(dāng)位置。利用本發(fā)明的靈活的程序可控性，單一 的程序可控的加熱板有可能作為幾乎無(wú)限數(shù)的定制板的靈活替換。工業(yè)上有多種紅外爐和 加工系統(tǒng)。這樣的爐被用于各類和各種油漆、涂料、漿液的固化以及許多其它目的。它們也 可被用于和熱熔材料一起使用或用于膠、粘合劑、表面處理、涂料的固化的多種不同的層壓 線(lamination lines)，或者可以被添加到層壓“夾層”的各種層?？梢詫⑵渌鼱t用于多種干燥應(yīng)用。例如，在拼合的飲料罐工業(yè)中常見的是將涂料噴霧到飲料罐內(nèi)部然后用傳送器將它們“大量”連續(xù)輸送通過(guò)長(zhǎng)的固化爐。未固化的內(nèi)部 涂料在應(yīng)用時(shí)具有白漆的外觀，但在固化后變得幾乎透明。在利用本發(fā)明的這些各種干燥 和固化應(yīng)用中，有可能選擇被需要干燥、處理或固化的材料最容易并且適當(dāng)?shù)匚盏牟ㄩL(zhǎng) 或波長(zhǎng)的組合。在一些應(yīng)用中，不存在的波長(zhǎng)可能比存在的波長(zhǎng)對(duì)改進(jìn)的工藝更重要。不 希望的波長(zhǎng)通過(guò)干燥、加熱、改變晶粒結(jié)構(gòu)或者許多其它有害的結(jié)果不利地影響材料，利用 本發(fā)明在更優(yōu)化的工藝中能夠避免。
提高待固化或干燥的目標(biāo)材料的溫度而不顯著影響襯底或基體材料常常是合乎 需要的?；w材料完全可能受到這樣的加工的損害。更合乎需要的是在仍然將熱引入目標(biāo) 材料的同時(shí)熱不被引入它。本發(fā)明促進(jìn)這類選擇性加熱?；仡櫛景l(fā)明的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，醫(yī)療行業(yè)已經(jīng)利用大范圍的可見光和近紅外輻射 處理進(jìn)行了試驗(yàn)。已經(jīng)推論出某些波長(zhǎng)的電磁能刺激并促進(jìn)愈合，還假設(shè)某些波長(zhǎng)的照射 能夠刺激產(chǎn)生人體內(nèi)的酶、激素、抗體和其它化學(xué)物質(zhì)以及刺激惰性器官中的活性。檢驗(yàn)這 樣的假定的細(xì)節(jié)或處理方法或優(yōu)點(diǎn)超出了本專利的范圍。然而本發(fā)明能夠提供可以促進(jìn)大 范圍的這樣的治療形式的固態(tài)、波長(zhǎng)可選并且程序可控的中紅外輻射源。然而，迄今醫(yī)療行業(yè)確實(shí)不具有切實(shí)可行的方法來(lái)產(chǎn)生大功率的在中紅外波長(zhǎng)帶 內(nèi)的特定波長(zhǎng)的照射。本發(fā)明允許這樣的窄帶特定波長(zhǎng)的紅外照射，并且它能夠以容易用 于醫(yī)療應(yīng)用的細(xì)小、輕量、安全和便于形成的要素起這樣的作用。對(duì)于治療，能夠選擇被用于照射的特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)的組合有一些非常重要的優(yōu) 勢(shì)。正如在工業(yè)制造材料中那樣，有機(jī)材料也具有特征透射/吸收光譜曲線。動(dòng)物、植物或 人的組織顯示出能夠被充分利用將優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大的特定的吸收/透射窗口。人體的很高的百分比基本由水組成，因此很可能水的透射/吸收曲線對(duì)于眾多人的組織的粗略近似是良好的基點(diǎn)。通過(guò)廣泛的研究有可能研究出關(guān)于人、動(dòng)物和植物的所 有類型的組織的精確曲線。還可能研究出可以從器官或組織中尋求的各種治愈或刺激及其 與傳輸/吸收曲線之間的關(guān)系。通過(guò)仔細(xì)地選擇波長(zhǎng)或波長(zhǎng)的組合，有可能研究出對(duì)大范 圍的病和疾病有積極效果的治療養(yǎng)生法。希望治療的一些組織或器官非常接近表面，而其它深藏于體內(nèi)。由于人的組織的 吸收特性，用非侵入技術(shù)不可能達(dá)到這么深的區(qū)域。為了在目標(biāo)組織附近獲得照射源必需 采用某種形式的侵入技術(shù)?？赡茉O(shè)計(jì)本發(fā)明的照射陣列使它們具有適當(dāng)?shù)某叽绾?或形狀 用于大范圍的侵入或非侵入的治療。雖然治療技術(shù)、藥征和構(gòu)型超出了本討論的范圍；但本 發(fā)明首先可獲得固態(tài)的波長(zhǎng)可選擇的在中紅外波長(zhǎng)帶內(nèi)的照射。它能夠被配置用于大范圍 的藥征和治療類型。由于其高度靈活的波形系數(shù)和程序可控的性質(zhì)，能夠針對(duì)特定體格和 重量來(lái)配置它以產(chǎn)生用于定制治療的適當(dāng)?shù)慕嵌?、?qiáng)度和波長(zhǎng)。紅外輻射正被用于從痔瘡治療到皮膚病學(xué)的數(shù)量增長(zhǎng)的醫(yī)療應(yīng)用。目前利用寬帶 紅外源進(jìn)行的紅外治療的一個(gè)例子被稱作紅外凝固治療。另外，有時(shí)用紅外燈治療處理糖 尿病周圍神經(jīng)病變。目前同樣經(jīng)常采用寬帶紅外燈治療網(wǎng)球肘和其它類似疾病。結(jié)合本發(fā) 明產(chǎn)生特定波長(zhǎng)輻射的能力及其產(chǎn)生脈沖照射的能力可以在這些治療中提供實(shí)質(zhì)性的改 進(jìn)。它還可以提供較好的病人耐受性和舒適性。本發(fā)明還促進(jìn)制造能夠由內(nèi)部安全電壓驅(qū) 動(dòng)的衛(wèi)生器材。照射能量的脈動(dòng)經(jīng)證明是與許多治療應(yīng)用相關(guān)的關(guān)鍵方面。連續(xù)照射可能導(dǎo)致組 織過(guò)熱，而脈沖照射經(jīng)證明提供充足的刺激而無(wú)過(guò)熱、不適或組織損傷的有害影響。器件/ 陣列能夠隨著開啟時(shí)間以微秒或更快測(cè)量的極高的速率脈沖的確切事實(shí)提供另一個(gè)有用 的性能?？梢灶A(yù)料如果將陣列激活極短的負(fù)荷循環(huán)，可以容許極高強(qiáng)度的脈沖輻射而不損 害該陣列，因?yàn)檫@么短的脈沖時(shí)間來(lái)不及發(fā)生半導(dǎo)體接合過(guò)熱。這將允許能夠促進(jìn)穿透更 多組織的較大的總瞬時(shí)強(qiáng)度。產(chǎn)生脈沖的頻率經(jīng)證明也是重要的。在文獻(xiàn)中已知某些頻率的對(duì)人的照射可能具有治愈或者有害的影響。例如，某些調(diào)幅頻率或者可見光頻率的組合可能導(dǎo)致人惡心，以及 還有其它調(diào)幅頻率或者頻率的組合可能導(dǎo)致癲癇發(fā)作。當(dāng)進(jìn)行了進(jìn)一步的醫(yī)療研究時(shí)，確 實(shí)可以確定脈沖頻率、波形或頻率的組合與選擇的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)的組合一起對(duì)各種輻射治療 的成果有極大的影響。很可能將利用本發(fā)明的許多治療藥征尚未被理解或?qū)崿F(xiàn)，因?yàn)檠芯?人員或從業(yè)者還沒(méi)有獲得本發(fā)明。本發(fā)明的另一個(gè)應(yīng)用在于食品的制備加工或分級(jí)(staging)。當(dāng)然在整個(gè)人類歷 史上極大范圍的不同類型的爐和加熱系統(tǒng)已被用于食品的制備。因?yàn)樗鼈冎械拇蠖鄶?shù)是眾 所周知的，描述全范圍的這樣的爐和加熱系統(tǒng)超出了本專利申請(qǐng)的范圍。除了利用非紅外 /非熱源烹調(diào)技術(shù)的著名的微波烹飪外，實(shí)際上所有其它烹調(diào)技術(shù)利用各種類型的寬帶熱源。用于這樣的爐的紅外熱源和元件是寬帶源。它們不具備產(chǎn)生對(duì)特定的烹調(diào)場(chǎng)所或烹調(diào) 產(chǎn)品最有利的特定波長(zhǎng)的紅外能的能力。如前對(duì)其它材料討論的那樣，植物和動(dòng)物產(chǎn)品具有特定的吸收光譜曲線。這些特 定的吸收曲線涉及特定的食品成品在特定波長(zhǎng)下如何吸收或傳輸。通過(guò)選擇照射對(duì)象食品 的特定波長(zhǎng)或一些精選的波長(zhǎng)有可能改進(jìn)或優(yōu)化希望的烹調(diào)特性。最有效地利用輻射能能 夠降低加熱或烹調(diào)的成本。例如，如果最希望加熱或使特定食品成品的外表面變褐色，本發(fā)明將考慮選擇特 定的食品成品高度吸收的波長(zhǎng)。結(jié)果將是當(dāng)在選擇的波長(zhǎng)下照射時(shí)非常接近于表面吸收全 部紅外能，從而導(dǎo)致希望的加熱和/或變褐色正好在該表面處發(fā)生。反之，如果希望表面不 過(guò)熱，而是從食品極深的內(nèi)部烹調(diào)它，那么可能選擇特定的食品更多傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)或選定波 長(zhǎng)的組合，以致能夠獲得希望的烹調(diào)結(jié)果。從而當(dāng)輻射能穿透到希望的深度時(shí)它將被逐漸 地吸收。重要的是注意對(duì)于穿過(guò)非金屬材料的電磁波，該波I(t)如下列等式所述作為穿 過(guò)距離t的函數(shù)降低I(t)=I0(e_")在該等式中，Itl是光束的初始強(qiáng)度，以及α是該材料的比吸收系數(shù)。當(dāng)時(shí)間t增 加時(shí)，光束的強(qiáng)度經(jīng)受由基質(zhì)材料所吸收的原光束內(nèi)的輻射能所導(dǎo)致的指數(shù)式衰減。因此， 采用紅外輻射加熱獲得最佳的烹調(diào)結(jié)果需要食品厚度、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)雜相互作用。通過(guò)混合在不同波長(zhǎng)下照射的RED元件，有可能進(jìn)一步優(yōu)化烹調(diào)結(jié)果。在這樣的 多波長(zhǎng)陣列中，將在輻射能吸收低的波長(zhǎng)下選擇單元件型，從而產(chǎn)生深的熱穿透。輻射能吸 收高將選擇雙元件型，從而促進(jìn)產(chǎn)生表面加熱。使該陣列完備，可以考慮在介于這兩種吸收 的極端條件之間的波長(zhǎng)下選擇三RED元件型。通過(guò)控制在這樣的陣列中所含的三種RED發(fā) 射器的相對(duì)輻射輸出水平，有可能優(yōu)化所制備的食品的重要性能。通過(guò)將顏色、溫度和可能視覺傳感器連接到控制系統(tǒng)有可能閉合該回路并進(jìn)一步 優(yōu)化希望的烹調(diào)結(jié)果。在這種情況下，有可能通過(guò)以最希望的適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)、強(qiáng)度和方向發(fā)出 輻射來(lái)檢查可能成為問(wèn)題的準(zhǔn)確的參數(shù)并允許控制系統(tǒng)響應(yīng)。通過(guò)運(yùn)用并結(jié)合視覺傳感 器，有可能實(shí)際查看待烹調(diào)的食品的位置和尺寸，然后如上所述相應(yīng)地優(yōu)化爐的輸出。當(dāng)與 濕度傳感器組合使用時(shí)，有可能作出保持希望的含濕量的組合的反應(yīng)。因此，有可能理解本 發(fā)明結(jié)合適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱涂刂破鳌爸悄堋比绾文軌蛘鎸?shí)地促進(jìn)未來(lái)的聰明爐。當(dāng)然有可能將本發(fā)明與包括對(duì)流加熱爐和微波爐的常規(guī)烹調(diào)技術(shù)組合來(lái)獲得這些技術(shù)中的每一種所 提供的最好組合。可以設(shè)計(jì)聰明控制系統(tǒng)以最好地優(yōu)化本發(fā)明技術(shù)與常規(guī)的烹調(diào)技術(shù)的結(jié)合。通過(guò)選擇將被一種食品吸收而不被第二食品高度吸收的波長(zhǎng)還可能高度選擇在 食品的混合板中產(chǎn)生的熱的量。因而能夠理解通過(guò)改變各種可選擇的波長(zhǎng)的組合和變換以 及強(qiáng)度，人們能夠獲得大范圍的特定設(shè)計(jì)的烹調(diào)結(jié)果。對(duì)于本發(fā)明的任何應(yīng)用，有可能采用各種透鏡或光束導(dǎo)向器件來(lái)獲得希望的照射 能量的方向。這能夠采取從獨(dú)立的透鏡RED器件到緊鄰該器件安裝的微透鏡陣列的大量不 同實(shí)施的形式。必須適當(dāng)?shù)剡x擇所選的光束導(dǎo)向器件以在被導(dǎo)向或指引的輻射波長(zhǎng)下起作 用。通過(guò)利用用于衍射、折射和反射的充分理解的技術(shù)有可能將能量從RED器件陣列的不 同部分導(dǎo)向希望的方向。通過(guò)程序可控地控制被開啟的特定器件并通過(guò)調(diào)節(jié)它們的強(qiáng)度有 可能獲得大范圍的照射選擇性。通過(guò)選擇穩(wěn)態(tài)或脈沖模式并通過(guò)進(jìn)一步編排在何時(shí)使器件 產(chǎn)生脈沖，甚至有可能進(jìn)一步提升功能。雖然本公開的內(nèi)容討論了應(yīng)用的輻射能主要在1. 0到3. 5微米的范圍內(nèi)，對(duì)本領(lǐng) 域技術(shù)人員顯而易見的是在包括在紅外內(nèi)的較長(zhǎng)波長(zhǎng)或向下通過(guò)可見區(qū)的較短波長(zhǎng)的其 它操作波長(zhǎng)下能夠獲得類似的材料加熱效果。本公開的發(fā)明的主旨包括為了輻射加熱應(yīng)用 直接電子_到_光子固態(tài)發(fā)射器，其中可想象該發(fā)射器從可見到遠(yuǎn)紅外是可運(yùn)轉(zhuǎn)的。對(duì)于 某些類型的應(yīng)用，將其它波長(zhǎng)可選擇的器件結(jié)合到在超出中紅外范圍的其它波長(zhǎng)下照射的 本發(fā)明中可能是合乎需要的。圖8給出單個(gè)RED元件10的圖解表示。RED 10包括疊層20。疊層20可以采取 各種結(jié)構(gòu)，例如結(jié)合圖1 7說(shuō)明的半導(dǎo)體層的堆疊等。在至少一種形式中，RED 10的接 觸40 (對(duì)應(yīng)于例如接觸1105、1205和1305)通過(guò)線80連接到疊層20。當(dāng)電流60流過(guò)接合 線80和疊層20時(shí)，發(fā)射具有符合疊層20的結(jié)構(gòu)的特征能量或波長(zhǎng)的光子70。因?yàn)樵谥圃霯EDs中學(xué)到的許多半導(dǎo)體教訓(xùn)可以應(yīng)用于REDs，提及可以幫助新的 RED器件的發(fā)展的并聯(lián)是有用的。自從將LEDs引入一般市場(chǎng)以來(lái)在LEDs的能量轉(zhuǎn)化效率 (光能出/電能進(jìn))方面已經(jīng)產(chǎn)生了劇烈的改進(jìn)。在市場(chǎng)上可買到的在光譜的可見光和近 IR部分運(yùn)轉(zhuǎn)的LEDs中已經(jīng)獲得了高于10%的能量轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明預(yù)期在1微米到3. 5 微米范圍內(nèi)某處運(yùn)轉(zhuǎn)的新的REDs被用作在各種加熱系統(tǒng)中的主要紅外加熱元件。本申請(qǐng) 描述了在吹塑系統(tǒng)中的具體實(shí)施。圖9和10顯示在10密耳厚的PET部分內(nèi)透射穿過(guò)的IR能量的相對(duì)百分比作為 波長(zhǎng)的函數(shù)。在石英透射范圍(直到3. 5微米)內(nèi)，在包括大約1.6微米、1.9微米、2.1微 米、2. 3微米、2. 4微米、2. 8微米和3. 4微米的幾個(gè)波長(zhǎng)下強(qiáng)吸收帶(實(shí)質(zhì)上的或者無(wú)透射 的波長(zhǎng)帶)的存在是明顯的。與本發(fā)明有關(guān)的基本概念是將被設(shè)計(jì)和選擇為在1微米到 3. 5微米范圍內(nèi)的所選波長(zhǎng)下運(yùn)轉(zhuǎn)的RED元件用作例如吹塑機(jī)的熱調(diào)節(jié)部分中的基本加熱 元件。應(yīng)理解根據(jù)應(yīng)用的需要可以改變輸送能量的方法以及波長(zhǎng)的選擇。在一種形式 中，可以將選擇的窄波長(zhǎng)范圍具體調(diào)節(jié)到用于制造特定的目標(biāo)元件(或者目標(biāo)實(shí)體)的材 料所需的熱量。雖然理論上可能制造單色或近單色波長(zhǎng)特性的窄帶照射器件例如二極管， 但制造如此窄的高輸出器件不是切實(shí)可行的。通常如果將波長(zhǎng)恰當(dāng)?shù)丶性谖兆V帶中，加或減14或者甚至50納米可以是正好的。一些不尋常的應(yīng)用由于吸收帶窄或接近吸收帶 可能需要具有非常窄的波長(zhǎng)容限。選擇使用的選定波長(zhǎng)可以是在從1. 0到5. 0微米范圍內(nèi) 的任一處，或者例如更實(shí)際地對(duì)于PET可以選自1.5到3. 5微米的較窄范圍?；蛘?.2微 米或更大的例證范圍可以是希望的。因?yàn)榭梢灾圃煸谳^短波長(zhǎng)下更“wall-plugefficient” 的二極管或固態(tài)器件，如有可能，在該范圍的較短端選擇最有用的波段范圍。材料在不同波 長(zhǎng)下的吸收率特性是一個(gè)要素。如果涉及多于一個(gè)吸收體，“門窗(door and window) ”評(píng) 價(jià)可能是適當(dāng)?shù)?，假設(shè)例如一個(gè)材料受熱而另一個(gè)不是。人們將需要決定是否能夠選擇波 長(zhǎng)使一個(gè)材料是弱吸收體，同時(shí)在相同的波長(zhǎng)下另一個(gè)是強(qiáng)吸收體。這些相互作用是本發(fā) 明的有價(jià)值的方面。通過(guò)關(guān)注吸收和/或相互作用能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。對(duì)于特定材料可以 根據(jù)或者優(yōu)化希望的加熱深度、加熱位置、加熱速度或受熱厚度來(lái)選擇吸收帶。另外，本文 預(yù)期的激光二極管(或其它器件)可被用于激勵(lì)其它振蕩元件以獲得希望的波長(zhǎng)。圖11a、lib和lie顯示了同時(shí)封裝到適合的RED加熱元件100中的獨(dú)立RED發(fā)射 器10的例證集合體。在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，物理安裝REDs 10使N-摻雜區(qū)直接連接 到陰極匯流條120。該陰極匯流條120理想地由材料例如銅或金制成，二者都是電流以及熱 的良導(dǎo)體。借助于接合線80將REDs 10的相應(yīng)區(qū)域連接到陽(yáng)極匯流條110。理想地，陽(yáng)極 匯流條將具有與陰極匯流條相同的熱和電性能。例如在170所示，外部產(chǎn)生的輸入電壓穿 過(guò)2個(gè)匯流棒，引起電流(I)在REDs 10中流動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)射IR光子或輻射能。在優(yōu)選的實(shí) 施方式采用反射器130將輻射能導(dǎo)入離開RED加熱元件100的優(yōu)選方向。REDslO的小物理 塊使更容易地指引發(fā)射到優(yōu)選方向的輻射能170成為可能。該敘述被比較應(yīng)用于大得多的 螺旋形燈絲的情況；在發(fā)射器的實(shí)際尺寸和利用常規(guī)透鏡裝置指引得到的輻射流的能力之 間的這樣的關(guān)系在本領(lǐng)域是眾所周知的。采用散熱器140引導(dǎo)在產(chǎn)生IR輻射能170的過(guò)程中產(chǎn)生的余熱離開RED加熱元件100。采用行業(yè)內(nèi)已知的各種方法能夠?qū)崿F(xiàn)散熱器140。這些方法包括被動(dòng)散熱、利用對(duì) 流空氣冷卻的主動(dòng)散熱和利用水或液體冷卻的主動(dòng)散熱。例如通過(guò)液冷套的液體冷卻具有 能夠帶走大量由未轉(zhuǎn)化的輻射光子的電能產(chǎn)生的熱。通過(guò)液體介質(zhì)，能夠?qū)⒃摕釋?dǎo)向外部 位置或者導(dǎo)向需要熱的另一個(gè)區(qū)域。如果將熱從工廠或裝置帶走或者導(dǎo)向另一個(gè)位置，那 么空氣調(diào)節(jié)/冷卻能量能夠被顯著地降低或用于不同的方法。另外，最好在本發(fā)明的該實(shí)施方式中使用燈泡150。如這里所用的燈泡150的基本 功能是保護(hù)REDs 10和接合線80不受損害。由于石英的透射范圍從可見光延伸到3. 5微 米，優(yōu)選燈泡150由其構(gòu)成。然而，還可以采用其它光學(xué)材料，包括具有延伸超過(guò)REDs 10 運(yùn)轉(zhuǎn)波長(zhǎng)的透射范圍的玻璃。在圖12a和12b中描繪了在吹塑機(jī)中RED加熱元件100的一種配置。在該系統(tǒng)中， 預(yù)成型件240經(jīng)傳輸系統(tǒng)220進(jìn)入熱監(jiān)控和調(diào)節(jié)系統(tǒng)210。已經(jīng)在早些時(shí)候預(yù)先注塑的預(yù) 成型件240可以在室溫下進(jìn)入熱監(jiān)控系統(tǒng)210。或者，預(yù)成型件240可以如在單段注塑/吹 塑系統(tǒng)中所做的那樣直接來(lái)自注塑工藝。或者，可以通過(guò)幾種其它工藝中的一種制造預(yù)成 型件。無(wú)論制造預(yù)成型件的形態(tài)和時(shí)間，進(jìn)入該方式，預(yù)成型件240將具有包含在它們中的 變化量的潛熱。一旦通過(guò)傳輸系統(tǒng)220出現(xiàn)，預(yù)成型件240借助于傳送器250被輸送通過(guò)熱監(jiān)控 系統(tǒng)210，這樣的傳送器在行業(yè)中是眾所周知的。當(dāng)預(yù)成型件240穿過(guò)熱監(jiān)控系統(tǒng)210時(shí)，它們經(jīng)受由一系列RED加熱元件100發(fā)射的輻射IR能量170。由這些RED加熱元件100發(fā) 射的IR能量170直接被制備中進(jìn)入吹塑系統(tǒng)230的預(yù)成型件240所吸收。應(yīng)理解該能量 可以是連續(xù)的或脈沖的，與供應(yīng)或驅(qū)動(dòng)電流和/或其它設(shè)計(jì)目標(biāo)有關(guān)。在一種形式中控制 系統(tǒng)_這樣的控制系統(tǒng)280控制該功能。作為一種選擇，操作控制系統(tǒng)使該系統(tǒng)在顯著大 于推薦的穩(wěn)態(tài)電流水平的電流水平下產(chǎn)生脈沖，在脈沖操作中獲得較高的瞬時(shí)發(fā)射強(qiáng)度并 響應(yīng)來(lái)自相關(guān)傳感器性能的輸入信號(hào)以確定脈沖操作的時(shí)間。如上所述，可以布置窄帶照射加熱元件陣列使不同波長(zhǎng)的元件能夠在該系統(tǒng)中實(shí)施。在更具體的例子中，波長(zhǎng)變化的元件可被用于調(diào)節(jié)具有多層的預(yù)成型件。具有多層的瓶 子被用于各種不同的應(yīng)用，例如提供氧、CO2或紫外光阻斷(ultraviolet light blocking) 等。各分隔層可以具有不同的材料或具有區(qū)別一層與另一層的涂料。結(jié)果，在預(yù)成型件中 的各種層可以各自具有不同的吸收性能。情況既然這樣，可以布置并實(shí)施陣列使一種波長(zhǎng) 的窄帶照射元件發(fā)出輻射并加熱多層預(yù)成型件的第一層，同時(shí)第二陣列的窄帶照射發(fā)出輻 射并加熱多層預(yù)成型件的第二層。當(dāng)然，應(yīng)理解這可以按各種方式來(lái)完成。例如，能夠同時(shí) 或連續(xù)地加熱這些層。此外，可以在分段預(yù)成型件中依序或同時(shí)加熱這些層。在還有另外 的選擇中，可以在工藝中在不同的以及分隔的時(shí)間加熱這些層。應(yīng)理解與不同層的材料相 反，設(shè)法用于加熱工藝的具有不同吸收峰的一層材料也可以應(yīng)用這種布置。在利用本發(fā)明所述的方法和裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的吹塑機(jī)的優(yōu)選實(shí)施方式中，還優(yōu)選配置對(duì) 流冷卻系統(tǒng)260。該系統(tǒng)從空氣以及接近正在加工的預(yù)成型件240的技工處除去余熱。也 可以采用傳導(dǎo)冷卻器件來(lái)做這些。在本領(lǐng)域已知通過(guò)對(duì)流和/或傳導(dǎo)加熱預(yù)成型件對(duì)整個(gè) 熱調(diào)節(jié)工藝有害。這是因?yàn)镻ET是非常差的熱導(dǎo)體，并且加熱預(yù)成型件的外面導(dǎo)致不均勻 的穿透加熱，具有過(guò)冷的中心和過(guò)暖的外殼。此外包含在優(yōu)選系統(tǒng)實(shí)施方式中的是溫度傳感器270 (可能采取智能傳感器或者 在除了單點(diǎn)測(cè)溫傳感器有能力的那些之外能夠在至少一個(gè)方面監(jiān)控目標(biāo)的形式)以及溫 度控制系統(tǒng)280。優(yōu)選的吹塑機(jī)設(shè)計(jì)的這些方面特別可應(yīng)用于單段吹塑系統(tǒng)的屬性。在 單段吹塑系統(tǒng)中，預(yù)成型件240進(jìn)入包含在注塑階段獲得的潛熱能量的熱監(jiān)控和調(diào)節(jié)系統(tǒng) 210。通過(guò)監(jiān)控溫度從而監(jiān)控即將進(jìn)入的預(yù)成型件240 (或這樣的運(yùn)行的特定分段)的焓， 溫度監(jiān)控系統(tǒng)280有可能產(chǎn)生特定的預(yù)成型件(或特定的分段)加熱要求，然后以激勵(lì)信 號(hào)的形式將這些要求傳遞到獨(dú)立的窄帶照射或RED加熱元件100。窄帶照射或RED發(fā)射器 10的固態(tài)性質(zhì)以及相關(guān)的快速響應(yīng)時(shí)間使它們特別適合于調(diào)節(jié)作為時(shí)間或預(yù)成型件移動(dòng) 的函數(shù)的供電電流或工作時(shí)間。此外，如同將會(huì)理解的那樣可以控制RED陣列的分段。被用于規(guī)定這樣的輸出控制的溫度控制系統(tǒng)280可以作為定制的嵌入式邏輯或 工業(yè)可編程序邏輯控制器(PLC)的工業(yè)PC來(lái)實(shí)施，三者的性質(zhì)和操作在行業(yè)內(nèi)是眾所周知 的?？刂葡到y(tǒng)例如作為280所示可以被設(shè)置為滿足本文目的的各種方法。然而，作為一些 例子，該系統(tǒng)可以控制開/關(guān)狀態(tài)、電流流量以及對(duì)于各個(gè)波長(zhǎng)在RED陣列中激活的器件的 位置。圖13 16說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法。應(yīng)理解可以利用適合的軟件以及硬件組合和 技術(shù)實(shí)施這些方法。例如，通過(guò)由溫度控制系統(tǒng)280儲(chǔ)存和執(zhí)行的軟件程序可以控制指示 的硬件元件?，F(xiàn)在參照?qǐng)D13，顯示用于熱處理熱塑性預(yù)成型件的優(yōu)選方法300，概述操作的基本步驟。借助于傳送器250將預(yù)成型件240輸送通過(guò)熱監(jiān)控系統(tǒng)210 (步驟305)。當(dāng)然，應(yīng) 理解，雖然所有實(shí)施方式顯示輸送，但可以采用有或者沒(méi)有輸送定位制品供曝光的簡(jiǎn)單裝 置。采用包含在熱監(jiān)控系統(tǒng)210中的窄帶照射或RED加熱元件100照射預(yù)成型件240 (步 驟310)。應(yīng)理解，在該工藝期間可以使該窄帶照射加熱元件產(chǎn)生脈沖或連續(xù)激活特定的時(shí) 間量。在一個(gè)實(shí)施方式中，將理解恰好在吹塑之前可以在少于3秒內(nèi)將預(yù)成型件充分加熱。 在一些形式中，可以在較少的時(shí)間內(nèi)加熱預(yù)成型件，例如少于2秒、少于1秒或少于二分之 一秒。在其它實(shí)施方式中，可以在大約5秒以下或者大約10秒以下完成加熱。該短的加熱 時(shí)間代表超過(guò)例如采用石英燈的常規(guī)加熱方法的顯著進(jìn)步。現(xiàn)有的基于石英燈的爐典型地 加熱12到15秒外加相等的散布階段。為了獲得這樣的短時(shí)間，可以設(shè)置加熱元件陣列在 明顯更封閉的物理空間內(nèi)向預(yù)成型件提供足夠的熱。如果希望在1 3秒內(nèi)獲得加熱預(yù)成 型件所需的能量可以過(guò)激勵(lì)窄帶照射元件。有利的是確保二極管或固態(tài)器件陣列保持連續(xù) 并且一致的冷卻，這樣它們不會(huì)過(guò)早損壞。采用本文所述包括結(jié)合圖14 25的那些任何 實(shí)施方式可以獲得該輻射的短時(shí)間。此外，在加熱期間可以改變轉(zhuǎn)數(shù)或轉(zhuǎn)速。典型地，采用 6轉(zhuǎn)加熱預(yù)成型件，但可以采用更少或更多來(lái)改變加熱。此外，可以改變轉(zhuǎn)速或照射量來(lái)使 加熱過(guò)程開始或結(jié)尾的加熱分布圖平滑。還應(yīng)當(dāng)理解本文預(yù)期獲得該短的加熱時(shí)間的器件 在至少一種形式中包括具有延長(zhǎng)的使用期限的器件，例如上述基于磷化銦的器件。這些器 件也可以在各種范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)以產(chǎn)生希望的帶。例如，對(duì)于PET預(yù)成型件，可以要求選擇大于 1. 2微米的波長(zhǎng)帶。此外，該系統(tǒng)可以包括在大于1. 2微米的帶或范圍內(nèi)發(fā)射的元件以及在 小于1. 2微米的帶或范圍內(nèi)發(fā)射的元件。采用對(duì)流冷卻系統(tǒng)260從熱監(jiān)控系統(tǒng)210內(nèi)的空 氣和機(jī)械構(gòu)件中除去余熱(步驟315)。在圖14中概述用于處理熱塑性預(yù)成型件的另一種方法301。在方法301中用步驟320替代用RED加熱元件100照射預(yù)成型件240的工藝(步驟310)。在方法301的步 驟320期間，預(yù)成型件240在它們移動(dòng)通過(guò)熱監(jiān)控和調(diào)節(jié)系統(tǒng)210時(shí)被同步脈沖照射。該 同步的脈沖照射提供大的額外能量效率，因?yàn)榭拷A(yù)成型件的窄帶照射或RED器件是唯一 的在任何給定的瞬間被開啟的器件。在一種形式中，使脈沖能量的最大輸出與獨(dú)立目標(biāo)的 輸送同步。在圖15中概述用于處理熱塑性預(yù)成型件的又一種方法302。在該方法302中，采 用溫度傳感器270測(cè)量即將進(jìn)入的預(yù)成型件240的溫度。執(zhí)行這一步以測(cè)量預(yù)成型件240 進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)它們的潛熱能量(步驟325)。應(yīng)理解可以按各種方式來(lái)實(shí)施感溫。在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量預(yù)成型件的內(nèi)部以及 外部溫度以致預(yù)成型件的最終加熱能夠適合于適當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的加熱目的。此外，應(yīng)理解采 用許多已知技術(shù)能夠完成預(yù)成型件內(nèi)及外表面溫度的測(cè)量。例如，在2005年3月7日提交 的題為"An Apparatus and Method for ProvidingSnapshot Action Thermal Infrared Imaging Within Automated Process ControlArticle Inspection Applications,“的美 國(guó)序列號(hào)10/526，799 (2006年10月19日公開的美國(guó)公開號(hào)2006-0232674-A1)以及2004 年 1月 7 日提交的題為"AMethod and Apparatus for the Measurement and Control of Both the Inside andOutside Surface Temperature of Thermoplastic Preforms During Stretch BlowMolding Operations,“的美國(guó)序列號(hào) 10/753，014(2005 年 7 月 7 日公開的 美國(guó)公開號(hào)2005-0146065-A1-現(xiàn)在美國(guó)專利號(hào)7，220，378B2)中公開的快動(dòng)作技術(shù)(snapaction technology)可被用于實(shí)現(xiàn)該目的，通過(guò)引用將二者結(jié)合到本文。在任何情況下，例如，如果發(fā)現(xiàn)預(yù)成型件的內(nèi)部溫度低于預(yù)成型件的外部溫度，并 且希望均勻加熱，可以實(shí)施在較高速率下加熱預(yù)成型件內(nèi)部的技術(shù)以產(chǎn)生均勻加熱。對(duì)于 一些應(yīng)用，可能希望不均勻加熱。那么可以完成預(yù)成型件內(nèi)部及外部溫度的測(cè)量以及執(zhí)行 適當(dāng)?shù)募訜嶂芷?。—種在預(yù)成型件的外表面和內(nèi)表面之間實(shí)現(xiàn)不均勻加熱的技術(shù)是利用所用特定材料的吸收曲線的原理。在這方面，現(xiàn)在參照?qǐng)D18顯示吸收曲線1700。如所示，確定了第 一吸收帶1701。為了獲得穿過(guò)預(yù)成型件厚度的均勻加熱，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)選擇在該帶的中心線即 線1702處的波長(zhǎng)是有利的。然而，還發(fā)現(xiàn)選擇在吸收帶的一端(例如W2)或另一端(例如 W3)處的波長(zhǎng)，例如線1704或1706，提供從預(yù)成型件的外表面到內(nèi)表面的不均勻加熱。應(yīng) 注意包括在照射源的帶寬中的不同透射率或吸收系數(shù)的范圍越寬，穿過(guò)材料厚度的加熱越 不均勻。于是遵循W2或W3將傾向于比Wl具有穿過(guò)被加熱的材料厚度的更不一致的熱。此外已經(jīng)確定該現(xiàn)象本質(zhì)上是局部的。因此參照?qǐng)D17中的吸收帶1707，通過(guò)選擇 對(duì)應(yīng)于中心線1708的波長(zhǎng)完成預(yù)成型件的均勻加熱。即使較窄的吸收帶實(shí)際上在較大的吸收帶1707中，因?yàn)樵谒姆秶鷥?nèi)它具備較 小范圍的吸收傾向，因此在這種情況下希望選擇較窄的吸收帶1709。在這方面，采用例如 20納米以下的非常窄的帶的照射能夠有利于將大部分能量集中在局部的吸收部件。應(yīng)理解 采用各種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這些技術(shù)的實(shí)施以及波長(zhǎng)例如W1、W2、W3或W4的選擇。此外，通過(guò) 選擇帶1709能夠?qū)崿F(xiàn)較好的一致性，因?yàn)榫停ネ腹饴驶蛟谠搱D上y方向而言，該范圍的寬 度比可能在傾角1720附近選擇的類似范圍覆蓋了較少的變化。按此方式，應(yīng)理解由于能夠選擇照射帶來(lái)獲得希望的結(jié)果，了解目標(biāo)的吸收曲線 是有利的。因此，在一些應(yīng)用中可能希望在Wl附近的窄帶以及W4附近的窄帶照射目標(biāo)。也 可能希望如上所述在一個(gè)帶中均勻加熱而在另一個(gè)帶中不均勻地加熱。這可以導(dǎo)致目標(biāo)在 任何給定區(qū)域的總曝光為在不同帶照射的總和。因此，總曝光=xWl+yW4對(duì)于給定的應(yīng)用，χ和y代表在Wl和W4附近給定的波長(zhǎng)帶目標(biāo)的曝光量。然后借助于傳送器250將預(yù)成型件240輸送通過(guò)熱監(jiān)控系統(tǒng)210 (步驟305)。溫 度控制系統(tǒng)280利用由溫度傳感器270提供的溫度信息產(chǎn)生被用于窄帶照射或RED加熱元 件100的優(yōu)選的控制信號(hào)(步驟330)。然后將優(yōu)選的控制信號(hào)從溫度控制系統(tǒng)280傳遞到 加熱元件100 (步驟335)。然后采用包含在熱監(jiān)控系統(tǒng)210中的窄帶照射或RED加熱元件 100照射預(yù)成型件240 (步驟310)。然后采用對(duì)流冷卻系統(tǒng)260從空氣以及在熱監(jiān)控系統(tǒng) 210內(nèi)的機(jī)械構(gòu)件中除去余熱(步驟315)。在圖16中概述處理熱塑性預(yù)成型件的還有另一種方法303。在方法303中用步驟 320替代步驟310-用RED加熱元件100照射預(yù)成型件240的步驟。在方法303的步驟320 期間，預(yù)成型件240在它們移動(dòng)通過(guò)熱監(jiān)控和調(diào)節(jié)系統(tǒng)210時(shí)被同步脈沖照射。在替代的實(shí)施方式中，窄帶照射陣列可以采取各種不同的形式。這些形式中，將元 件分布在與各自通過(guò)的預(yù)成型件一起以旋轉(zhuǎn)方式、線性方式或其它程控的路徑移動(dòng)的部位 (station)上來(lái)增強(qiáng)加熱過(guò)程。在這方面，應(yīng)理解僅作為例子提供下列實(shí)施方式，并且可以 按各種不同的方式來(lái)實(shí)施。
應(yīng)理解通過(guò)預(yù)成型件自轉(zhuǎn)，照射加熱效果能夠繞旋轉(zhuǎn)軸更一致均勻。雖然具有各 個(gè)預(yù)成型件的作為到頸環(huán)(拋光的螺紋端)的距離的函數(shù)的不同溫度分布圖可能是合乎需 要的，但非典型地對(duì)于圓瓶需要繞旋轉(zhuǎn)軸的不同溫度分布圖。已承認(rèn)它是非典型的，有一整 類瓶子，其具有在預(yù)成型件周圍的不均勻加熱分布圖是非常合乎需要的。利用本發(fā)明能夠 極快地關(guān)閉和開啟輻射或者與目標(biāo)同步地調(diào)節(jié)照射的能力將有助于加熱到任何希望的熱 分布圖。如果將照射作為預(yù)成型件高度位置及其旋轉(zhuǎn)位置的函數(shù)來(lái)程控改變，該分布圖可 能非常復(fù)雜。這樣的專門加熱在PET瓶行業(yè)中常被稱為選擇性加熱，但從未具有本發(fā)明提 供的非常程序可控的靈活性。
現(xiàn)在參照?qǐng)D19(a)顯示系統(tǒng)300的側(cè)視圖。應(yīng)理解系統(tǒng)300將作為圖12中提供 的陣列210的替換。為了便于參照，未顯示該系統(tǒng)在圖12中說(shuō)明的所有組件；然而，本領(lǐng)域 技術(shù)人員將理解系統(tǒng)300在那里如果實(shí)施。此外，為了便于說(shuō)明僅顯示了系統(tǒng)300(以及下 面將更詳細(xì)地描述的系統(tǒng)400)的一側(cè)。如同所示，系統(tǒng)300包括具有設(shè)置在其一側(cè)的發(fā)射裝置(在窄帶發(fā)射)312的窄帶 照射陣列310，該陣列可以采取具有發(fā)射器的線性陣列或者沿其長(zhǎng)度定位的發(fā)射器陣列的 形式。如同所示，窄帶輻射器件或REDs 312對(duì)可以通過(guò)該系統(tǒng)的示例性的預(yù)成型件240起 作用。此外在幻影中所示是軸320，陣列310繞其旋轉(zhuǎn)。在圖19(b)中，沿一段傳送器線設(shè) 置多個(gè)陣列來(lái)調(diào)節(jié)幾個(gè)預(yù)成型件240。圖19(c)說(shuō)明陣列310的實(shí)施方式，其中多個(gè)具有發(fā) 射器(例如發(fā)射器313)的陣列311沿陣列310的長(zhǎng)度以χ乘y的方式設(shè)置。當(dāng)然陣列和 發(fā)射器的數(shù)量將改變。該結(jié)構(gòu)也可以用于本文所述的所有實(shí)施方式?，F(xiàn)在參照?qǐng)D20(a) 20(c)說(shuō)明陣列310的基本操作。如圖20(a)中所示，當(dāng)預(yù) 成型件240進(jìn)入靠近線性310的區(qū)域時(shí)，陣列310旋轉(zhuǎn)以發(fā)射適合的輻射到預(yù)成型件240 上。如圖20(b)中所示，當(dāng)預(yù)成型件240經(jīng)過(guò)陣列310時(shí)，陣列310隨著預(yù)成型件旋轉(zhuǎn)或移 動(dòng)以持續(xù)向其上發(fā)射輻射。圖20(c)說(shuō)明陣列310繞軸320的另外的旋轉(zhuǎn)，連續(xù)照射在預(yù) 成型件240上。應(yīng)理解陣列310作為可旋轉(zhuǎn)的元件可以在該系統(tǒng)中以許多方式實(shí)施。在一種形式 中，可以僅提供單一的陣列310，于是該單一陣列310對(duì)穿過(guò)該系統(tǒng)被加工的每個(gè)預(yù)成型件 起作用。在替代的實(shí)施方式中，當(dāng)預(yù)成型件通過(guò)該系統(tǒng)時(shí)多個(gè)陣列310將對(duì)每個(gè)單一的預(yù) 成型件起作用。當(dāng)然，在該系統(tǒng)上還將安裝適合的檢測(cè)器、啟動(dòng)器和傳感器，使陣列的旋轉(zhuǎn)與預(yù)成 型件的傳送同步。有許多方法影響來(lái)自陣列的照射的同步運(yùn)動(dòng)，其包括伺服機(jī)構(gòu)、機(jī)械聯(lián) 動(dòng)、電流計(jì)或凸輪作用。在更進(jìn)一步的實(shí)施方式中，現(xiàn)在參照?qǐng)D21(a) 21(b)，可以實(shí)施系統(tǒng)400。在圖 21(a)中顯示與預(yù)成型件240有關(guān)的一般線性陣列410。應(yīng)理解至少在一種形式中該預(yù)成型 件旋轉(zhuǎn)或被指引繞其軸旋轉(zhuǎn)。如本文所述，可以有選擇地激活和減活陣列410或元件(或 發(fā)射器陣列)412來(lái)加熱預(yù)成型件240。此外圖21 (a)所示是傳送器元件420?，F(xiàn)在參照?qǐng)D21 (b)，系統(tǒng)400的俯視圖顯示各照射陣列410與穿過(guò)加熱區(qū)的預(yù)成型 件240的進(jìn)程同步，然后在傳送器上旋轉(zhuǎn)作用于另外的預(yù)成型件。象圖19和20中說(shuō)明的 實(shí)施方式，應(yīng)理解圖21的實(shí)施方式可以采取各種不同于被說(shuō)明的形態(tài)。然而，在每一種這 些形式中，陣列410將以一些方式追隨預(yù)成型件240的路徑向預(yù)成型件240提供輻射處理。作為替換，代替使用回路例如由傳送器420提供的那樣，操作可以是嚴(yán)格線性的_借此該組陣列沿軌道或?qū)к壐S各自的預(yù)成型件預(yù)定的距離，然后倒轉(zhuǎn)或返回，與另一組預(yù)成型件 同步。這樣的系統(tǒng)可以包括線性導(dǎo)軌和/或軌道系統(tǒng)，借此無(wú)需復(fù)雜的傳動(dòng)帶的轉(zhuǎn)動(dòng)。這 樣的系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)可以僅包括嚙合導(dǎo)軌或軌道凸輪的齒輪，或者它可以被能夠提供更程序可 控的同步方法的伺服電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。在還有另外的實(shí)施方式中，參照?qǐng)D22，可以在位于加熱站(heating station)的 預(yù)成型件周圍設(shè)置陣列以發(fā)射需要的輻射。在這種情況下，可以旋轉(zhuǎn)預(yù)成型件或者可以使 陣列繞預(yù)成型件旋轉(zhuǎn)。如同所示，系統(tǒng)500包括分布在預(yù)成型件240周圍的多個(gè)陣列510。 同樣，可以沿例如由箭頭520所示的方向旋轉(zhuǎn)預(yù)成型件。或者，可以沿例如方向522的方向 通過(guò)已知的技術(shù)旋轉(zhuǎn)一般線性陣列510的圓形結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，應(yīng)理解可以旋轉(zhuǎn)陣列和預(yù)成型 件。還應(yīng)當(dāng)理解可以按各種方式將預(yù)成型件設(shè)置在系統(tǒng)500中。例如，可以將預(yù)成型件傳 送到在陣列510之間的該系統(tǒng)中?；蛘撸到y(tǒng)500可以相對(duì)于預(yù)成型件縱向移動(dòng)，以致系統(tǒng) 500能夠向下移動(dòng)來(lái)加熱預(yù)成型件，然后向上移動(dòng)以允許預(yù)成型件通過(guò)。此外在圖22所示的是被遮蔽的反射鏡512，因?yàn)樗軌蛉缤救芜x地被設(shè)置。 圖22顯示八個(gè)(8)已被設(shè)置為照射預(yù)成型件240的照射頭510。照射頭的數(shù)量能夠從一個(gè) 到任何合乎需要數(shù)量N改變，其配合所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的幾何形狀。非常合乎需要的是具有放 射狀地設(shè)置的照射頭510以致它們不直接將能量對(duì)準(zhǔn)通過(guò)預(yù)成型件的另一個(gè)?？梢詫⒎瓷?鏡512設(shè)計(jì)成填充照射頭之間的任何空白空間，并且如果在給定的區(qū)域沒(méi)有照射頭，還能 夠用于代替。如果例如僅有一個(gè)照射預(yù)成型件240的照射頭510，那么反射鏡可以是減去 發(fā)生照射的空間的完整的圈。當(dāng)照射能量從照射頭510發(fā)出時(shí)，它典型地形成發(fā)散光束向 預(yù)成型件240移動(dòng)。當(dāng)照射能量射線穿過(guò)預(yù)成型件時(shí)，它們?cè)庥龈哌_(dá)四個(gè)不同的界面。當(dāng) 它碰撞預(yù)成型件240的外壁時(shí)有一個(gè)空氣-到-塑料的界面，當(dāng)它離開預(yù)成型件240的外 壁并在預(yù)成型件240的“內(nèi)部空間”中移動(dòng)時(shí)有一個(gè)。然后第三界面是當(dāng)它撞擊預(yù)成型件 240的內(nèi)壁時(shí)，以及與空氣的第四界面是當(dāng)能量射線離開預(yù)成型件240的外壁時(shí)。先前在 本專利申請(qǐng)已經(jīng)教導(dǎo)了根據(jù)良好理解的數(shù)學(xué)公式并根據(jù)特定的目標(biāo)材料的特定吸收曲線， 光子被目標(biāo)材料按指數(shù)律地吸收。當(dāng)能量射線通過(guò)預(yù)成型件240的第一側(cè)壁然后第二側(cè) 壁時(shí)，它持續(xù)損失光子，光子被目標(biāo)材料吸收并轉(zhuǎn)化為熱。對(duì)于壁非常厚的預(yù)成型件240， 在能量能夠離開第一側(cè)壁并向第二側(cè)壁前進(jìn)之前能夠可能完全消亡。這取決于選擇用于照 射的波長(zhǎng)以及在該波長(zhǎng)下目標(biāo)材料的吸收。因此如果照射能量在第一側(cè)壁中沒(méi)有被完全吸 收，根據(jù)預(yù)成型件240的幾何形狀已經(jīng)通過(guò)衍射稍微彎曲的任何殘留的能量將繼續(xù)沿著該 路徑并向第二側(cè)壁前進(jìn)。當(dāng)該能量射線進(jìn)入預(yù)成型件240的第二側(cè)壁時(shí)，它再次面對(duì)材料 的改變并且當(dāng)它進(jìn)入第二側(cè)壁時(shí)其方向矢量將根據(jù)入射角和預(yù)成型件240的幾何形狀彎 曲。同樣，假如在照射光束中仍有在第二側(cè)壁中未被吸收的能量，光子519延續(xù)并將撞擊反 射鏡512并被反射向預(yù)成型件240。然后它再次開始通過(guò)預(yù)成型件的每個(gè)壁的路徑。如果 為PET預(yù)成型件厚度很好地選擇波長(zhǎng)，在射線517往返通過(guò)預(yù)成型件之后沒(méi)有遺留的能量 離開第二壁。通過(guò)采用該反射鏡技術(shù)有可能設(shè)計(jì)該系統(tǒng)利用特定的波長(zhǎng)處理較大范圍的預(yù) 成型件。設(shè)計(jì)目標(biāo)是100%消除在首次通過(guò)預(yù)成型件240中通過(guò)吸收的照射，但因?yàn)榈湫偷?將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成處理一系列預(yù)成型件240的厚度和幾何形狀，反射鏡將搶救并返回否則可能 被浪費(fèi)的大百分比的能量。
在圖23(a)、23(b)、23 (c)和24中說(shuō)明還有另外的實(shí)施方式。如圖23(a) (c) 所示，系統(tǒng)600促進(jìn)在加熱區(qū)602中分段加熱預(yù)成型件240。由可從加熱區(qū)外的第一位置 (圖23(b))移動(dòng)到加熱區(qū)內(nèi)的第二位置(圖23(a)和23(b))的臺(tái)架系統(tǒng)604支撐預(yù)成型 件240。臺(tái)架系統(tǒng)604包括電機(jī)設(shè)備606和柱塞設(shè)備608。電機(jī)設(shè)備606用于將柱塞設(shè)備 608如上所述從第一位置移動(dòng)到第二位置。電機(jī)設(shè)備606還可用于旋轉(zhuǎn)柱塞設(shè)備608。當(dāng) 然，該功能促進(jìn)以包括上述那些的有利的方式加熱預(yù)成型件(例如特定長(zhǎng)度的時(shí)間如3秒 以下)。加熱區(qū)602由陣列或頭610和反射鏡612限定。將理解陣列或頭610以選擇的波 長(zhǎng)發(fā)射輻射，該輻射被預(yù)成型件吸收或被反射鏡反射。陣列610可以采取各種形式。在一種形式中，如上所述陣列610包括一系列線性設(shè)置的窄帶照射元件或發(fā)射器陣列。陣列610還可以包括模塊化的多個(gè)陣列或塊以適應(yīng)目 標(biāo)或預(yù)成型件的變化的尺寸。在這樣的形式中，元件613可以涉及用于陣列的動(dòng)力供應(yīng)和 控制線。如同所示，在另一種形式中，頭包括一系列通過(guò)使用線613與窄帶照射器件(例如 激光二極管)聯(lián)系的透鏡或開口，該線可以采取光纖線的形式。塊或陣列可以以各種方式 實(shí)施。例如，在塊邊緣上的纖維(或發(fā)射器件)可以散開或改變尺寸以補(bǔ)償塊邊緣的物理 特性。這將促進(jìn)更均勻的發(fā)射和熱在目標(biāo)上的應(yīng)用。還可以改變發(fā)射器或纖維或塊的間隔 以獲得更均勻的加熱。同樣，反射鏡612可以采取實(shí)現(xiàn)本文所述的實(shí)施方式的目的的各種 形式。圖24顯示系統(tǒng)600的俯視圖。注意將加熱區(qū)602設(shè)置為圓形布置。為各加熱區(qū) 提供上述附屬的硬件設(shè)備。當(dāng)然，將預(yù)成型件帶入加熱區(qū)的準(zhǔn)確方式可以根據(jù)應(yīng)用改變 ’然 而，結(jié)構(gòu)的圓形狀態(tài)將有助于各種便利的方法，包括沿大致平行于爐底座的旋轉(zhuǎn)軸的方向 垂直向上或向下移動(dòng)到加熱區(qū)或腔中。本文所述的圖23(a) (c)的實(shí)施方式及其它可以在各種環(huán)境中實(shí)施。在圖25中 說(shuō)明一種這樣的環(huán)境。如同所示，系統(tǒng)700包括爐702、傳送軸760、762和吹塑機(jī)780。應(yīng)理 解為了便于參考僅象征性地顯示吹塑機(jī)。此外象征性地顯示的是用于控制可旋轉(zhuǎn)的爐702 和/或控制溫度(以及其它參數(shù))傳感或以任何各種方式的照射器件的控制器790。例如， 在采用大量較高功率的器件以在一種形式中利用電源動(dòng)力供應(yīng)獲得48伏的激勵(lì)電平的情 況下，控制電流可能是有利的。控制器可以采取各種形式并且可以采用各種軟件程序以及 硬件配置。同樣可以將該系統(tǒng)中傳感器結(jié)合到控制系統(tǒng)中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將懂得其基本 操作。另外，還可以實(shí)施其它組件(未具體顯示)例如冷卻設(shè)備、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)......等。傳送軸760用于將預(yù)成型件從導(dǎo)軌704傳送到爐702。應(yīng)理解導(dǎo)軌704終止于傳動(dòng) 齒輪706。傳送軸760具有將預(yù)成型件從傳動(dòng)齒輪傳送到爐的臺(tái)架裝置720的傳送臂764。 臺(tái)架裝置720接收預(yù)成型件并使它們繞爐702移動(dòng)并通過(guò)爐。在這方面，使預(yù)成型件向下 移動(dòng)到爐的加熱腔層710。這可以按各種方式來(lái)完成，但在一種形式中采用當(dāng)臺(tái)架裝置720 繞爐702旋轉(zhuǎn)時(shí)迫使該臺(tái)架裝置720朝向加熱腔層710的凸輪712。加熱腔層710包括多 個(gè)加熱腔730。各加熱腔由陣列或頭例如三個(gè)頭732以及形成圓柱形腔的反射鏡734或者 照射站或密封容器限定，確定大小以容納預(yù)成型件。在這種形式中，爐702還包括含多個(gè)輻 射源742的輻射源層740。如同所示，輻射源包括如本文所述的多個(gè)輻射發(fā)射陣列。經(jīng)光纖 線736將來(lái)自這些陣列的發(fā)射輻射傳遞到頭732。當(dāng)然，應(yīng)理解使用光纖僅是可以實(shí)施的一 種結(jié)構(gòu)。應(yīng)理解還可以將輻射發(fā)射陣列設(shè)置在頭的位置以便將來(lái)自陣列的發(fā)射導(dǎo)向預(yù)成型件。這將不需要輻射源層。爐702還包括動(dòng)力源層750。動(dòng)力源層750包括被設(shè)置為向爐內(nèi)的輻射源層和其 它組件提供動(dòng)力的多個(gè)動(dòng)力源。操作中，使預(yù)成型件沿導(dǎo)軌704移動(dòng)到傳送軸760。傳送軸 760將預(yù)成型件傳送到爐704的臺(tái)架裝置。臺(tái)架裝置720被爐并繞爐旋轉(zhuǎn)到加熱腔層710， 預(yù)成型件被接收到加熱腔內(nèi)并進(jìn)一步繞爐旋轉(zhuǎn)。在加熱腔中時(shí)，旋轉(zhuǎn)預(yù)成型件以致能夠獲 得特定的加熱分布圖。例如，預(yù)成型件可以按不同的速度在加熱過(guò)程的開始和/或結(jié)尾旋 轉(zhuǎn)以獲得更均勻的加熱并減少例如由伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)以及適當(dāng)?shù)亟涌诳刂破鞯膶?shí)施 引起的“啟/停”線的影響。如上所述可以預(yù)成型件的加熱可以進(jìn)行3秒以下。一旦預(yù)成 型件正在其中被加熱的腔顯著地繞爐旋轉(zhuǎn)，則以將預(yù)成型件放置于腔中的大致相同的方式 例如通過(guò)凸輪712從該腔中移除預(yù)成型件。然后通過(guò)傳送軸抓取預(yù)成型件并旋轉(zhuǎn)到吹塑機(jī) 780供加工。如同所示，然后傳送軸762從吹塑機(jī)中取回吹塑瓶。應(yīng)理解本文所述的實(shí)施方式(例如結(jié)合圖18 25描述的那些以及其它)將最有 利地結(jié)合控制、檢測(cè)和反饋功能(以及其它功能如冷卻)允許該系統(tǒng)閉路操作。因此，控制 該系統(tǒng)以促進(jìn)獨(dú)立預(yù)成型件的加熱來(lái)獲得對(duì)于特定的預(yù)成型件的恰當(dāng)?shù)臒岱植紙D。該分布 圖可以包括在其長(zhǎng)度上或者關(guān)于預(yù)成型件在其長(zhǎng)軸的旋轉(zhuǎn)圓周的周圍的分布圖。本文所述 的一些實(shí)施方式為了便于應(yīng)用沒(méi)有顯示用于實(shí)現(xiàn)控制、檢測(cè)和反饋的特定模塊(例如圖12 的模塊280或圖25的控制器790)；然而，應(yīng)理解可以按與更詳細(xì)地討論這樣的功能的那些 實(shí)施方式相類似的方式將這樣的模塊結(jié)合到其中。應(yīng)理解通過(guò)各種裝置還可以實(shí)施冷卻功 能。例如，冷卻功能可被用于將余熱移至另一個(gè)希望的位置(可以在裝置或系統(tǒng)的內(nèi)部或 外部)。例如在圖25中，通過(guò)在例如入口 791和出口 793處將液體冷卻管道移入和移出系 統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)冷卻?？梢韵蚣訜崆惶峁┻m當(dāng)?shù)睦鋮s支路(未顯示)?？梢詫⒊隹?793連接到 適合的結(jié)構(gòu)從該區(qū)域或系統(tǒng)中除去余熱。按此方式，應(yīng)理解取決于應(yīng)用，包括圖22 25的旋轉(zhuǎn)式實(shí)施方式的本發(fā)明的實(shí)施 方式可以包括下列特征-可旋轉(zhuǎn)的安裝裝置是旋轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)，其中照射站或加熱腔與爐中在任何給定的時(shí) 間下被加熱的各個(gè)目標(biāo)相對(duì)應(yīng)，并且爐中在所述任何給定的時(shí)間下被加熱的各個(gè)目標(biāo)可以 被相應(yīng)的照射站加熱。-該結(jié)構(gòu)包括多于一個(gè)的照射站或加熱腔，并且各照射站能夠被控制器(例如控 制器790)和/或用于供應(yīng)電流的裝置分別控制來(lái)加熱相應(yīng)的目標(biāo)。-該結(jié)構(gòu)通過(guò)例如控制器790，包括檢測(cè)目標(biāo)熱參數(shù)并控制用于供應(yīng)電流的裝置 來(lái)相應(yīng)地控制各照射站或加熱腔。
-通過(guò)例如控制器790檢測(cè)目標(biāo)熱參數(shù)，包括檢測(cè)各獨(dú)立目標(biāo)實(shí)體的目標(biāo)熱或目 標(biāo)熱分布圖中的一種，根據(jù)檢測(cè)信息確定各獨(dú)立的目標(biāo)實(shí)體所需的照射熱注入，向用于為 至少一個(gè)窄帶照射元件供應(yīng)電流的裝置發(fā)送控制信號(hào)，相應(yīng)地照射目標(biāo)實(shí)體。-該系統(tǒng)包括在相應(yīng)的照射站的照射場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)各目標(biāo)實(shí)體的機(jī)械裝置。-被注入輻射能的目標(biāo)實(shí)體是準(zhǔn)備在其后的操作中被吹制成瓶子的塑料瓶預(yù)成型 件。-將每個(gè)照射站設(shè)計(jì)為能夠?qū)⒛繕?biāo)實(shí)體插入其中供照射的容器，使插入的運(yùn)動(dòng)方 向顯著地平行于主爐的旋轉(zhuǎn)軸。
_通過(guò)旋轉(zhuǎn)連接供給電源或冷卻液中的至少一種用于爐的可旋轉(zhuǎn)部分。-安裝裝置包括多個(gè)至少一種窄帶照射元件的線性陣列。-可沿目標(biāo)的路徑傳送該線性陣列。-該系統(tǒng)包括用于將照射導(dǎo)入選擇的加熱區(qū)的至少一種光學(xué)元件。上述描述僅提供本發(fā)明的特定實(shí)施方式的公開，并不是為了限制于此。因而，本發(fā)明不被限制于僅上述應(yīng)用或?qū)嵤┓绞?。本公開的內(nèi)容廣泛地提出本發(fā)明的許多應(yīng)用以及一 個(gè)具體應(yīng)用實(shí)施方式。公認(rèn)本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到屬于本發(fā)明范圍的替代應(yīng)用和具體實(shí) 施方式。
權(quán)利要求
一種用于在成型或加工操作之前非接觸熱處理具有多層或多個(gè)吸收峰的塑料目標(biāo)組件的系統(tǒng)，其包含用于以促進(jìn)輻射加熱的應(yīng)用的方式設(shè)置所述塑料目標(biāo)組件的位置的裝置；和熱監(jiān)控部，塑料組件被設(shè)置于其中供曝光，所述熱監(jiān)控部包含用于發(fā)射與該組件的第一層所希望的吸收特性相匹配的至少第一窄波長(zhǎng)帶的輻射能的第一組一種以上固態(tài)窄帶加熱元件，以及用于發(fā)射至少第二窄波長(zhǎng)帶的輻射能的第二組一種以上固態(tài)窄帶輻射加熱元件。
2. 一種在拉伸吹塑操作之前熱處理熱塑性預(yù)成型件的方法，該方法包括以下步驟輸送一系列預(yù)成型件通過(guò)吹塑機(jī)的熱監(jiān)控部的所選擇的加熱區(qū)；在至少一個(gè)加熱區(qū)中旋轉(zhuǎn)所述系列預(yù)成型件中的每個(gè)預(yù)成型件；和在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)用基于窄帶照射的輻射加熱元件照射每個(gè)預(yù)成型件大約10秒或小于10 秒，從而為了進(jìn)一步的處理希望地、適當(dāng)?shù)丶訜崴鲱A(yù)制件，所述窄帶元件用于發(fā)射窄波長(zhǎng) 帶的輻射。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中小于10秒包括小于5秒、小于3秒、小于2秒、小于 1秒和小于二分之一秒中的一種。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在進(jìn)入所述熱監(jiān)控部之前測(cè)量即將進(jìn)入的預(yù)成型件的內(nèi)表面和外表面的溫度以測(cè)定 潛熱含量；基于即將進(jìn)入的預(yù)成型件的溫度產(chǎn)生控制信號(hào)以應(yīng)用于所述窄帶輻射加熱元件；和將這些控制信號(hào)傳遞到所述窄帶輻射加熱元件以獲得該預(yù)成型件的所希望的熱分布圖。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括分別測(cè)量各預(yù)成型件。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括照射各獨(dú)立的預(yù)成型件，利用所述的窄帶加 熱元件獲得對(duì)該預(yù)成型件的恰當(dāng)?shù)募訜?，所述元件具有大?0，000小時(shí)的使用壽命。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)在所述預(yù)成型件的整個(gè)長(zhǎng)度上獲得所希 望的熱分布圖而需要的熱注入來(lái)照射各獨(dú)立的預(yù)成型件。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)在所述預(yù)成型件繞其長(zhǎng)軸的旋轉(zhuǎn)圓周周 圍獲得所希望的熱分布圖而需要的熱注入來(lái)照射各獨(dú)立的預(yù)成型件的能力。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所希望的截面熱分布圖導(dǎo)致預(yù)成型件從外表面到內(nèi) 表面均勻地被加熱。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所希望的截面熱分布圖導(dǎo)致預(yù)成型件從外表面到 內(nèi)表面不均勻地被加熱。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述旋轉(zhuǎn)包括改變轉(zhuǎn)速或照射量中的至少一個(gè)以 獲得更均勻的加熱。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述照射在大于1.2微米的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求2所述的方法，其中采用在大于1.2微米處發(fā)射的至少一個(gè)元件和在小 于1. 2微米處發(fā)射的另一個(gè)元件預(yù)先進(jìn)行所述照射。
14. 一種用于將窄帶輻射熱選擇性地注入目標(biāo)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含至少一個(gè)固態(tài)窄帶照射器件元件，所述至少一個(gè)窄帶照射元件用于發(fā)射在窄波長(zhǎng)帶內(nèi)的輻射熱輸出用于所述目標(biāo)的相關(guān)應(yīng)用，選擇所述窄波長(zhǎng)帶以符合相關(guān)目標(biāo)材料的特定吸 收特性，安裝裝置，定位所述至少一個(gè)窄帶照射元件使得由其而來(lái)的照射對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，當(dāng)所述目 標(biāo)在加熱區(qū)中時(shí)，所述安裝裝置用于使對(duì)準(zhǔn)的輻射跟隨目標(biāo)；和用于給所述至少一個(gè)窄帶元件供應(yīng)電流的裝置，由此發(fā)生直流電到光子輻射轉(zhuǎn)化過(guò)程。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)和方法，進(jìn)一步包括一種照射系統(tǒng)，其利用已被選定與 所述目標(biāo)材料的吸收性能具體對(duì)應(yīng)的輻射波長(zhǎng)以具有所希望水平的通過(guò)目標(biāo)截面的輻射 加熱。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述安裝裝置包括可旋轉(zhuǎn)的元件。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中可旋轉(zhuǎn)的安裝裝置是旋轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，照 射站與爐中在任何給定的時(shí)間下被加熱的各個(gè)目標(biāo)相對(duì)應(yīng)，并且在爐中在所述任何給定的 時(shí)間下被加熱的各個(gè)目標(biāo)被相應(yīng)的照射站加熱。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述結(jié)構(gòu)包括多個(gè)照射站，并且各照射站能夠被 用于供應(yīng)電流的裝置分開控制以加熱相應(yīng)的目標(biāo)。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述結(jié)構(gòu)包括檢測(cè)目標(biāo)熱參數(shù)和控制電流供應(yīng)以 相應(yīng)地控制各照射站。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中檢測(cè)目標(biāo)熱參數(shù)包括檢測(cè)各獨(dú)立目標(biāo)實(shí)體的目標(biāo) 熱或目標(biāo)熱分布圖中的一種，由檢測(cè)信息確定各獨(dú)立的目標(biāo)實(shí)體的照射熱注入需求，向用 于給至少一個(gè)窄帶照射元件供應(yīng)電流的裝置發(fā)送控制信號(hào)，相應(yīng)地照射所述目標(biāo)實(shí)體。
21.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在相應(yīng)的照射站的照射場(chǎng)內(nèi)旋轉(zhuǎn)各目標(biāo)實(shí) 體的機(jī)械裝置。
22.如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中注入輻射能的所述目標(biāo)實(shí)體是在隨后的操作中準(zhǔn) 備被吹制成瓶子的塑料瓶預(yù)成型件。
23.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中將每個(gè)照射站設(shè)計(jì)為能夠?qū)⒛繕?biāo)實(shí)體插入其中用 于照射的容器，并且使插入的運(yùn)動(dòng)方向基本上平行于主爐的旋轉(zhuǎn)軸。
24.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中通過(guò)旋轉(zhuǎn)連接供給電源或冷卻液中的至少一種用 于爐的可旋轉(zhuǎn)部分。
25.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述安裝裝置包括所述至少一個(gè)窄帶照射元件的 多個(gè)χ乘y陣列。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中線性陣列可沿目標(biāo)的路徑移動(dòng)。
27.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述容器包括反射外殼，其形狀被設(shè)計(jì)為將通過(guò) 所述目標(biāo)的大量照射能量反射回該目標(biāo)。
28.一種用于將窄帶輻射熱選擇性地注入目標(biāo)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含至少一個(gè)固態(tài)窄帶照射元件，所述至少一個(gè)窄帶照射元件用于發(fā)射在窄波長(zhǎng)帶內(nèi)的輻 射熱輸出用于所述目標(biāo)的相關(guān)應(yīng)用，選擇所述波長(zhǎng)以符合相關(guān)目標(biāo)材料的特定吸收特性；安裝裝置，定位所述至少一個(gè)窄帶照射元件使得由此而來(lái)的照射對(duì)準(zhǔn)所述目標(biāo)，該安 裝裝置被設(shè)置為限定至少一個(gè)加熱區(qū)并且選擇性地接收在加熱區(qū)中來(lái)自所述至少一個(gè)窄 帶照射元件的輻射熱被注入其中的目標(biāo)實(shí)體，該裝置具有將目標(biāo)實(shí)體送入和送出所述至少一個(gè)加熱區(qū)的可旋轉(zhuǎn)元件；用于將照射導(dǎo)入選擇性加熱區(qū)的至少一個(gè)光學(xué)元件；和用于向所述至少一個(gè)窄帶照射元件供應(yīng)電流的裝置。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述加熱區(qū)進(jìn)一步被至少一個(gè)反射鏡限定。
30.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)窄帶照射元件包括陣列。
31.如權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其中所述安裝裝置包括限定被設(shè)置為相對(duì)于彼此以一 般圓形布置的多個(gè)加熱區(qū)的多個(gè)陣列。
32.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述安裝裝置使應(yīng)用光纖傳送并且將輻射對(duì)準(zhǔn)所 述目標(biāo)材料更便利。
33.如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述光纖可以在所選擇的區(qū)域成扇形散開以獲得 均勻的加熱。
34.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)實(shí)體包括將在隨后的操作中被吹制成瓶 子的塑料瓶預(yù)成型件。
35.一種用于在成型或加工操作中非接觸熱處理預(yù)成型件的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含用于輸送預(yù)成型件的導(dǎo)軌；具有多個(gè)臺(tái)架裝置和相應(yīng)的加熱腔的爐，利用窄帶發(fā)射元件，所述加熱腔提供預(yù)成型 件的照射，所述窄帶發(fā)射元件用于發(fā)射在窄波長(zhǎng)帶內(nèi)的輻射熱以與所述預(yù)成型件的所希望 的吸收特性相匹配；和用于將預(yù)成型件從所述導(dǎo)軌傳送到所述臺(tái)架裝置的傳送軸，所述臺(tái)架裝置用于進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)以將所述預(yù)成型件放入和取出所述加熱腔，所述傳送軸用于進(jìn)一步將所述預(yù)成型件傳送 到吹塑機(jī)。
36.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中在10秒以下完成所述預(yù)成型件的照射。
37.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于在該系統(tǒng)中執(zhí)行冷卻功能的入口和出
全文摘要
提供一種為了大范圍加工的目的將選擇的窄帶寬熱紅外(IR)輻射或能量直接射入制品中的系統(tǒng)。根據(jù)目標(biāo)實(shí)體的特定吸收帶特性選擇照射波長(zhǎng)以產(chǎn)生所希望的熱傳輸效率。本發(fā)明的應(yīng)用可以包括加熱、提高或保持制品的溫度，或者在不同的工業(yè)、醫(yī)療、消費(fèi)或商業(yè)環(huán)境的范圍內(nèi)激發(fā)目標(biāo)物。該系統(tǒng)尤其可應(yīng)用于需要或者受益于能夠以具體選擇的中紅外波長(zhǎng)照射或者使輻射產(chǎn)生脈沖或注入的操作。當(dāng)該系統(tǒng)以較高的速度并在與目標(biāo)無(wú)接觸的環(huán)境中運(yùn)行時(shí)是特別有利的。
文檔編號(hào)B29C49/64GK101801625SQ200880019102
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2008年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者丹伍德·E.·羅斯三世, 唐·W.·科克倫, 小諾埃爾·E.·摩根, 馬克·W.·莫爾 申請(qǐng)人:普瑞斯克技術(shù)公司