(57)【要約】  本発明の方法および装置は、動物および／またはヒトのターゲットに向けられたときに暗点グレア／フラッシュブラインド／光ストレスによる無能力化を生じさせるための光学装置である。装置は、ヘッド部分と、１つまたは複数の光ウィンドウと、ターゲットに光を照準して送出させる１つまたは複数の光学系と、を有するアセンブリと、約２００ｎｍ〜９００ｎｍの光を発生する１つもしくは複数のルミネセンス光発生源と、迷光をリサイクルし、光を合焦させ、照準し、投影するリサイクル光学系と、１つまたは複数の光発生源に接続され、１つまたは複数の光発生源への電力、電流または電圧出力を調整して変調する電子回路と、ルミネセンス光発生源および電子回路の温度を調整する熱管理システムと、電子回路に接続され、および／またはアセンブリ内に取り外し可能に固定された電源と、を含む。
2019515232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットを標的とする場合に、不快グレア、障害グレア、眩惑グレアおよび暗点グレア／フラッシュブラインド／光ストレス無能力化を提供するための光学装置であって、
ａ）ヘッド部分と、１つまたは複数の光ウィンドウと、前記ターゲットに光を照準して送出させる１つまたは複数の光学系と、を有するアセンブリと、
ｂ）前記アセンブリ内に固定された約２００ｎｍ〜約９００ｎｍのスペクトル範囲の前記光を提供する１つまたは複数のルミネセンス光発生源と、
ｃ）迷光をリサイクルし、前記光および前記迷光を前記ターゲットに合焦させ、照準し、投影するリサイクル光学系と、
ｄ）前記１つまたは複数の光発生源に接続され、前記アセンブリ内に固定された電子回路であって、前記１つまたは複数の光発生源への電力、電流または電圧の出力を調整して変調する電子回路と、
ｅ）前記１つまたは複数のルミネセンス光発生源および前記電子回路とインターフェースして前記ルミネセンス光発生源および前記電子回路の温度を調整する熱管理システムと、
ｆ）前記電子回路に接続され、および／または前記アセンブリ内に取り外し可能に固定された電源と、
を含む装置。
【請求項２】
前記ルミネセンス発生光源が、フォトルミネセンス、エレクトロルミネセンス、カソードルミネセンス、サーモルミネセンス、または当該ルミネセンス発生光源の組み合わせである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ルミネセンス発生光源が、蛍光発光ダイオード（ＬＥＤ）、ナノワイヤＬＥＤ、レーザー蛍光ハイブリッド、スーパールミネセンス発光ダイオード（ＳＬＥＤ）、ナノチューブ、ナノ結晶、ドープされた導波路、量子ドット、シンチレータ、レーザールミネセンスハイブリッド、またはレーザーダイオード励起光源、および当該ルミネセンス生成の組み合わせを含む群から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記動物またはヒトのターゲットが、前記ルミネセンス光発生源が前記動物またはヒトのターゲットに向けられたときに、グレア混乱またはフラッシュブラインドによって損なわれる、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
フラッシュ制御手段をさらに含み、前記フラッシュ制御手段が、前記ルミネセンス発生光源のフラッシュ周波数を約１Ｈｚ〜約４０Ｈｚで変調する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記１つまたは複数のルミネセンス光発生源が、前記ヒトターゲットに対して約４４０ｎｍ〜約６００ｎｍのスペクトル範囲内で、前記動物ターゲットに対して約２００ｎｍ〜約９００ｎｍのスペクトル範囲内で前記光を提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ＵＶおよび紫色光の放射を低減または除去するフィルタをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記１つまたは複数のルミネセンス光源が、約５００ｎｍでピークスペクトル出力を提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記１つまたは複数のルミネセンス光源が、一定の光ビームまたは点滅する光ビームを送出する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記１つまたは複数のルミネセンス光源が、前記１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットにおいて約７０００ルクスを超える光を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記１つまたは複数のルミネセンス光源が、前記１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットにおいて約２０００ルクスを超え、約１００００ルクス未満の光を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記点滅する光ビームが、約１Ｈｚ〜約４０Ｈｚの範囲のフラッシュ周波数と、約０．０００５秒〜約１秒の期間の範囲のフラッシュ持続時間と、を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記フラッシュ持続時間がランダム化される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
周囲光の量を決定するフォトセルと、前記ターゲットまでの距離を決定するレンジファインダと、前記ターゲットに送出される照度を調整する制御回路と、をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記リサイクル光学系が、光出力強度を増加させるためにルミネセンス発光のスペクトル出力を増加させる、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
光を照準して送出するための前記１つまたは複数の光学系が、約０．２５度〜約１８０度の角度内で光の放射を照準して合焦するための非球面レンズまたはフレネルレンズを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
光を照準して送出するための前記１つまたは複数の光学系が、約３６平方ミリメートル未満の光ビームを提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記１つまたは複数のルミネセンス光発生源が、アレイ状に設けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記熱管理システムが、対流システムまたは伝導システムである、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記熱管理システムは、強制空冷、受動ヒートシンク冷却、ヒートパイプ、ペルチェ冷却システム、または静電流体加速冷却である、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記電源が、直流電源または交流電源である、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記電源が、バッテリ、キャパシタ、スーパーキャパシタ、燃料電池、およびそれらのハイブリッドからなる群から選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記１つまたは複数のルミネセンス光発生源が、約７０〜約１００の演色評価数（ＣＲＩ）を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記１つまたは複数のルミネセンス光発生源が、元の光束発散度の８０％以上で３０００時間超の光束発散度を提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットを照射する場合に、不快グレア、障害グレア、眩惑グレアおよび暗点グレア／フラッシュブラインド／光ストレス無能力化を引き起こすための方法であって、前記方法は、
ヘッド部分と、１つまたは複数の光ウィンドウと、前記ターゲットに光を照準して送出させる１つまたは複数の光学系と、を有するアセンブリと、
ａ）前記アセンブリ内に固定された約４００ｎｍ〜約９００ｎｍのスペクトル範囲の前記光を提供する１つまたは複数のルミネセンス光発生源と、
ｂ）迷光をリサイクルし、前記光および前記迷光を前記ターゲットに合焦させ、照準し、投影するためのリサイクル光学系と、
ｃ）前記１つまたは複数の光発生源に接続され、前記アセンブリ内に固定された電子回路であって、前記１つまたは複数の光発生源への電力、電流または電圧の出力を調整して変調する電子回路と、
ｄ）前記１つまたは複数のルミネセンス光発生源および前記電子回路とインターフェースして前記ルミネセンス光発生源および前記電子回路の温度を調整する熱管理システムと、
ｅ）１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットにおいて、前記電子回路に接続され、および／または前記アセンブリ内に取り外し可能に固定された電源と、を含む光学装置を方向付けるステップと、
前記１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットを照射するために前記光学装置を作動させるステップと、
を含む方法。
【請求項２６】
前記リサイクル光学系が、光出力強度を増加させるためにルミネセンス発光のスペクトル出力を増加させる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記ルミネセンス発生光源が、フォトルミネセンス、エレクトロルミネセンス、カソードルミネセンス、サーモルミネセンス、または当該ルミネセンス発生光源の組み合わせである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記ルミネセンス発生光源が、蛍光発光ダイオード（ＬＥＤ）、ナノワイヤＬＥＤ、レーザー蛍光ハイブリッド、スーパールミネセンス発光ダイオード（ＳＬＥＤ）、ナノチューブ、ナノ結晶、ドープされた導波路、量子ドット、シンチレータ、レーザールミネセンスハイブリッド、またはレーザーダイオード励起光源、および前記ルミネセンス生成の組み合わせを含む群から選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記動物またはヒトのターゲットが、前記ルミネセンス光発生源が前記動物またはヒトのターゲットに向けられたときに、グレア混乱またはフラッシュブラインドによって損なわれる、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記１つまたは複数のルミネセンス光発生源が、前記ヒトターゲットに対して約４４０ｎｍ〜約６５０ｎｍのスペクトル範囲内で、前記動物ターゲットに対して約２００ｎｍ〜約９００ｎｍのスペクトル範囲内で前記光を提供する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
ＵＶおよび紫色光の放射を低減または除去するフィルタをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記１つまたは複数のルミネセンス光源が、約５５５ｎｍでピークスペクトル出力を提供する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３３】
前記１つまたは複数のルミネセンス光源が、一定の光ビームまたは点滅する光ビームを送出する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
前記１つまたは複数のルミネセンス光源が、前記１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットにおいて約７０００ルクスを超える光を生成する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３５】
前記１つまたは複数のルミネセンス光源が、前記１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットにおいて約２０００ルクスを超え、約１００００ルクス未満の光を生成する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３６】
前記点滅する光ビームが、約１Ｈｚ〜約４０Ｈｚの範囲のフラッシュ周波数と、約０．０００５秒〜約１秒の期間の範囲のフラッシュ持続時間と、を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３７】
前記フラッシュ持続時間はランダム化される、請求項２５に記載の方法。
【請求項３８】
前記光学装置が、周囲光の量を決定するフォトセルと、前記ターゲットまでの距離を決定するレンジファインダと、前記ターゲットに送出される照度を調整する制御回路と、をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３９】
光を照準して送出するための前記１つまたは複数の光学系が、約０．２５度〜約１８０度の角度内で光の放射を照準して合焦するための非球面レンズまたはフレネルレンズを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項４０】
光を照準して送出するための前記１つまたは複数の光学系が、約３６平方ミリメートル未満の光ビームを提供する、請求項２５に記載の方法。
【請求項４１】
前記１つまたは複数のルミネセンス光発生源が、アレイ状に設けられる、請求項２５に記載の方法。
【請求項４２】
前記熱管理システムが、対流システムまたは伝導システムである、請求項２５に記載の方法。
【請求項４３】
前記熱管理システムが、強制空冷、受動ヒートシンク冷却、ヒートパイプ、ペルチェ冷却システム、または静電流体加速冷却である、請求項２５に記載の方法。
【請求項４４】
前記電源が、直流電源または交流電源である、請求項２５に記載の方法。
【請求項４５】
前記電源が、バッテリ、キャパシタ、スーパーキャパシタ、燃料電池、およびそれらのハイブリッドからなる群から選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項４６】
前記１つまたは複数のルミネセンス光発生源が、約７０〜約１００の演色評価数（ＣＲＩ）を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項４７】
前記１つまたは複数のルミネセンス光発生源が、元の光束発散度の８０％以上で３０００時間超の光束発散度を提供する、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
これは、２０１６年４月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／３２８７０５号の優先権を主張する国際出願である。
【０００２】
連邦支援の研究または開発に関する記載
該当なし
【０００３】
共同研究契約者の名称
該当なし
【０００４】
コンパクトディスクで提出された資料の参照による組み込み
該当なし
【０００５】
本発明は、変調された光源を利用した眼の破壊もしくは中断および視覚無能力化のための照度および光束発散度ルミネセンス光のための方法および装置に関する。光源を直接変調することにより、一定の照明を提供するのではなく、パルスの数、光パルスの持続時間、周波数、および主パルス内の副パルスの数を変化させることができる。
【背景技術】
【０００６】
１９１５年に行われた戦場での使用のために、光学的無能力化のための装置が検討された。第二次世界大戦中、一定のビームとフラッシュストロボが可能なタンク搭載の９．５ＫＷ炭素アークランプであるキャナルディフェンスライト（ＣＤＬ）が構築されたが、戦闘ではほとんどまたはまったく展開されなかった。主な欠点は、機器の大型化、炭素棒の消費、燃料の消費、および現場での展開に必要な発電プラントであった。当時利用可能な情報や調査から、おそらく敵の戦闘員の潜在的な眼の損傷についてはほとんど考慮されていなかった。
【０００７】
米軍は、１９６０年代と１９７０年代にフラッシュブラインド（閃光盲目）のための高輝度レーザーとインコヒーレント光を研究した。そのような装置の１つは５０，０００ｌｍ秒のフラッシュランプを使用した。再び、１９９０年代初期に、キセノンフラッシュチューブを使用して、コンデンサによって駆動される強烈な光フラッシュを生成し、一時的な失明を生じさせるのに十分強力な視覚無能力化の開発が行われた（例えば、Ｍｉｎｏｖｉｃｈによる米国特許第５，０７２，３４２号明細書）。これらの装置は、かさばり、再充電し、再発光する前にフラッシュの間にフラッシュチューブを十分に冷却するための時間が必要であった。
【０００８】
１９９０年代後半に、レーザー装置は、グレア、フラッシュブラインド、および心理的影響を主張することによって、一時的な視覚障害、躊躇、遅延、かく乱、および戦闘および機能の有効性の低下を引き起こすように開発された（例えば、Ｇｅｒｍａｎによる米国特許第５，６８５，６３６号明細書）。緑のレーザーダズラーは、眼の安全の問題が報告されて戦場に入った。レーザーは、単一波長の狭い範囲でコヒーレントな光を供給する。眼は、眼の損傷の危険なしに、コヒーレントなレーザーを扱うように適応していない。一方、レーザーはエネルギー効率がよく、消費電力も小さく、バッテリも少なくて済む。
【０００９】
２０００年代半ばには、照明、警告およびフラッシュブラインドの視覚的抑制用の携帯型キセノンショートアークランプが開発された（例えば、Ｅｉｓｅｎｂｅｒｇによる米国特許第７，４９７，５８６号明細書）。眼の損傷の危険性を低減する一方で、レーザーと比較すると、ショートアークはエネルギーが非効率的であり、携帯用途のために大型で重い電源を必要とするわずか５％の光しか生成しない。フラッシュブラインドを引き起こすほど十分に明るい携帯型ショートアークランプは、一般的に５０％を超えて暗くすることはできず、安全な近距離効果と遠距離効果の完全なターンダウン制御ができない。ショートアークランプ技術に基づく装置は、かさばり重く、電池寿命が短く、３０フィートを超えるフラッシュブラインド機能が制限されることが判明している。それらはショートアークランプを使用するため、電球の寿命は限られており、最初の５００時間で光出力が低下するため、性能がすぐに低下する。この時の別の技術は、点滅した色のＬＥＤのアレイから構成されていた（例えば、Ｒｕｂｌｓｏｖによる米国特許第７，１８０，４２６号明細書）。この設計もかさばっていて重く、短距離でターゲットが不快になり、部分的に見当識障害になったが、ターゲットの完全な視覚喪失を引き起こすほどのパワーと、１０秒以上の間フラッシュブラインドする強さはなかった。ビデオクリップは、見当識障害の範囲が３０フィート未満であることを示した。おそらく限られた強度のために、見当識障害の影響は照明の期間のみであった。さらに、部分ロドプシン漂白の曝露後の回復はかなり迅速であり、ほとんどのテイクダウン用途のために効果的にターゲットを事実上無能力化しなかったであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，０７２，３４２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６８５，６３６号明細書
【特許文献３】米国特許第７，４９７，５８６号明細書
【特許文献４】米国特許第７，１８０，４２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
結果として、１５フィートを超えるスタンドオフ距離（ユーザーと攻撃者との間の距離）で、混乱し、視覚的に無能力化（フラッシュブラインド）することができ、動作に必要な電力を削減し、それによってバッテリの重量とサイズ（コンパクト）を低減する省エネルギーであり、同じ動作時間で同じ重量またはより低い重量およびパッケージサイズに対してより長い動作時間を達成し、３０００時間以上の長いバルブ寿命のための光強度を提供する、軽量の携帯型装置を有する必要がある。痛みを与えたり恒久的な眼の損傷を引き起こしたりすることに対する国際条約に従った熱網膜損傷の危険性を排除または低減するために、放射される紫色光またはコヒーレント単一波長レーザー光を減少させる必要もある。さらに、眼瞼が自然に閉まるまでに（推定０．１秒）、非常に限定された期間内に十分な照度および光束発散度をターゲット（攻撃側）に供給し、自然視力回復が起こる前の１０〜１７０秒の期間に最大のフラッシュブラインド効果を達成する必要がある。最後に、ビームを選択されたターゲットに集束させ、付随的な無能力化を回避するために、無能力化ビームの照準を可能にする必要がある。
【００１２】
関連する先行技術の例およびこれに関連する制限は、例示的であって排他的ではなく、本明細書に記載され請求される本発明に対するいかなる限定も意味しない。関連技術の様々な制限は、以下の明細書および添付の図面を読んで理解することによって当業者には明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本明細書に開示され説明される装置は、１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットを標的とする場合に、不快グレア、障害グレア、眩惑グレアおよび暗点グレア／フラッシュブラインド／光ストレス無能力化を提供するための光学装置を提供する。本発明の一態様では、装置は、ヘッド部分と、１つまたは複数の光ウィンドウと、ターゲットに光を照準して送出させる１つまたは複数の光学系と、を有するアセンブリと、アセンブリ内に固定された約２００ｎｍ〜約９００ｎｍのスペクトル範囲の光を提供する１つまたは複数のルミネセンス光発生源と、迷光をリサイクルし、光および迷光をターゲットに合焦させ、照準し、投影するリサイクル光学系と、１つまたは複数の光発生源に接続され、アセンブリ内に固定された電子回路であって、１つまたは複数の光発生源への電力、電流または電圧出力を調整して変調する電子回路と、１つまたは複数のルミネセンス光発生源および電子回路とインターフェースしてルミネセンス光発生源および電子回路の温度を調整する熱管理システムと、電子回路に接続され、および／またはアセンブリ内に取り外し可能に固定された電源と、を含む。
【００１４】
第１の実施形態では、ルミネセンス発生光源は、フォトルミネセンス、エレクトロルミネセンス、カソードルミネセンス、サーモルミネセンス、またはこれらのルミネセンス発生光源の組み合わせである。ルミネセンス発生光源は、蛍光発光ダイオード（ＬＥＤ）、ナノワイヤＬＥＤ、レーザー蛍光ハイブリッド、スーパールミネセンス発光ダイオード（ＳＬＥＤ）、ナノチューブ、ナノ結晶、ドープされた導波路、量子ドット、シンチレータ、レーザールミネセンスハイブリッド、またはレーザーダイオード励起光源、またはこれらの光源の任意の組み合わせであってもよい。１つまたは複数のルミネセンス光発生源は、ヒトターゲットに対して約４４０ｎｍ〜約６００ｎｍのスペクトル範囲内で、動物ターゲットに対して約２００ｎｍ〜約９００ｎｍのスペクトル範囲内で光を提供することができる。さらに、１つまたは複数のルミネセンス光発生源は、約５００ｎｍでピークスペクトル出力を提供し、一定の光ビームまたは点滅する光ビームを送出し、約１Ｈｚ〜約４０Ｈｚの範囲のフラッシュ周波数および約０．０００５秒〜約１秒の範囲のフラッシュ持続時間を有する点滅する光ビームを送出し、ランダム化されたフラッシュ周波数を生成し、１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットで約２，０００ルクスを超えて約１０，０００ルクスまでの光を生成し、アレイ状に設けられ、約７０〜約１００の演色評価数（ＣＲＩ）を有し、元の光束発散度の８０％以上で３０００時間を超える光束発散度を提供することができる。
【００１５】
第２の実施形態では、動物またはヒトのターゲットは、グレア混乱またはフラッシュブラインドによって損なわれる。
【００１６】
第３の実施形態では、リサイクル光学系は、光出力強度を増加させるためにルミネセンス発光のスペクトル出力を増加させる。
【００１７】
第４の実施形態では、光を照準して送出するための１つまたは複数の光学系は、約０．２５度〜約１８０度の角度内で照準して合焦するための非球面レンズまたはフレネルレンズを含むことができる。光を照準して送出するための１つまたは複数の光学系は、約３６平方ミリメートル未満の光ビームを提供することができる。
【００１８】
第５の実施形態では、熱管理システムは、対流システムまたは伝導システムであってもよく、あるいは強制空冷、受動ヒートシンク冷却、ヒートパイプ、ペルチェ冷却システム、または静電流体加速冷却であってもよい。
【００１９】
第６の実施形態では、電源は、直流電源または交流電源であってもよい。電源は、バッテリ、キャパシタ、スーパーキャパシタ、燃料電池、およびそれらのハイブリッドであってもよい。
【００２０】
第７の実施形態では、装置は、ルミネセンス発生光源のフラッシュ周波数を約１Ｈｚ〜約４０Ｈｚで変調するフラッシュ制御手段をさらに含むことができる。
【００２１】
第８の実施形態では、装置は、ＵＶおよび紫色光の放射を低減または除去するフィルタをさらに含むことができる。
【００２２】
第９の実施形態では、装置は、周囲光の量を決定するフォトセルと、ターゲットまでの距離を決定するレンジファインダと、ターゲットに送出される照度を調整する制御回路と、をさらに含むことができる。
【００２３】
本発明の第２の態様では、１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットを照射する場合に、不快グレア、障害グレア、眩惑グレアおよび暗点グレア／フラッシュブラインド／光ストレス無能力化を引き起こすための方法が提供される。本方法は、本発明の第１の態様に記載し、さらに上記の第１から第９の実施形態でさらに詳述した光学装置を方向付けるステップと、１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットを照射するために光学装置を作動させるステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の装置の一実施形態の断面図である。
【図２】図１の携帯型装置の力範囲の光学的連続領域を示す、本発明の装置の動作概念を示す図である。
【図３】典型的なＬＥＤ光学縦列のレイトレース経路を示す図である。
【図４】リサイクルされた光カラーを使用する本発明の装置の好ましい光学縦列の実施形態のレイトレース経路を示す図である。
【図５】本発明の装置の好ましい実施形態における光源に印加される電流パターンを示す図である。
【図６】前方光強度を増加させるために、光源と外側フレネルレンズとの間に配置された第１のリニアフレネルレンズに対して９０度の角度の第２のリニアフレネルレンズを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細を記載している。しかしながら、当業者であれば、本発明がこれらの特定の詳細なしに実施できることを理解するであろう。記載した実施形態に対する様々な変更は、当業者には明らかであり、本明細書で定義される一般的な原理は、他の実施形態に適用することができる。したがって、本発明は、図示され説明された特定の実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示する原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。他の例では、本発明を不明瞭にしないために、周知の方法、手順、構成要素および回路については詳細に説明していない場合がある。
【００２６】
他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書の開示の全体を通して言及されたすべての特許、特許出願および刊行物は、その全体が参照により組み込まれる。本明細書における用語の定義が複数ある場合には、このセクションの用語が優先する。
【００２７】
本明細書で使用される「強度」という用語は、ターゲットに対して送出される照度または光束発散度（ルクス−ルーメン／平方メートル）であり、眼によって知覚される表面またはターゲットに当たる光の強度の尺度である。
【００２８】
本明細書で使用する「ターゲット」および／または「攻撃者」という用語は、本発明の装置または方法のビームに曝されたヒトまたは動物である。
【００２９】
本明細書に開示され説明される装置は、１つまたは複数の動物および／またはヒトのターゲットを標的とする場合に、不快グレア、障害グレア、眩惑グレアおよび暗点グレア／フラッシュブラインド／光ストレス無能力化を提供するための光学装置を提供する。本発明の一態様では、装置は、ヘッド部分と、１つまたは複数の光ウィンドウと、ターゲットに光を照準して送出させる１つまたは複数の光学系と、を有するアセンブリと、アセンブリ内に固定された約２００ｎｍ〜約９００ｎｍのスペクトル範囲の光を提供する１つまたは複数のルミネセンス光発生源と、迷光をリサイクルし、光および迷光をターゲットに合焦させ、照準し、投影するリサイクル光学系と、１つまたは複数の光発生源に接続され、アセンブリ内に固定された電子回路であって、１つまたは複数の光発生源への電力、電流または電圧出力を調整して変調する電子回路と、１つまたは複数のルミネセンス光発生源および電子回路とインターフェースしてルミネセンス光発生源および電子回路の温度を調整する熱管理システムと、電子回路に接続され、および／またはアセンブリ内に取り外し可能に固定された電源と、を含む。
【００３０】
本発明は、低コスト、低出力、極めて効果的な警告、視覚グレアおよびフラッシュブラインドの損なうためのインコヒーレントな光、ならびに高強度で広いスペクトルの可視インコヒーレント光による高輝度照明による見当識障害を提供するための、強烈な発光光に基づく非致命的で眼に害を及ぼさないセキュリティ装置に関する。
【００３１】
本発明は、グレア、フラッシュブラインドおよび見当識障害の効果を達成する際に、眼の破壊もしくは中断および／または視覚グレアおよびフラッシュブラインドおよび無能力化のための現在の方法を、他の先行技術よりも安全なインコヒーレントな光を使用して、より高いエネルギー効率で、より低いエネルギーレベルで有効動作距離を増加させ、はるかにコンパクトでより効率的な装置により改善する。
【００３２】
この技術革新は、光を生成する際にショートアークランプよりも約３〜５倍効率的であるＬＥＤなどのルミネセンス光源を提供し、次いで、「迷光」をリサイクルし、放出された光を順方向に照準することによって従来技術の１．５〜４倍の照準された光をターゲットに送出する。その後に、電流および電圧の電子的操作および変調により、指定された量の光束発散度を生成するために必要な電力は、電流、電圧または電力変調電子回路を用いて３０％以上低減される。ターゲットに送出される変調された光は、眼のロドプシンの化学的「記憶」を画像に固定すると考えられており、実際に照準用に最適化された選択されたＬＥＤまたはルミネセンス源を使用する場合に、無能力化を達成する特定の照度（ターゲットでのＬＵＸ）での必要なグレアまたはフラッシュブラインドレベルでの光のフラッシュに曝されたときよりも数倍、眼にとって明るく脳によって光が知覚される現象を利用する。ＬＥＤをレーザー励起ＬＥＤ（すなわちＬＥＤ−レーザーハイブリッド）、レーザー励起蛍光体、またはレーザー励起ルミネセンス材料で置き換えることにより、さらに高いエネルギー削減を達成して、光出力を最大２倍に増加させるか、またはターゲットにおける同じ照度レベルに対して消費電力を比例的に削減することができる。
【００３３】
本発明の利点は、実効動作距離を増加させる照準光学系と組み合わせた場合に、リサイクル光技術（ＲＬＴ（商標））を使用すると、無能力化のためのルミネセンス光が前方方向に１．５〜４倍強いことを含む。ビームは狭い形状にすることができ、ターゲットに特別に向けることができる（狭い角度）。装置は、同じ出力で他の技術より長いビームスローを有し、したがってより広い動作範囲能力を有する。ブラックホールのアーチファクトがない。ショートアークよりも低コストで効率の良いＬＥＤまたはルミネセンス光源を使用する。必要な電力がより少なく、ルミネセンス光源がショートアークランプよりも小さく、重量およびサイズの低減が顕著に改善されるので、装置はよりコンパクトになる可能性がある。レーザーハイブリッドは、ＬＥＤだけではるかに効率的な光生成を提供する。バッテリの電力をより小さくするか、より多くの動作時間を提供することができる。電力要件がより低くなるので、同じ照度および無能力化能力出力に対して、より小さな熱管理システムでよい。ランプのウォームアップ時間を必要としない。エレクトロニクス設計者は、装置に供給されるエネルギーを究極的に制御する。個人またはグループを選択的にターゲットにする能力。
【００３４】
効果
「眼の破壊もしくは中断および／または視覚無能力化」は、不快グレア、障害グレア、眩惑グレアおよび暗点グレアを含む光学的効果の範囲である。不快グレアは不快感を生じさせる。障害グレアは視力を損なう生理学的グレアである。眩惑グレアは、網膜の照度レベルが高い場合に、ぎこちなさ、不快感、嫌悪感、視覚障害を引き起こす。暗点グレア、光ストレス、または一時的なフラッシュブラインドは、黄斑色素の過度の漂白による視覚障害および残像である。詳細については、Ｍａｒｔｉｎ  Ａ．ＭａｉｎｓｔｅｒおよびＰａｔｒｉｃｉａ  Ｌ  Ｔｕｒｎｅｒによる「Ｇｌａｒｅ’ｓ  Ｃａｕｓｅｓ，Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ，ａｎｄ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ  Ａｆｔｅｒ  ａ  Ｃｅｎｔｕｒｙ  ｏｆ  Ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃ  ｓｔｕｄｙ（２０１２年１月２日）」を参照されたい。
【００３５】
この技術は、３つの眼球系、すなわち、明所視、薄明視および暗点視に影響を及ぼし、ターゲットから一時的に見る能力を排除する。最も高い照度レベルでは、ターゲットは、ビームの強度および初期周囲光に依存して、ロドプシン漂白によって部分的または完全な「白抜け」を経験する。装置によって投射される最適な光学的光パターンは、周辺視力および黄斑視力を完全に損なうことができる。
【００３６】
他の効果には、外因性筋肉の機能不全によって引き起こされる眼の光軸と、生物学的平衡の損失との間の平行関係の喪失が含まれ得る。これらは、朦朧とした、浮遊する、スピンする、または揺れ動く感覚として現れる、めまいまたは眩暈、ならびに不安定（不均衡）、バランスの喪失、つまずき、よろめき、ぐらつき、およびまっすぐ歩いて角を回るのが難しくなったり、立ち上がるときに倒れたりすることとして現れる、不均衡と空間位置覚の喪失をもたらす。ターゲットはまた、一時的な不器用さ、微細なまたは総体的な運動能力の喪失を経験し、調整の他の困難を有する可能性がある。効果は、遺伝学、年齢、視覚および他の要因に基づいて、人口の断面にわたって変化する。
【００３７】
装置
本明細書に記載のアセンブリは、より大きいまたはより小さい有効距離のために、サイズを拡大または縮小することができる。単一のアセンブリをアレイに統合することで、より大きな距離効果を実現することができる。図１Ａに描かれている典型的な携帯型単一ウィンドウアセンブリは、ヒートシンク、ヒートパイプまたは熱冷却装置からなる強制空冷（３）を伴う１００ワットＬＥＤ（２）を使用することができる。図１Ｂは、２０ワットのＬＥＤを利用する別の携帯型単一ウィンドウアセンブリを示す。ルミネセンス光源からの光出力は、グレア／フラッシュブラインドモード用の照明または警告用の主光スイッチ（７）およびモーメンタリ・スイッチ（６）のために連続的なビームに電子的に変調される。「迷光」を伴う光ビームの一部は、ルミネセンス光源にリサイクルされる。リサイクルされた光カラー（１５）を通って出て行く光ビームの部分は、１２０ｍｍの非球面レンズ（１４）または１２０ｍｍの焦点距離でフレネルレンズでさらに成形されて照準され、約２度の発散で光を照準し、ＬＥＤフラッシュドライバ（４）は、直径１０インチの円形、長方形または正方形のパターンで２５フィートにおいて３８，０００ルクスの照度で０．０３２秒の持続時間を有するフラッシュを供給する。リサイクル構成要素および照準は、光学技術で実施されるものによって、異なる投射およびカバレッジエリアに対して変更することができる。光リサイクルカラー（１５）は、範囲および効率を高めるために好ましいが、当業者であれば、光リサイクル光学系を近距離ターゲットに対して省略してもよいことを認識するであろう。別の実施形態は、図３Ｂに示す光源エンジンのアレイから構成することができる。別のアレイの実施形態では、リニアフレネルレンズを使用して、複数の光源エンジンを収集して、複数のターゲットまたはより広い領域にわたる単一バンドの光を生成することができる。この後者の実施形態では、第１のリニアフレネルレンズに対して９０度の角度で第２のリニアフレネルレンズを光源と外側フレネルレンズとの間に配置して、図６に示す順方向光強度を増加させることができる。
【００３８】
照明源の性質は、この無能力化照明装置および技術のための所望の幾何学的領域を達成するために異なる光学構成を決定する。使用することができるいくつかの他の適切な光学リサイクルおよび照準構成は、本発明と同じ譲受人を有し、参照により本明細書に組み込まれる以下の特許の表に教示される。
【表１−１】
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【表１−２】
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【００３９】
ルミネセンス光源の選択は、コンパクト性および１平方ミリメートル当たりに放射されるルーメンによって駆動され、１平方ミリメートル当たりに生成される光のエネルギー効率および４４０ｎｍを超える可視スペクトル出力の均一性によって重み付けされた点光源および選択に近い。
【表２】
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【００４０】
照度のレベルを下げることで、母集団の一部に対してノルムよりも影響されやすい所望の効果が得られる。
【００４１】
「力の連続領域（Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ  ｏｆ  Ｆｏｒｃｅ）」のグラフィックは、この携帯型光抑制（無能力化／光ストレス／フラッシュブラインド）装置の動作概念（ＣＯＮＯＰＳ）性能を表す。
【００４２】
この装置は、８０ａｍｐｓ（５）で約１２Ｖを供給する一連のリチウムイオン電池を用いて給電することができる。この装置は、携帯型のサーチライトまたはフラッシュライトとしても動作させることができる。この実施形態では、フラッシュは、ＬＥＤ設計定格ワット数の３倍、１０Ｈｚで３００ワットの電力、または８Ｈｚと１５Ｈｚとの間でランダム化され、選択されたＬＥＤの最大定格以下のデューティサイクルで電力が供給される。
【００４３】
好ましい光ビーム変調は、１Ｈｚ〜４０Ｈｚの周波数範囲に設定される。好ましい実施形態は、ヒトのターゲットについては８〜２０Ｈｚのフラッシュレートで設定され、フラッシュ持続時間は約０．０００５秒〜１秒に設定される。好ましいフラッシュ持続時間は０．０１〜０．０５秒である。これらのレートは、露出時間（秒）と露出照度（ルクス）の関数として、ターゲットに送出される安全な熱眼露出レベルの上限のしきい値よりも低くなるように光出力を供給するように調整される。光学的無能力化の分野で実施されるものは、「広帯域インコヒーレント放射への曝露の限界に関するガイドライン」研究が基礎としている研究およびその他の眼の安全性の研究を参照することができ、これらは光線炎を避けるために強いインコヒーレント光への最大許容照射量を決定するためのガイドラインとして使用することができる。
【００４４】
図３Ａは、迷光（漏出光）の照準されていない失われた光を示す、照明用の反射器および非球面レンズからなる典型的な携帯型ＬＥＤ光学縦列を示す。図３Ｂは、図１に示す本発明の光リサイクルを有する光学縦列を示す。リサイクルされた光（ＲＬＴ）カラーは、迷光を反射させてＬＥＤに戻して、ＬＥＤがＲＬＴカラー開口部を通る有用な光出力を増加させ、ターゲットに向けられた照準された光を「明るくする」。同時に、紫色と青色の光がＬＥＤの蛍光体に吸収され、そのエネルギーは緑色と赤色のスペクトルに向かってさらに光を生成し、その光ビームは太陽のスペクトル出力のように見え、ヒトの網膜反応の中間範囲付近でより多くの光を生成する。これは、ＲＬＴによって引き起こされるスペクトルシフトを考慮する前または後のいずれかに、演色評価数が７０以上であるルミネセンス光源を選択することをもたらす。これにより、ＵＶ、紫色、または青色フィルタを必要とせずに「青／紫」熱眼損傷の潜在的な危険性がさらに低減されるが、場合によっては、そのようなフィルタは、眼の安全性をさらに向上させるために依然として推奨されてもよい。
【００４５】
この方法の装置では、ターゲットまでの距離が非常に長くなるように設計されているため、眼の損傷および特定の眼の熱損傷を避けるために推奨される照度よりも高い照度で個人がビームに曝される可能性があり、レンジファインダを使用してターゲット視野内のターゲットまでの距離を決定し、ビームの照度および露光時間を下方に調節して眼の安全しきい値を下回るようにすることが望ましい。
【００４６】
図４に、このアセンブリの主要ビルディングブロックのブロック図を示す。ブロック１は、取り外し可能または再充電可能なバッテリ、キャパシタ、スーパーキャパシタ、燃料電池、またはこれらのハイブリッドである。電源は、ＡＣ電源またはＤＣ電源のいずれかであってもよい。ブロック２は、図５に示し、本明細書に記載するように、電圧および電流を変調するために、電流および電圧を調整してＬＥＤなどのルミネセンス光源を駆動する電子パッケージである。ブロック３は、ルミネセンス光源、光源をその最大許容動作温度以下に冷却するための熱管理で構成され、熱管理ソリューションは、ヒートシンクと強制空気ファンで構成される。ブロック４は、使用することができる多くの光リサイクル方法のうちの１つまたは複数から構成されてもよく、そのいくつかは、反射器、ミラーおよび光パイプを含む表１に詳述されている。ブロック５は、リサイクル光学系から出る光を取り、ターゲットブロック７上の照度（ルクス）で効果を達成するために、表２で推奨される照度を達成するためにビームブロック６を所望の焦点に照準する光学縦列である。
【００４７】
図５は、パルス内のパルスの電気的変調および動作上の柔軟性を示し、６０Ｈｚを超えることが好ましく、好ましい実施形態では１００Ｈｚである。光変調ピークは、０．００１秒を超える持続時間で生成され、好ましい実施形態では０．０３秒の持続時間であり、ピーク持続時間プラス８Ｈｚ〜２０Ｈｚの範囲のドウェルからなるランダムなサイクルで生成される。好ましい実施形態は、様々なタイマー、パルス生成、および発振器アプリケーションで使用される集積回路（チップ）である５５５タイマーＩＣ、または高電流ＬＥＤを駆動するように設計されたＬＴ（登録商標）３７４３固定周波数同期整流式降圧ＤＣ／ＤＣコントローラを使用する回路を制御することにより、無能力化効果へのヒトの適応を回避するためにピーク強度出力をランダム化する。
【００４８】
本発明の基本的な特徴および機構のすべてが、その特定の実施形態を参照して本明細書に示され説明されてきたが、改変、様々な変更および置換の許容が前述の開示で意図されており、いくつかの例において、本発明のいくつかの特徴は、記載した本発明の範囲から逸脱せずに、他の特徴を対応して用いることなく使用することができることは明らかであろう。また、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、様々な置換、改変、および変形が当業者によって行われてもよいことも理解されたい。したがって、そのような改変および変形および置換のすべては、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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