(57)【要約】  直接放射加熱システムにおいて照射制御のためにコーナキューブ・リフレクタ技術を利用するシステムおよび方法について記載する。このシステムおよび方法は、多くの種類の直接照射加熱システムにおいて用途があり、狭帯域または広帯域の両方の指向性照射加熱システムに適用可能である。この実施の目的および結果は、照射エネルギーで加熱または処理される目標物に光子を戻すように向け直すことによる、全体的なシステム効率の向上である。【選択図】図７
2013542549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物を照射処理または照射加工するためのシステムであって、
照射を発生させるように機能する照射源を備え、
該照射源は、目標物に向けて照射を方向づけるように構成されており、前記目標物は前記向けられた照射の一部を吸収し、
照射のために目標物が配置される照射ゾーンをさらに備え、該照射ゾーンは、少なくとも部分的に、近接コーナキューブ・リフレクタ部材により画成されており、前記コーナキューブ・リフレクタ部材は、コーナキューブ・リフレクタのアレイを有して、照射を反射することにより前記目標物に戻すように機能し、その照射は、前記目標物から反射されたか、前記目標物から後方散乱されたか、または前記目標物を通過したか、その少なくとも１つによるものである、システム。
【請求項２】
当該システムは調理用オーブンであり、前記目標物は食品または有機物である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
当該システムは、ボトル成形システム内に組み込まれており、前記目標物はプラスチックボトルのプリフォームである、請求項１および２のいずれかに記載のシステム。
【請求項４】
前記コーナキューブ・リフレクタ部材は、少なくとも１つのアパーチャを有し、これを通して、照射を、前記目標物に向けて前記コーナキューブ・リフレクタ部材を通して方向づけることができる、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項５】
前記コーナキューブ・リフレクタ部材は、前記照射ゾーンのエンクロージャの一部を構成している、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項６】
前記コーナキューブ・リフレクタ部材は、前記照射ゾーンの内面のほぼ全てを覆っているが、ただし、前記コーナキューブ・リフレクタ部材は、照射源を覆っていない、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項７】
前記コーナキューブ・リフレクタ部材は、迷放射線を前記目標物に向け直すことが必要になる可能性のある領域の少なくとも一部に戦略的に位置付けられるように、配置されている、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項８】
前記コーナキューブ・リフレクタ部材は、プリフォームの長軸を円周状に取り囲んでいるが、高速生産を図るため、プリフォームを前記照射室に出し入れするためのアクセスを確保している、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項９】
前記アクセスは、前記照射室を通る線形または弓形のいずれかの移動パスを確保することを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コーナキューブ部材は、前記プリフォームを取り囲んで、プリフォームが照射される時間の少なくとも一部の間の照射室を形成している、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コーナキューブ部材は、前面または後面の少なくとも一方にコーティングされており、波長の少なくとも８５％を反射する、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１２】
前記コーナキューブ・アレイの取り込み角は±４５°である、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１３】
目標物を照射処理または照射加工するための方法であって、
照射ゾーンにおいて、照射源を用いて、照射の少なくとも一部を吸収する目標物に照射することと、
前記目標物から反射されたか、前記目標物から散乱されたか、または前記目標物を透過したか、そのいずれかである照射を、前記照射ゾーンを少なくとも部分的に画成する近接コーナキューブ・アレイ・リフレクタ部材を用いて、前記目標物に戻すように反射することと、を含む方法。
【請求項１４】
前記照射は、前記目標物の加熱、乾燥、硬化、脱水のうち、少なくとも１つを目的とするものである、請求項２０に記載の方法。
【請求項１５】
照射手筈は調理用オーブン内で実現されるものであって、前記目標物は食品または有機物であることと、
照射手筈はボトル成形システム内で実現されるものであって、前記目標物はプラスチックボトルのプリフォームであることと、
この２つのうちの少なくとも一方である、請求項１３および１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年５月７日に出願された米国仮特許出願第６１／３３２，５１２号の優先権および利益を主張するものであり、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の典型的な実施形態は、目標物に照射するためのシステムおよび方法に関する。これは、目標物が能動的に照射されるシステムおよび方法において、特に、照射効率の向上に関連して適用されるものであり、そのような適用例を特に参照して説明する。しかし、当然のことながら、本発明の典型的な実施形態は、他の類似の用途にも適用可能である。
【背景技術】
【０００３】
プロダクトの加熱または照射は、これに関連して常に抱えている課題として、照射の目標物に衝突する照射プロセスの有効エネルギーの多くが失われるということがある。例えば、目標物に衝突する照射の光子の多くは、反射されるか、透過するか、後方散乱するか、のいずれかであって、目標物に吸収されない。能動照射プロセスの目的が目標物を加熱または処理することである場合、目標物に吸収されない光子の割合に応じて、プロセスの効率は低下する。例えば、食品に照射するときには、３０％〜６０％の光子が食品目標物からランダムな角度で後方散乱することも珍しくない。後方散乱の厳密な割合は、照射の正確な波長と、さらには食品自体の物理的特性に依存し、これらによって異なる。加えて、一部の食品および他の物質は透過特性を有し、これにより、光子は目標物を通過して、目標物の反対側から外に出る。光子は、目標物から後方散乱されるか、反射されるか、目標物を通過して出るのかにかかわらず、何らかの形で目標物に戻されない限り、エネルギーを無駄にする。照射エネルギーおよびそれを生成するコストは、ここ数十年で劇的に増加しており、そのため、効率を向上させる技術が是非とも強く望まれる。本発明の典型的な実施形態は、能動照射システムの効率を向上させるための新規の技術である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような無駄になる光子の問題は、様々な能動的または指向性照射処理システムおよび能動照射加熱システムに共通している。多くの場合、この問題の難しさから、光子を“リサイクル”して目標物に戻すことにより、さもなければ無駄になる光子から追加的有効吸収機能を得るための努力が、ほとんど、あるいは全く払われていない。何らかの形の戻し手段を設けるための努力がなされる場合には、それは通常、ある種の平面リフレクタを取り入れたものであって、リフレクタとして機能するように、曲げられるか、または楕円形もしくは放物線形にされている。このような数学的形状は、通常、特定の焦点または焦点のセットに関して機能するため、これは設計の観点から見ると極めて複雑になる。反射系の効率的な設計は、寸法および適切な形状を決定する上で集約的作業となり、その結果、広範なサイズに適用できる単純で高性能なリフレクタ構成を設計することは難しくなる。このため、それは、しばしばシステム効率およびエネルギー効率を犠牲にしてまでも無視される極めて困難な設計上の課題となる。
【０００５】
大きく平坦な反射面が用いられる限りにおいて、それらは、実際に効率を高めるのに効果がないことがあり、それらを設けることは無駄な努力となり得る。大きく平坦な複数の面を、配慮した相互の角度で配置することで、いくらかのランダム効果が得られることがあるが、それは広く一般に有効ではない。そのようなリフレクタ構成によって、いくらかの名目的な実効性が得られるとしても、それによって、最も有効であると想定される目標物の正確な位置に光子を戻す機能が提供されることは稀である。目標物が矩形のオーブン・キャビティ内で照射されるものである場合には、壁を反射性材料で構成するか、または覆うことが考えられる。残念なことに、オーブンの内壁が互いに直角であっても、望ましい結果は得られない。これは、ビリヤード台の例を用いて簡単に説明することができる。台の上のどこかに的球を置いて、（光子の経路を表す）第２の球をランダムに向ける場合に、的球に決して当たらない跳ね返りパターンを数多く定義することができる。実際に、第２の球は、バンパからバンパへ、そしてまたバンパへと跳ね返って、的球に当たることなくエネルギーを使い果たすことが多い。同様に、光子は、跳ね返りまたは反射ごとにエネルギーを壁に放って（そのエネルギーの消耗は、それが衝突する物質の種類によって異なる）、照射の目標物に到達することなく、そのエネルギーを使い果たすことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で記載する実施形態の一態様において、目標物を照射処理または照射加工するためのシステムは、照射を発生させるように機能する照射源を備え、この照射源は目標物に向けて照射を方向づけるように構成されており、照射のために目標物が配置される照射ゾーンをさらに備え、この照射ゾーンは、少なくとも部分的に、近接コーナキューブ・リフレクタ部材により画成されており、このコーナキューブ・リフレクタ部材は、コーナキューブ・リフレクタのアレイを有して、照射を反射することにより目標物に戻すように機能し、その照射は、目標物から反射されたか、目標物から後方散乱されたか、または目標物を通過したか、その少なくとも１つによるものである。
【０００７】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、上記システムは調理用オーブンである。
【０００８】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、目標物は食品または有機物である。
【０００９】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、上記システムはボトル成形システム内に組み込まれるものである。
【００１０】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、目標物はプラスチックボトルのプリフォームである。
【００１１】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ・リフレクタ部材は、少なくとも１つのオペラティブを有し、これを通して、照射を、目標物に向けてコーナキューブ部材を通して方向づけることができる。
【００１２】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ・リフレクタ部材は、照射ゾーンのエンクロージャの一部を構成している。
【００１３】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ・リフレクタ部材は、照射ゾーンのエンクロージャの半分より多くを構成している。
【００１４】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ・リフレクタ部材は、照射ゾーンの内面のほぼ全てを覆っているが、ただし、場合によっては、コーナキューブ・リフレクタ部材は、複数の照射源を覆っていない。
【００１５】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ・リフレクタ部材は、迷放射線を目標物に向け直すことが必要になる可能性のある領域の少なくとも一部に戦略的に位置付けられるように、配置される。
【００１６】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ・リフレクタ部材は、プリフォームの長軸を円周状に取り囲んでいるが、ただし高速生産を図るため、プリフォームを照射室に出し入れするためのアクセスを確保している。
【００１７】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、上記アクセスは、照射室を通る線形または弓形のいずれかの移動パスを確保することからなる。
【００１８】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ部材は、プリフォームを取り囲んで、それが照射される時間の少なくとも一部の間の照射室を形成している。
【００１９】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ部材は、有色顔料を含むことによって、見る人に部材が有色面に見えるようにするとともに、コーナキューブ部材が照射の波長で機能するようにしている。
【００２０】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ部材は、前面または後面の少なくとも一方にコーティングされており、これにより、７５０ｎｍ超の波長の少なくとも８５％を反射する。
【００２１】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ部材は、前面または後面の少なくとも一方にコーティングされており、波長の少なくとも９５％を反射する。
【００２２】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ部材は、１６００ｎｍ超で有効に機能する。
【００２３】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ部材のコーティングは、アルミニウム、銀、金、銅、カドミウムのうちの少なくとも１つ、またはその合金である。
【００２４】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ・リフレクタ部材は、照射目標物に向き合う、滑らかでウォッシャブルな面が組み込まれている。
【００２５】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、コーナキューブ・アレイの取り込み角は±４５°である。
【００２６】
本明細書で記載する実施形態の他の態様において、照射処理または照射加工の方法は、照射ゾーンにおいて、照射源を用いて目標物に照射することと、目標物から反射されたか、目標物から散乱されたか、または目標物を透過したか、そのいずれかである照射を、照射ゾーンを少なくとも部分的に画成する近接コーナキューブ・アレイ・リフレクタ部材を用いて、目標物に戻すように反射することと、を含んでいる。
【００２７】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、照射は、目標物の加熱、乾燥、硬化、脱水のうち、少なくとも１つを目的としている。
【００２８】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、本照射手筈は、調理用オーブンまたは処理用オーブン内で実現される。
【００２９】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、目標物は食品または有機物である。
【００３０】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、本方法は、ボトル成形システム内で実現される。
【００３１】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、目標物はプラスチックボトルのプリフォームである。
【００３２】
本明細書で記載する実施形態の他の態様では、目標物は、製造工程または充填工程における金属、ガラス、またはプラスチックのうちの１つである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１はコーナ・リフレクタの説明図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、コーナキューブ・リフレクタの説明図である。
【図３】図３（ａ）は、コーナキューブ・リフレクタ部材のシートまたはアレイの説明図である。
【図４】図３（ｂ）は、コーナキューブ・リフレクタ部材のシートまたはアレイの説明図である。
【図５】図３（ｃ）は、コーナキューブ・リフレクタ部材のシートまたはアレイの説明図である。
【図６】図４ａは、従来のオーブンの説明図である。
【図７】図４ｂは、本明細書で記載する実施形態によるオーブンの説明図である。
【図８】図５ａは、ボトルのプリフォームの説明図である。
【図９】図５ｂは、本明細書で記載する実施形態によりボトルのプリフォームに照射するシステムの説明図である。
【図１０】図６は、本明細書で記載する実施形態によりボトルのプリフォームに照射するシステムの説明図である。
【図１１】図７（ａ）〜（ｄ）は、本明細書で記載する実施形態によるシステムの照射ゾーンの一部分の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
例示的な本実施形態は、例えば照射処理および照射加工のために、目標物が能動的に照射されるシステムにおいて、照射効率を向上させるための新規の技術である。
【００３５】
例示的な本実施形態は、直接放射加熱システムにおける照射制御のためにコーナキューブ・リフレクタ技術を用いる新規の方法の教示および実現からなる。これは、多くの種類の直接照射加熱システムにおける用途があり、特に、狭帯域指向性照射加熱システム、または広帯域指向性照射加熱システムなど他の指向性照射加熱システムに適用可能である。特に、高指向性照射用途に適用可能であり、その場合、照射源は、ＬＥＤまたはレーザダイオードなどの半導体素子のアレイとすることができる。例えば、照射源は、用途に応じて、赤外線、マイクロ波、紫外線などの波長を含む放射線の複数の波長分布のうち１つ以上の波長分布の放射線を、５００ｍＷを超える出力で放つものである。このようなシステムにおける目標物は、調理もしくは加工される食品（または他の有機物）、乾燥もしくは硬化される物、または更なる加工のために加熱される熱可塑性部品（例えば、プラスチック（例えばＰＥＴ）ボトルのプリフォームなど）とすることができる。また、目標物は、製造工程または充填工程を含む様々な環境における金属、ガラス、またはプラスチックのいずれかのターゲット材であり得る。対象用途の範囲は非常に広いが、共通点は、すべてのシステムで、一般に照射効率が重要な設計目標であるということである。例示的な実施形態の実施の目的および結果は、照射エネルギーで処理または加工される目標物に光子を戻すように向け直すことによる全体的なシステム効率の向上である。目標物の処理または加工には、例えば、加熱、乾燥、硬化、脱水、処置、コーティングなどが含まれる。例示的な実施形態の詳細および有用性、さらにはその実施方法の理解のため、照射システムおよびコーナキューブ反射技術の原理について教示する必要がある。
【００３６】
適切に設計された直接照射システムでは、光子エネルギーが十分によく収束されるはずであり、これによって、極めて高い割合のエネルギーが、食品また目標物に当たって、これを直接加熱するか、または初回通過で目標物に吸収される。照射源として、広範な直接的かつ能動的照射装置を含むことができ、これらは、目標物の加熱、乾燥、硬化、脱水、コーティング、または処置（など）、本明細書で記載するプロセスに有用な電磁放射を発するものである。その一部として、高輝度放電ランプ、アークランプ、石英ランプ、ハロゲンランプ、Ｃａｌｒｏｄ、ＬＥＤ、発光トランジスタ（ＬＥＴ）、さらには、面発光レーザ素子、固体レーザ、他のタイプのレーザを含む半導体レーザ、などが挙げられる。本実施形態の実施において使用し得るいくつかの照射源が、例えば、米国特許第７４２５２９６号、２００６年６月７日に出願された米国特許出願第１１／４４８６３０号、２００８年６月９日に出願された米国特許出願第１２／１３５７３９号に開示されており、これらの特許および／または出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。一部の照射源は、他のものよりも指向性または照準可能性が遥かに高い。確かに、放射エネルギーを、用途のために最も望ましい所望のパターン、角度、および強度で目標物に当たるように成形するための、レンズ、リフレクタ、リフラクタ、ディフラクタ、光パイプ、光ファイバ、および様々な他の手段の、多くの組み合わせがある。高度な技術によるビーム成形を必要とするかどうか、または許容できる照射パターンを原照射装置によってその最も基本的な形で作り出すことができるかどうかにかかわらず、後方散乱、反射、または透過する光子をいかにして目標物に戻すかは、依然として課題である。
【００３７】
照射源エンジニアリングが適切に実施されたと仮定すると、照射エネルギーのかなりの部分が目標物に当たり、多くの場合、目標物に吸収されることになるが、上述のように、目標物に当たる照射の光子の多くは、反射されるか、透過するか、あるいは後方散乱するかのいずれかであって、目標物に吸収されない。このとき、工学的観点から、目標物は能動照射源に似たものと考えることができる。この場合、特別に設計された能動照射源からの高指向性のエネルギーを得るのではなく、それは“能動”照射源で生じたものであっても、実質的に得られるのは目標物自体から放たれる拡散エネルギーである。
【００３８】
後方散乱エネルギーは高拡散性であることが可能であり、光子のベクトル方向に関して完全なランダム性に近くなり得る。一方、透過する光子は、一般に、予測可能性が遥かに高い指向性を持つことになるが、それでもなお、それらが目標物の裏側を出るときに、物質によってはランダム性の高い成分を有していることがある。これらの状況の両方に、１つの共通点がある。エネルギーが、まるで目標物自体から発しているように“見える”ことであり、例示的な本実施形態を実施する目的では、そのようなものとして扱うことが可能である。また、鏡面目標物からの反射は、このランダム性とは対照的で、例えば、反射角度が入射角と等しく、これによって、光子を目標物に戻すように反射するための単一のリフレクタを戦略的に配置することができる状況が規定される。本明細書で記載する実施形態では、さらに、ここで説明した後方散乱またはランダムに透過するエネルギーの遥かに高いランダム性に対処する。
【００３９】
目標物に動的かつ能動的に照射されても、光子は、目標物によって、まるで一次放出源であるかのようにして、再放出される。目標物は、光子をランダム化する二次放出源のように機能するので、技術的課題は、それらを照射源に戻すように方向づけることであり、これによって、光子は目標物に戻されて、そこで更なる有用性を持ち得る。この課題の新たな解決策は、光子を目標物に戻すように、コーナキューブ・リフレクタ部材を適切に配置することである。
【００４０】
何十年にもわたって、様々な形態のコーナキューブ・リフレクタがよく知られている。コーナキューブ・リフレクタは、幅広い用途に用いられているが、本明細書で企図されるような能動放射加熱技術では採用されていない。例示的な本実施形態では、コーナキューブ・リフレクタ技術の新規の用途を想定し、教示している。これは、様々な形態のシート型コーナキューブ・レトロリフレクタ技術によって実施されることが最も多く、シートは、コーナキューブ・リフレクタまたはコーナキューブ素子のアレイを１つまたは複数含んでいる。
【００４１】
コーナキューブ・リフレクタの原理を理解するためには、２次元コーナ・リフレクタの基礎を理解することが役立つ。図１は、互いに直角である２つの鏡または反射面を有する２次元コーナ・リフレクタが、両方のリフレクタに垂直な平面内を進む光線ベクトルとして図に示す光子に対して持つ効果を示している。このような構成では、常に反射のペアが含まれる。これらの反射によって、入射角と反射角が等しいという原理が成り立つ。（パス２０で示すような）光子が第１の鏡面（１１）に急角度（１２）で衝突すると、それは全く同じ角度（１３）で反射される。光子は、引き続き進んで、急角度（１４）で反射面（１６）に当たる。次いで、リフレクタの平面に対するのと同じ角度（１５）で反射され、図１のコーナ・リフレクタ・アセンブリを離れた後の最終的なパスは、ベクトル（２１）で示すように、入力光線（２０）に平行である。４つの角度（１２、１３、１４、１５）の和は常に１８０度となり、入射角（１２）と最後の反射角（１５）の和は常に９０度に等しくなる。従って、鏡面の両方に垂直な平面内を進んで図１に示すコーナ・リフレクタ装置に入射する光線は、常に入力光子線ベクトルに厳密に平行に戻るように反射される。
【００４２】
コーナ・リフレクタから出る光子の反射パスは、元のパスに平行であるものの、重なることはなく、すなわち全く同じパスを描くのではなく、平行な入力光線と出力光線との間にオフセット寸法（２３）が得られることに留意することが重要である。２つのベクトル間の距離（２３）は、コーナ・リフレクタの大きさと、光子が最初に入射するコーナ・リフレクタ内での場所と、その両方の関数である。簡単には、光線が共通のコーナからより遠くで１番目の鏡面または反射面に当たるほど、入力と出力の光線パス間の寸法（２３）はより大きくなる。
【００４３】
コーナ・リフレクタは２次元で上記のように機能し、これは、入力光子線が両方の反射面に垂直な平面内を進む場合に効果的である。
【００４４】
「コーナ・リフレクタ」または「レトロリフレクタ」と呼ばれることもある実際のコーナキューブ・リフレクタは、第３の反射面または鏡面が追加されて、３つの反射面すべての平面が互いに垂直になっている。図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、３つの平面であるＡ面、Ｂ面およびＣ面は、互いに垂直であって、共通の点で交わっており、また多くの場合、完全な立方体とみなされる。実際には、立方体を構成する反射面のうちの３面のみが、個々の光子反射のために必要である。２次元コーナ・リフレクタと３次元のコーナキューブ・リフレクタとの違いは、以下の通りである。図１に示すようにして含まれる２つの反射面は、入力光線が両方のリフレクタに垂直な平面内を進む場合に、その光子線を、オフセット寸法（２３）で入射光子ベクトルパスに平行に、放出源に向かって戻すように反射するのみである。一方、コーナキューブは、入力光線が最大９０°の取り込み弧度の範囲内の入力角度である場合に、その入力光子線を、平行な出力光線として戻すように反射する。２次元コーナ・リフレクタと同様に、入力と出力の平行な光線間のオフセット寸法の大きさは、入射位置と３次元コーナキューブ・リフレクタの寸法の両方の関数である。従って、コーナキューブ・リフレクタは、効果的であるためには、目の前の用途に適したサイズとする必要がある。光子線が、非常に小さい（図１の）寸法（２３）で、自身のパスをほぼ辿って引き返すことが望ましい場合には、コーナキューブは、その物理的寸法に関して極めて小さくなければならない。光子を元の目標物に十分正確に戻すためには、極めて小型の、さらにはマイクロサイズのコーナキューブ・アレイのシートを用いることが望ましいとされ得る。
【００４５】
コーナキューブの機能性の利点は、コーナキューブ・リフレクタのサイズと配置が適切であれば、光子を、その入力角度にかかわらず、その“放出源”に直接戻すことができるということである。例示的な本実施形態では、目標照準型照射システムの効率を劇的に高めるために、コーナキューブの機能性を利用する方法を想定し、教示する。直接光子照射の形式で目標物またはプロダクトを加熱、乾燥、脱水、または処置するためのシステム内に、小型またはマイクロサイズのコーナキューブ・リフレクタの適切なサイズのアレイまたはシートを配置展開することを想定している。効果的には、例示的な本実施形態を採用して適切に設計されるシステムは、何百から何十万を超えるコーナキューブ素子を用いることができる。
【００４６】
コーナキューブ・リフレクタ技術は、様々に異なる形態で利用することができる。コーナキューブ・リフレクタ技術の最も単純な形は、単一の３面リフレクタ、または単一のキューブの形態でもたらされる。上述のように、３つの反射面（例えば、図２（ａ）〜２（ｄ）のＡ面、Ｂ面およびＣ面）は互いに垂直でなければならず、これらの反射面の少なくとも延長線が共通の直角コーナで交わっていなければならない。この現実は、多くの場合、構造上または製造上の効率の理由で、３次元立方構造の形では適っている。このような単一のコーナキューブ・リフレクタは、レーザ測距やレーダブイなど多くの用途で使用されるが、例示的な本実施形態の場合には、それほど有用ではない。例えば、３次元立方構造は、結果的に、平行な入力と出力の光線間のオフセット距離が比較的大きくなり、これによって、目標照準型照射システムの効率が低下することになる。
【００４７】
このオフセット距離は、図１で２３として示している。これは、入力光線（２０）から出力光線（２１）までの距離を表している。直角コーナ（２８）から遠くでリフレクタに当たり、最終的に平行な光線（２６）として反射されるものとして図１に示す光子線（２５）は、２つの平行な光子線間に示される距離（２４）を有する。原則として、（２０）または（２５）のような入力光線がコーナ（２８）の近くで反射されるほど、平行な出力光線までの（２３）または（２４）のようなオフセット距離は小さくなる。別の例を、入力光線２５’、出力光線２６’、および寸法２４’によって示している。特定の用途および目標物の大きさにとって、入力光子線から出力光子線までの距離を最小化することが望ましい場合は、最初の反射は、リフレクタの（２８）のような頂点に近くなければならない。これは、実際には、それぞれ（図２（ｃ）の５）または（図１の２９）であるキューブまたはリフレクタの寸法が、その用途で必要とされる程度に小さくなければならないことを意味する。言うまでもなく、１つのみのキューブ・リフレクタがある場合は、それは非常に小さい目標物に当てることが可能であるので、解決策は、相互に光学的に連続した小さなキューブのアレイを設けることである。小さなキューブ・リフレクタの寸法が小さいほど、アレイは、光子線をその元の場所に極めて近い場所に、より近接させて反射させる。
【００４８】
幅広いコーナキューブ・リフレクタが入手可能であり、市販用に製造されている。それらの最も一般的な適用例は、センサと併用されるレトロリフレクタとして使用する場合である。複数のコーナキューブ・リフレクタまたはコーナキューブ素子のアレイを含むコーナキューブ反射部材のシートは、ガラス、プラスチック、および他の反射材で作られる。例示的な本実施形態の実施には、照射ゾーンに近接した物理的領域をほぼカバーすることが可能なコーナキューブ部材のアレイが不可欠である。一部の形態では、コーナキューブ・リフレクタのアレイを有するコーナキューブ・シート部材は、オーブン・キャビティまたは加熱キャビティもしくは加熱室内のような、照射が生じるゾーンまたはキャビティを画成している。本技術を実施するための一般的なガイドラインは、照射エネルギーを所望の場所に戻すために、コーナキューブを十分小さくすることである。放射エネルギーの吸収は、部材の経路長の関数であるので、薄いコーナキューブ部材シートを用いるほど、コーナキューブ部材の加熱は少なくなる。部材を薄いものにすること、それは、小型またはマイクロサイズのコーナキューブをシート材に埋め込むことを意味するが、そのことによる利点もある。それは、光子が目標物を出た点に正確に戻ることと、さらにはコーナキューブ・シート部材で生じる加熱と、その両方を最適化する助けとなる。
【００４９】
多くの用途では、目標物に面するコーナキューブ部材の面に、滑らかで、スクラブ洗浄可能または少なくとも清掃が容易な平面を有することが望ましい。従って、目標物に面する側に３次元の部材を用いるのではなく、滑らかで、清掃が容易またはウォッシャブルな面を目標物に向けて持つように、それを製造することが望ましい。図３（ａ）を参照すると（これは、参照しやすいように、また説明のため、シートアレイ２００の一部分の断面の代表図を示している）、コーナキューブ・シートアレイ２００の３次元形状は、コーナキューブ・シート部材２１０の裏側に作られている。コーナキューブ・シートアレイ２００は、モールディング、（フォトエッチングなどの）エッチング、コーティング、キャスティングなどの技術を用いて作ることが可能であり、また、それは適当なアレイまたはシートに形成することができる。理想的な反射コーティング面２４０は、シート２１０の裏側２３０に配置され、そこでは、目標物からの飛び跳ねまたは照射プロセスの何らかの産物によって汚染されることがない。この場合、裏側は、銀、アルミニウム、金、銅、カドミウム（または、銀、アルミニウム、金、銅、もしくはカドミウムの合金）で、または特定の用途に予想される波長域に最適な他のコーティング材で、コーティングされる。例えば、コーナキューブ部材は、その裏面をコーティングすることで、１６００ナノメートル超の波長の、適切な、例えば優良な（照射の９５％を反射する）リフレクタ、または７５０ナノメートル超の波長の、適切な、すなわち良好な（照射の８５％を反射する）リフレクタとすることができる。例えば、約１６００ｎｍの短波長赤外域では、一般に、銀が最も理想的かつ実際に利用可能な反射材である。例えば、銀コーティングは、およそ１６００〜１７００ナノメートルの範囲では約９８％の反射率であり、これはプリフォーム（例えば、ＰＥＴプリフォーム）加熱の用途に特に有用である。アルミニウムは、妥当な反射材であるが、一部の波長に対しては理想的ではない。上記のようなコーナキューブ・リフレクタ・シート部材２１０を、例えば使用される波長での光透過率ができる限り高い材料で成形することにより、裏側をコーティングする反射材２４０の最適な選択に柔軟性を持たせることができる。コーナキューブ・リフレクタ・シート部材２１０は、さらに、オプションとして、最適な屈折率整合コーティング２５０による平滑前面２２０のコーティングを図るものである。前面に的確なコーティング２５０を選択することによって、部材のコーナキューブ・リフレクタ部材を通過して裏面上の選択された反射材に当たる光子の数に対する、前面から反射される光子の割合を最大化することが可能である。例えば、反射された照射が平坦前面をより良く透過する（例えば、反射が少ない）ことが、屈折率整合コーティングによって可能となることがあり、これによって、より多くの光線をコーナキューブ・アレイに当てることができる。また、実施においては、この平坦前面２２０上での取り込み角または臨界角も考慮されなければならない。擬似単色の適用例では、シート部材の前面からの反射を１％または２％未満、あるいはさらに少なくすることを図るように、整合コーティングを選択することが可能である。また、いくつかのコーティング層を用いることで、使用され得るいくつかの波長の各々について、前面からの反射を確実に防ぐようにすることも可能である。さらには、１つの波長または波長のセットでは完全反射であり、別のある波長では完全透過であるコーティングを用いることも可能である。これによって、コーナキューブ反射部材を、いくつかの波長での真のレトロリフレクタとする一方で、他の波長では単純な平坦鏡面として機能させることが可能となり得る。また、人が見て美しいが、非可視波長は完全に透過させるコーティングを追加することも可能である。例えば、もしオーブンの内側が、表面に青いコーティングを持つコーナキューブ反射シート部材で覆われたとすると、それでも完全に目には見えないままであって、近赤外（ＮＩＲ）波長域または短波長赤外域（ＳＷＩＲ）では透過させることが可能である。加えて、抗菌層として機能するコーティングを平面２２０上に用いてもよい。また、ナノコーティングを用いて、様々な機能を実現することもできる。さらには、セルフクリーニング機能につながるような材料を使用することもできる。
【００５０】
あるいは、コーナキューブ・リフレクタ・シート部材２１０を成形または製造するガラスまたはプラスチック材料は、その中に有色顔料を含むことによって、それを有色に見えるようにしたり、さらに場合によっては、消費者など、見る人に美しく見えるようにしたりすることもできる。適切な着色剤を用いれば、それは、同じく可視域外については完全透過させることができる。この場合、例えば、コーナキューブ部材は、依然として所望の波長でのコーナキューブ部材として機能することになる。当然のことながら、そのような製品の製造で使用されるコーティングまたは着色剤は、食品および消費者の安全性の問題を抱える用途で使用するのに適したものでなければならない。このような着色によって、オーブンの内部を消費者が見て美しい色にするとともに、安全かつ清掃が容易であって、完全に機能的なコーナキューブ反射部材からなるものとすることが可能になる。これにより、極めて機能的な構成で、高いシステム効率と表面的な美しさを兼ね備える。
【００５１】
図３（ｂ）を参照すると、これは、コーナキューブ・シートアレイが形成されたコーナキューブ部材２１０のシートを、上から見て示している。図示では、コーナキューブ・リフレクタ（２１５で示すものなど）のＸ×Ｙアレイ（例えば、ＸとＹは１より大きい）の一部分を示している。アレイのサイズおよび構成は、用途によって異なる。
【００５２】
コーナキューブ・アレイ部材の適切な適用においては、さらに考慮しなければならないことがある。場合によっては、エネルギーが特に厳密にその放出源に戻されないように、コーナキューブの寸法を大きくすることが必要なことがある。その良い例は、一般に極めて繊細な発光面を有し、発光面の表面にエネルギーを戻すことによる損傷の可能性があるレーザダイオードによる照射のときである。これは、発光面の過熱故障の原因となり得る。レーザダイオード光源からの光子エネルギーが最初に目標物に当たるのではなく、コーナキューブ反射部材に直接当たる場合には、それが反射により発光面に直接戻されて、かなりの損傷を引き起こす可能性がある。通常のコーナキューブによると、キューブのサイズを大きくしたとしても、光子エネルギーの一部は、３つの鏡面の頂点または接合点（交点）付近に向けられることになる。局所的には、光子が頂点の近くに当たると、それは小さなコーナキューブ・リフレクタと同じように機能して、そのエネルギーを放出源の極めて近くに戻す。その距離は、反射位置から３つの反射面の頂点までの距離の関数である。これを、例えば、図３（ｃ）では距離３７および３３によって示しており、これについて以下でより詳細に説明する。
【００５３】
標準的なコーナキューブ形状を調整することによって、この潜在的な問題の的確な解決が可能である。コーナキューブが、その頂点に近いキューブ部分は戦略的に反射性ではないように作られると、光源を損傷し得る再帰反射、または他の何らかの理由で望ましくない厳密な再帰反射の問題を回避することができる。これは、頂点の最も近くでコーナキューブの形状を変更することにより、または採用する材料もしくはコーティング（複数の場合もある）を変更することにより、実現することができる。キューブの実際のコーナ部は、製造工程において、ランダムな角度で、好ましくはキューブを通る仮想対角線に対して直角に近い平面で、単純に切断または除去することができる。別の方法は、３つすべての鏡面において、頂点付近の表面仕上げを変更することで、適用される波長での反射が弱くなるようにすることである。さらに別の方法は、キューブの適切な面（内面または外面のいずれか）に追加されることがある反射コーティングを除去することであり、これによって、その頂点付近が非反射性にされる。確かに、その頂点付近を非反射性にするための様々な技法の組み合わせによって、その機能を果たすことを考案することができる。これによって、リサイクルにより光子を目標物に戻すシステム効率は低下することになるが、しかし、それは、光源（複数の場合もある）を保護するため、または他の何らかの理由で払われる適正な代償であり得る。発光面の表面が、採用されるキューブのサイズに対して相対的に小さい場合には、断面的に、頂点付近の表面積のわずかな量のみが非反射性にされる必要がある。光子を目標物に戻すリサイクルの効率は、目標物から見たキューブの断面的な反射性表面積の関数であるので、頂点付近の小さな領域を除去する影響は、コーナキューブ反射シートの全表面積のわずかな部分とすることができる。
【００５４】
特定の用途で例示的な本実施形態を実施するために、まさに選択される材料の種類は、最終用途および環境に適したものでなければならない。例えば、ガラスのコーナキューブ・シートは、より衛生的で、ヒートレンジに対処することができ、調理用オーブン機器内に配置されて清掃が容易とすることができる。プラスチックは、他のいくつかの用途で、より安価で、より耐久性に優れたものとなり得る。
【００５５】
例示的な本実施形態は、指向性放射加熱システムの効率性を高めるために、コーナキューブ・リフレクタ部材（例えば、コーナキューブ・リフレクタまたはコーナキューブ素子のアレイを含む部材のシート）を戦略的に配置する、新たな実施を教示するものである。例示的な本実施形態によれば、コーナキューブ・リフレクタ部材は、指向性照射による加熱、乾燥、硬化、脱水、または調理システムの全体または戦略的部分を、画成または裏打ちするように用いられる。例えば、エンクロージャもしくはキャビティもしくはゾーンの半分、エンクロージャもしくはキャビティもしくはゾーンの半分より多く、エンクロージャもしくはキャビティもしくはゾーンのほぼすべて、または（場合によって、照射源のために設けられるスペースまたは隙間を除いて）エンクロージャもしくはキャビティもしくはゾーンのすべてが、シート部材で画成または裏打ちされることがある。指向性照射による加熱または調理システムは、放射エネルギーによって加熱、調理、硬化、乾燥、脱水、コーティング、または処理もしくは加工される目標物に、明確かつ直接的に放射光子エネルギーを向ける、または‘当てる’システムと定義される。例示的な実施形態は、さらに狭帯域照射システムに適用可能であり、これによって、直接光子放射エネルギーを、さらに正確に加熱目標物またはその細分区域に当てることができる。多くの場合、直接照射加熱システムは、目標ワークピースを、均等または一様にではなく、特定の熱プロファイルまたはパターンに従って加熱することが望ましい。そのような加熱システムでは、例示的な本実施形態によって、光子放射エネルギーの多くを、それが目標物の表面から散乱した点、またはエネルギーが目標物を通過した後に出た点に、直接戻すように向け直すことが可能である。この線に沿って、例えば、迷放射線を目標物に向け直すことが必要になる可能性のある領域の少なくとも一部に、リフレクタ部材のシートを戦略的に配置することもできる。
【００５６】
コーナキューブ・リフレクタ・シートは最大取り込み角を持つので、シート設計のパラメータの範囲内で操作することが重要である。ほとんどのコーナキューブ・レトロリフレクタ部材は、広い取り込み角に特別に設計されない限り、コーナキューブ反射シートまたはパネルの前面への直交直線に対してプラスマイナス４５°の取り込み角を持つ。一般に、キューブ自体の形状から、９０°の全夾角が、絶対最大取り込み角である。実用的な観点から、効率的な反射のためには、それは実質的に９０°または±４５°未満であることが多い。いずれかの方向に傾いた非直交反射軸を持つコーナキューブ・リフレクタ・シートを設計することは可能であるが、それらのほとんどは、中心反射角がシートの大きな平面に対して直角になるように構成されている。コーナキューブ・リフレクタ・パネルが、シートを構成するランダムな向きのコーナキューブ・リフレクタ素子で設計されている場合には、それは幅広い入力光線角を反射するが、全体の反射効率を犠牲にすることにもなる。すなわち、入射光子の一部は、それらの入射光線パスに平行なパスで戻るように適切に反射されない。これは、より拡散的な反射が、用途による要求で望ましい場合には有用である。場合によって、直交軸の近くでは略１００％の反射率を有し、入力ベクトルが軸から離れると反射効率が低くなるように設計されることがある。
【００５７】
シート２００を示す図３（ｃ）を参照すると、上記の直交直線Ｌに対する±４５°の取り込み角（コーナキューブ部材またはアレイのシートの場合）を、入力光線３２および３５によって示している。図示の取り込み角（例えば、ここでは角度３４と３８は４５°より大きい）では、それぞれ出力光線３１と３６が得られる。寸法３３（例えば入力光線３２と出力光線３１の間の平行距離）および寸法３７（例えば入力光線３５と出力光線３６の間の平行距離）は、企図される取り込み角を証明している。これに対し、上記の直交直線Ｌから４５°を超える取り込み角（例えば、ここでは角度４２は４５°未満である）では、入力光線４０の結果として、入力光線から角度４３で反射された出力光線４１が得られる。このような状況では、その入力光線に平行な出力光線は実現されず、より拡散した出力が実現される。
【００５８】
光子反射が９０°の全夾角の範囲内の光子取り込み角で部材に到達するように、コーナキューブ反射部材が適切に構成および配置される限りにおいて、例示的な実施形態には、放射システムの全体的な光子利用効率が劇的に向上するという効果がある。
【００５９】
それは、さらに、システムが、目標物の細分区域または特定の部分に照射エネルギーを正確に当てることが可能であるという効果がある。
【００６０】
それは、少なくとも部分的に反射性であるか、または指向性エネルギーの後方散乱がある程度発生する目標物に照射する直接照射加熱システムで用いられる場合に、特に有用である。
【００６１】
それは、指向性エネルギーが、目標物に一部のみ吸収されて、目標物を通過し、そのエネルギーを、それが目標物から出た点に戻すことが望ましい用途において直接効果的である、という別の効果がある。
【００６２】
それは、指向性光子放射エネルギーが、目標物を構成する材料の少なくとも第１の表面層を通過してから、反射によりその層を通して戻されて目標物を出るが、その光子エネルギーを、それが目標物から出た点に戻して、利用可能な追加的光子エネルギーを利用することが望ましい用途において直接効果的である、という別の効果がある。
【００６３】
例示的な実施形態は、特定の熱パターンまたはシグネチャに従って不均一に加熱されることが想定された目標物に照射する場合に、特に効果的である。
【００６４】
例示的な実施形態は、さらに、照射システムの全体的なエネルギー効率が劇的に向上するという効果がある。
【００６５】
例示的な実施形態は、さらに、特に後方散乱の傾向が強い目標物への照射の場合に、さもなければ周辺または周囲の環境に失われる光子を、捕獲して再利用することによる効果がある。
【００６６】
例示的な実施形態は、さらに、目標物から後方散乱する光子を戻し、そして、それらをランダムな照射として全体的な加熱を発生させるのではなく、それらを目標物の所望の位置で再利用することによる効果がある。
【００６７】
例示的な実施形態は、さらに、目標物を通過する光子放射エネルギーを方向転換させて、それらの光子を所望の照射パターンに従って目標物に戻し、それらが目標物の全体的な加熱を発生させるランダムな放射エネルギーとならないようにすることによる効果がある。
【００６８】
例示的な実施形態は、さらに、光子放射エネルギーを所定の目標物に戻すように適切に方向転換させることにより、周囲環境と周囲の部品および装置の全体的な加熱を回避するという点で、別の効果がある。
【００６９】
例示的な実施形態は、光子が適切に方向転換またはリサイクルされなかった場合に可能である深さよりも深い照射吸収が、所望の照射パターンに従って提供されるという別の効果がある。
【００７０】
それは、指向性光子放射エネルギーが、目標物を構成する材料の少なくとも第１の表面層を通過してから、反射によりその層を通して戻されて目標物を出るが、その光子エネルギーを、それが目標物から出た点に戻して、利用可能な追加的光子エネルギーを利用することが望ましい用途において直接効果的である、という別の効果がある。
【００７１】
例示的な実施形態の別の効果は、加熱調理、高熱焼き、直火焼き、天火焼き、油揚げ、発酵、加熱溶解、たれ付け、網焼き、蒸し加熱、煮込み、またはローストを実施する、食品加工用オーブンの効率および速度を劇的に向上させることができることである。
【００７２】
例示的な実施形態は、さらに、工業プロセスおよび商業プロセスのための指向性放射加熱処理の用途において、後方散乱または反射される光子エネルギー、および／またはワークピースを通過するエネルギーを、ワークピースに向け直して、それが目標ワークピースを出た点に向けることができるという、重要な効果がある。
【００７３】
例示的な実施形態は、さらに、プラスチックボトルのプリフォームの再加熱において、加熱位置制御の向上および全体的なシステム効率の向上のため、プリフォームを通過する光子放射エネルギー、またはプリフォームから反射される光子放射エネルギーは、それがプリフォームを出た場所に正確に戻されるという、特有の効果がある。
【００７４】
例示的な実施形態は、さらに、ＰＥＴプラスチックボトルのプリフォームの再加熱において、生成された光子を効率的に利用するため、プリフォームを完全に照射ボトルに入れる必要性を排除することによって、再加熱炉を劇的に単純化するとともに、そのコストを低減することによる効果がある。
【００７５】
例示的な実施形態は、さらに、狭帯域照射システムにおいて、所望の熱パターンに従ってプリフォームに正確に照射することが、大幅に単純化された照射システム設計によって可能であるという効果がある。
【００７６】
例示的な実施形態は、さらに、優れた光子効率を維持したまま、単純化されたプリフォーム照射処理システムを提供するという効果がある。
【００７７】
例示的な本実施形態の適用例は多種多様であり、また、まさにその性質から、特定の用途に応じて概念を最適化するため、様々に異なる物理的構成となる。当業者がこの新規の概念を取り入れて、指向性照射システムでの様々な用途に適用することができるように、いくつかの例を提示し、詳細に説明する。
【００７８】
図４ａに、調理用オーブンの断面図を示しており、これは、オーブン・キャビティ（４１）に囲まれており、また、光学的に透明な棚（４７）に載置されて、これにより支持されたピザ（４２）を調理しているところを示している。この棚（４７）は、使用される照射波長（複数の場合もある）をほぼ完全に透過させる部材か、または支持材の間に照射が自由に通過できるスペースを高い割合で有する格子もしくはメッシュ部材か、いずれかとすることができる。光子照射を発生させる狭帯域照射装置（４６）のアレイのための取り付け装置（４５）を図示しており、その光子照射は、最初に、調理または照射される食品（４２）に正確に向けられることになる。照射アレイ（４５）には、電源装置（４９）から電流制御ＤＣ電圧が供給される電気接続ケーブル（４８）を介して、電流が供給される。電源装置（４９）は、電源コード（５０）によってＡＣ電源コンセントに接続されている。電源装置（４９）は、制御システムおよび（５７）で示すユーザインタフェース・パネルによって制御される。
【００７９】
アレイ（４５）に電力が供給されると、半導体ダイオード照射装置（４６）は、食品目標物（４２）に向かう照射パターンで装置から出射される照射を発生させる。光子照射は、模式的に光子線ベクトル（５１）および（５２）で示している。ベクトル（５１）で表される光子が食品（４２）に接触すると、それは吸収されるか、反射されるか、または散乱されるか、そのいずれかとなる。図４ａでは、ベクトル（５９）で表すように反射されることを示している。ベクトル（５９）で表される光子は、オーブン・キャビティの壁（３９）に当たって、ベクトル（６０）で示すように反射され、そして再びオーブンの壁（３９）に当たって、ベクトル（６１）のように反射される。ベクトル（６１）は、別の場所でオーブン・キャビティの壁（３９）に当たって、ベクトル（６２）のように反射される。このプロセスは、光子のエネルギーが反射によって実質的に消散するまで、または（６３）で示す垂下したベクトルによって表されるように、光子のエネルギーを吸収することが可能な何かに衝突するまで、何度も何度も反射して継続する。
【００８０】
図４ｂには、オーブン・キャビティ（４１）を裏打ちおよび画成する、すなわちこれにより囲まれた、コーナキューブ・ライニング（４４）（例えば、上記のように、コーナキューブ・リフレクタまたはコーナキューブ素子のアレイが形成されたシート状のコーナキューブ部材）を追加して、調理用オーブンの同様の断面図を示しており、また、光学的に透明な棚（４７）に載置され、これにより支持されたピザ（４２）などの食品または有機物を調理しているところを示している。オーブン・キャビティ（４１）は、照射ゾーンまたは照射室を画成している。コーナキューブ部材のシートは、上述のように、キャビティの様々な部分または様々な量を覆うことができる。光子照射を発生させるために用いられる狭帯域照射装置（４６）のアレイのための取り付け装置（４５）を図示しており、その光子照射は、最初に、調理される食品（４２）に正確に向けられることになる。照射アレイ（４５）には、電源装置（４９）から電流制御ＤＣ電圧が供給される電気接続ケーブル（４８）を介して、電流が供給される。電源装置（４９）は、電源コード（５０）によってＡＣ電源コンセントに接続されている。電源装置（４９）は、制御システムおよび（５７）で示すユーザインタフェース・パネルによって制御される。また、このシステムは、例えばパスに沿って食品をオーブンの中に出し入れして運ぶための機構を備えていてもよい。
【００８１】
アレイ（４５）に電力が供給されると、半導体ダイオード照射装置（４６）は、食品目標物（４２）に向かう照射パターンで装置から出射される照射を発生させる。光子照射は、模式的に光子線ベクトル（５１）および（５２）で示している。光子照射は、食品（４２）の所望の部分または全体に接触するような適切な照射パターンの形態をしている。照射装置（４６）から放射される照射線（５１）は、食品（４２）と接触する。光線（５１）で表される光子が食品に接触すると、それは反射されるか、または食品に入り込んで吸収されるか、または食品からランダムに後方散乱されることがあり、そのいずれかとなる。この例では、光線（５１）で表される光子は反射されて光線（５３）になると仮定し、これは、最終的に、光線（５３）で表される光子をその波長で透過させるコーナキューブ反射部材（４４）の外面に当たる。光子は、引き続きコーナキューブ反射シート部材（４４）の中に進んで、シート型コーナキューブ・リフレクタ部材の内部にある実際のコーナキューブ反射面（４３）に当たる。そして、光子は、コーナキューブ反射部材に固有の性質によって反射されて、光線（５４）で表されるパスを戻り、再び食材（４２）に接触する。光子が食材（４２）に接触したときに、その光子が吸収されるか、反射されるか、または散乱されるかについては、再び確率関数である。光子が、吸収される食材に進入することなく、反射または後方散乱された場合、それは光線（５９）で示すパスに沿って進み、コーナキューブ・リフレクタの反射面（４３）に当たると、再び反射され、ベクトルパス（５８）に沿って食材（４２）に向かって戻る。図４ｂに示すように、オーブンのキャビティの裏打ちにコーナキューブ照射部材を使用することの効果は、光子が実際に食品または目標物（４２）に吸収されるまで、このプロセスが必要に応じて何度も繰り返し起こり得るということである。食品に当たる照射光子は、一般に後方散乱または反射される確率が２０％から６０％であるので、このような効率の向上は非常に重要となり得る。
【００８２】
現今の多くの大容量プラスチック製の、ソーダ、水、ジュース用ボトルは、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）または類似の成形可能な材料で作られている。大容量のＰＥＴボトルは、２段階のプロセスで作られる。まず最初に、図５ａに概略的にその断面を示すプリフォームとして知られる円筒状部品が、射出成形または圧縮成形される。プリフォームは、ネジ部（６５）と支持リングまたはネックリング（６６）とを含む完成領域を備える。ネックリングの下には、遷移ゾーンの後に再加熱ゾーン（６４）がある。円筒状テーパ部（７２）がテーパ壁によって形成されており、テーパ壁は、最終的にプリフォームのいわゆる‘本体’の全壁厚（６８）の終端になっている。試験管に類似した形状に成形されたプリフォームの本体は厚い材料で提供し、これが最終的に二方向に引き伸ばされて、形成されるボトルの完全な直径サイズおよび長さの薄い材料にされる。このようなプリフォームは、ここで記載する実施形態により加工される目標物の更なる例を提供する。
【００８３】
再加熱部（６４）を形成する成形プラスチック材料は、プラスチックがガラス転移温度に達するように、十分な温度まで加熱されなければならず、そのような温度では、最終的なボトル形状に引き伸ばすことが可能である。このプロセスは、最初に、図５ａに示すように垂直方向にプリフォーム本体の長さを機械的に引き伸ばすことと、次いで、材料を水平方向に引き伸ばして、高圧流体（通常は空気）を取り込むことでその完全な直径および形状を規定する成形品にすること、を含む。
【００８４】
材料の適切な塑性流動によって最終的なボトル形状にすることを可能にするためには、再加熱部（６４）は、熱すぎることも冷たすぎることもないように十分正確に加熱されなければならない。再加熱部（６４）を完全に均一に加熱することにより、商業的に受け入れられるボトルをブローで作ることは可能であるが、それは理想的な温度プロファイルではないことが多い。理想的な加熱シグネチャは、プリフォームを、成形がより多く必要な領域はより高い温度とし、成形の必要が少ない領域はより低い温度とする。加熱シグネチャは、さらに、テーパ領域（７２）を適切に加熱し、理想的な熱温度勾配プロファイルにより、最小限の量の樹脂でボトルを形成することを容易にする。テーパ部（７２）は、元来、壁の厚さが不均一なので、理想的な照射加熱システムによって、要求される不均一な加熱プロファイルを得ることが必要な正確な位置に、正確かつ適正なエネルギー量を当てることが可能となる。テーパ領域（７２）における均一な加熱が、ボトルをブローで作るための最善策である場合であっても、正確な放射照準制御と、さらには全ての反射および透過の制御が必要である。
【００８５】
また、ゲート領域（７３）とその直接の周辺領域も、この領域での樹脂の効率的な流れを可能にするために、正確に照射されなければならない。ゲート領域（７３）を取り囲む領域および遷移領域（７２）における正確な照射が可能であることによって、高い商用品質のボトルをブローで作るための樹脂の必要量の実質的な削減を図ることができる。実際に、再加熱領域（６４）における完璧な温度プロファイルを持つことによって、ボトルをブローで作るための樹脂の全体としての必要量を５〜１０％減らすことができる。樹脂のコストは、プリフォームのコストの６０〜８０％を占めるので、最適化された再加熱温度プロファイルを得ることで、ボトル製造業者はコストを大幅に削減することができる。
【００８６】
図５ｂの平面図には、照準可能な照射源からボトル成形システムの照射ゾーンまたは照射キャビティまたは照射室の中のプリフォームへの照射を示している。図５ｂは、外側側壁（７０）と内側側壁境界（６９）とを有する、（６８）としてのプリフォーム本体の断面を示す上面断面図である。様々な照準可能照射源の使用が可能であるが、図５ｂでは、半導体照射装置（７６）が実装された照射アレイ実装基板（７５）を示している。照射装置（７６）は、外向きパターンの照射を発生させ、これは、その全体をベクトル（７７）と（７８）の間に光子照射エネルギー（７４）のクラウドで示すように、プリフォーム（６８）に向けられる。ベクトル（７７）は、プリフォーム本体の外壁（７０）に当たる光子のパスを表しており、これは側壁（６８）に進入して、側壁（６８）を通過する際にそのエネルギーの一部を付与する（例えば、吸収される）。これを説明するために、（７７）で示す光子が側壁に進入したと仮定するが、場合によって、その衝突点で側壁から反射された可能性もある。ＰＥＴ樹脂が適正な波長で照射される場合には、一般に、最初の衝突時には光子のごく一部が反射または散乱される。９５％を超える光子がＰＥＴ材の壁に進入することになるので、より一般的なこのパスに従うものと仮定する。辿ることになる厳密な光学的パスは、例示的な本実施形態の原理を説明する目的では無視する。そのエネルギーは側壁（６８）を通過したときに使い果たされることなく、内側側壁（６９）からプリフォームの内部空間へ出たと仮定すると、それは引き続きパス（７９）に沿って進んで、内側側壁（６９）に当たり、そして外壁（７０）を出るまで壁の厚さ（６８）を通って進み、さらに引き続きベクトル（８０）で示すように進んで、コーナキューブ・リフレクタ部材（８１）（例えば、上記のようなコーナキューブ・リフレクタ部材のアレイのシート）および実際の反射面（８２）に接触する。密接して平行な戻り光線は、（８０）に密接して平行な点線で示すようなラインを辿り、そしてプリフォームの外壁（７０）に再び進入して、熱エネルギーを付与しながらプリフォームの壁（６８）を通過し、さらに、そのエネルギーの全てを使い果たしていないのであれば、プリフォームの内壁（６９）を出て、ベクトルパス（８３）を辿って再びプリフォームの内壁（６９）に当たり、さらにエネルギーを付与して壁の厚さ（６８）を通り、再び外壁（７０）を出る。この元の位置に戻す反射のプロセスは、引き続きベクトルパス（８４）を辿って、ついにはコーナキューブ反射面（８２）に反射し、これにより、光子はパス（８５）に沿ってプリフォームにもう一度、戻される。このプロセスは、光子がそのエネルギーを全て目標プリフォーム材の中またはコーナキューブ・リフレクタ自体の中に付与するまで、必要に応じて何度でも続くことが可能である。コーナキューブ・リフレクタ部材（８１）を適切に配置することで、従来のリフレクタを用いる場合に比して効率の大きな向上を図ることができる。
【００８７】
コーナキューブ・リフレクタ部材のシートは、プリフォームの長軸の周りに円周状に配置することができ、また、高速処理を図るため、照射室または照射ゾーンに出し入れするプリフォームの搬送のためのアクセスを確保することができる。このような構成によると、結果的に、コーナキューブ・リフレクタ部材は、照射の時間のうち少なくとも一部の間の照射室または照射ゾーンを形成することになる。
【００８８】
従来のリフレクタは一部の状況には適したものであるが、目標物および照射システムの厳密な次元性のためには高度な設計が必要となる。従来の入射角と反射角が等しい平面リフレクタによると、エネルギーが目標物の所望の有効な点に戻される可能性は極めて低い。湾曲した形状、または設計された形状を用いたとしても、それは、理論的には一部の幾何学的形状と部品寸法の場合にのみ効率的である。コーナキューブ・リフレクタ部材を使用することの効果および新規性は、照射環境に適用するのが簡単であることであり、その大きさと配置を適正にすれば、最初の衝突では目標物の中で消費されない迷光子の遥かに多くの割合がリサイクルおよび再利用されることになる。
【００８９】
図６は、プリフォーム（６８）の壁への照射からの迷光子が、コーナキューブ・リフレクタ部材表面（８１）に直交するところから±４５°を超える角度で到着しないであろう可能性を防ぐように、コーナキューブ・リフレクタ部材（８１）を構成していることを除けば、図５と同様の構成を示している。例えば、ベクトル（７８）で表される光子がプリフォーム（６８）を通過した後、ベクトル（８６）で示すようにプリフォームを再び通過し、その残存エネルギーを伴ってベクトル（８７）のように出てくる。注目すべきは、ベクトル（８７）がコーナキューブ反射部材のセクション（８１ｂ）に当たる角度（８８）は、セクション（８１ｂ）に直交するところから実質的に４５°未満の角度であることである。注目されるのは、セクション（８１ｂ）は、図５ｂの類似のセクション（８１）と比較して、ベクトル（８７）がコーナキューブ反射部材（８１）に当たる角度を小さくするように変更されていることである。もしベクトル（８１ｂ）が、（８１）へのベクトル（８７）の衝突角を小さくする角度で折り返されていなかったとすると、衝突角は実質的に４５°よりも大きくなり、コーナキューブ反射部材は、ベクトルをその放出方向に近い平行なパスで適切に戻さないことになる。ベクトル（８７）は、図５ｂのベクトル（８９）によって示すように、ベクトル（８９）が目標プリフォーム材に再び当たることがないようにランダムに反射されることになる。このタイプの構成は、図４（ｂ）のシステムにも適用可能である。このように、目標物および迷光子の可能性のある放出源に対するコーナキューブ反射部材の向き方を綿密に再構成することにより、光子の極めて効率的な再利用と高い全体的システム効率を可能にすることができる。図６には、さらに、プリフォーム６８がシステムの照射ゾーンへの入退出のために辿る可能性のあるパスを表すパスＰを示している。パスＰは、照射ゾーンまたは照射室の近くまたは通過するところにおいて、線形または弓形とすることができる。同様のパスは、図５（ｂ）のシステムにおいても提供することができる。また、いずれの場合も、加熱または照射ゾーンまたはキャビティの実現に応じて、プリフォームのパスは、紙面を横切るのではなく、紙面に出入りするものであってもよい。
【００９０】
上記の加熱または照射の適用例のいずれにおいても、当然のことながら、システムは、本明細書に記載のコーナキューブ・アレイのシートのようなコーナキューブ反射部材を、照射源が配置されるシステムの壁に設けることができるように、構成されていてもよい。このような場合、装置からの照射を可能にするように、適当な大きさのアパーチャが、壁および／またはコーナキューブ・シート部材に設けられる。ただし、このようなアパーチャのこのような側面開口部は、好ましくは、その対象の表面上に配置されるコーナキューブ部材の量を最大にするような、大きさにされるべきである。説明のために、図７（ａ）を参照すると、これはシステム１００を示している。システム１００は壁１０２を備えており、これは照射源に対向し、その上にはコーナキューブ・リフレクタ・アレイのシート１０４が配置されている。照射源１１０は、第１の壁１０２に対向して配置され、壁１１２およびコーナキューブ・シート部材１１４を貫通するアパーチャ１１６を通して照射する。この構成では、当然のことながら、アパーチャ１１６は、単純な穴の形態とすることができ、またはアパーチャ１１６に配置することができるガラスまたはプラスチックなどの透明もしくは透過性の材料の形をとることができる。さらに、アパーチャ１１６は、用途によっては、目標物への集光を強化するためのレンズなどの光学部材を含むこともできる。アパーチャ１６は通常の壁の穴として示しており、これは、照射源１１０がアレイ状に配置されるのであれば、これもアレイ状に配置されるであろうことは、言うまでもない。一方、照射源１１０が壁を通して目標物に向けて照射するための十分な角度は、壁に適切な不連続部分または隙間があれば、十分に提供できるであろうことが想定される。
【００９１】
図７（ｂ）〜（ｄ）を参照して、コーナキューブ・シート部材１１４は、コーナキューブ・リフレクタの頂点に位置する複数のアパーチャ１１８を備える。これらのアパーチャ１１８によって、照射源１１０は、コーナキューブ・シート部材１１４を通した照射が可能である。当然のことながら、アパーチャ１１８は、単純な穴の形態とすることができ、またはアパーチャ１１８に配置することができるガラスまたはプラスチックなどの透明もしくは透過性の材料の形をとることができる。図７（ｃ）を参照するとわかるように、照射源１１０は、光ファイバケーブルまたは１２０で示すようなワイヤを用いて、照射を誘導させることができる。さらに、アパーチャ１１８は、図７（ｄ）に示すように、用途によっては、目標物への集光を強化するためのレンズなどの光学部材１２２を含むこともできる。図示では、コーナキューブ・リフレクタは、一つおきにアパーチャを備えているが、用途によっては、全てのコーナキューブ・リフレクタがアパーチャを備えることが想定される。
【００９２】
また、本明細書で記載した実施形態は、当然のことながら、様々な形で実施することができる。しかし、一つの形態では、システムは、照射を発生させるように機能する照射源を備え、この照射源は、照射を目標物に向けて方向づけるように構成されている。照射のために目標物が配置される照射ゾーンが設けられ、この照射ゾーンは、少なくとも部分的に、近接コーナキューブ・リフレクタ部材により画成されている。コーナキューブ・リフレクタ部材は、コーナキューブ・リフレクタのアレイを有し、照射を反射することで目標物に向けて戻すように機能し、その照射とは、目標物から反射されたか、目標物から後方散乱されたか、または目標物を通過したか、その少なくとも１つによるものである。他の形態では、本方法は、照射ゾーンにおいて照射源を用いて目標物に照射することと、目標物から反射されたか、目標物から散乱されたか、目標物を透過したか、いずれかである照射を、照射ゾーンを少なくとも部分的に画成する近接コーナキューブ・アレイ・リフレクタ部材を用いて目標物に戻すように反射することと、を含んでいる。
【００９３】
コーナキューブ反射により、光子を目標物に戻すように向け直すことで、指向性照射システムの効率をいかに高めることができるかについての例を記載した。２つの具体例について詳述したが、当然のことながら、このコンセプトは、システム効率を劇的に向上させるために、指向性照射システムに幅広く適用することができる。この技術は、本明細書で教示したコンセプトを適用することにより、多くの異なる適用状況および様々に異なるタイプの目標物に、広く適用することができる。
【００９４】
例示的な実施形態について、好ましい実施形態を参照して説明を行った。前述の詳細な説明を読み、理解した者が、変形および変更を思いつくであろうことは、言うまでもない。そのような全ての変形および変更は、添付の請求項またはその均等物の範囲内にある限り、例示的な実施形態に含まれると解釈されるものとする。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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