专利名称：星际光收集器的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及用于收集和聚集从外部空间和天体发射的光的装 置和方法，该天体包括但不限于恒星、行星、月亮和彗星。特别是， 本发明包括用于收集、分量波长的选择(例如通过色散)，以及将星 际光应用到物质上用于研究目的的星际光收集设备及方法。
背景技术：
自从出现时间，"光"(即电磁谱)已经成为从光合作用到现代 摄影的每件事情中的仪器。已经在光伏电池中利用太阳光产生动力以 产生电，己经通过人工产生光来促进植物生长，并且甚至已经将不可见光用于各种医学应用，诸如X射线和肿瘤检测装置。确实，在关于光的工业和医学应用主题方面，大量背景文献(例 如，见National Research Council, Harnessing Light: Optical Science and Engineering for the 21st Century, National Academy Press, 1998; Kaler, James B., Stars and Their Spectra: An Introduction to the Spectral Sequence, Cambridge University Press, 1989; Scranton， Bowman, & Peiffer, Editors, Photopolymerization: Fundamentals and Applications, American Chemical Society, 1996; and Kalyanasundaram & Gratzel, Photosensitization and Photocatalysis Using Inorganic and Organometallic Compounds, Kluwer Academic Publishers, 1993)。用于收集天体光的当前技术包括使用"光桶(light bucket)"， 即，收集光子但不是衍射极限的光学接收望远镜。换句话说，光桶不能将光子聚集成非常小的紧凑的焦斑。因此，光桶技术受到不能聚集光的牵制，而聚集光在诸如激光器 的各种应用方法中是有用的。另外，传统的望远镜不能提供用于使聚 焦的光色散为用于工业或医学实验和应用的分量光谱。由此，存在对用于改进收集、聚集和色散天体光的方法和装置。发明内容本发明大体涉及用于天体光的收集、聚集和应用的装置和方法。 特别是，本发明包括用于通过利用收集反射镜和位于焦点处的色散装 置收集、聚集天体光并将天体光分离为不同波长和频率的装置和方法。本发明的装置所期望的用途是收集和利用星际光产生动力以通过 各种应用利用其光谱的独特性来造福于人类。因此，本发明将收集恒 星和其他天体的光谱和强度、利用其产生动力并对其进行应用，这明 显不同于太阳的光谱，并且也不能在地球上的任何地方复制。本发明建立在基本望远镜的原理和技术上。本发明不是仅仅从地 球上观察天体，而是收集和聚集天体从天空向下发射的光并将该光分 离为各种光谱。在一个实施例中，本发明的方法包括如下步骤利用反射镜收集 来自天体源的光，将该反射镜收集的该光聚焦到焦点，利用位于该焦 点处的孔径使该聚焦的光色散，并且使地球上的物质暴露于该色散的 光的至少一部分。由此，本发明的首要目的是提供一种用于聚集和选择来自天体源 的光的天体光收集器。本发明的另一实施例涉及一种天体光收集器，该天体光收集器包括反射镜，沿着该反射镜的焦轴而设置的聚焦罩(focus cage)，以及用于使该反射镜反射的天体光色散的装置，其中用于色散的该装置沿 着该焦轴定位并且容纳在该聚焦罩内。在本发明的另一实施例中，将适于使天体光在聚焦罩内折射的菲 涅耳透镜用作该用于色散的装置，或附加到该用于色散的装置。可替换地，该用于使光色散的装置包括厚度在0.5毫米到8毫米之间的透镜 或棱镜。优选地，上述实施例的反射镜是厚度在0.5毫米到l.O毫米之间的 聚碳酸酯抛物面反射镜。同样优选地，该反射镜是尺寸在2,000平方英 尺到4,000平方英尺之间的地平式(altitude-azimuth)离轴分段的反射镜。本发明的一个方面是天体光没有障碍地进入该聚焦罩，该聚焦罩 可以设置在旋转底座构件上以更好地与该反射镜/收集器对准。另外， 在本发明的实施例中，通过设置在旋转底座构件上而使得该反射镜本 身是可旋转的。优选地，该旋转底座构件是设置在混凝土垫块上的垂 直轴方位角回转环。给定风的切变和在利用大的露出的反射镜(即，不容纳在诸如建 筑物或竖井的结构内的反射镜)方面的其他潜在的限制，该反射镜优 选设置在地形凹陷(topographic depression)内，其深度等于该反射镜 高度的至少三分之一。本发明的另一实施例的特征在于一种天体光收集器，该天体光收 集器包括由结构支撑的抛物面反射镜，该结构包含支柱和至少成对的 回转环使得该结构在水平面内是可旋转的，沿着该反射镜的焦轴设置 的聚焦罩，以及用于使该抛物面反射镜反射的天体光色散的装置，用 于色散的该装置沿着该焦轴定位并且容纳在该聚焦罩内。根据这些和其他目的，提供新的并且改进的用于收集、聚集和选 择跨越电磁辐射的光谱(例如，红外，可见和紫外光)的天体光。本发明的各种其他目的和优点将通过下面在说明书中的描述而变 得清楚。因此，为了实现上述目的，本发明包括以下在优选实施例的 详细描述中所完整描述的，并且特别是在权利要求中所指出的特征。 然而，这些描述仅仅披露了可以实践本发明的各种方式中的一部分。
图1是本发明的设备的示意性侧视图。图2是本发明第二实施例的示意性侧视图。图3是本发明第三实施例的前视图。图4是沿图3的线4-4的示出了优选反射镜分段的层组成的截面详细视图。图5是图解本发明的方法步骤的框图。
具体实施方式
本发明大体涉及通过利用相对较大的收集反射镜和位于焦点处的 色散装置收集、聚集和分离不同波长和频率的天体光的装置和方法。 同样，本发明并不提供天体物体的图像。在此使用的段落标题仅用于组织的目的，而不理解为对所描述的 主题的限定。在该申请中所引用的所有参考都是为了任何目而清楚地 引入以供参考。术语"天体光"是指起源于除了地球以外的某处并且覆盖从紫外 到红外的整个范围的光或电磁谱。I.天体光收集器图1是本发明第一实施例的侧视图。示出天体光收集器2，其包括反射镜3，其优选为抛物面构造并且由厚度在0.5毫米到1.0毫米之间的聚碳酸酯制造，由基板5支撑且通过枢轴6是可旋转的。枢轴6 水平地设置在架台8上，架台8连接到垫块11内的可旋转的底座10， 垫块11优选是水泥的。枢轴6和底座10允许反射镜3在垂直和水平 平面内被调节。聚焦罩12沿着反射镜3的焦轴而设置并且定位于对应于焦点fp 的距反射镜一定距离处。用于使反射镜3反射的天体光色散的装置14 沿着焦轴A定位并容纳在聚焦罩12内。优选地，用于使光色散的装置 4位于焦点fp处，由此使光谱在色散之前发生聚集。用于使光色散的示 例性装置包括，而不限于孔径，诸如滤光器，透镜，衍射光栅和棱镜。尽管在图中未示出，但是收集器2还包括适于使天体光在聚焦罩 内折射的菲涅耳透镜和/或抛物面反射镜。为了收集和聚集大量的光，收集器2必须相对较大。优选地，反 射镜3实质上是由整体在2000至4000平方英尺之间的许多较小反射 镜区域组成的分段阵列。给定这一大尺寸，聚焦罩12和反射镜3优选 不在共用的建筑物内共同定位。确实，对于图1所示的收集器，在反 射镜和聚焦罩之间存在100英尺的开放距离。因此，使得该罩能够位 于焦点处的聚焦罩和反射镜之间的距离必须依赖于反射镜的尺寸。在这方面，聚焦罩12优选是可移动的。移动性可以是旋转的形式， 诸如可以这样实现，通过使聚焦罩12设置在旋转底座构件16上，或 例如通过将该罩连接到跟踪系统(未示出)使得其能够朝向和远离反 射镜3移动或者当反射镜旋转时同心地绕着该反射镜移动。与分光镜不同，本发明的收集器并不依赖于狭缝和衍射光栅使光 分离为分量波长，并且反射镜所收集的天体光并不经过分析仪器，诸 如光电倍增管或光电探测器。另外，与分光镜相比，本发明使天体光在色散为分量波长之前聚集。为了减小诸如风的切变在本发明上的应力，收集器2优选设置在 地形凹陷内，其深度等于所述反射镜的高度的至少三分之一。然而， 在图l所示的实施例中，收集器2设置在距地平面近似60英尺深的凹陷内，其大大超出了反射镜高度(同样大约为60英尺)的三分之一。转到图2，示出了本发明的光收集器阵列20。收集器阵列20包括 容纳在支柱24的结构内的抛物面反射镜22，并且成对的回转环26设 置在抛物面反射镜22的每一端处。回转环26提供姿态控制，并且另 外，允许从反射镜反射的光没有障碍地沿着光轴B行进到聚焦罩30。 聚焦罩30是优选包含光可以施加到其上的研究主题、有机和无机物质 等的建筑。优选地，支柱24的结构安装在可旋转的底座32上，诸如栓住在 混凝土垫块36顶上的垂直轴方位角回转环34。同样优选地，使聚焦罩 30沿着反射镜22的焦轴B设置，使得用于使抛物面反射镜22反射的 天体光色散的装置38位于容纳在聚焦罩内的焦点(fp2)处。作为将色散装置38定位在焦点fp2处的结果，聚集的光被分离为 分量波长(例如，人p人2，人3)。然后将一个或多个分量波长用于使物 质(在这种情况下是生物物质40)曝光，由此确定在地球上没有发现 的光谱的影响。在使物质曝光之前，例如可以通过菲涅耳透镜41或棱 镜42对聚集的光进行进一步操作。优选地，收集器20仅具有单个反射镜以将光反射到聚焦罩30内， 允许光没有障碍地行进到那里。同样优选地，用于使光色散的装置包 括厚度在0.5毫米到8毫米之间的透镜。转到图3，示出了本发明的反射镜的第三实施例。反射镜44由分段46的阵列组成并且优选是抛物面形状。分段46被驱动环48所包围， 驱动环48通过棍52可旋转地与高度轭(altitude yoke) 50接触。高度 轭50优选包围驱动环48，尽管在本特定图解中仅示出了切除部分。分段的设计允许相对较大的反射镜，即20-80英尺的直径，的构 造。给定该相对较大的反射镜尺寸，相信星际光的聚集会好到超过已 知的收集器，其中该聚集的光比所观察的单个物体亮至少五个数量级。图4是个别反射镜分段的截面图。将薄(例如，0.5毫米)的塑料 反射镜56 (例如，聚碳酸酯)层叠到泡沫基板58上。泡沫基板例如可 以包括五厘米的氨基甲酸乙酯(urethane)板条。进一步将泡沫基板层58 层叠到刚性面板60上，诸如夹在玻璃纤维之间的铝以便有良好的导热性。II.通过波长和/或频率聚集和选择天体光的方法 如图5所概述的，用于收集天体光的发明方法包括如下步骤利 用反射镜收集来自天体源的光，将该反射镜收集的光聚焦到焦点，利 用位于焦点处的孔径使聚焦的光色散，以及使地球上的物质暴露于所 色散的光的至少一部分。在某些应用中，本发明的方法还可以涉及利用菲涅耳透镜或利用 聚碳酸酯抛物面反射镜在色散之前对该收集和/或色散的光进行准直。 优选地，反射镜包括厚度在0.5毫米到1.0毫米之间并且设置在可移动 支撑结构上的聚碳酸酯反射镜结构。另外，焦点孔径优选是厚度在0.5 毫米到8.0毫米之间的透镜。在另一些应用中，聚集的星际光被准直并利用菲涅耳透镜或抛物 面反射镜而进一步精确定点到小于毫米。在另一些应用中，被准直的 光被脉冲调制或被选通。由于诸如大气的阻挡层以及相对弱强度的未 被聚集的星际光，本发明提供了独特的机会来使生物物质暴露于先前III.收集和聚集的天体光的应用在某些实施例中，设想应用聚集和选择的天体光的方法。1) 医学的A) 光动力治疗法-利用光来治疗癌症，检测肿瘤，并治疗诸如牛 皮癣的皮肤疾病。其他用途是治疗诸如季节性情感紊乱或临床抑郁症 的疾病。B) 外科-利用光来开发用于最低限度地侵入治疗的新技术，该方 法减小了与传统外科技术有关的外伤。C) 光学诊断技术-在这一领域中，光具有诸如血液监测、视网膜 摄影以及糖尿病中的葡萄糖监测的应用。2) 娱乐A) 激光演示娱乐光表现为常常随着音乐而设计的，诸如在拉斯 维加斯、NV的酒店和娱乐场或游乐园所看到的那些。B) 全息图-包括在可逆的全息术和开关的全息光栅中的进步。3) 农业A) 发芽利用光来刺激或抑制生长过程，诸如种子的光敏感刺激。 一种潜在的用途是延长种子的休眠。B) 光敏色素的刺激利用光来控制植物中的感光器光敏色素的响 应，以便刺激所需要的生长模式。C) 植物性刺激利用光刺激植物的主要生长受体，诸如细胞分裂， 以获得所需要的效果。4) 工业A)光致聚合作用当前，存在无数光致聚合作用的用途。四种这 种应用包括利用光产生如下更耐用的塑料、粘合剂、密封剂和金属涂层。B) 光刻术在集成电路制造中实质上将光用作使能器。C) 光学存储利用光使诸如光盘的现有技术能够存储更多的信息。D) 印刷材料包括预打样机，印刷油墨，印刷板和盲字材料的生5)科学研究A) 光化学包括通过光敏作用和光催化作用的实验。B) 光电效应可以通过参考实例更好地理解上面已经描述的本发明。仅打算将 下面的实例用于描述的目的，而不应理解为以任何方式限定本发明的 范围。预示的实例 实例1天体光被聚集且被选择用于应用到正遭受抑郁症的测试对象的皮肤。这可以这样来实现，利用小至30分钟的接近10,000 lux的非常亮 的光或以2小时的大约25001ux的光以便模拟光的平均日曝光量，即 250或更多lux的阳光充足的位置。实例2已经研究出一种理论，其中由a粒子、离子、质子和中子组成的天 体纯光与人工产生的光不同；并且，这种光有各种波长和频率并因此 有各种颜色。本发明可以被用于通过收集、聚集和色散天体光来检验 这一理论，因此能够研究其颜色、波长和频率并与人工产生的光进行 比较。实例3已经研究出一种理论，其中在工业和科学界，在各种聚合物和晶体的生长方面天体纯光的影响会产生重要的形状、尺寸和结构。这一 理论将通过使聚合物和晶体暴露于根据本发明的方法所收集、聚集和 色散的不同波长和强度的天体光来进行测试。实例4已经研究出一种理论，其中天体光将对植物中的发色团具有深远 的影响，并且同样对光敏色素、生产各种生长因子具有深远的影响。 为了测试这一假设，将使植物物质暴露于根据本发明的方法所收集、 聚集和色散的不同波长和强度的天体光。实例5已经研究出一种理论，其中利用天体的各种波长和频率将显示出 与正在研究的关于卟啉的不同的结果。特别是，我们提出使卟啉暴露 于根据本发明的方法所收集、聚集和色散的不同波长和强度的天体光。在此处的说明书中描述的和在附加的权利要求中所限定的本发明 的原理和范围内，本领域技术人员可以对己经描述的细节和组分进行 各种改变。例如，图3的反射镜可以被取代为梯形构造。因此，尽管 在此处本发明己经示出并描述了相信是最实用的并且优选的实施例， 但是应当承认可以在本发明的范围内进行偏离，本发明的范围并不局 限于此处所披露的细节，而是与权利要求的整体范围一致，以包含任 何和全部等价的方法和产品。
权利要求
1.一种用于收集天体光的方法，该方法包括如下步骤a)通过利用反射镜收集来自天体源的光；b)将由所述反射镜收集的所述光聚焦到焦点；c)利用位于所述焦点处的孔径使所述聚焦的光色散；以及d)使地球上的物质暴露于所述色散的光的至少一部分。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)之前利用菲 涅耳透镜对所述色散的光进行进一步操作。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(d)之前利用聚 碳酸酯抛物面反射镜对所述色散的光迸行进一步操作。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述反射镜包括厚度在0.5 毫米到l.O毫米之间的聚碳酸酯反射镜。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(b)期间所述反 射镜并不被容纳在结构内，而是将所收集的光聚焦到结构内。
6. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述结构和所述反射镜不 共同位于共用的建筑物内。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述结构是可移动的。
8. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述结构是可旋转的。
9. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述焦点孔径是厚度在0.5 毫米到8.0毫米之间的透镜。
10. 根据权利要求l所述的方法，其中，在步骤(C)之前对所述 光进行准直。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其中，所述准直的光被进一步 精确定点到直径小于毫米。
12. 根据权利要求IO所述的方法，其中，所述准直的光被脉冲调制或被选通。
13. 根据权利要求l所述的方法，其中，步骤(d)中的所述物质 是生物物质。
14. 一种天体光收集器，该天体光收集器包括 反射镜；聚焦罩，该聚焦罩沿着所述反射镜的焦轴而设置；以及 用于使由所述反射镜反射的天体光色散的装置，其中，用于色散 的所述装置沿着所述焦轴定位并且被容纳在所述聚焦罩内。
15. 根据权利要求14所述的收集器，进一步包括适于使天体光在 所述聚焦罩内折射的菲涅耳透镜。
16. 根据权利要求14所述的收集器，其中，所述反射镜包括聚碳 酸酯抛物面反射镜。
17. 根据权利要求16所述的收集器，其中，所述反射镜聚碳酸酯 反射镜的厚度在0.5毫米到1.0毫米之间。
18. 根据权利要求14所述的收集器，其中，所述反射镜包括地平 式离轴分段的阵列。
19. 根据权利要求18所述的收集器，其中，所述分段的阵列在2,000平方英尺到4,000平方英尺之间。
20. 根据权利要求14所述的收集器，其中，所述聚焦罩和所述反 射镜不共同位于共用的建筑物内。
21. 根据权利要求14所述的收集器，其中，所述聚焦罩是可移动的。
22. 根据权利要求14所述的收集器，其中，用于使所述光色散的 所述装置包括厚度在0.5毫米到8毫米之间的透镜。
23. 根据权利要求14所述的收集器，其中，由所述反射镜收集的 所述天体光不经过分析仪器。
24. 根据权利要求14所述的收集器，其中，所述聚焦罩包含棱镜， 所述天体光通过所述棱镜而色散。
25. 根据权利要求14所述的收集器，其中，所述天体光没有障碍 地行进到所述聚焦罩内。
26. 根据权利要求14所述的收集器，其中，所述反射镜设置在旋 转底座构件上。
27. 根据权利要求26所述的收集器，其中，所述旋转底座构件是 设置在混凝土垫块顶上的垂直轴方位角回转环。
28. 根据权利要求14所述的收集器，其中，所述反射镜设置在地 形凹陷内，所述地形凹陷的深度等于所述反射镜的高度的至少三分之
29. —种天体光收集器，该天体光收集器包括抛物面反射镜，该抛物面反射镜通过含有支柱和至少成对的回转 环的结构支撑，其中，所述结构在水平面内是可旋转的；聚焦罩，该聚焦罩沿着所述反射镜的焦轴而设置；以及用于使由所述抛物面反射镜反射的天体光色散的装置，其中，用 于色散的所述装置沿着所述焦轴定位并且被容纳在所述聚焦罩内。
30. 根据权利要求29所述的收集器，其中，所述反射镜是用于将 光反射到所述聚焦罩的唯一的反射镜。
31. 根据权利要求29所述的收集器，其中，反射的光比单个观察 的物体亮至少五个数量级。
全文摘要
利用大的收集反射镜(3)和位于焦点(14)处的色散装置(38)收集、聚集并使天体光色散为不同波长的光谱的装置(2)和方法。
文档编号G02B5/10GK101258430SQ200680032471
公开日2008年9月3日 申请日期2006年6月26日 优先权日2005年7月5日
发明者理查德·沙频 申请人:理查德·沙频