(57)【要約】      （修正有）【課題】典型的な使用及び／又は保管条件下で、少なくとも特に固体または液体である含有材質が、ランプで光を発生させる前に気化される新規なランプを提供する。【解決手段】ランプ強度の高速制御及び高速光データ通信用の方法及び装置が開示されている。特定の実施例では、典型的なランプ動作又は保管条件下で固体もしくは液体である材質を蒸気状態に維持することによって、アーク、プラズマ、又はハロゲン・ランプ（２）が、波長及び／又は強度を（１０ギガヘルツまでの）高速で変更することができるようになる。この方法及び装置は、特に、顕微鏡法及び高速光データ通信、特に可視もしくは紫外線スペクトルの波長でのものに適用できる。【選択図】図１
2008171821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(A)（i）ランプの使用もしくは保管条件下で少なくとも部分的に固体または液体であり、（ii）しきい値電力以下では光を発生しないが、しきい値電力より大きな印加電力に応えて、印加電力としきい値電力との差に関連する強度の光を発生させる、１つ以上の材質を含有するランプと、
(B)印加電力が前記しきい値電力以下である時、ランプの使用もしくは保管条件下で少なくとも部分的に固体または液体である前記材質を蒸気状態に維持するために充分な電力を前記ランプに印加する外部電源と
から成る、光を発生する装置。
【請求項２】
前記外部電源は、
(ａ)ランプと熱的に接触し、ランプの使用もしくは保管条件下で少なくとも部分的に固体もしくは液体状態である材質を気化するために充分加熱される物質と、
(ｂ)マイクロ波もしくは無線周波数放射と、
(ｃ)ランプ内に置かれる電気抵抗材と、
(ｄ)ランプと光通信する光放射と、
(ｅ)少なくとも部分的にランプを囲むシール／絶縁手段と
からなるグループから選択される１以上の部材から成る請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ランプは、蒸気アークランプである請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ランプは、プラズマ・ランプである請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ランプは、ハロゲン・ランプである請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記外部電源は、直接的もしくは間接的に、ランプと物理的に接触する抵抗ヒーターから成る請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記外部電源は、パイロット・アークから成る請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記外部電源は、前記ランプと光通信する第２のランプにより提供される光放射である請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記外部電源は、ランプの使用もしくは保管条件下で、少なくとも部分的に固体もしくは液体である前記材質を気化するのに充分加熱された気体から成る請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
前記ランプは、ランプの使用もしくは保管条件下で、少なくとも部分的に固体または液体であり、しきい値電力以下では光を発生しないが、しきい値電力以上の印加電力に応えて、前記印加電力と前記しきい値電力との差に関連する強度の光を発生させる１以上の材質を含有する請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記材質は、水銀である請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ランプは、
ランプの使用もしくは保管条件下で少なくとも部分的に固体または液体である第１の材質と、
しきい値電力以下では光を発生しないが、前記しきい値電力以上の前記印加電力に応えて、前記印加電力と前記しきい値電力との差に関連する強度の光を発生させる第２の材料と
を含有する請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の材質はヨウ素であり、前記第２の材料はＶＩｂ群金属のフィラメントである請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記外部電源は、交流電流から成る請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記外部電源は、直流電流から成る請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
(i)ランプの使用もしくは保管条件下で少なくとも部分的に固体または液体であり、(ii)しきい値電力以下では光を発生しないが、しきい値電力以上の印加電力に応えて、前記印加電力と前記しきい値電力との差に関連する強度の光を発生させる１つ以上の材質を含有するランプの立ち上がり時間を減少させる方法であって、
(A)少なくとも部分的に固体もしくは液体である前記材質を気化するのに充分な第１の電力を外部電源に印加するステップと、
(B)前記ランプに光を発生させるのに充分な電力を印加するステップと
から成る方法。
【請求項１７】
前記光は、赤外線、可視もしくは紫外線スペクトルにおける波長を有する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ(A)に先立ち、前記ランプに光を発生させるのに充分な電力を印加するステップと、
ステップ(A)と同時に、又はその後であるがステップ(B)の前に、前記電力を前記しきい値電力以下に減少させるステップと
を更に有する請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
(A)第１の波長（λ１）、第１の強度（Ｉ１）、又は第１の波長（λ１）と第１の強度（Ｉ１）の両方を持つ光を請求項１の装置で発生させるステップと、
(B)前記発生ステップ(A)の１ナノセカンド（１ｎｓ）から１秒（１ｓ）の時間内に、第２の波長（λ２）、第２の強度（Ｉ２）、もしくは第２の波長（λ２）と第２の強度（Ｉ２）の両方を持つ光を前記装置で発生させるステップと
から成り、
関係：
λ２≠λ１
Ｉ２≠Ｉ１
の少なくとも１つが真であることを特徴とする光を伝送する方法。
【請求項２０】
前記第２の波長は、紫外線もしくは可視スペクトルの中にあり、前記第２の強度は、少なくとも１０ワットである請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
(ａ)第１の波長、第１の強度、又は第１の波長及び第１の強度の両方を有する光を請求項１のランプから、光ファイバーに沿って、該光ファイバーと光通信する受信機に伝送するステップと、
(ｂ)前記伝送ステップ(A)の0.1ナノセカンドから１秒の時間内に、第２の波長、第２の強度、又は第２の波長と第２の強度の両方を有する光を、前記ランプから前記ファイバーに沿って前記受信機に伝送するステップと
から成る光データ伝送の方法。
【請求項２２】
１０ギガヘルツ（１０ＧＨｚ）から１ヘルツ（１Ｈｚ）までの率で複数回繰り返される請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の波長は、紫外線、可視又は赤外線スペクトルの中にあり、前記第２の強度は、少なくとも１０ワットである請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第２の波長は、紫外線又は可視スペクトルの中にあり、前記第２の強度は、少なくとも１０ワットである請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
請求項１の装置で光データを発生させることを特徴とする光データ伝送の方法。
【請求項２６】
光源から成る光データ送信機において、前記光源が請求項１の装置である送信機。
【請求項２７】
光源と、少なくとも１つの光ファイバーと、受信機とから成る光データ伝送システムにおいて、前記光源が請求項１の装置であるシステム。
【請求項２８】
(A)しきい値電力以下では光を発生しないが、しきい値電力以上の印加電力に応えて、前記印加電力と前記しきい値電力との差に関連する強度の光を発生させ、ランプの使用もしくは保管条件下で少なくとも部分的に固体または液体である１以上の材質を含有するランプと、
(B)該ランプと電気的に通信し、前記ランプに印加される電力をモニターするモニターと、
(C)該モニター及び前記ランプと電気的に通信し、前記ランプが所定の強度を持つ光を生成するように、前記ランプに印加される電力を調節するフィードバック・ループと
から成る、光を発生する装置。
【請求項２９】
しきい値電力以下では光を発生しないが、前記しきい値電力以上の印加電力に応えて、前記印加電力と前記しきい値電力との差に関連する強度の光を発生させるランプからの光出力を安定させる方法であって、
(A)前記ランプに印加される前記電力を電気的にモニターするステップと、
(B)前記ランプが所定の強度を持つ光を発生させるように、前記電力を調節するステップと
から成る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランプ強度（lamp intensity）及び／又は波長の高速制御及び／又はスイッチング並びに高速光データ通信の方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気状態（vapor state）で、照明の直接または間接的に原因となるが、通常のランプの保管及び／又は使用条件下（例えば、１５℃から３５０℃以上の温度、真空に近い圧力［例えば、０.０１気圧］から数気圧以上の圧力）では、少なくとも部分的に固体または液体である材質を含む光源やランプは、よく知られており、特定の技術分野でよく使用されている。かかるランプは、蒸気アークランプ（例えば、水銀アークランプ）、プラズマ・アークランプ及びハロゲン・ランプ（例えば、タングステン・フィラメントとヨウ素結晶を含むもの）を含み、ナトリウム・ランプ等の他の光源を含むこともある。
【０００３】
例えば、蒸気アークランプは、典型的に光化学において使用される（キルク−オスマー化学技術エンサイクロペディア（Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology）第３版（１９８２）第１７巻、５４５〜５５３ページを参照）。高圧型水銀アークランプは、１〜10,000Ｗの電力出力を生じ、紫外線硬化（ultraviolet curing）、光化学反応等にとって有用である。低圧型水銀アークランプは、１〜４００Ｗの電力出力を生じ、光殺菌（photosterilization）、光化学反応等にとって有用である。毛管型水銀アークランプは、１.５〜５ｋＷの電力出力を生じ、紫外線重合、投影（projection）、光化学反応及び生物学的研究にとって有用である。
【０００４】
いわゆる「ハロゲン」ランプは、活性照明材（active illumination material）として金属または合金フィラメント（例えば、ＶＩｂ群金属［Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ］のもの）を含有し、補助材としてハロゲン（例えば、Ｃｌ２，Ｂｒ２，Ｉ２）を含有する。ハロゲン・ランプは、長寿命及び光出力の点で、非ハロゲン含有フィラメント・バルブに優る大きな利点を提供する。ハロゲン・ランプでは、蒸気としてのフィラメントから逃れる金属原子がハロゲン分子と反応することで、バルブの内側表面に金属付着物（metal deposit）が形成されるのを防止する。形成されたハロゲン化金属（metal halide）がフィラメント付近に戻ると、活発なフィラメントからの熱がハロゲン化物から金属を分離するエネルギーを与えることによって、金属をフィラメントに再循環させる。
【０００５】
ハロゲン化金属ランプは、またいわゆる「ショート・アーク」ランプとしても存在する。ショート・アーク・ハロゲン化金属ランプは、高い輝度（luminance）と高い効力を有するので、投影光源として（例えば、スライド投影やオーバーヘッド・プロジェクタにおいて）特に利点を有する。ハロゲン・ランプは、また、複写機において、及び、高電力照明源（例えば、スタジアム・ランプやスポットライト）としても有用である。
【０００６】
かかるランプは、所望の結果及び／又は利点を得るためには蒸気状態でなければならない材質（material）に依存している。しかし、多くのこうした材質も、使用前または使用中に、ある時点で少なくとも部分的に固体または液体状態にある。しかしながら、本発明以前には、この技術の利点を完全に利用するために、部分的に固体または液体である材質の完全な蒸発が生じる温度までランプが加熱されるのを待つしかなかった。その結果、かかるランプを使っての多くの高速応用が達成することができなかった。
【０００７】
光ファイバー通信装置及び方法は、よく知られており、長距離（例えば、テレ・コミュニケーション、ケーブルテレビ・サービス、遠隔ジャーナリズム用及び軍用の通信機器等）及び短距離（例えば、深刻な電磁干渉を受けやすい環境でのローカル・コンピュータ・ネットワーク及び信号伝送。ファイバー・オプティクス及び光ファイバー通信の概要については、キルク−オスマー化学技術エンサイクロペディア第４版（１９９３）第１０巻、５１４〜５３８ページ、及びその中の引用文献、並びに、J.Hecht, "Understanding Fiber Optics", Howard W.Sams and Co., Indianapolis, Indiana (1987)を参照）で、データを伝送するのに有用である。しかしながら、伝送光信号を生成する光源は、典型的には、レーザーまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）に限られており、これらは、(i) 信号が送られ得る電力、及び(ii) 生成され得る光の波長において制限がある。
【０００８】
（発明の開示）
従って、本発明の目的は、典型的な使用及び／又は保管条件下で、少なくとも特に固体または液体である含有材質が、ランプで光を発生させる前に気化される新規なランプを提供することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、ランプの保管及び／又は使用条件下で、少なくとも部分的に固体または液体である材質を含有するランプの立ち上がり時間（つまり、特定の印加電力に応えてフル・ランプ出力になるのに必要な時間の長さ）を減少させる新規な方法を提供することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、高速（例えば、１Ｈｚ〜１０ＧＨｚ）で、２つ以上の光の強度及び／又は波長の間でスイッチングを行う新規の方法及び装置を提供することである。
【００１１】
本発明の更なる目的は、高速・多重波長（multiple-wavelength）・高強度・光データ通信用の新規な方法及び装置を提供することである。
【００１２】
好適実施例についての以下の説明により容易かつより完全に理解されるであろう発明のこれらの目的及び他の目的は、以下の装置及び方法によって達成される。すなわち、
(A)(i) ランプの使用及び／又は保管条件下で少なくとも部分的に固体または液体であり、(ii) しきい値電力以下では光を発生しないが、しきい値電力以上の印加電力に応えて、印加電力としきい値電力との差に関連する強度の光を発生させる１以上の材質を含有するランプと、
(B)印加電力がしきい値電力以下である場合、ランプの使用及び／又は保管条件下で少なくとも部分的に固体または液体である材質を気化するのに充分な電力をランプに印加する外部電源と
から成る、光を発生する装置と、
(i) ランプの使用もしくは保管条件下で少なくとも部分的に固体または液体であり、(ii) しきい値電力以下では光を発生しないが、しきい値電力以上の印加電力に応えて、印加電力としきい値電力との差に関連する強度の光を発生させる１以上の材質を含有するランプの立ち上がり時間を減少させる方法であって、
(A)熱的、物理的または光学的にランプと接触する外部電源に、ランプの使用又は保管条件下で少なくとも部分的に固体または液体である材質を気化するのに充分である第１の電力を印加するステップと、
(B)光を発生させるのに充分である第２の電力をランプに印加するステップと
から成る方法と、
(ａ)第１の波長、第１の強度、又は第１の波長と第１の強度の両方を持つ、蒸気アーク、プラズマ又はハロゲン・ランプからの光を、光ファイバーに沿って、前記光ファイバーと光通信する受信機に伝送するステップと、
(ｂ)伝送ステップ(A)の0.1ナノ秒から１秒までの時間内に、第２の波長、第２の強度、又は第２の波長及び第２の強度の両方を持つ光を、ランプから光ファイバーに沿って受信機に伝送するステップと
からなる光データ通信方法である。
【００１３】
発明及びそれに付随する多くの利点は、以下の詳細な説明を参照し、添付図面に関連して考慮されることにより、より詳しく理解されるようになれるので、それらに関するより完全な認識が容易に得られるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付図面においては、同じ参照番号は複数の図面に亘って、同一又は対応する部分を示している。まず、図１を参照すると、同図は、光を発生する本発明の装置の実施例を示しており、電力は、電源１からランプ２に提供され、ランプ２は電圧検知ライン（voltage sense line）３と電流検知ライン４とに電気的な接続状態にある。アナログ乗算器５は、電圧検知ライン３からの電圧に電流検知ライン４からの電流を掛ける。乗算器５からの電力出力は、コンパレータ７を用いて、基準電圧ライン６における基準電圧と比較される。
【００１５】
本発明では、「コンパレータ」は、コンピューター等のいかなる装置でもよく、(i) 乗算器５及び基準電圧ライン６からの電気信号を比較し、(ii) ランプ２への総電力が所定の基準電圧の電力と一致するよう調節するために、電源１又は外部電源１０のいずれかに信号を送ることができるものである。基準電圧６は、ランプ２から所望の光出力を生じさせることになる電力を提供するために必要な電圧に設定される。基準電圧６は、ランプに直接印加される電力とランプからの光出力と間の（例えば、後述するような）関係を確立し、回路を通過する既知の電流量で割り、所望の光出力を生じさせる所望の電力を提供するのに必要な電圧を選択することによって予め決定される。
【００１６】
ランプ強度制御のための温度と電力の考察
本発明者達は、(ａ)光を発生させ、及び／又は、強度またはランプ寿命を増大させるために必要とされ、(ｂ)ランプの使用及び／又は保管の温度及び／又は圧力において固体もしくは液体であり得るランプ内の材質（例えば、水銀）を本質的に完全に気化させるのに必要な温度以上にランプの温度を維持すれば、フルパワーから最小パワーへのランプの動作上の急速なスイッチングが顕著に向上されることを発見した。これは、例えば、フル印加電力の再印加の際、固体もしくは液体材質（例えば、水銀）を気化するために、時間もしくはエネルギーがまったく必要とされないように、アークがローパワーである時にアークランプ・エンベロープを加熱することで達成され、こうしてアーク・プラズマに全印加電力を印加し、制御回路部（controlling circuitry）の限界内でフル光出力強度に達する。
【００１７】
ランプ２から安定した光出力を提供するため、図１に概略的に示した回路は、電源１からアークに直接印加される電力が、しきい値電力と同等かまたはそれ以下にまで減少すると、外部電源１０（例えば、アークランプに接触するヒーター）への電力を増大させる電子的なフィードバック・ループを提供する。印加電力がしきい値電力以上に増大すると、フィードバック・ループは外部電源１０への電力を減少させる。（「しきい値電力」は、光を発生させる際にランプの反応性を最大にし、及び／又は材質の他の利点を提供するために、蒸気状態でなければならない固体又は液体材質の全てを、完全に若しくは本質的に完全に気化させるのに必要な単位時間当りのエネルギー量である）。従って、図１のフィードバック・ループは、電源１によりランプに印加される電力に関わらず、ランプ２からの安定した光出力を提供する。
【００１８】
従って、本発明の本質的な概念は、少なくとも、(ａ)ランプの保管もしくは使用条件下で、少なくとも部分的に固体もしくは液体であり得、(ｂ)光を発生させるか、あるいはランプ内の他の光発生材質の寿命及び／又は強度を増大させるのに必要であり得る材質を気化するのに必要なしきい値電力の、直接的もしくは間接的な、印加を保証することである。光を発生させるためにランプに印加される電力が、かかる材質を気化するのに必要なしきい値電力以下になった場合、外部電源は、最大の結果を得るために気化されねばならない固体及び／又は液体材質を気化させるために、ランプに充分な電力を提供する。図１に示したフィードバック・ループは、直接印加電力（つまり、光を発生させる際に使用されるもの）を介して、あるいは外部印加電力（例えば、ランプと物理的、光学的もしくは熱的に接触するヒーター）を介して、少なくともしきい値電力のランプへの印加を保証するのに適切な制御を提供する。
【００１９】
コンパレータ７は、基準電圧ライン６、印加電源１、外部電源１０、及び乗算器５からの信号と適切な通信能力を持つコンピュータで構成してもよい。
【００２０】
乗算器５は、アナログであっても、デジタルであってもよい。計算（つまり、データ変換）の数が最小となり、ランプへの電力信号を変更できる最大理論速度を増大できるので、アナログ乗算器の方が好ましい。しかしながら、デジタル乗算器も、本装置及び方法において使用されるのに適しており、電圧検知ライン３と電流検知ライン４からのアナログ信号をデジタル・データに（所定の率で）変換し、デジタル・アナログ変換器を介してコンピュータでデジタル・データをアナログ・データに再変換する付加的なステップを実行しなければならないが、特に、コンパレータ７がデジタル・コンピュータで構成される場合に適している。
【００２１】
あるいは、図１に示したフォトダイオード９が、光出力を検出し、それに比例した電気信号をコンパレータ７に送信する。（図１のフォトダイオード９とコンパレータ７と間の点線は、接続の有無で、本実施例の二者択一の性質を表す）。上記した方法に従って、最大限の結果を提供するため気化されなければならない固体又は液体材質を気化するため、印可電源１又は外部電源１０によって、十分な量の電力がランプ２へ供給され、光強度の一定出力を提供する。（図１のランプ２と外部電源１０の間の点線は、使用されることもされないこともある二者択一の、直接的もしくは間接的な接続を示す。）
本発明において有用なランプは、ランプからの光出力が、使用中及び／又は保管中にランプが置かれる条件（例えば、１５〜３５０℃以上の温度、0.01〜１０気圧以上の圧力）の下で、少なくとも部分的に固体もしくは液体状態にある気化材質に、少なくとも部分的に依存するものを含む。本装置では、ランプは、従来の蒸気アークランプ、従来のプラズマ・ランプ、又は従来のハロゲン・ランプ（例えば、タングステン／ヨウ素ランプ）であってよい。本装置のランプは、ナトリウム・ランプを含み得る。水銀アークランプとハロゲン・ランプ（特に、タングステン／ヨウ素ランプ）が好ましい。（本発明の説明を簡略化するため、ランプに関連する部分は、水銀アークランプについて説明される。）
本発明では、外部電源は、時間をかけてランプに外的に印加されるエネルギー源であり、
(ａ)ランプと熱的に接触する物質で、ランプの使用もしくは保管条件下で、少なくとも部分的に固体もしくは液体である材質を気化するために充分加熱されるものと、
(ｂ)マイクロ波又は無線周波数放射と、
(ｃ)ランプ内に置かれる電気抵抗材と、
(ｄ)ランプと光通信する光放射と、
(ｅ)少なくとも部分的にランプを囲むシール又は絶縁体と
からなるグループから選択される一以上の部材で構成され得る。
【００２２】
外部電源は、交流（ａｃ）又は直流（ｄｃ）のいずれかによって駆動される。
【００２３】
外部電源がランプと熱的に接触する物質である場合、その物質は、ランプの使用もしくは保管条件下で少なくとも部分的に固体もしくは液体状態である材質を気化するために充分加熱され、印加電力がしきい値電力と同等かあるいはそれ以下である時間の間、ランプを通過させられる気体から構成され得る。（「熱的接触」という言葉は、例えば、外部電源とランプとの間の物理的、電子的、もしくは光学的接触もしくは伝達を示し得る。）
別の実施例では、物質は、少なくとも部分的に（しかし、好ましくは少なくとも８０％が）バルブを囲むジャケットを介して流れる高温液体（好ましくは不燃性）であり得る。更に、かかる液体は、光伝送の所望の波長又は波長帯で、多量の光を吸収しないのが望ましい（例えば、１０％以下）。
【００２４】
また、かかる物質は、ランプと直接的もしくは間接的に、物理的な接触をする抵抗ヒーター（例えば、電気抵抗金属又は合金）であってもよい。「間接的な」物理的接触とは、抵抗ヒーターによって生成される熱が、ガラス、石英、又は（ヒーターがジャケットもしくはエンベロープ内にゆるやかに封入されている場合）空気のような伝熱媒体を通してランプに伝えられる状況をいう。抵抗ヒーターは、外的にランプを加熱するのに好ましい装置である。
【００２５】
外部電源がランプ内に置かれる電気抵抗材で構成される場合、電気抵抗材は、１９９４年３月２５日に出願された米国出願08/217,883号に記載されているような、パイロット・アークであってよい。いわゆる「多重アーク（multiple arc）」ランプは、光軸からずらして置かれるパイロット・アークと、ランプの光軸内に置かれるランニング・アーク（running arc）と共に使用され得る。パイロット・アークへの印加電力は、ランプ内に充分な熱エネルギーを作りかつ維持して、ランプの使用又は保管条件下で、少なくとも部分的に固体又は液体状態にある材質を気化し、これらの材質を蒸気状態に維持する。ランニング・アークは、オン／オフに切り替え可能であるか、あるいはそれに印加される電力を変更することによって調節される強度を持つことができる。
【００２６】
外部電源が光放射（light irradiation）である場合、光放射は、装置の第１のランプと光通信する第２のランプによって提供されることができる。本応用では、「光通信する」という言葉は、所望の物体を照射する光源（例えば、第１のランプを照射する第２のランプからの光）の能力を指す。
【００２７】
単独で、又は加熱法との組合せで使用できる別の方法は、光強度の閉ループ・フィードバック制御を含む（例えば、図１を参照）。この構成では、光センサー（フォトダイオード９）が各ランプからの光出力を監視し、所望の光出力を達成するために、ランプへの電力を調節する。
【００２８】
アークランプ・エンベロープが加熱されていない状態で、ランプがハイ・パワーからロー・パワー又は低光強度へ切り換えられる時、水銀が凝縮し始めると、ランプへの電力が増加し、水銀を適切に気化されたままに保つ。高光強度に切り換えると同時に、フィードバック・センサーは、定常状態（steady state）高光出力に達するためにより多くの電力が必要であると認識し、全ての水銀が気化され、ランプへの電力が通常の定常状態フルパワーに達するまで、それまで以上の電力がランプに注入される。
【００２９】
例えば、１００Ｗの水銀ランプ（mercury vapor lamp）が動作中である場合、一旦ランプが暖まり、１００Ｗの電力がランプに供給されると、ランプは、１０００フートキャンドル（foot-candle）の光を出力するかもしれない。ランプに供給される電力を３Ｗに低下させると、光出力は直ちに３０フートキャンドルにまで降下しなければならない。しかしながら、ランプへの３Ｗのエネルギー入力は、３０フートキャンドル（３％×１０００）の光出力を維持するのに充分なエネルギーを提供しない。従って、光出力はアークが消えるまで、徐々に減少する。
【００３０】
アークが消える理由は、水銀を気化状態に維持するには不十分な電力が提供されているからである。従って、抵抗ヒーターの形態でランプ・エンベロープにエネルギーを印加することによって、又は、ヒーター・コイルを内部に含むようにアークランプを変更することによって、又は、光強度が低下する際にアークへの電力を増大させることによって、又は、上述のような一以上の付加的な方法若しくは装置によって、光出力を３０フートキャンドルに維持することができる。
【００３１】
従って、以下の式は、アーク源からの光出力を制御する要素について説明している。  
光出力＝（アーク電力）＋（水銀を気化状態に維持するのに必要な電力）
本発明者達は、図２のグラフに示すように、アーク強度と、全ての水銀が気化される点を越える電力との間に線形の関係があることを発見した。この実験では、アークへの電力を変化させて、光出力を測定した。アークはランプの最大電力定格の約１０％で消滅した。
【００３２】
例えば、水銀ランプは、しきい値印加電力（a threshold applied power）を越える電力入力に対して線形比例する光出力を提供する。しきい値印加電力は、水銀を完全に気化状態に保つのに必要な電力量である。従来の水銀アークランプの場合、この温度は約３５０℃であるが、実際の温度は使用される特定のランプに応じて変わり得る。この温度は、後述する手順に従って、経験的に決定することができる。
【００３３】
別の一連の実験において、本発明者達は、（ランプ表面上の熱電対で測定された）アークランプの温度が、ランプ内の全ての水銀滴（mercury droplets）を気化するのに必要な温度を一旦越えると、フルパワーがランプに印加された時、光出力が一定に維持されることを発見した。図３のグラフに示したデータが得られた実験においては、ウォーム・アップしているアークランプから３８０ｎｍで励起された色素フラ２（dye fura-2）の蛍光をモニターした（蛍光はアークからの光出力に直接比例する）。温度が平衡状態で約５４０℃まで上昇し続けても、一旦バルブが３５０℃に達すると、蛍光強度は相対的に一定のままであることに注目してほしい。
【００３４】
本発明は、（現状の技術と一致して）２００ｎｍから６,０００ｎｍまでの波長を持つ光を生成もしくは伝送させることができるが、本発明は、特に、可視もしくは紫外線スペクトル（つまり、１００ｎｍ〜８００ｎｍ、好ましくは２００ｎｍ〜７７０ｎｍ）の波長を持つ光の生成もしくは伝送に適用できる。
【００３５】
ランプの立ち上がり時間を減少させる本発明の方法は、更に、ステップ(A)（上記「発明の要約」の欄を参照）に先立ち、光を発生させるのに充分な電力をランプに印加するステップ、及びステップ(A)と同時に、もしくはその後であるがステップ(B)の前に、電力をしきい値電力以下に減少させるステップを含んでもよい。
【００３６】
光を伝送し、ランプの立ち上がり時間を減少させる本装置及び本方法は共に、１つ以上の光源（ランプ）を使用した、光の２つ以上の波長及び／又は強度の間の高速制御及びスイッチングに特に好都合である。従って、１つのランプを用いて、１秒当り１〜１００億回（好ましくは１０Ｈｚ〜１ＧＨｚ、より好ましくは２０Ｈｚ〜１ＧＨｚのレートで）特定の物体を照射することができる。コンピュータ制御の回路部にプログラム化できる分と同じだけ多くの異なる波長及び／又は強度を制御できる。また、本方法及び装置は、特に、１９９４年３月２５日出願の同時係属中の出願08/217,883号（その内容全体をここに、参照により挿入する）において開示されクレームされている方法、及び（やはり、参照によりここに挿入される）米国特許5,332,905号において開示されクレームされた多重比結像法（a method for multiple ratio imaging）に適用できる。
【００３７】
本方法は、各光源の独立制御手段として、多光源（multiple light source）に適用され得る。このように、光を発生する本装置は、光出力のためランプの使用もしくは保管条件下で少なくとも部分的に固体もしくは液体状態である材質に依存する複数のランプから成り、各ランプには、その中に含まれるかかる材質を気化するために外部電源が設けられる。
【００３８】
従って、本発明は、
(A)光を発生する本装置で、第１の波長（λ１）、第１の強度(Ｉ１）、又は第１の波長（λ１）と第１の強度（Ｉ１）の両方を持つ光を生成するステップと、
(B)生成ステップ(A)の0.1ナノセカンド（0.1ns）から１秒（1s）の時間内に、本装置で第２の波長（λ２）、第２の強度（Ｉ２）、又は第２の波長（λ２)と第２の強度（Ｉ２）の両方を持つ光を発生させるステップとから成り、
関係：
λ２≠λ１
Ｉ２≠Ｉ１
の少なくとも１つが真である、光を伝送する方法にも関する。
【００３９】
好ましくは、λ２≠λ１の時、λ２は、少なくとも１０ｎｍだけλ１と異なり、より好ましくは、少なくとも２０ｎｍだけ異なる。同様に、Ｉ２≠Ｉ１の時、Ｉ２は、好ましくは少なくとも１０％だけＩ１と異なり（つまり、Ｉ２≧（1.1×Ｉ１）または（1.1×Ｉ２）≦Ｉ１）、より好ましくは、少なくとも５０％だけ異なり、特に好ましくは、２の因数（１００％、つまりＩ２≧（２×Ｉ１）または（２×Ｉ２）≦Ｉ１）だけ異なる。
【００４０】
通信目的のためのアークランプの高速スイッチングの使用
光データ伝送の本発明の方法は、光を伝送する本発明の方法の特殊な態様を表し、
(ａ)蒸気アーク、プラズマ又はハロゲン・ランプから、第１の波長、第１の強度、又は第１の波長と第１の強度の両方を持つ光を、光ファイバーに沿って、前記光ファイバーと光通信する受信機に伝送するステップと、
(ｂ)伝送ステップ(A)の0.1ナノセカンドから１秒までの時間内に、第２の波長、第２の強度、又は第２の波長と第２の強度の両方を持つ光を、ランプからファイバーに沿って受信機に伝送するステップとから構成され得る。
【００４１】
本方法は、１０ギガヘルツ（１０ＧＨｚ）から１ヘルツ（１Ｈｚ）までの率で、複数回繰り返され得る。
【００４２】
光データ伝送の本方法において、使用される光の少なくとも１つの波長は、好ましくは紫外線もしくは可視スペクトル（例えば、１００〜８００ｎｍ、好ましくは２００〜７７０ｎｍ）にあり、光の強度の少なくとも１つ（Ｉ２≠Ｉ１の場合、２つの強度の高い方）は、好ましくは、少なくとも１０ワットである。
【００４３】
本発明者達は、非常に高速でアークランプを高速スイッチング（rapidly switching）することが、光ファイバー技術を使ったデータ通信に効果的に使用できることを発見した。１つの又は複数の光源からの光をギガヘルツ・レンジで変調することが可能である。（好ましい範囲）。従って、（好適実施例である）、アーク源は、特定の光ファイバー通信システムに動力を供給するのに理想的な光源である。それは、アーク源が、同じ量の光出力に対するレーザーより非常に低価格であるという点で、レーザーに比べてかなりの利点を有している。デジタル通信では、電気的に「オン」状態は、２〜５ｖであり、「オフ」状態は、０〜1.2ｖである。したがって、アークが光ファイバー・ネットワーク上の通信送信機として振る舞うために、それは、最大強度の約１０％〜４０％の間で変調されることだけが必要であり、それは我々が容易に果たすことができることである。
【００４４】
本発明のランプ（例えば、アーク源）の更なる利点は、レーザーが一般に単色光であるのに対して、それらが多色光（polychromatic light）を提供することである。従って、生成／伝送のため、モノクロメーターもしくは干渉フィルターにて、光の明瞭な波長を選択することができる。その結果、多く（例えば、１〜１０００）の光源が１つの光ファイバーケーブルに対して供給元になることができ、光の各波長が独立した通信チャネルとして働くようになる。１本の大西洋横断ケーブルは、こうして１０００の異なる信号を、各々を異なる光の波長で、同じファイバー上を伝送できる。光ファイバー・ケーブルの他端では、１０００個の検出器が各々、光の特定の波長を検出して、情報を解読する。かかる検出器は、非常に一般的であり、業界ではダイオード・アレイ検出器として知られている。
【００４５】
例えば、光ファイバーケーブル上を５つの独立した信号を伝送したい場合、各々が別個の変調制御（modulatory control）の下にある５つの独立したアークランプが使用できる。ランプが光信号を伝送する波長は、幾分任意の選択（例えば、４００ｎｍ、４４０ｎｍ、５００ｎｍ、５１０ｎｍ、及び７００ｎｍ）であってよい。受信端では、４００、４４０、５００、５１０及び７００ｎｍに対してのみ感度の高い５つの高速フォトダイオードを使用して、５つの独立した信号を検出でき、こうして光信号を電気インパルスに変換する。従って、本発明は既存の光ファイバーケーブルのデータ処理能力を劇的に増大させる。
【００４６】
本発明の付加的な利点は、低い可視・紫外線スペクトルの変調可能な光のレディ・ソース（ready source）を提供することである。かかる波長の光は、光データ通信に典型的に使用される赤外光よりはるかに強力（energetic）である。波長が短くなるので、通信帯域幅が高くなり、これにより、より多くのデータを１本のファイバーの伝送に含ませることができる。更に、より高い強度での伝送距離が増加し、長距離光ファイバー伝送（例えば、１ｋｍ以上）において、信号ブースト（boosting）／増幅の必要性が減少する。
【００４７】
しかしながら、（最も一般的なファイバー用材質である）ガラスによる高エネルギー光の吸収によるロスが、低波長（例えば、４００ｎｍ以下）で認められる。従って、紫外光に対して相対的に、より透明である石英ファイバー、あるいは、可視光または赤外光に対して相対的に、より透明であるプラスチックファイバーが、本発明による長距離光データ伝送にとって、ガラスファイバーより望ましい。
【００４８】
また、本発明は、光の多くの波長の制御を提供する。その結果、多くのパラレル通信が同じケーブル上で同時に発生することができる。例えば、２００ｎｍ、２１０ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍ、３０５ｎｍ、３５０ｎｍ、３８８ｎｍ、等々、約８００ｎｍ（または、１つ以上の適当な赤外線光源を使用する場合は、それ以上）までにおいて独立した通信を行うことができる。
【００４９】
本方法のスイッチング／データ伝送能力に対する限界は、光信号を検出し、光源を駆動させるための現在の手段に制限されるようである。光の強度及び／又は波長を切り換える本方法及び装置は、入力信号に完全に（つまり、検出可能限界以下で）従う。
【００５０】
従って、本発明は、光コンピュータ回路に特に適用可能であり、その場合、この高強度・高電力光信号は、コンピュータ内の強い局所電磁場による影響を受けず、長距離伝送ロスを被ることもない。
【００５１】
本発明は、（例えば、顕微鏡法、フォトリソグラフィ及び半導体製造における）紫外線もしくは広帯域ストローブにも適用可能であると考えられる。本発明、特に、光を発生する装置及びランプの立ち上がり時間を減少させる方法は、顕微鏡法において使用される方法及び装置、特に１９９４年３月２５日に出願された米国出願08/217,883号において開示されているこれらの方法及び装置に特に適用できる。また、本発明は必要な広帯域を提供するので、音響光学変調器（Bragg cell）の置き換えも可能である。
【００５２】
フィードバック・ループを使用するこの光発生装置は、ランプとフィードバック・ループの他にモニターで構成されてよい。モニターは、(i) 電流検出器（例えば、図１の４）、(ii) 電圧検出器（例えば、図１の３）、もしくは(iii) 電流検出器、電圧検出器及び乗算器（図１の５）から成ることができる。フィードバック・ループは、コンパレータ（例えば、図１の７）と、電気的にコンパレータと通信する基準電圧源（例えば、図１の６）で構成され得る。
【００５３】
また、本発明は、しきい値電力以下では光を発生しないが、しきい値電力以上の印加電力に応えて、印加電力としきい値電力との差に関連する強度の光を発生させる方法であって、
(A)前記ランプに印加される電力を電気的にモニターするステップと、
(B)ランプが所定の強度を有する光を発生するように、ランプに印加される電力を調節するステップと
から成る方法にも関する。
【００５４】
本方法は、更に、電気的にモニターするステップと同時に、ランプに印加される電力を光学的に（例えば、図１のフォトダイオード９で）モニターするステップを含んでもよい。この方法は、外部電源及び／又はフィードバック・ループを有する本発明の装置を使用して行える。
【００５５】
明らかに、上記教示に照らして、本発明の数多くの修正及び変形が可能である。従って、添付したクレームの範囲内で、本明細書において特に説明したもの以外でも本発明を実施できることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本発明による光を発生する装置の一実施例の概略図である。
【図２】図２は、従来の水銀アークランプに印加される電力と、ランプから出力される光との間の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、バルブの温度及びランプからの放射によって励起される色素（dye）の蛍光強度を、各々時間の関数として示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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