用于在窄带系统中产生工程设计辐照图案的系统和方法与流程

本申请案的领域涉及一种用于实施窄带数字热注入技术的方法和构造技术。更具体地说，本申请案教示其产生工程设计辐照图案的新颖实施技术。

背景技术

已例如在美国专利第7,425,296号(其以引用的方式并入本文中)和2010年3月5日申请的美国专利申请案第12/718,899号(其以引用的方式并入本文中)等等中教示了窄带数字热注入技术。先前窄带加热技术申请案中的任一者中没有教示可被安全地实践而无需某一形式的光子封锁的加热、烹饪、烘焙加工或除冰方法。还缺少用于使辐照场“平滑”以借助于例如漫射器的新颖使用而在标靶上的适当部位处提供辐射能量的正确混合的工程设计方法。迄今为止，借助于窄带辐照的全部加热必要地必须包含各种形式的护目镜、防护面罩、腔内封锁、光学隔离，或使用基本上不透射正被采用的波长的防护衣和/或其它物理屏障。在美国国家标准学会(americannationalstandardinstitute；ansi)z136.1系列标准中陈列了要采取的阈值和特定安全措施。这些工业公认安全标准指定了针对窄带点源的最大容许暴露和应被使用以使它们对于用户来说安全的缓解措施。

强烈的窄带光子能量具有内在危险性，且必须被谨慎地处理和适当地使用以倾于安全系统。通篇中使用术语窄带以意指半高全宽带宽小于150纳米，但实务上常常可小于15纳米的光子能量。尽管其它类型的窄带辐照源是可用的，但最常用且最可能结合数字热注入技术而使用的是led、激光器和激光二极管。在过去的几十年里，led已变得越来越强大。新近的新闻报道表明了led已在过去的二十年中的每一年里具有每年约23％的平均功率增加。现在有可能取得可产生大约二十光学瓦特的功率的单led装置，且功率输出能力被预期为继续上升。个别装置的功率正在上升，且个别装置开始个别地对于数字热注入应用更有用。常常和历史上，led以各种方式排列，以便产生足够的集体功率来使数字热注入应用成为可能。

激光器是另一类型的流行窄带辐照源，且它们出于不同目的而可用于各种各样的不同类型。描述全部不同类型的激光器超出了本申请案的范围，且正在不断地发明新类型。它们通常属于气体激光器、化学激光器、固态激光器和半导体激光器的类别。产生光子输出的光子晶体管和石墨烯装置仍然是开发实验室，但有迹象表明它们在不久的将来的某些时候可能会在高效率下具有相当大的窄带输出。这将会使它们参与窄带辐照场，且它们将同样受益于本发明。

尽管可采用任何类型的激光器来执行窄带加热应用，但半导体激光器容易最能适应。它们通常是且越来越成为最经济的采用类型。半导体激光器适合于与其它装置一起排列，使得整体功率和几何配置与应用很好地配合。举例来说，如果期望借助于激光辐照来加热具有大表面积的标靶物品，那么可构造具有半导体激光器的宽度、广度和互补的阵列，其将有助于使发射图案适当地且以所需功率密度覆盖整个标靶。

在设计阵列时，必须仔细地考虑包括阵列的每一半导体激光装置的特定辐照图案。一些个别装置将具有矩形辐照输出图案，而其它装置可具有圆形或椭圆形输出图案。通常，还存在所谓的快速和慢速发散轴，它们被定位成沿着装置的输出图案的中心线彼此旋转90度。常规的边缘发射激光二极管通常将在快速方向上具有x的发散角且在慢速方向上具有y的发散角。而vcsels(垂直腔表面发射激光器；verticalcavitysurfaceemittinglasers)具有大约z度的圆锥形发散图案，且sedfb(表面发射分布反馈；surfaceemittingdistributedfeedback)装置在一个轴上聚焦或不发散且在另一轴上以六到十度略微发散。

dhi辐照系统的设计者必须考虑到预期标靶的远场平面或3d表面处的能量强度分布来设计每一阵列。为了实现此情形，必须理解每一个别装置的输出且将其建模成阵列布局。因为常规的边缘发射激光二极管在每一转向轴上具有粗略高斯输出，所以这可能有一定的挑战性。sedfb装置具有粗略平场、矩形输出，但它们仍然必须非常仔细地排列，使得在设计中容纳辐照图案重叠。

出于其它原因，在整个激光辐照链中还必须很好地理解能量强度。如上文所提到，重要的是能够在未预期均匀辐照的情况下弄清或至少理解标靶将如何接收辐照来实现所要加热或可能实现烹饪结果。同样出于另一重要原因，必须理解激光链的辐照图案和强度。必须非常仔细地考虑对人类、动物和财产的内在安全性。在大多数国家，出于安全原因，存在监管关注点，在所述监管关注点内，必须约束指定所允许的每单位面积最大强度的设计。

除了能量强度或密度以外，还存在使窄带辐照系统安全的另一重要考虑方面。如果能量是从实际上可被认为是“点源”的能量产生，可被认为是激光器的所有窄带源都是这种情况，那么关注点是能量可通过眼睛的晶状体在人类或动物的视网膜上重新聚焦为点斑。环境中的各种光学境况可能有助于无意中将能量通过眼睛重新聚焦为足够小的斑点以对视网膜造成损害。在高于约1,300纳米的特定波长下，眼角膜中的分子吸收特性将会吸收足够的光子能量以防止其到达视网膜。尽管在一些中波和长波红外波段有相当大的吸收，但必须假设良好的实践和工程设计将设法保护眼睛和皮肤免于将点源能量重新聚焦为小到足以造成损害的斑点，其阈值在ansiz136.1系列标准中被界定。因此，有必要在从短紫外(ultraviolet；uv)到长红外(longinfrared；lir)的范围内使用诸如led和激光二极管的点源的辐照系统的设计中加以仔细注意，尤其是如果这些点源装置具有相当大的辐照通量功率。

出于加热、烹饪、解冻、烘焙加工等等的目的，与窄带辐照相关的另一至关重要的挑战将是使适量的能量到达标靶的正确区域以实现预期工作的挑战。出于阐明起见，装置或装置阵列的“自然”辐照图案几乎无疑地不对应于标靶的形状，使得适量的辐照能量到达标靶的每一所要部分。作为简单实例，5×5(25个装置)sedfb装置的阵列可具有在标靶平面处测量为3英寸乘4英寸的自然辐照图案。如果要辐照的标靶具有大约6英寸乘8英寸的大小，那么需要调用额外工程设计发散以覆盖在x和y方向两者上大约两倍的标靶区。如果加热系统或烹饪烤箱被设计成有时为一些应用辐照6英寸乘8英寸的区域，但对于其它应用希望辐照10英寸乘14英寸的标靶平面，那么会存在困境。如果其被设计成辐照10英寸乘14英寸的标靶区域，那么热通量遍及140平方英寸而散布。当标靶很好地配合在6英寸乘8英寸的标靶平面区域内时，那么它将浪费大量的热通量，这是因为在这种境况下仅必须覆盖48平方英寸的辐照区域。类似地，如果烤箱被设计成用于烘烤15英寸的圆形披萨饼，但有时可能用以烹饪牛排或5英寸乘7英寸的冷冻正餐，那么结果将是未聚焦在较小标靶上的未使用的烹饪功率。因为15英寸直径的披萨饼相较于5英寸乘7英寸的标靶区域(226平方厘米)的35平方英寸涵盖约176平方英寸(1,135平方厘米)，所以当烹饪相较于披萨饼较小的标靶区域时，约80％的烹饪功率将根本不能被适当地利用。取决于系统的设计，没有必要开启所有可用功率，但那种配置根本无法使用可用功率来获得在将更多功率聚焦在正确大小的标靶区域上的情况下可能得到的速度优势。

我们可设想各种各样的类似于这样的情形，及在设计加热系统或烹饪烤箱期间所需要的最终决策。当然，其同样关于窄带辐照系统中的所要腔大小。举例来说，如果窄带辐照配置不能辐照所要大小的标靶区域，那么具有可容纳较大表面积的标靶或食物的大腔是没有意义的。但，当加热或烹饪较小标靶时，如果能量仅仅针对腔的整个覆盖区，那么会浪费相当大的能量且会降低性能。

在每单位面积功率密度具有较高瓦特的过小的辐照标靶区域与每单位面积具有基本上较低功率密度的大得多的标靶区之间存在张力。对于许多应用，功率密度的比率与某物可被加热、烘焙加工或烹饪的速度非常接近。使用如上文所提到的15"披萨饼相对于5英寸乘7英寸标靶区域的实例，我们将期望适合5英寸乘7英寸区的披萨饼切片的烹饪速度相比于通过广泛地遍及多五倍的表面积散布能量来烹饪整个披萨饼的烹饪速度快大约四到五倍。参考图11，展示各种不同的标靶区，其描绘可能需要在烤箱或加热系统中容纳的不同加热或烹饪情形。

技术实现要素：

在本发明所描述的实施例的一个方面中，一种用于使用工程设计辐照图案对标靶进行窄带辐射加热的系统包括：基于窄带红外半导体的发射器系统；标靶区域，所述标靶能够定位到所述标靶区域中；及工程设计组件，其布置在所述发射器系统与所述标靶区域之间的射束路径中，所述工程设计组件经配置以修改所述窄带红外发射器系统的输出能量的形状和功率密度，以在所述标靶区域中产生所述输出能量的所述工程设计辐照图案。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述发射器系统包括至少一个窄带红外半导体辐射发射装置。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述发射器系统包括窄带红外半导体辐射发射装置阵列。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述发射器系统包括多个窄带红外半导体辐射发射装置阵列。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述工程设计组件包括漫射器、漫射器配置、透镜、衍射光栅、菲涅耳(fresnel)透镜、反射镜和反射器中的至少一者。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述工程设计组件包括微透镜阵列，所述微透镜阵列匹配于发射器阵列中的个别装置的几何结构和输出。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述工程设计组件安装在固定物中以使其与所述发射器保持处于正确关系。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述固定物含有在所述射束路径中的多于一个工程设计组件。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述固定物采取箱盒、圆盘传动装置或用以互换工程设计组件的其它机械布置中的一者的的形式。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述工程设计组件具有修改所述发射器系统的所述输出以缓解所述未经修改输出的光学危害的漫射特性。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述系统具有用于用户的开放框架布置，其中当所述用户物理上相互作用到所述标靶区域中时，安全装置中断所述发射器系统的所述输出。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述阵列中的每一者与其自己的工程设计组件匹配以用于修改在所述标靶区域中产生的所述工程设计辐照图案。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述工程设计组件中的每一者修改所述输出能量以与具有特定功率密度水平的特定标靶相互作用。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，额外组件放置在所述工程设计组件与所述标靶区域之间的所述射束路径中以保护所述工程设计组件或人员中的至少一者。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述额外组件经配置以进一步修改所述发射器系统的所述输出。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述系统进一步包括烹饪系统的至少一部分。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，不同工程设计组件有助于不同辐射强度图案。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述可互换机械安装件有助于所述工程设计组件的调换或清洁。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述箱盒、圆盘传动装置或可互换机械安装件能够通过使用唯一定位特征而仅放置在所述射束路径内。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述发射器系统以一或多个窄带输出波长范围为特征，每一范围是针对其对所述标靶的不同加热结果。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述辐射发射装置位于所述标靶区域周围的一或多个定向上。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述辐射发射装置位于所述标靶区域上方和下方。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述安装固定物包含定位特征以有助于工程设计组件的唯一定向或正确工程设计组件针对那个位置的允许安装中的至少一者。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述工程设计辐照图案是圆形、正方形、三角形、矩形、弧形或多个这些形状中的一者。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述发射器系统与所述工程设计组件之间的距离可调整以改变所述工程设计辐照图案的大小。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述标靶区域是针对用户利用可见光学图案投影、物理标记或图形描绘中的至少一者而界定。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述标靶配合到在所述标靶区域内的唯一定位位置中固持所述标靶的固定物中。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述工程设计组件的特定配置被报告给控制系统或所述用户中的至少一者。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述可互换机械安装件响应于来自控制系统的信号而自动地或手动地改变。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述基于窄带红外半导体的发射器系统包括激光装置、激光二极管、表面发射激光二极管，或sedfb装置。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，一种用于使用工程设计辐照图案对食品进行窄带辐射加热的烤箱包括：基于窄带红外半导体的发射器阵列；标靶区域，所述食品能够定位到所述标靶区域中；及漫射器配置，其布置在所述发射器阵列与所述标靶区域之间的射束路径中，所述漫射器配置经配置以修改所述窄带红外发射器阵列的输出能量的形状和功率密度，以在所述标靶区域中产生所述输出能量的所述工程设计辐照图案来烹饪或加热所述食品。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，所述输出能量超过250瓦特。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，被分离达至少175nm的至少两个波长范围的输出能量是由所述发射器阵列产生。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，一种用于使用工程设计辐照图案对标靶进行窄带辐射加热的方法包括：从基于窄带红外半导体的发射器系统朝向标靶区域发射输出窄带红外能量，所述标靶能够定位到所述标靶区域中；及使用布置在所述发射器系统与所述标靶区域之间的射束路径中的工程设计组件修改所述窄带红外发射器系统的所述输出能量的形状和功率密度，以在所述标靶区域中产生所述输出能量的所述工程设计辐照图案。

在本发明所描述的实施例的另一方面中，一种用于使用工程设计辐照图案对食品进行窄带辐射加热的方法包括：从基于窄带红外半导体的发射器阵列朝向标靶区域发射输出窄带红外能量，所述食品能够定位到所述标靶区域中；及使用布置在所述发射器阵列与所述标靶区域之间的射束路径中的漫射器配置修改所述窄带红外发射器阵列的所述输出能量的形状和功率密度，以在所述标靶区域中产生所述输出能量的所述工程设计辐照图案来加热或烹饪所述食品。

附图说明

图1绘示用于发射装置的实例输出图案。

图2绘示用于发射装置的实例输出图案。

图3绘示用于发射装置的实例输出图案。

图4绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图5绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图6a绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图6b绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图6c绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图6d绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图7绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图8a绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图8b绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图9绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图10绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图11a绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图11b绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图11c绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图11d绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图11e绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图11f绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图11g绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图11h绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图12绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图13绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图14绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图15绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图16绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

图17绘示根据本发明所描述的实施例的实例实施例的特征。

具体实施方式

本申请案教示了将有助于解决上文所描述的困难工程设计挑战的新颖实施方案。其描述了将例如经特定工程设计或配置的漫射器的布置或系统实施到窄带辐照系统中以不需要物理或不透明隔离的新颖方式，且在许多应用中可作为用以防止暴露于窄带辐照的方法而不需要护目镜或过滤。其还有助于借助于插入元件——例如，不同工程设计组件，诸如漫射器或其它配置或元件——将辐照能量重新引导到不同形状的标靶区域，所述插入元件适于或适合于每一标靶大小和形状。

有可能利用单个辐照装置(例如基于窄带红外半导体的辐射发射装置)或利用多个此类辐照装置(例如包含此类装置的一或多个阵列)来构建窄带辐照系统(例如基于窄带红外半导体的发射器系统)。当利用辐照装置时，它们通常将以某种形式的阵列而配置，使得每一装置的几何安装布置适当地起作用，使得标靶处的辐照图案适于特定应用。无疑地，可出于各种目的而设计许多不同几何阵列布置，包含圆形布置、环形布置和各种3-d阵列形状，但在本申请案中出于阐释的目的，将使用平面矩形x乘y阵列来进行说明。无疑地，所述概念适用于许多不同几何配置，且所属领域的技术人员将能够相应地应用这些教示。

作为实例，x乘y激光二极管阵列可经配置使得在平行测量平面的隔开距离处，其与所述阵列的平面相隔六英寸，在辐照图案中没有间隙，但在一些图案中存在可预测且适当的重叠。假设在6英寸的隔开测量平面距离处，总复合辐照图案的大小是3英寸乘5英寸。可能期望将那个相同隔开距离处的总辐照图案调制成6英寸乘8英寸的辐照图案。应注意，x尺寸(3英寸)的宽度需要加倍，而图案的y尺寸(5英寸)仅需要增加60％。漫射器经配置或工程设计使得其可插入在射束路径中，使得来自每一装置的辐照在其到达6英寸测量平面或标靶的途中穿过漫射器的特定区段。漫射器离装置自身越近，漫射器区段就越小，其可用于每一装置。然而，插入到实例阵列的路径中的传统均匀漫射器将被预期为在x方向上与在y方向上提供大致相同量的漫射或射束扩展。这在许多应用中可能是完全可接受的或甚至最合意的工程设计结果。

然而，如果期望在x方向上与y方向相比较具有不同量的漫射或射束扩展，那么将不规定均匀漫射器。事实上，可商购的装置可提供实验已证实的在x方向上与y方向相比较将以明显不同的量漫射的漫射器。通过与专业漫射器制造商合作，有可能指定漫射装置，使得漫射比率对于许多不同工程设计境况的几何结构是完美的。这些漫射器可由玻璃制乘，且可被定向地蚀刻、图案蚀刻，或它们可由塑料模制而成，以提供特定需要的非均匀漫射。这些特殊化漫射器可提供被指定和设计为提供非线性漫射的甚至更多的有用性。此非线性可与每一个别激光二极管或辐照装置前方的特定漫射相关，使得在其输出图案的中心附近发生更多或更少的漫射，而在输出图案的末端附近发生不同量的漫射。如对于片状漫射器所提到，对应于个别激光二极管装置的每一漫射区不必相同。设计到用于例如较远离阵列中心的装置的阵列漫射器中的漫射可产生越来越大的漫射结果或相反地更少的漫射。通过相对于装置或阵列位置在不同方向上和在不同位置中介入不同漫射速率，可将无数个不同辐照图案工程设计到测量平面或辐照标靶处的结果。

在由若干可商购的漫射器制成漫射器之后可投影非常大范围的专业形状，诸如x形图案、十字形图案、圆形(空心圆环形状和已填满形两者)、沙漏形状，正方形图案等等。此类漫射器可被商购，以将圆形、椭圆形或矩形辐照输入变换成上述形状。可将非线性、圆形不对称、定向和许多组合设计到每一漫射器区段中，且然后可将几何中心对应于二极管中心的区段复合阵列部署成非常靠近二极管阵列，以用于工程设计辐照结果。因此，理论上，每一个别二极管可针对标靶区域的确切整体形状，使得每一装置的输出将仅仅增加标靶平面处的功率密度，且损失单个装置将不会在复合辐照图案中产生孔或间隙。

这种结合所需要的确切量和形状分散图案或漫射的新颖方式在辐照图案和辐照工作结果方面可具有巨大的分歧。同样，虽然此处已出于论述的目的而使用x和y方向，但有可能设计和实施精确的辐照分散或漫射阵列，其结合圆形非均匀、圆形对称或不对称辐照图案以改变、重新引导或校正诸如led和vcsel的具有本身发生的圆锥形辐照图案的装置的输出。它们常常还具有圆形对称高斯功率分布，其可利用工程设计漫射阵列予以重新映射。如果设计适当，那么这些非均匀漫射阵列可为有效窄带辐照应用提供至关重要的功能性。它可提供校正一些类型的装置的挑战性输出图案的功能性，且可更好地优化甚至最佳类型的辐照装置或装置阵列的复合输出图案。

如果实施正确，那么使用经工程设计或特定配置的漫射用于窄带辐照系统的此过程会带来一系列额外益处。已通过适当指定和配置的漫射器的辐照能量不能重新聚焦回为某一点。这主要使眼睛和皮肤的安全受益。通过漫射用户可能被暴露的输出，安全地使用激光器的ansiz136.1标准不再适用，而代替地可使用美国政府工业卫生学家会议(americanconferenceofgovernmentalindustrialhygenists；acgih)阈值限制值(thresholdlimitvalue；tlv)。acgih手册定义了各种暴露持续时间内各种非点源照明源的暴露限制。通过利用这种新颖技术，有可能设计烹饪、加温或保温站，其利用强大的窄带能量，但不必在罩壳内完全地封锁所述能量，这是因为它更安全，而这是因为它不能重新聚焦回为原始源的小点大小。其使得已穿过工程设计漫射器的辐射能量在空间上不相干。尽管辐照场中可用的能量密度可能仍然需要适当的安全防护，但有可能不需要窄带辐照区域的完全围封。

举例来说，只要辐照能量被仔细地直接引导到食品或标靶物品而不是进入烹饪系统的周围环境，就可期望设计具有开口侧的窄带辐照系统。使用未漫射的窄带点源，此类系统的输出(在任意近红外波长下)将限制于35w/m²或大于15米的危险区带(危险区带被定义为可操作激光器周围的区，其中必须遵守诸如护目镜的安全措施)。相比之下，适当漫射的窄带源——其中光不能向下重新聚焦为点源——可以高得多的能量密度进行操作。可允许的能量密度的确切值取决于预期暴露时间，即，期间用户可合理地被预期为与漫射红外能量直接接触的持续时间。对于任意近红外波长超过17分钟的直接暴露必须保持低于100w/m²。如果引导红外能量使得其并不长时间直接接触用户(诸如图9所展示的器具)，且用户仅被预期为在短暂的装载或卸载过程中直接与照明相互作用，那么tlv可显著地增加。举例来说，如果我们在从器具中移除食品的同时仅暴露于某一任意漫射近红外波长10秒，那么根据acgih指南，容许的能量密度限制会跃升到超过3,000w/m²。

必要或需要时，有可能使用存在感测技术来感测到外物插入到辐照场中，诸如手，使得在出现贯穿了存在感测场的入侵时，通过调制辐照能量输出的某一方面来立即停止辐照能量(其例如在一些情况下可能超过250瓦特的总光子能量)或使其安全。这将仅留下对从食品或器具表面散射出腔的能量的暴露限制，这是因为直接暴露于照明将不再是关注点。存在感测可采取多种形式，包含红外、扫描红外，或其它形式的可见或不可见光幕，其感测穿过或插入通过检测平面的任何物体。它还可利用电容场或rf场检测装置，其将感测到身体或其它物品正被插入到保护区域或区中。还可通过更简单或甚至更复杂的装置来提供保护，诸如连接到适当的计算机处理技术的电子摄像机，使得如果在辐照区中发生违反安全事件，就可发送输出信号以关断辐照。基于摄像机的感测还可致使系统根据辐照场中的内容物调制其输出，以便相应地加温或保温。可使用一系列不同感测装置和智能来检测在辐照场中发生安全入侵。它不必导致关断能量，而是实际上可将能量强度降低到低于安全阈值水平或关断/减弱与入侵附近不对应的选定辐照区域。

下文列出了在窄带辐照应用中实施本发明的一系列优势：

本发明的一个优势是，它将不需要窄带辐照源的物理或不透明隔离来防止光子能量到达个人或动物的眼睛或组织。

本发明的另一优势是，由于利用工程设计漫射降低了功率密度，故可以不需要安置在辐照源与个人或动物之间的护目镜或特殊过滤。

本发明的又一优势是有助于使照射到待加热或烹饪的标靶或物品的辐照强度平滑。

本发明的又一优势是促进半导体辐照装置几何阵列布置的更多灵活性。

本发明的又一优势是有助于消除安置在辐照阵列与用户或临时路人之间的门和机械互锁。

本发明的另一优势是能够设计一种系统，所述系统产生高度定向和特定地瞄准的光子能量，但呈现所述光子能量使得它不能重新聚焦为点源且因此安全得多。

本发明的另一优势是有助于设计用于加热、烹饪或保温的窄带辐照系统，所述系统不会完全地封锁罩壳内的光子能量。

本发明的另一优势是有助于窄带加热、烹饪或热保温系统，其可至少部分地是“露天”或“开放式”。

本发明的又一优势是能够设计窄带加热、烹饪或热保温系统，其结合电子存在感测装置而不是物理屏障来保障人员安全。

并且，本发明的又一优势是能够适当地设计将在x轴相对于y轴上结合更多漫射的系统。

本发明的另一优势是能够设计具有非常特定的辐照图案和能量密度的窄带辐照系统以满足应用需要。

本发明的又一优势是有助于构建窄带除冰系统，所述系统可在各种车辆、飞机或一般应用中安全地与人类或动物共存。

此技术的另一优势是能够在不同时间互换不同漫射器，以便针对给定应用得到正确的辐照场大小。

另一优势是能够通过将能量聚焦成所要形状、大小、强度和位置而利用在烤箱中产生的辐照能量的高得多的百分比。

本发明的又一优势是能够将烤箱中的辐照能量聚焦到多个特定大小和形状的区中。

本发明的又一优势是能够将所要不同强度引导到烹饪场中的不同区。

本发明的又一优势是能够将辐照能量引导到烹饪区内的特定形状的区带。

本发明的又一优势是能够将不同量的辐照能量引导到可在烹饪区内作为标靶的每一区带。

本发明的又一优势是它能够促进手动地或自动地更换烤箱中的漫射器以适合特定目的。

本发明的又一优势是能够通过堆叠不同漫射器来组合不同漫射器的效应，使得能量连续地穿过这些漫射器，因此具有组合效应。

本发明的又一优势是有助于使控制系统可配置适合于应用的漫射器的布置，且然后将它们自动地索引到窄带阵列前方的适当位置，或发送用于手动地定位此类漫射器的指令。

并且，本发明的又一优势是通过不在不需要的地方发送或浪费能量，而是将其引导到辐照系统内的每一相应标靶区所需的确切形状和浓度，来促进显著的节能。

现在参考图式，用于窄带辐照系统的工程设计漫射系统(例如包含至少一个窄带红外半导体辐射发射装置或一或多个窄带红外半导体辐射发射装置阵列的窄带红外辐照系统)的开发必须针对辐照应用考虑源和标靶两者的许多方面和特性。可能采用的最典型的激光二极管的辐照图案通常可被分类成如图1所展示的椭圆形图案、如图2所展示的矩形图案，或如图3所展示的圆形图案。相应装置(图1中的10、图2中的20和图3中的30)中的每一者被展示为分别安装到其相应电路板12、22和32，且在区13、23和33中辐照。如果图1、2和3所指示的每一相应装置的辐照图案的中心轴被设想为与正交平面相交，那么相应辐照图案将是14、24和34。图1所展示的椭圆形图案将代表平均边缘发射激光二极管10，它的辐照通过小面11离开激光二极管10，然后其将产生展现快轴发散17和慢轴发散18的辐照图案。如图3所指示的圆形图案将更代表led或vcsel装置。单个芯片上的群集vcel或多个vcels通常看起来像是它们的复合图案是圆形图案，其如图3所展示，在图案的中心周围具有大致高斯强度分布。

诸如sedfb的表面发射激光二极管通常将发射矩形图案24，如图2所展示。在sedfb型装置的特殊情况下，快速发散轴28通常在六到十度范围内。慢轴27通常为聚焦或零度发散。这是一些激光应用中的主要优势，这是因为它仅需要简单的柱面透镜来聚焦“快速发散”轴，从而产生在两个轴上完全聚焦的装置。这对于个别装置或对于聚焦装置阵列将成立。

因为窄带装置被配置成阵列，所以它们在测量平面26处的投影辐照图案将是每一个别装置的输出图案的复合，如图4和6a所展示。如图5所展示，单行sedfb可能具有如所展示的辐照图案，且那个辐照图案将由于如图2所展示的每一sedfb的输出辐照图案而在其中在一个方向上具有间隙。除非每一个别装置聚焦，否则复合阵列的复合辐照图案将随测量距离29而变。常常不实际的是将装置布置使得出于各种散热和机械安装和布线原因而消除间隙。图6a和6b展示sedfb的4x6阵列的输出，且原生复合图案将是如图6b所展示的一系列条纹41。还将存在如图6b所展示条纹间隙42。如果距离29小于原生输出图案开始重叠的最小距离，那么结果将是图案43之间的间隙，如图6c所展示。相反地，如果距离29大于如图6d所展示的重叠状况，那么将产生如图6d所表示的重叠区44。

对于一些应用，非常关键的是在标靶平面26处具有极其均一的辐照。对于其它应用，它的关键性要小得多，且辐照图案的轻微欠重叠或重叠并不是关注点。一些例外情况是，通常不期望在辐照图案之间具有大间隙42。此参数的关键性留给本发明的设计者和实施者。有时，阵列板40上的装置的布置可充分地减轻重叠、欠重叠和间隙情形。有时，使装置在几何上交错或使它们的定向在策略上交替可在测量平面26处产生所要辐照图案。此外，使阵列板弯曲或以某种方式使其为非平面，使得产生有效焦距，可在测量平面26处提供适当辐照图案，但这会显著地使阵列的制造过程复杂化。

如果如图4所展示的诸如漫射器25的工程设计组件或元件插入在sedfb装置20的辐照图案场中，那么它可用于增强发散或产生发散。漫射器或漫射器配置的实例包含具有至少一个漫射器的漫射布置。在配置中还可使用多于一个漫射器。还应了解，根据本发明所描述的实施例的用以产生工程设计辐照图案的工程设计组件或配置可包括透镜、衍射光栅、菲涅耳透镜、反射镜、反射器或微透镜阵列，以作为本文中所涵盖的漫射布置的替代、部分或补充。作为实例实施方案，微透镜阵列可匹配于发射器阵列中的个别装置的几何结构和输出。

通过适当地工程设计漫射器，如图4所展示，x方向或y方向可被单独地修改或被修改相同的量。事实上，利用诸如漫射器/透镜化设计的正确工程设计组件，可改变辐照输出24的整个形状，例如，从矩形到圆形或从矩形到几乎任何所要形状。如果漫射器自身被布置成如图8a所展示的阵列配置50，且介入在窄带阵列与标靶平面26之间，那么可对整个窄带辐照阵列的输出进行校正。通过将漫射器阵列50插入在图8a中的窄带辐照阵列40前方，测量平面26处的辐照图案51可完全地均一，如图8b所绘示。工程设计漫射器阵列50中的每一工程设计漫射器可针对其特定漫射任务被个别地定制。它们可具有透镜化效应，使得x方向上的漫射不同于y方向上的漫射，但也使得阵列中心附近的装置的漫射不同于阵列周界附近的装置的漫射。熟练的设计者可非常便利地使用此情形以将辐照能量的量放在特定用途和应用所需要的标靶平面上的每一点处。作为如何使用此情形的实例，图8和8b展示漫射器区段58，其产生区52中所展示的结果，且由于其对应漫射器区段57的效应，与区53相比，在x方向上的漫射较少。

如上文刚才所描述的概念可能希望用于如图9所展示的烤箱(例如食品烹饪烤箱)中，所述烤箱具有窄带辐照阵列40(例如一或多个基于窄带红外半导体的发射器阵列或多个阵列，其包含至少一个窄带红外半导体辐射发射装置)，工程设计漫射器阵列50定位在所述阵列前方。应了解，如本文中所涵盖的此类食品加热和/或烹饪系统，至少以一些形式，将有利地发射红外能量以使用辐射按需要而匹配标靶食品或食品的部分的吸收特性，引导直接从发射装置发射的能量以照射标靶食品(并且，如此处，通过诸如漫射器的工程设计组件)。虽然可以整体标靶辐照区51为标靶，但其在图10中被展示为相应地进行其作业的工程设计漫射器阵列50中的每一工程设计漫射器的产品，以得到具备适当功率和瞄准区的起作用的辐照区52、53，以使整个标靶区51足够靠近均匀能量水平，以便在手头的烹饪任务中有效。

认识到图10中的标靶区51表示单个矩形标靶区，它将降低如此装备的烤箱的烹饪灵活性。尽管本发明所描述的实施例适用于许多不同种类的窄带加热应用且不以任何方式限于烹饪烤箱，但将使用烹饪烤箱作为实例。如图11a到11h所展示，可存在许多形状的辐照标靶，且因此可存在将在烹饪烤箱中所需要的工程设计辐照图案。尽管未展示全部，但一些包含圆形、正方形、三角形、矩形、弧形或多个这些形状。图11a展示小矩形中心区，它可有效地烹饪将适合那个标靶窗口的牛排、小主菜或预包装冷冻正餐。图11b、11c和11d可以是分别用于烹饪小型、中型或大型砂锅菜肴的代表性标靶窗口。图11e可用于同时烹饪两个馅饼或两个披萨饼，且将能量集中在有用的相应区中。图11f可用于六个罐装馅饼或个别菜肴主菜，且将消除原本会落在物品之间且对烹饪无用的浪费能量。图11g是对于大型披萨饼来说有用的区，且将消除圆形周界周围的对于烹饪来说是无用的且在改为使用诸如11d的图案的情况下会浪费掉的浪费能量。11h表示用于三个长窄菜肴的更不寻常的标靶图案区，仅为了说明在这种配置中，可能落在三个辐照标靶条带之间的两个未使用的带中的浪费能量将被集中到有用的烹饪区中。可将工程设计、透镜化和/或漫射器设计为从单个阵列获取能量且引导能量，如图11a到11h中的每一图案中所展示。

图9所展示的加热和保温烤箱80被展示为具有两个透明侧和两个不透明侧85。由于辐照腔没有完整的罩壳，故存在光子或辐照能量可通过以离开烤箱80的清晰路径。假设由窄带阵列40产生的光子能量被工程设计漫射阵列50适当地漫射，那么大部分光子能量聚焦在标靶区51中，使得可食标靶81可受到窄带光子能量的影响。如果个人要进入结构80以抓取可食标靶81，那么他的手和手臂将暴露于窄带辐照能量。为了防止这种暴露，可提供保护性“光幕”以检测手入侵到空间80的界限内。这可呈例如一行光子发射器82'的形式，其将光束84射向角形反射器83，其中角被配置使得其反射光束84以被一系列光感受体82接收。这种“光幕”技术已成功地用于重工业以保护危险的机械设备，但从未结合漫射窄带加热技术而使用。在手或身体部分中断一或多个光束84时，电路就将在控制系统中瞬断以关断到窄带阵列的电力或至少将所述电力降低到安全水平。

为了使消费者可理解食品必须被放置以暴露于辐照能量的标靶区，指示系统可与可在使用的各种工程设计漫射器相关联。标靶区域可针对用户例如利用可见光学图案投影、物理标记或图形描绘中的至少一者而界定。在这点上，图12展示一种实施此类指示系统60的方式，指示系统60包括例如利用光投影轮廓周界61的小型光投影仪。在此版本中，因此利用容易看见的彩色光的轮廓指示食品必须被放置的标靶区。这可以是led或激光二极管供电的，且其自身可具有经特殊工程设计的漫射器，以相应地通过投影透镜化布置提供适当的形状。或者，举例来说，其可以是不断地扫描和概述烹饪标靶区的微型镜像电流计。它还可采取结合到一或多个窄带阵列中的可见led或激光二极管的形式，使得工程设计漫射器/透镜化阵列的区段将介入在其前方，使得其相应地投影其图案。更简单地，可将指示构件设计到烤箱的食品烹饪支撑布置中，使得用户可直观地理解对应于各种工程设计漫射器阵列的形状。烹饪区的周界可印刷到烤箱组件、托盘或炊具上，其在uv或ir光存在时会发荧光。关于如何实施烹饪区指示器的选择将由烤箱设计者进行，但将对应于在给定时间被选择使用的工程设计阵列。此类指示器系统可在没有工程设计漫射器的情况下使用，以简单地指示对应于窄带辐照能量的固定或动态瞄准的食品放置区。指示器系统还可用以指示标靶区内可能对应于烹饪指令或烹饪菜谱的区带。举例来说，控制系统可指示鸡胸肉应放置在标靶区带1中，而西兰花应在区带2中，且通心面应在区带3中。它可在屏幕上以图像方式显示，使得形状和区带定向对应于指示系统区空间。此外，标靶可配合到固定物中以使标靶在标靶区域内保持于唯一位置。

为了高效地将来自窄带阵列的辐照能量引导到可能在图11中展示的任何所要图案或可设想的其它图案，需要特定地为那一作业而设计的工程设计透镜化漫射阵列。因此，设计者面临的挑战可能是：“如何使得用于呈类似于图11a的形状的标靶辐照区域且在同一烤箱中的一个设计具有照射类似于图11c的标靶辐照形状的能力？”。

这个设计者的困境的答案是在窄带辐照阵列与标靶区之间介入多个可用工程设计漫射器/透镜化阵列。如图12所展示，工程设计漫射器/透镜化阵列54将来自窄带辐照阵列2和3的能量引导到较小区11a。漫射器阵列54被设计成还引导来自所有五个窄带辐照阵列的能量，且在图13中，它展示开启的窄带阵列1、2、3和4，且借助于漫射器将它们的能量递送到区11a。在图14中，它展示阵列5也被开启并引导到辐照区11a，但其被展示为指示阵列5可处于与其它阵列不同的波长。如果期望在11a的一个区带或区段中具有比其它者更多的能量，那么来自阵列5的能量可被引导到区11a的特殊区段。事实上，如果相应地设计漫射器阵列54，那么阵列1、2、3、4或5中的任一者可被引导到或提供更高的能量水平到区11a内的特定区带。

现在，如果用图15中的阵列55代替图14中的阵列54，那么来自五个阵列中的每一者的能量可被重新引导到更大的标靶区域11c。同样，工程设计漫射器将来自每一相应窄带辐照阵列的辐照能量引导到标靶区11c的适当区段。相应区段被编号为1、2、3和4，以表示来自那些窄带辐照阵列的能量。标靶区11c的表面积是区11a的面积的四倍，因此每单位面积的能量强度将是四分之一，但获得了烹饪作为更大标靶的某物的能力。应注意，来自窄带辐照阵列5的能量被均匀地引导到整个11c标靶区。这通过实例展示，如果窄带辐照阵列5产生不同波长辐射，例如，用于表面褐变(例如其中一个波长——例如褐变波长——与所使用的另一波长——例如烹饪波长——被分离达至少或大约100nm或更大——诸如被分离达至少175nm)，那么它可与任何其它辐照阵列完全分离地被引导和控制。这里的整体概念是，工程设计阵列54、55中的每一者可根据需要而与另一者互换。所属领域的技术人员应理解，这可被混合和匹配以适合特定烤箱设计以及实现设计者所设想的目的。

不同漫射器可以多种不同方式互换。漫射器可彼此手动地/机械地互换，或它们可通过任何数量的类型的机械或机电致动器推动就位。控制系统可控制此类致动器，且在菜谱、传感器、摄像机信息或用户输入规定了特定配置时作出响应。此外，所使用的漫射器的特定配置可被报告给控制系统或用户。

可介入式工程设计漫射器的类型数量可以是满足烤箱设计者需要、消费者偏好和价格点所需要的任何数量。在这点上，无论使用一个漫射器还是多个漫射器，漫射器配置或布置的这些组件都可安装到固定物(如本文中所展示且以其它方式)。以某些形式，此类固定物可采取箱盒、圆盘传动装置或用以固持或互换漫射器的其它机械布置的形式。以一种形式，使用唯一定位特征将箱盒、圆盘传动装置或可互换机械安装件放置在适当位置中。烤箱可在购买时就被设计有就位的标准工程设计漫射器，且然后在售后市场中提供消费者可按需要购买和插入的任选工程设计漫射器。另一方面，复杂烤箱可能内置了一打不同的工程设计漫射器，这些漫射器将在控制系统的指导下且响应于烹饪需要而被伺服到它们的正确介入位置中。两者之间的所有复杂度水平都是实施本发明以获得烹饪功能性、速度、成本、能量效率和烹饪结果的最佳组合的非常真实的机会。成本因素必须被考虑，且其在很大程度上指导系统设计者关于系统的自动或手动方式可以是怎样的，以及应结合多少极限能力和灵活性。

作为可互换性概念的额外实例，在图16中，烤箱70具有在位置71c处双侧地铰接的烤箱门71，其被设计使得其完全地覆盖和围封烤箱的面。辐照阵列如74示意地所表示而安装，且75表示槽，工程设计漫射器阵列可滑动到所述槽中的适当位置以将漫射器阵列介入在窄带辐照阵列74与烤箱腔73中的标靶区域77之间。在图16中，漫射阵列54和55表示可滑动到如所描述的槽75中的两种不同类型的漫射阵列。可提供如由76所表示的一或多个槽来存储当前未被使用的任何阵列。由75、74和76表示的槽可在烤箱腔73下方翻转和复制，使得标靶区域77从底部被辐照。通过在顶部和底部上具有窄带辐照阵列，烹饪可更快地进行且对食品的渗透可大约加倍。烤箱门71可被制造得较高，以便覆盖烤箱腔73下方和烤箱腔上方的槽，或可相应地设计、互锁和实施单独的门。为了安全起见，此类门需要电气互锁，使得它们在控制系统致动系统时不能打开。

为了自动地互换两个或多于两个不同工程设计漫射器，烤箱设计者具有可用于实践本发明的许多不同可能性。图17展示双重工程设计漫射器阵列，其有效地类似于将漫射器阵列54和55放置在由漫射器阵列80表示的同一平面上。应注意，漫射器阵列80具有由1a、2a、3a、4a和5a组成的图案，且还具有由1b、2b、3b、4b和5b组成的图案。将阵列推入b箭头方向会将对应b图案放在窄带阵列前方。在a方向上推动漫射器阵列会将a图案放在窄带辐照阵列前方。双重漫射器阵列80可在由75表示的轨道中滑动，所述轨道可在两端上侧接和含有工程设计漫射器80。为了自动地将双重工程设计漫射器阵列80移动到其两个位置中的任一者，致动器81可提供动力。如前文所提到，动力可来自电动机、伺服驱动器、空压缸或液压缸，或其它机械或机电构件。其将处于控制系统的指导下，所述控制系统将确定何时其应将阵列移动到位置a或位置b，这将在窄带辐照阵列未被致动时进行。当使用‘a’图案时，标靶区域指示器60a可投影正确的标靶轮廓，而60b可为‘b’图案标靶区域提供类似的功能。上述实例无疑地是一种实现工程设计漫射阵列的手动或自动互换的方式，但应了解，可根据设计者的特定应用、空间和功能性需要来实施此主题的许多变化。

还应了解，根据本发明所描述的实施例的方法可根据上文所详述的特征和描述而执行。举例来说，一种用于使用工程设计辐照图案对标靶进行窄带辐射加热的方法包括：从基于窄带红外半导体的发射器系统朝向标靶区域发射输出窄带红外能量，标靶能够定位到标靶区域中；及使用布置在发射器系统与标靶区域之间的射束路径中的工程设计组件修改窄带红外发射器系统的输出能量的形状和功率密度，以在标靶区域中产生输出能量的工程设计辐照图案。此外，作为另一实例，一种用于使用工程设计辐照图案对食品进行窄带辐射加热的方法包括：从基于窄带红外半导体的发射器阵列朝向标靶区域发射输出窄带红外能量，食品能够定位到标靶区域中；及使用布置在发射器阵列与标靶区域之间的射束路径中的漫射器配置修改窄带红外发射器阵列的输出能量的形状和功率密度，以在标靶区域中产生输出能量的工程设计辐照图案来加热或烹饪食品。

诸如漫射器的工程设计组件的此新颖用途显著地延伸和增强了窄带辐照系统的能力。应理解，如何结合窄带辐照阵列使用工程设计透镜化和/或漫射器的这些概念可以许多不同方式而使用，且用于许多不同应用以显著地改善功能性和能量效率。