説明

星間集光器

大型集光鏡(3)および焦点(14)に位置する分散のための手段(38)を活用することによって、天体の光を集光し、集中させ、さまざまな波長のスペクトルに分散させる装置(2)および方法。


【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して宇宙空間および星、惑星、衛星、および彗星を含むが、これに限定されない宇宙や天体から発する光を集光し、集中させるための装置および方法を目的としている。さらに詳細には、本発明は、(例えば、拡散による)成分波長の収集、選択、および調査目的のための物質に対する星間光の適用のための星間集光器および方法に関連する。
【背景技術】
【0002】
太古の昔から、「光」(つまり、電磁スペクトル)は、光合成から現代の写真術に至るすべてのものにおいて有益であった。太陽光は電気を生じさせるために光電池で利用され、光は植物の成長を促進するために人工的に製造され、非可視光さえX線装置および腫瘍検出装置などの多様な医療用途で使用されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
実際に、光の工業用途および医療用途の主題に関して大量の背景の資料が入手可能である(例えば、米国学術研究会議(National Research Council)、光の利用:21世紀のための光科学およびエンジニアリング(Harnessing Light:Optical Science and Engineering for the 21st Century)、ナショナルアカデミープレス(National Academy Press)、1998年、Kaler、James B.、星とそれらのスペクトル:スペクトル系列概論(Stars and Their Spectra:An Introduction to the Spectral Sequence)、ケンブリッジユニバーシティプレス(Cambridge University Press)、1989年、Scranton、BowmanおよびPeiffer、編集者、光重合:基本と応用(Photopolymerization:Fundamentals and Applications)、米国化学会(Amerial Chemical Society)、1996年、およびKalyanasundaramおよびGratzel、無機成分および有機金属成分を使用する光増感および光触媒(Photosensitization and Photocatalysis Using Inorganic and Organometallic Compounds)、クルワーアカデミックパブリッシャーズ(Kluwer Academic Publishers、1993年)を参照すること)。
【0004】
天体の光を集光するための現在の技術は、「光を集めるバケツ(大口径ドブソニアン型望遠鏡)」、つまり光子を収集するが、回折限界ではない光学受光望遠鏡を使用することを必要とする。言い換えると、光バケツは、光子を非常に小さくしっかりと集束された点に集中させることができない。
【0005】
その結果、光バケツ技術は、レーザのような多様な適用方法で役立つであろうように光を集中させることができないことによって阻まれてきた。さらに、従来の望遠鏡は、産業のまたは医療の実験と応用例のための成分スペクトルに集中した光を分散させるための手段を提供しない。
【0006】
したがって、天体の光の集光、集中、および分散の改善のための方法および装置に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、概して、天体の光の集光、集中および適用のための装置および方法に関する。さらに詳細には、本発明は、焦点に位置する集光ミラーおよび分散のための手段を活用することによって、さまざまな波長と周波数の天体の光を集光し、集中させ、分離するための装置および方法を含む。
【0008】
多様な応用例を通じて人類の利益のためにスペクトルの独自性を活用するために、星間光を集光し、利用することが本発明の装置の意図された使用法である。したがって、本発明は、太陽のスペクトルとは明白に異なり、さらに地球上のどこでも再現することができない星および他の天体のスペクトルと輝度を収集し、利用し、応用する。
【0009】
本発明は、基本的な望遠鏡の原理および技術を踏まえている。単に天体を地球から見る代わりに、本発明は天から下方の天体から光を集光し、集中させ、その光を多様なスペクトルに分離する。
【0010】
一実施形態では、発明の方法は、鏡を活用することによって天体源から光を集光するステップと、鏡によって集光された光を焦点に合わせるステップと、焦点に位置する開口を活用して焦点に合わせた光を分散させるステップと、地上物質を分散光の少なくとも一部に露呈するステップとを含む。
【0011】
したがって、天体源から光を集中させ、選択するための天体光集光器を提供することが、本発明の第1の目的である。
【0012】
本発明の別の実施形態は、鏡と、鏡の焦点軸に沿って配置される焦点ケージ、および鏡によって反射された天体光を分散させるための手段を含む天体光集光器に関し、分散させるための手段は焦点軸に沿って位置付けられ、焦点ケージの中に収容される。
【0013】
本発明の別の実施形態では、焦点ケージの中で天体光を屈折させるように適応されたフレネルレンズが、分散させるための手段として、あるいは分散させるための手段に加えて活用される。代わりに、光を分散させるための手段は、厚さが0.5ミリメートルから8ミリメートルの間のレンズまたはプリズムを含む。
【0014】
好ましくは、前記実施形態の鏡は、厚さが0.5ミリメートルから1.0ミリメートルの間のポリカーボネートの放物面鏡である。また、好ましくは、鏡は、サイズが2,000平方フィートから4,000平方フィートの間である高度方位角軸外分割鏡である。
【0015】
本発明の態様は、天体光が、鏡/集光器とさらにうまく整列するために回転式基部部材上に配置されてよい焦点ケージの中に妨害されずに移動することである。さらに、本発明の実施形態の鏡自体が、回転式基部部材の上に配置されることにより回転自在になる。好ましくは、回転式基部部材は、コンクリート受け台の上に配置される垂直軸方位角旋回リングである。
【0016】
ウィンドシア、および大型のむき出しの鏡(つまり建物またはサイロ等の構造物の中に収容されていない鏡)を活用することに対する他の潜在的な制約を考えると、鏡は好ましくは、深さが鏡の高さの少なくとも3分の1に等しい地形学的な窪みの中に配置される。
【0017】
本発明の別の実施形態は、構造体が水平面で回転自在であるように支柱と少なくとも1対の旋回リングを含む構造体によって支持される放物面鏡と、鏡の焦点軸に沿って配置される焦点ケージと、放物面鏡によって反射される天体光を分散させるための手段であって、焦点軸に沿って位置付けられ、焦点ケージの中に収容される分散させるための手段とを含む天体光集光器を特長とする。
【0018】
これらの目的および他の目的に従って、電磁放射線(例えば、赤外線、可視光、および紫外線)の光スペクトルに及ぶ天体光を集光し、集中させ、選択するための新規の改良された装置および方法が提供されている。
【0019】
本発明の多様な他の目的および優位点は、以下の明細書においてその説明から明らかになる。したがって、前述された目的の達成に対して、本発明は、好適実施形態の詳細な説明で以下の完全に説明され、特に請求項で指摘される特長を含む。しかしながら、このような説明は、本発明が実践されてよい多様な方法のいくつかのみを開示する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の装置の概略側面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態の概略側面図である。
【図3】本発明の第3の実施形態の正面図である。
【図4】好ましい鏡セグメントの層の組成を示す図3の線4−4に沿った断面詳細図である。
【図5】本発明の方法ステップを描くブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
本発明は、一般的には、相対的に大型の集光鏡と、焦点に位置する分散のための装置とを活用することによって、さまざまな波長および周波数の天体光を集光し、集中させ、分離するための装置および方法に関する。このようにして、本発明は天体物体の画像を提供しない。
【0022】
本書で使用されている項の見出しは、編成上の目的専用であり、説明されている主題を制限するものと解釈されるべきではない。本願で引用されるすべての参考資料は、任意の目的のために参照することにより明示的に組み込まれている。
【0023】
用語「天体光」は、地球以外のどこかを起源とし、紫外線から赤外線までの完全な範囲を対象とする光つまり電磁スペクトルを参照する。
I. 天体光集光器
【0024】
図1は、本発明の第1の実施形態の側面図である。図示されているのは、好ましくは放物線形状の、基板5によって支持され、ピボット6によって回転自在にされた、厚さ0.5ミリメートルから1.0ミリメートルの間のポリカーボネートから製造されている鏡3を含む天体光集光器2である。ピボット6は、好ましくはセメント製の埋め板11の中で回転自在な基部10と接合される、台8の上に水平に配置されている。ピボット6および基部10によって、鏡3は、垂直面と水平面の両方で調整できる。
【0025】
焦点ケージ12は、鏡3の焦点軸Aに沿って配置され、焦点fに対応する鏡からの距離に置かれる。焦点軸Aに沿って位置付けられ、焦点ケージ12の中に収容されているのは、鏡3によって反射される天体光を分散させるための手段14である。好ましくは、光を分散させるための手段4は焦点fに位置し、それによって分散が起こる前にスペクトルを集中させる。光を分散させるための例示的な手段は、例えばフィルタ、レンズ、回折格子およびプリズム等の開口を含むが、これに限定されない。
【0026】
この図には図示されていないが、集光器2は、焦点ケージの中で天体光を回折するように適応されたフレネルレンズおよび/または放物面鏡をさらに含んでよい。
大量の光を集光し、集中させるために、集光器2は比較的大型でなければならない。好ましくは、鏡3は実際には、合計で2,000平方フィートから4,000平方フィートの間である多くの小さい鏡領域から構成されている分割アレイである。この大きなサイズを考慮し、焦点ケージ12および鏡3は、好ましくは共通の建物の中の同一場所に配置されない。実際に、図1によって示されている集光器の場合、鏡と焦点ケージの間に100フィートの開かれた距離がある。したがって、ケージが焦点に位置できるような焦点ケージと鏡の間の距離は、必ず鏡のサイズに依存する。
【0027】
この点で、焦点ケージ12は好ましくは可動である。可動性は、回転式基部部材16の上に焦点ケージ12を配置させることによって、あるいは、例えば、ケージを、それが鏡3に向かってもしくは離れていくよう移動する、あるいは鏡が回転するにつれて同心円状に鏡の回りで移動するように、追跡調査システム(示されていない)に取り付けることによって達成されるような回転の形を取ってよい。
【0028】
スペクトロスコープとは異なり、本発明の集光器は、光を成分波長に分離するためにスリットまたは回折格子に依存せず、鏡によって集光される天体光は、光電子増倍管または光検知器等の分析機器を通過しない。さらに、スペクトロスコープとは対照的に、本発明は、成分波長への分散が起こる前に星間光を集中させる。
【0029】
本発明に対するウィンドシア等の応力を削減するために、集光器2は、好ましくは、深さが前記鏡の高さの少なくとも3分の1に等しい地形的な窪みの中に配置される。しかしながら、図1に示される実施形態では、集光器2は、鏡の高さ(やはり約60フィート)の3分の1を優に越えている、地表面から約60フィート深い窪みの中に配置されている。
【0030】
図2を見ると、本発明の光集光器アレイ20が示されている。集光器アレイ20は、支柱24の構造体の中に収容され、1対の旋回リング26が放物面鏡22の各端に配置されている。旋回リング26は、高度制御を実現し、さらに、鏡から反射される光が光学軸Bに沿って焦点ケージ30まで妨害されずに移動できるようにする。焦点ケージ30は、好ましくは、調査対象、光が適用されてよい有機物質または無機物質等を含む構成である。
【0031】
好ましくは、支柱24の構造体は、コンクリート受け台36の上にボルトで留められる垂直軸方位角旋回リング34等の回転自在の基部32の上に取り付けられる。また、好ましくは、焦点ケージ30は、放物面鏡22によって反射される天体光を分散させるための手段38が、焦点ケージの中に収容される焦点(fp2)に位置するように、鏡22の焦点軸Bに沿って配置される。
【0032】
焦点fp2に分散手段38を設置した結果として、集中した光が成分波長(例えば、λ、λ、λ)に分離される。次に、成分波長の1つまたは複数は、物質(この場合では、生物学的物質40)を露呈し、それによって地球上では検出されない光のスペクトルの影響を確認するために使用される。集中させた光は、物質の露呈の前に、例えばフレネルレンズ41またはプリズム42によってさらに操作されてよい。
【0033】
好ましくは、集光器20は、焦点ケージ30に光を反射させるために単一の鏡だけを有し、光がそこに妨害されずに移動できるようにする。また、好ましくは、光を分散させるための手段は、厚さ0.5ミリメートルから8ミリメートルの間のレンズを含む。
【0034】
図3を見ると、本発明の鏡の第3の実施形態が示されている。鏡44はセグメント46のアレイから構成され、好ましくは放物線の形状をしている。セグメント46は、ローラー52を介して高度ヨーク50と回転接触している駆動リング48によって取り囲まれている。高度ヨーク50は、切り取られた部分だけがこの特定の説明図に図示されているが、好ましくは駆動リング48を取り囲む。
【0035】
分割設計は、比較的大きな、つまり直径が20フィートから80フィートの鏡の構成を可能にする。この比較的大きな鏡の大きさを考えると、集中した光が、見られる単一の物体よりすくなくとも5等級明るいという点で、星間の光の集中は公知の集光器を十分に超えていると考えられている。
【0036】
図4は、個々の鏡のセグメントの断面図である。薄い(例えば、0.5ミリメートル)のプラスチック鏡56(例えば、ポリカーボネート)が、発泡体基板58の上に積層される。発泡体基板は、例えば、5センチメートルのウレタンスラブを含んでよい。発泡体基板層58は、優れた熱伝導率のために繊維強化ガラスの間に挟まれたアルミニウム等の硬いパネル60の上にさらに積層される。
II.波長および/または周波数によって天体光を集中させ、選択するための方法
【0037】
図5に要約されているように、天体の光を集光するための本発明の方法は、鏡を活用することによって天体源から光を集光するステップと、鏡によって集光された光を焦点上に合わせるステップと、焦点に位置する開口を活用して焦点に合わされた光を分散させるステップと、分散された光の少なくとも一部に地上の物質を露呈するステップとを含む。
【0038】
いくつかの応用例では、本発明の方法は、フレネルレンズを活用して集光されたおよび/または分散された光を視準する、または分散の前にポリカーボネートの放物面鏡を活用することをさらに含んでよい。好ましくは、鏡は、厚さが0.5ミリメートルから1.0ミリメートルの間にあり、可動支持構造体の上に配置されるポリカーボネート鏡構造を備える。さらに、焦点開口は、好ましくは厚さが0.5ミリメートルから8.0ミリメートルの間のレンズである。
【0039】
他の応用例では、集中させて星間光が視準され、フレネルレンズまたは放物面鏡を使用することによって、1ミリメートル未満にさらに特定される。さらに他の応用例では、視準された光がパルス化される、またはストロボをたかれる。大気等の障壁および集中していない星間光の比較的弱い輝度のために、方法は、以前は未知であったスペクトルに生物学的物質を露呈する唯一の機会を呈する。
III.集光され、集中した天体光の応用例
【0040】
特定の実施形態では、集中され、選択された天体光を適用するための方法が意図される。
1)医療
A)光線力学的治療――がんを治療し、腫瘍を検出し、例えば乾癬等の皮膚病を治療するために、光を使用すること。他の用途は、例えば季節性情動障害または臨床的うつ病等の病気を治療することであろう。
B)手術――低侵襲姓性治療のための新しい技術、従来の手術法に関連する外傷性傷害を削減するための方法を開発するために光を使用すること。
C)光診断技法――この分野では、光は、例えば血液監視、網膜写真術、および糖尿病におけるグルコース監視等の応用例を有する。
2)娯楽
A)レーザーライトショー――ネバダ州ラスベガスのホテルやカジノ、あるいは遊園地で見られるような、多くの場合は音楽と演出された、娯楽ライトショー。
B)ホログラム――可逆性ホログラフィおよび切り替え式ホログラフィック格子での高度版を含む。
3)農業
A)発芽:例えば種子の発芽刺激等の、成長過程を刺激するまたは抑制するために光を使用すること。1つの潜在的な用途は種子休眠をさらに延長することであろう。
B)フィトクロム刺激:所望される成長パターンを刺激するために、植物における感光体フィトクロムの反応を制御するために光を使用すること。
C)植物性刺激:所望される効果を達成するために、例えばサイトカイニン等の植物における主要な成長受容体を刺激するために光を使用すること。
4)産業
A)光重合:現在では、光重合のための無数の用途がある。このような4つの応用例は、さらに耐久性があるプラスチック、接着剤、シーリング材および金属コーティングを作成するために光を使用することを含むであろう。
B)フォトリソグラフィー:本来、集積回路加工におけるイネイブラーとしての光の使用。
C)光学式記憶:さらに多くの情報を記憶するために、例えば、コンパクトディスク等の既存の技術を可能にするために光を使用すること。
D)印刷材料:印刷前の校正刷りシステム、印刷インク、印刷版、および点字資料の作成を含む。
5)科学研究
A)光化学:光増感および光触媒を使用する実験を含む。
B)光電効果
【0041】
前述された本発明は、例に対する参照によってさらによく理解されてよい。以下の例は、図解の目的だけに意図され、本発明の範囲を決して制限すると解釈されてはならない。
机上の実験例
例1
【0042】
天体光は、うつ病を患う被験者の皮膚に適用するために集中され、選択される。これは平均的な毎日の露光量、つまり日当たりのよい場所の250ルクス以上を刺激するために、10,000ルクス近い非常に明るい光で最低30分、あるいは約2500ルクスの光で数時間で達成できる。
例2
【0043】
アルファ粒子、イオン、プロトン、およびニュートロンから構成されている天体の純粋な光が、人工的に作られた光とは異なる、およびこの光は多様な波長と周波数、従って多様な色で出現するという理論が作り上げられてきた。本発明は、光を、その色、波長および周波数が研究し、人工的に作られた光と比較できるように天体の光を集光し、集中させ、分散させることによりこの理論を試すために使用できるであろう。
例3
【0044】
多様な重合体および結晶の成長に対する天体の純粋な光の影響は、産業界および科学界において重要な形状、大きさ、および構造を生じさせるという理論が作り上げられてきた。この理論は、本発明の方法に従って集光され、集中され、分散されたさまざまな波長および輝度の天体の光に重合体と結晶を露呈することによって試されるであろう。
例4
【0045】
天体の光が、植物の発色団、およびフィトクロムにも計り知れない影響を与え、多様な成長因子をもたらすであろうという理論が作り上げられてきた。この仮説を試すために、植物は、本発明の方法に従って集光され、集中され、分散されたさまざまな波長および輝度の天体の光に露呈される。
例5
【0046】
天体の多様な波長および周波数を活用することは、ポルフィリンに関して研究されている内容とは異なる結果を示すであろうという理論が作り上げられてきた。特に、私たちは、本発明の方法に従って集光され、集中され、分散されたさまざまな波長および輝度の天体の光にポルフィリンを露呈することを提案する。
【0047】
説明されてきた詳細および構成要素の多様な変更は、当業者によって、明細書でここに説明され、添付請求項で定められた本発明の原理および範囲内で加えられてよい。例えば、図3の鏡は、代わりに形状が台形であってよい。したがって、本発明は本書に最も実用的且つ好適な実施形態であると考えられている内容で本書に説明されているが、本書に開示されている詳細に限定されるべきではなく、ありとあらゆる同等なプロセスおよび製品を包含するように請求項の完全な範囲を認められるべきである本発明の範囲内でのそこからの逸脱が可能であることが認識される。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
天体光を集光するための方法であって、
a)鏡を活用することによって天体源から光を集光するステップと、
b)前記鏡によって集光された前記光を焦点に合わせるステップと、
c)前記焦点に位置する開口を活用して前記焦点に合わせた光を分散させるステップと、
d)前記分散光の少なくとも一部に地上の物質を露呈するステップと、
を備える方法。
【請求項2】
前記分散光がステップ(d)の前にフレネルレンズを活用してさらに操作される請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記分散光が、ステップ(d)の前にポリカーボネート放物面鏡を活用してさらに操作される請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記鏡が厚さが0.5ミリメートルから1.0ミリメートルの間であるポリカーボネートの鏡を備える請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記鏡が構造体の中に収容されるのではなく、集光された光がステップ(b)の間に構造体の中で焦点に合わされる請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記構造体および前記鏡が、共通の建物内部の同一場所に配置されていない請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記構造体が可動である請求項5に記載の方法。
【請求項8】
前記構造体が回転自在である請求項5に記載の方法。
【請求項9】
前記焦点開口が、厚さが0.5ミリメートルから8.0ミリメートルの間のレンズである請求項1に記載の方法。
【請求項10】
前記光がステップ(c)の前に視準される請求項1に記載に方法。
【請求項11】
前記視準された光が、直径が1ミリメートル未満にさらに特定される請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記視準された光がパルス化される、あるいはストロボをたかれる請求項10に記載の方法。
【請求項13】
ステップ(d)の前記物質が生物学的物質である請求項1に記載の方法。
【請求項14】
鏡と、
前記鏡の焦点軸に沿って配置される焦点ケージと、
前記鏡によって反射される天体光を分散させるための手段であって、前記焦点軸に沿って位置付けられ、前記焦点ケージの中に収容される前記分散させるための手段と、
を備える天体光集光器。
【請求項15】
前記焦点ケージの中で天体光を屈折するように適応されたフレネルレンズをさらに含む請求項14に記載の集光器。
【請求項16】
前記鏡がポリカーボネートの放物面鏡を備える請求項14に記載の集光器。
【請求項17】
前記ポリカーボネート鏡が、厚さ0.5ミリメートルから1.0ミリメートルの間である請求項16に記載の集光器。
【請求項18】
前記鏡が高度方位角軸外分割アレイを備える請求項14に記載の集光器。
【請求項19】
前記分割アレイが2,000平方フィートから4,000平方フィートの間である請求項18に記載の集光器。
【請求項20】
前記焦点ケージおよび前記鏡が共通の建物の中で同一場所に配置されていない請求項14に記載の集光器。
【請求項21】
前記焦点ケージが可動である請求項14に記載の集光器。
【請求項22】
前記光を分散させるための前記手段が、厚さが0.5ミリメートルと8ミリメートルの間のレンズを備える請求項14に記載の集光器。
【請求項23】
前記鏡によって集光される前記天体光が分析機器を通過しない請求項14に記載の集光器。
【請求項24】
該焦点ケージが、前記天体光がそれを通して分散されるプリズムを含む請求項14に記載の集光器。
【請求項25】
前記天体光が、前記焦点ケージの中に妨害されずに移動する請求項14に記載の集光器。
【請求項26】
前記鏡が回転式基部部材に配置される請求項14に記載の集光器。
【請求項27】
前記回転式基部部材が、コンクリート受け台の上に配置される垂直軸方位角旋回リングである請求項26に記載の集光器。
【請求項28】
前記鏡が、深さが前記鏡の高さの少なくとも3分の1に等しい地形的な窪みの中に配置される請求項14に記載の集光器。
【請求項29】
支柱と少なくとも1対の旋回リングとを含む構造体によって支持される放物面鏡であって、前記構造体が水平面で回転自在である前記鏡と、
前記鏡の焦点軸に沿って配置される焦点ケージと、
前記放物面鏡によって反射される天体光を分散させるための手段であって、前記焦点軸に沿って位置付けられ、前記焦点ケージの中に収容される前記分散させるための手段と、
を備える天体光集光器。
【請求項30】
前記鏡が、該焦点ケージに光を反射するために使用される唯一の鏡である請求項29に記載の集光器。
【請求項31】
該反射光が、単一の見られている物体より少なくとも5等級明るい請求項29に記載の集光器。

【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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【公表番号】特表2009−500674(P2009−500674A)
【公表日】平成21年1月8日(2009.1.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−520261(P2008−520261)
【出願日】平成18年6月26日(2006.6.26)
【国際出願番号】PCT/US2006/024710
【国際公開番号】WO2007/005352
【国際公開日】平成19年1月11日(2007.1.11)
【出願人】(508004694)
【氏名又は名称原語表記】CHAPIN, Richard
【住所又は居所原語表記】2555 East 1st Street, Suite 100, Tucson, AZ 85761 (US)
【Fターム(参考)】