JP2018503043A - 無電極プラズマランプによる光学的阻止 - Google Patents

Abstract

無電極プラズマランプによる光学的阻止無電極プラズマ（ＥＦＳ）から発せられる高輝度非干渉性光ビーム（ＨＩＩＬＢ）で１つまたは複数のターゲットの視神経に過度に刺激を与えることにより、ターゲットの動作を妨げるか低下するための方法または装置。本方法の各ステップには、デバイス内に収容されたＥＦＳからＨＩＩＬＢを提供することと、デバイスに向いている場合に、ビームを１つまたは複数のターゲットに向けることとが含まれている。このデバイスは、ＨＩＩＬＢを伝達させるためのウィンドウ開口を有するヘッド部分を含む外側ハウジングと、ヘッド部分に取り付けられ、ウィンドウに面する光学系と、ウィンドウに向けて光をコリメートするように、光学系の焦点において取り付けられた、１つまたは複数のＥＦＰランプと、１つまたは複数のランプを駆動するための電気回路であって、この電気回路が、エネルギー源、および、動作のための、エネルギー源とのプラズマランプ誘導カップリングを有している、電気回路と、を含んでいる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年９月２４日に出願された特許出願番号第１４／４９５，７４８号の一部係属出願である。

連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
適用せず

共同研究契約のある当事者
適用せず

コンパクトディスクによる提出材料の参照による援用
適用せず

本発明は、概して、指向性エネルギー非干渉性無電極プラズマ光源、一時的な人間および動物の光による阻止、ならびに個人保護のための非軍事用エネルギー兵器に関する。より詳細には、人間または動物の攻撃者（複数の場合もある）に対する投光、警告による阻止、撃退、抑制、および光による阻止を引き起こす近距離および長距離において使用される固定型、移動型、船舶搭載型、航空機搭載型、携帯型、および手持ち式の、サーチライト、スポットライト、およびフラッシュライトに関する。

近年、非軍事用エフェクタ兵器および個人保護デバイスが、執行、処分、警備、軍備、および個人の防衛における敵対者の対処において、より有効であることが次第に証明されてきている。ほとんどの対立における人員保護の目標は、状況をコントロールするのに必要な最低限の力を使用することである。二次的損害を回避することは、公の秩序の理由から、ますます重要になってきている。力の応答レベルは、観察から始まり、視覚および口頭による警告、かく乱、出来るだけ軍事力の使用を避けて、非軍事的力の使用へと段階的に上昇される。力の応答レベルが上昇するにつれて、永続的な傷害または破滅の公算が増大する。このため、警備員は、彼ら個人の安全を保証しながらも、達成可能な最大限の敵対者および傍観者に対する害を最小限に抑える標準的な対応を好む。

執行人からの攻撃者の距離が遠いほど、執行人が反応し、攻撃者と執行人との両方に対する二次的な損害を最小限に抑えるために、標準的な非軍事的対応を取らなければならない。理想的には、非軍事用エフェクタは、個人とグループとの両方をコントロールするオプションを提供する必要がある。

すでに開発された光指向性エネルギー兵器には、以下が含まれる。
レーザダズラ
干渉性の光を利用する極めて明るい光レーザ源が警備員と敵対者との間の対立がエスカレートするのをコントロールすると言われている。レーザダズラは、人を殺害するリスクなしで、緑色のレーザを使用して対象の視力を一時的に奪うように作用する。軍事用途のために作られたモデルの多くは、日中は３００メートルから５００メートルの距離で作用するように設計されており、夜間では１キロメートルまで有効であることが報告されている。そのようなデバイスの例は、米国特許第５，６８５，６３６号、米国特許第６，００７，２１８号、および米国特許第７，０４０，７８０号に記載されている。

レーザ光学的阻止の企業によると、日中に１０００フィートから１６００フィートで有効であり、夜間に３２００フィートで有効であると言われている。４０メートルでは、２００ミリワットレーザの高輝度のビームは、目に永続的な傷害を与える場合がある。目の永続的な傷害のいくつかが、軍によって使用された非軍事用レーザによることが、出版物に報告されている。干渉性光レーザの主な欠点は、それらレーザが、極めて狭い単一のスペクトルの光を生成することにあり、目の永続的な傷害を避けるために輝度を制御することが困難である点にある。人間の目は、レーザなどの、干渉性の光の単波長の出力に対して弱く、また、人間の目は、レーザビームからの傷害をかなり受けやすい。

一方、人間は、太陽光の広いスペクトルにおける非干渉性の光に対しては安全に対応するように、良好に適合している。これにより、非干渉性の光はレーザビームに対して、安全性の観点で有利である。

レーザ技術のコストは、他の非軍事用の手持ち式の光技術よりも比較的高い。さらに、レーザは、特定の波に対する目の保護などの対策がしやすい。干渉性の単一のレーザ波長には、日中から夜間への、桿体と錐体との間の、目の感度の変化に対応する波長全体をカバーしないというさらなる欠点がある。さらに、レーザは、国際交通軍事規制（ＩＴＡＲ）によって輸出が規制されており、輸出がかなり制限されている。

ＬＥＤ／フラッシュランプおよびストロボ
２００７年１０月に、Ｒａｌｐｈ Ｍｒｏｚによる「Ｈｉｇｈ−ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｃｒｉｍｅ ｆｉｇｈｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｎｅｘｔ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｏｂｅ ｌｉｇｈｔｓ」というタイトルの記事がＰｏｌｉｃｅ ＆ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｎｅｗｓに、「最新技術は明滅する光である…。」と発表された。明滅によって与えられる利点とは。以下に、主張されたものをいくつか記載する。１）失見当識および視覚障害を生じること、２）周囲の視認能力の喪失を生じること、３）自身が照らされていることを理解する能力が制限されること、ならびに４）恐怖および／またはためらいを誘発すること…。…対象者は、極めて明るい白色光の明滅によっても視力が奪われる。我々はみな、被疑者の目において、６０ルーメン以上の視覚障害の効果を認知している。明滅により、視覚障害に、失見当識が付加される。このことによる戦術上の利点は明らかである。」
より最近の装置は、米国特許第７，１８０，４２６の、明滅効果に全スペクトル光を合わせたモデルを形成する多色明滅ＬＥＤデバイスである。このデバイスの有効範囲は３０フィート未満である。

他の発光ダイオード（ＬＥＤ）および高輝度放電（ＨＩＤ）デバイスの例が、米国特許第８，７１０，７４２号、米国特許第８，４１９，２１３号、米国特許第７，９０９，４８４号、米国特許第７，５００，７６３号、および米国特許第６，１９０，０２２号に記載されている。

ショートアークの光学的阻止
歴史的に、アークランプのサーチライトのいくつかは、永続的または一時的な視覚障害を生じるのに輝度が十分であり、第２次世界大戦中に、爆撃機の乗員の目をくらませるのに使用された。１９４３年ごろ、運河防衛ライト（ＣＤＬ）は、第２次世界大戦におけるイギリスの「秘密兵器」であり、戦場で使用された。ＣＤＬは、戦車に取り付けられた強力な炭素アークのサーチライトの使用に基づいていた。戦車の車列（４両）が、前進しつつ、敵をかく乱させるためにライトのシャッタを開閉しながら、戦場の１０００ヤード、１９度の角度の範囲を標的にできる。サーチライトは、夜間攻撃の際に使用することが意図され、その場合、敵の位置を標的とすることを可能にした。このライトの第２の用途は、敵軍の目をくらませるとともに失見当識を引き起こし、敵軍が正確に応射するのを困難にすることであった。

米国特許第７，８６６，０８２号には、１つまたは複数の個別の目標を無力化するための方法が教示されている。この方法は、特にショート・アーク・ランプを備えている高強度の非干渉性光ビーム放射デバイスを提供するステップである。非軍事用ショート・アーク・ランプの発明の例は、米国特許第７，４９７，５８６号、米国特許第７，８６６，０８２号、米国特許第８，５６７，９８０号、および米国特許第８，７２１，１０５号に記載されている。

ショート・アーク・ランプの出力の利点は、その出力を、ＬＥＤまたはＨＩＤ光源よりもかなり遠い距離で有効であるように、焦点を合わせることが出来る点にある。米国特許第７，４９７，５８６号および米国特許第７，８６６，０８２号の主題の方法および装置の欠点には、電力消費が大きいこと（１５ルーメン／ワット（ｌｍ／Ｗ））、光へのエネルギー変換効率が５％であること、電極および陰極によって生じる影などの、投影された光ビーム内のアーチファクト、ならびに、焦点の効率が、製造公差の事項および動作中の熱膨張の影響をかなり受けやすく、継続的な焦点距離の調整を必要としていることが含まれる。

電極を有するショート・アーク・ランプおよび他のランプでは、影、光の流れの中の電極、陰極端子、およびワイヤによって生じる光ビーム内のアーチファクト、ならびに、電極および広範囲の製造公差によって生じるプラズマボール形状の歪みから生じる、ビームの中心の「ブラックホール」の現象に対処しなければならない。さらに、反射板における後方の穴に起因して、ショート・アーク・ランプに光のロスが生じる場合がある。この理由は、電気ワイヤおよびランプが反射板表面を貫通する必要があるためである。

ショート・アーク・ランプのエネルギー消費が高いことから、バッテリのサイズと重量が、持ち運び可能な用途に関する設計上の欠点である。

ショート・アーク・ランプのランプとしての使用寿命は、４００時間から１０００時間に制限されている。さらに、ショート・アーク・ランプの電極の腐食に起因して、ランプの外被が黒くなるにつれてスペクトル出力が変化することが予想され得る。唯一の解決策は、ショート・アーク・ランプの周波数を変化させることである。さらに、ショート・アーク・ランプは概して大きく、手持ちまたはモバイルデバイスに関しては約１００ｃｍ×２０ｃｍであり、周囲の設計が困難かつ面倒になる。

フラッシュ・バン・デバイス／照明弾デバイス
フラッシュグレネードまたはフラッシュバンとしても知られるスタングレネードは、敵の感覚に一時的失見当識を生じさせるのに使用される非軍事用爆発性デバイスである。スタングレネードは、永続的な傷害を生じることなく、視力を奪う光のフラッシュと、１７０デシベル（ｄＢ）を越える強烈な大音量のノイズ「バン」を生じるように設計されている。スタングレネードは、最初に１９６０年代に開発された。生成されたフラッシュは、しばらくの間、目のすべての光受容体細胞を活性化させ、約５秒間、ターゲットの視界を奪う。

そのようなデバイスの例は、米国特許第８，１６１，８８３号、米国特許第８，１１３，６８９号、米国特許第７，１９１，７０８号、および米国特許第６，７６７，１０８号に記載されている。
これらタイプのデバイスは、囲まれた空間で使用される。二次的な障害はリスクが高い。これらデバイスの大音量により、一時的または永続的な聴力の喪失およびバランスの喪失を生じる場合がある。スタングレネードは非軍事用に設計されているが、いくつかの傷害が報告されている。これらデバイスの欠点は、これらデバイスが使用者および傍観者の視界も奪う場合があり、また、投入方法により、火事または爆発の危険が生じる場合があることである。いくつかの死亡事故および火事は、それらの使用が原因である。具体的には、衝撃で爆発し、かなりのノイズ、高輝度の白色光を生じる、リンを含むグレネードには、重大なやけどを負わせる可能性がある高レベルの熱を生成するという欠点がある。

電気による筋肉の阻止
出版物に報告されているように、電気ショック、および、ゴム弾が供給された銃に関する、傷害から死亡にわたるリスクが報告されている。非軍事用ライトを使用することにより、強力な電気ショックデバイスに起因する潜在的な死亡のリスクが回避される。このタイプの技術が、「１９８７年に発効された、国際連合の、拷問及び他の残虐な、非人道的な又は品位を傷つける取り扱い又は刑罰に関する条約（拷問等禁止条約）」に違反して、コンプライアンスを得るように、苦痛を負わせるものと解釈されるとの批判が存在する。

この問題により、一定の非軍事用兵器に関する関心が依然として残っている。「米国政府は、特定の場合における特定のタイプの悪用および虐待、刑事司法制度の文脈において関連する領域の存在、および、条約の目標および目的の完全な達成に対する障害が継続的に主張されていることを認めている。これらには、催涙ガスおよび化学（ペッパ）スプレ、テーザまたは「スタンガン」、スタンベルト、警察犬、手錠、ならびに足かせなどの、デバイスおよび技術の不適切な使用を含む、警察の誤用、残虐行為、および、力の不必要性または過度の使用の主張および実例（ならびに、場合によっては、パターンまたは慣習さえも）が含まれる。…」条約の１９条の下で締約国によって提出されたＣｏｍｍｉｔｔｅｅ Ａｇａｉｎｓｔ Ｔｏｒｔｕｒｅ Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎの報告によって公開された、「拷問及び他の残虐な、非人道的な又は品位を傷つける取り扱い又は刑罰に関する条約」（ページ２１、パラグラフ７０参照）。

したがって、永続的な傷害のリスクを著しく低下し、現状の方法に比べ、１つまたは複数の個別のターゲットの動作を妨害するか低下することの有効性を向上させるデバイスに関する必要性がある。具体的には、非軍事用非干渉性ライトを放射するデバイス、および、このデバイスの使用方法であって、ランプが、製造業者の定格ランプ寿命が５００時間から２０００時間であるショート・アーク・ランプに比べ、１００００時間から５００００時間の、製造業者の定格ランプ寿命を有し、電極の存在を除去するとともに、ランプの外被を黒くする、ショート・アーク・ランプに生じ得る腐食を除去することにより、より安定したスペクトル出力を放射し、耐用期間の増大により、ショート・アーク・ランプほど頻繁にランプを交換する必要がなくなったことによって、製造および保全のコストを低下し、１００ｃｍ×２０ｃｍのショート・アーク・ランプに比べて約３ｍｍ×１０ｍｍとサイズが小さく、コンパクトでより頑丈なデバイスの構築を可能にし、１６５の国際的な国家により１９８７年に発効された国際連合の国際協定の意図に従って、ターゲットに傷害を生じない光エネルギーを生成する。

本発明は、永続的な傷害を生じることなく、１人または複数の、人間、攻撃者、加害者、侵入者、または敵対者を、投光、警告、ならびに、一時的に失見当識させる、視覚を奪う、スタンさせる、光学的に失見当識させる、認識能力を低下させる、筋肉の阻止、または別様に動作を制御および制限するための、非軍事用であるか、軍事用より弱いか、軍事性が低い、手持ち式、移動式、または固定式の、無電極プラズマ（ＥＦＰ）光源からの非干渉性可視白色光を使用する光ビームである。

本発明の目的は、高輝度の光に基づく、非軍事用の、目に傷害を与えない防衛デバイスを提供することである。より詳細には、日中と夜間の動作のために、エネルギー消費が少なく、かつ、光学的歪みが少ない、より長い有効距離を達成するための、集中させた明るい可視光ビームによる投光を通して視覚障害および失見当識を生じる、無電極光源（ランプ）からの非干渉性光を使用した、傷害を与えない非軍事用防衛デバイスを提供することである。

本発明は、ビームで投光された際に、選択された接触距離において永続的な肉体的傷害を生じることなく、ある期間の間、人間または動物（ターゲット）を一時的に光学的に阻止するための、十分な輝度と焦点の、一定であるか変調したＥＦＰ出力源、または誘導プラズマランプで構成された非干渉性可視光を生成するデバイスを使用した、人間および動物の観察、抑制、スタン、無力化、光学的阻止、およびコントロールのための非軍事用光指向性エネルギー兵器および非軍事用エフェクタ方法である。

本方法は、波を導波路または直線状に集中させ、波動場内に位置する充填されたバルブ内の発光プラズマにエネルギーを与える、電磁波によって励起された、気体放電ランプのタイプの無電極プラズマ（ＥＦＰ）ランプを利用する。電磁波は、プラズマ光源に電力を与えるために、マグネトロンで生成されたラジオ（ＲＦ）およびＨＦエネルギー（マイクロ波）を含んでいる。または、電磁波は、レーザビームによってエネルギーが与えられた場の中に位置する、充填されたバルブ内でエネルギーが与えられる発光プラズマであってもよい。

他の非干渉性光源に対し、無電極光源の最も顕著な利点は、ターゲットに光を向けることにおける光学的構成に対して与えられた追加の柔軟性に関する。設計者はもはや、投影ビームの経路上の電極および陰極ワイヤによって影がつく（ブラックホール）ことに関して作業する必要はない。このＥＦＰ出力の光線は、１ｍｍから３ｍｍほどの小ささの、ほぼ完全にピンポイントの光源であり、望ましくないアーチファクトを巡る設計を必要とすることなく、各用途の必要に応じて、集中させるかコリメートさせることを可能にする。投光および光学的阻止のためにＥＦＰランプを使用する場合、ワット毎のルーメンが４倍から１０倍向上する。これにより、バッテリパックをより小さく、ポータブル装置の重量をより軽くすることができる。

本方法は、概して、鏡、レンズ、または組合せおよび構成の光学系と合わせられ得る、レンズの後ろ側、または反射板内に取り付けられたＥＦＰランプを利用する。この構成では、小さいプラズマボールがレンズまたは反射板の焦点に最も適切に位置し、ランプからの光をコリメートし、ウィンドウ開口を通し、所望の放出角度で近位または長距離におけるターゲット（複数の場合もある）に光ビームを向けるように配置されている。光源または光学アレイ、またはそれらの構成要素のための、調整可能であるか固定された取付けベースにより、ターゲットに伝達される光ビームの強度に関して、最適な光の焦点に達するまで、レンズ、反射板、および光学系の位置の調整を可能にすることができる。本方法は、より遠距離または広範囲で接触する攻撃者を標的とするために、アレイ状の１つまたは複数のＥＦＰデバイスを使用することができる。

本発明の装置は、法の執行、軍事、私的防衛、第１応答者、海事、および個人防衛に用途が見出される。これら装置は、手持ちデバイス、自動車およびボート取付け型、固定型、船上、および他の用途のために設計され得る。本方法の例示的装置の構成を、図８から図１１に示す。

この発明の概要の目的に関し、本発明の特定の態様、利点、および新規の特徴が本明細書に記載されている。それら利点のすべてが必ずしも、本発明の任意の特定の実施形態に従って達成され得ないことを理解されたい。このため、たとえば、当業者であれば、本発明が、本明細書に教示の１つの利点または１まとめの利点を、本明細書に教示するか暗示する場合がある他の利点を必ずしも達成することなく、達成する方式で実施または実行され得ることを理解するであろう。
本発明は、添付図面と併せて、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、よりよく理解されるであろう。添付図面では、同様の参照符号は同様の部位を参照している。

人間の目の桿体および錐体の、光に対する網膜反応を示す図。 アルゴンおよび金属ハロゲン化合物が充填されたＥＦＰランプのスペクトル出力を示す図。 共振器に取り付けられたＥＦＰランプを図式で示す図。 ＥＦＰランプの外被を示す図。 ＥＦＰランプの始動シークエンスのステップ１からステップ３を示す図。 一般的なＥＦＰランプ装置の要素を示す図。 コリメート反射板を有するインラインＥＦＰランプ装置を示す図。 コリメート反射板および内部の光学素子を有するインラインＥＦＰランプ装置を示す図。 傾斜金属皿上に取り付けられた、コリメート反射板および内部の光学素子を有するＥＦＰランプ装置を示す図。 コリメート反射板および内部の光学素子を有する直角ＥＦＰランプ装置を示す図。 傾斜金属皿上に取り付けられた８つのＥＦＰランプ装置のアレイを示す図。 内部に屈折面が取り付けられたパラボラ反射板表面を示す図。 コリメートレンズが４つのタイプの面を有する、外側レンズ上の反射板を示す図。 コリメートレンズが４つのタイプの面を有する、内側の反射板を示す図。 Ｆｒｅｓｎｅｌのレンズを示す図。 無電極プラズマランプの輝度フラックスの散乱パターンを示す図。 ショート・アーク・ランプの輝度フラックスの散乱パターンを示す図。 キセノン・ショート・アーク・ランプのスペクトルを示す図。 ＥＦＰランプのスペクトルを示す図。

定義：別様に規定されていない限り、本明細書に使用される用語はすべて、本発明が属する技術の当業者に一般に理解されているのと同じ意味を有する。本明細書の開示を通して参照するすべての特許、特許出願、および出版物は、参照することにより、その全体が組み込まれる。本明細書の用語に関して、複数の定義が存在する場合では、このセクションにおける定義が優勢である。

本明細書に使用される用語「無電極プラズマ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−ｆｒｅｅ ｐｌａｓｍａ）」（ＥＦＰ）は、「無電極プラズマ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｌｅｓｓ ｐｌａｓｍａ）」、「無電極ランプ（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｌｅｓｓ ｌａｍｐ）」、「誘導ライト（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｇｈｔ）」および「無電極プラズマライト（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｌｅｓｓ ｐｌａｓｍａ ｌｉｇｈｔ）」の出力源、「気体放電ランプ（ｇａｓ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｌａｍｐ）」、「誘導プラズマランプ（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｌａｓｍａ ｌａｍｐｓ）」、および誘導プラズマライトを含み、誘導プラズマライトは、発光プラズマ、高効率プラズマ、レーザ駆動式プラズマライト、および無電極高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを含んでいる。これらの中では、ランプの外被の内側には電極は存在しない。

本明細書で使用される用語「ラジオ波（ｒａｄｉｏ ｗａｖｅ）」および「無線周波数（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）」（ＲＦ）は、３００ＭＨｚから３０００ＧＨｚの周波数の電磁波に関するとともに、３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの間のマイクロ波を含んでいる。

本明細書に使用される用語「電磁波（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ）」は、ガンマ線、ｘ線、紫外線（ＵＶ）、可視光、赤外線（ＩＲ）、マイクロ波、およびラジオ波を含む電磁波に関する。

本明細書において使用される用語「光学的阻止器または光学的阻止（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｒｕｐｔｏｒ ｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ）」は、視覚障害、神経麻痺、筋肉麻痺、運動技能の阻止、失見当識、めまい、嘔吐、一時的な失明、夜盲症、雪盲、閃光盲、グレア、視覚的有効性の減衰、認知能力の低下、バランスの喪失、精神物理的影響、ためらい、可視性の喪失、周囲の可視性の喪失、抑制としても記載され得る細かい全体の運動技能の阻止、無力化、スタン、および目くらましを生じることにより、ターゲットの動作を制限する能力に関する。

本明細書において使用される用語「非軍事用（ｎｏｎ−ｌｅｔｈａｌ）」は、当業者、軍事の関係者によって一般に定義および使用されるその用語の意味に適用するものとし、法の執行、米国司法省、および防衛者によって使用される「軍事性が低い（ｌｅｓｓ−ｌｅｔｈａｌ）」、および「軍事用よりも弱い（ｌｅｓｓ−ｔｈａｎ−ｌｅｔｈａｌ）」との用語を含んでいる。

本明細書において使用される用語「非干渉性光（ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）」は、レーザまたはＬＥＤなどの、干渉性または単波長の光源から生成されるものではない光に関する。通常の太陽光およびプラズマランプの光は、主に、多くの異なる波長の光の波を含み、レーザ光に一般に見られるような、波の位相が相互に同調した「干渉性光（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）」とは反対に、ランダムな位相である傾向にある非干渉性光と解される。

本明細書において使用される用語「距離計（ｒａｎｇｅ ｆｉｎｄｅｒ）」は、本発明の装置のプラズマ源からターゲットまでの距離を見積もるか、概算するか、判定するための任意の手段である。そのような測定デバイスの例には、電子式距離計、ならびに、ＩＲ距離計、レーザ距離計（ＬＲＦ）、ラジオ波（ＲＦ）式距離計、レーダおよび音波測定デバイスが含まれる。

本明細書において使用される用語「光レベルを判定するための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｌｅｖｅｌ）」は、バックグラウンドの光レベルを見積もるか、概算するか、判定するための任意の手段、または、ターゲットにおける光レベルを判定するための手段に関する。そのようなデバイスの一例は、指向性光計である。

本明細書において使用される用語「トリガー手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ）」は、本発明のデバイスから光ビームを放出するために採用され得る任意の方法に関する。

本明細書において使用される用語「グレア（ｇｌａｒｅ）」は、人間に視野内の高輝度の光源に起因する可視性が低下された条件の影響に関する。この影響は、光源が消えるか、対象から逸れるとすぐに消失する一時的な影響である。光源は、人間の可視部分のスペクトルの光を発し、可視性が低下されるグレア効果を維持するために、点灯しているか点滅していなければならない。グレアに起因する可視性の低下の程度は、周囲の光の条件に対する光源の明るさに応じる。欠点は、攻撃者が依然として傷害を負う可能性があり、また、依然として見ることができることである。

本明細書で参照される用語「閃光盲（ｆｌａｓｈｂｌｉｎｄｉｎｇ）」および「閃光盲（ｆｌａｓｈｂｌｉｎｄｎｅｓｓ）」は、可視性を低下するような一時的な喪失または低下であり、高輝度の光源がオフになった後も続く。閃光盲は、ある方向または任意の方向における視認能力を妨げる、人間の視界におけるスポットまたは残像として現れる。この低下の性質により、人間にとって、対象、特に、小さく、コントラストの少ない対象、または遠くの対象を見つけることが困難になる。可視性の低下の持続時間は、数秒から数分の範囲である場合がある。可視性の低下は、最初の暴露される光の強さと、人間の視覚の必要性による。閃光盲の影響とグレアの影響との間の主要な差異は、閃光盲によって生じる可視性の低下が、光源が消えた後の短時間の間残るのに対し、グレアに起因する可視性の低下は残らないことである。

本明細書おいて参照される「ターゲット（ｔａｒｇｅｔ）」、および「攻撃者（ａｇｇｒｅｓｓｏｒ）」、および「敵対者（ａｄｖｅｒｓａｒｉｅｓ）」との用語は、個人、または個人のグループ、または動物であり、これらに対し、本発明のデバイスおよび方法からの光ビームが適用されることが意図されている。

本発明は、ビームが照射された際に、選択された接触距離において、永続的な肉体的傷害を生じることなく、ある期間の間、人間または動物（ターゲット）を一時的に光学的に阻止するための、十分な輝度と焦点の、一定であるか変調されたＥＦＰ光出力源、および誘導プラズマライトで構成された非干渉性可視光によるデバイスを使用した、人間および動物の抑制、スタン、無力化、光学的阻止、およびコントロールのための方法である。

本発明の装置は、法の執行、軍事、私的防衛、第１応答者、海事、および個人防衛用途に用途が見出される。本発明の装置の実施形態には、限定ではないが、手持ちデバイス、車両およびボートへの取付け型、固定型、または外周、船上固定式のものが含まれる。非軍事用用途には、群衆整理、ならびに、対海賊行為およびテロリズムの対策が含まれる。

本方法は、電磁波によってエネルギーを与えることができる、ＥＦＰランプ、気体放電ランプを利用する。電磁波は、人間および動物のコントロールのためのプラズマ光源を励起する（図５）ために、場に配置されたバルブ内の発光プラズマにエネルギーを与える。

本方法は、反射板、鏡、レンズ、またはそれらの組合せおよび構成の光学系と組み合わせて、反射板内に取り付けられたＥＦＰランプを利用する場合があり、これにより、生成された小さいプラズマボールが光学系の焦点に最も適切に位置し、また、日中または夜間の動作に関して、ランプからの光をコリメートし、ウィンドウ開口を通し、近位または長距離におけるターゲット（複数の場合もある）に光ビームを向けるように配置される（図８、９、および１０）。

本方法により、ユーザが、増大した「力の継続」を適用して、１）ターゲットおよび周りのエリアを投光して動作を観察および判定すること、２）規制、警告、および接触技術として、デバイスからの非阻止性の光ビームを光らせることにより、ターゲット（複数の場合もある）に警告し、ターゲットに投光して、注意を引くことと、３）低レベルのコンプライアンスの技術として、光ビームを増大させるとともに、光ビーム出力を変化させて、ターゲットの注意を逸らすとともに妨害することと、４）１平方センチメートルあたり０．１ルーメンから１２ルーメンで、ターゲット（複数の場合もある）を光学的に阻止するように、連続的な強度または可変強度において、ターゲットに送られる光ビームの出力を増大させることと、を可能にする。

本発明の一態様は、ターゲットの視神経に過度に刺激を与えることにより、１つまたは複数の個別のターゲットの動作を妨げるか低下するための方法である。本方法には、デバイス内に収容された無電極プラズマランプから発せられる高輝度の非干渉性光ビームを提供するステップと、１つまたは複数の個別のターゲットがデバイスに向いているか、デバイスに対して接線方向にある場合に、高輝度の非干渉性光ビームを１つまたは複数の個別のターゲットに向けるステップとが含まれている。

本発明のこの態様の一実施形態では、無電極プラズマランプは周波数が２００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内の高輝度の非干渉性光ビームを生成し、５ｍｍ以下の直径のプラズマ源を有している。好ましくは、高輝度の非干渉性光ビームの周波数は、約３００ｎｍから約９００ｎｍ、約３８０ｎｍから約７８０ｎｍ、または、約５１０ｎｍから約５６０ｎｍである。無電極プラズマランプは、無電極発光プラズマランプ、無電極高効率プラズマランプ、無電極高輝度放電ランプ、無電極レーザ駆動型プラズマランプ、および無電極誘導プラズマランプからなるグループから選択され得る。高輝度非干渉性光ビームは、１つまたは複数の個別のターゲットに、１平方センチメートルあたり約０．１ルーメンから約１２ルーメン、好ましくは、１センチメートルあたり約０．５ルーメンから約１２ルーメンで送られる。プラズマ源は、５ｍｍ以下であり、レーザ光、ｘ線放射、ガンマ線放射、マイクロ波放射、および無線周波数波で構成されたグループから選択される電磁波によって励起されたプラズマによって生成される。無電極ランプは、キセノン、アルゴン、クリプトン、水素、金属ハロゲン化合物、ナトリウム、水銀、および硫黄で構成されたグループから選択されるガスで充填されている。

別の実施形態では、高輝度非干渉性光ビームの出力の輝度は、ランダムサイクルまたは決まったサイクルで調整される。ランダムであるか決まったサイクルで伝達するように調整される場合、サイクルの出力の強度は、毎秒１５回未満の回数増減される場合がある。
さらに別の実施形態では、本方法にはさらに、約４４０ｎｍ未満の周波数を低下するか除去するように、高輝度非干渉性光ビームをフィルタリングするステップが含まれる。さらに、本方法は、１つまたは複数のターゲットまでの距離を判定し、この１つまたは複数のターゲットの位置における、１平方センチメートルあたりの所望のルーメンを達成するように、高輝度非干渉性光ビームを調整するステップをも含み得る。この実施形態では、１つまたは複数のターゲットの周囲の光を判定し、１つまたは複数のターゲットの位置における、１平方センチメートルあたりの所望のルーメンを達成するように、高輝度非干渉性光ビームを調整する。

さらに他の実施形態では、無電極プラズマランプは、ＵＶ光の放出が低下された、ガス、揮発性金属、または金属塩で充填されている。

他の実施形態では、１つまたは複数の個別のターゲットは、１つまたは複数の哺乳類、爬虫類、または鳥類である。好ましくは、１つまたは複数の哺乳類は、１人または複数人の人間である。

本発明の別の態様は、視神経に過度に刺激を与えることにより、１つまたは複数の個別のターゲットの動作を妨げるか低下するための装置である。このデバイスは、光ビームを透過させるためのウィンドウ開口を有するヘッド部分を含む外側ハウジングと、ヘッド部分に取り付けられ、ウィンドウ開口に面する光学系と、ウィンドウ開口に向かう光をコリメートするように、光学系の焦点において取り付けられた、高輝度非干渉性光ビームを発するための少なくとも一つの無電極ランプと、少なくとも一つの無電極ランプを駆動するための電気回路手段と、を備えている。電気回路手段は、エネルギー源、このエネルギー源（複数の場合もある）とのプラズマランプ誘導カップリング（複数の場合もある）、および、動作のための制御部を有している。

装置
内部のＥＦＰランプまたは誘導ライトは、気体放電ランプである。この気体放電ランプでは、ランプの外被を貫通する導電体によって電源と繋がっている内部の電極を使用する通常の気体放電ランプとは対象的に、光を生成するために必要な電源（力）がランプの外被の外側から内部のガスに、電場または磁場を介して伝達される。内部の電極がいらないことで３つの利点が存在する。

過去に、技術信頼性は、マイクロ波を生成するために使用されたマグネトロンによって制限されていた。マグネトロンの技術は改善され、より長い寿命を提供している。ソリッドステートのＲＦ発生器は、より長い寿命を提供することができる。ＲＦを発生させるためにソリッドステートのチップを使用することは、現在、マグネトロンを使用することよりも高価であり、そのため、高価値の隙間市場に適している。ソリッドステートのＲＦドライバによって生成されるＲＦ信号は、バルブ周りの電場に案内される。電場内の高濃度のエネルギーにより、バルブ内の内容物が気化し、バルブの中心でプラズマ状態となる。プラズマの制御により、容易に収束され得る、強力でコンパクトな、高輝度の光源が生成される。

本発明のＥＦＰ光源およびジェネレータは、ハウジングおよび／またはマウントに組み込むことができ、また、用途に応じて、ＤＣ用バッテリまたは直接ＡＣ電源に結合することができる。

手持ちデバイスの一実施形態では、商業利用可能である２８０ＷのＥＦＰ光源および本発明のジェネレータは、ハウジングおよびマウントに組み込むことができ、また、特定の用途に適切とすることができるように、ＤＣ用バッテリまたは直接ＡＣ電源に結合することができる。ＥＦＰジェネレータは、１度以下の角度で発散した光の、コリメートされた発散ビームを提供するように、パラボラ反射板とともに構成されている（図７参照）。この実施形態では、本発明のデバイスは、ＥＦＰドライバ、プラズマランプ、および関連する光学構成要素、ターゲット測距サブシステムおよびバッテリ、電力変換および制御電子サブシステム、ならびに反射板で構成されている。この実施形態では、本デバイスにより、ターゲットにおいて、１平方センチメートルあたり１．４ルーメンから１０ルーメンが生成され、１マイルまでの警告能力を伴い、日中において１５０フィートまでの、夜間において５００フィートまでの「光学的阻止」が提供される。

図示のように（図１１）傾斜金属皿上に取り付けられた１０００Ｗの８つのＥＦＰランプのアレイは、高度にコリメートされた光学系により、夜間における１マイル以上の範囲、および、日中における０．５マイル以上の範囲の光学的阻止の能力を有している。この構成により、攻撃者を水平線まで投光および警告する。

好ましい実施形態では、１３５ＷのＴｏｐａｎｇａ製のＡＰＬ２５０−４０００のソリッドステートのＲＦドライバ、同軸コネクタケーブル、Ｔｏｐａｎｇａ製のＡＰＬ２５０−４０００ＳＦの共振器、およびＡＰＬ２５０−４０００プラズマバルブ、セラミック共振器に埋め込まれた石英ランプ、ならびに関連するマイクロコントローラインターフェースの組合せで構成され、最小で１０アンペアを伝達することが可能である２４ボルトのリチウムイオン再充電バッテリで給電される（図１８参照）。ＲＦドライバから出ているＲＦ同軸ケーブルは、レンズ支持部周りに螺旋状に巻かれる。レンズ支持部は、プラズマ点光源の焦点に位置する光学レンズを保持する。当業者によって設計された光学レンズ（図１３）は、プラズマ光源の面を囲み、光を集めるとともにコリメートし、また、光線が概して０．５度で分散するように設計されている。バッテリは、共振器およびＲＦドライバに隣接して位置している。共振器およびＲＦドライバはすべて、共振器に取り付けられたハウジング内に収容されている。やはり当業者には理解され得るように、共振器にヒートシンクが取り付けられることで、対流冷却が提供され、これにより熱の蓄積を消散し、共振器の最適動作温度を維持する。さらに、ヒートシンクがＲＦドライバに取り付けられることで、対流冷却で熱の蓄積を消散し、ＲＦドライバの最適動作温度を維持する。また、光のスペクトルは、ランプの外被内に充填された化学物質によって調整されて、３８０ｎｍから７８０ｎｍのスペクトル領域の、太陽光のような出力源を提供する。目の安全のために、ＵＶフィルタが、光学系の前において出力ビーム上に設けられ、４４０ｎｍ未満のＵＶ放射の８５％を制限している。全ての光学部品は、反射防止コーティングでコーティングされ、これにより光透過損失が低減される。マニュアルモードでは、ビームの出力は、５０％か１００％にセットすることができる。自動モードに切り換えられると、マイクロコントローラが、光レベルの出力を２０％から１００％、またはそれ以上で、ランダムパターンで変化させるようにプログラムされており、１秒間に１回から７回、光ビームを調整することで、てんかんの発生を回避している。

図６は、ＡＣ電源からＤＣ電源の供給、またはＤＣバッテリのいずれかの、電源の基本的な代表的装置である。電源またはバッテリにより、電力がドライバに供給される。代表的ドライバは、ソリッドステートのＲＦ増幅器である。この商業利用可能であるドライバは、ＥＦＰランプを囲む共振器を有している。商業利用可能である代表的ＲＦ増幅器は、光の出力強度を管理するために、マイクロコントローラによって制御されている。ランプの外被はガスを包含しており、また、沸点が低い金属または金属ハロゲン化合物を含み得る。ＲＦによって生じる高度に凝縮された電場により、ランプ内においてガスがイオン化し、金属またはハライドが気化し、単一点から光を発するプラズマ状態を形成する。

図３は、ＲＦ共振器またはマイクロ波マグネトロン内で中心付けられたＥＦＰランプを示している。ランプは水平または垂直に配置され得る。

図４は、使用され得る様々なＥＦＰランプの外被の構成を示している。他のデザインが使用されてもよい。

図５は、ＥＦＰランプの始動シークエンスを示している。ステップ１は、波ドライバ増幅ジェネレータへの電力の第１の適用を示している。ステップ２は、共振器またはマグネトロンに適用される波のエネルギーを示している。ステップ３は、プラズマおよび光を生成するためのランプ充填の励起を示している。

図７は、ドライバと、コリメートパラボラ反射板を伴う光源とを有するインラインＥＦＰランプ装置を示している。反射板のみを使用する結果として、この反射板の構成により、わずかな割合の光が確保されず、散乱して失われるが、光の大部分は、平行に近い光線としてフロントウィンドウのから出力され、好ましい実施形態では、１度未満で分散する。これは、反射板の後方に穴を有し、その向きにおいて光を失うショート・アーク・ランプ設計に対する改善である。

さらに改善した図８の構成は、ＥＦＰランプ装置のコリメート反射板および内部の光学素子とのインラインのレイアウトである。内部の光学素子は、図７の光学構成では失われ得る迷光のほぼすべてを確保するのに使用することができる。このレイアウトは、持ち運び可能な「懐中電灯」のようなハンドヘルド構成に適する。

図９は、侵入者を追跡して標的とするために、傾斜パンおよびロール装置に取り付けられた本発明の実施形態を示している。これら実施形態は、自動的または手動でターゲットに向けられ、予期されるターゲットを追跡するための自動追跡技術と組み合わせられ得る。

図１０は、コリメート反射板と内部光学素子を有するＥＦＰランプ装置との直角レイアウトである。このレイアウトは、ポータブル "ランタン"のようなハンドヘルド構成に適する。

図１１は、単一の光源としてのＥＦＰランプ装置または、図１１に示すような、遠方のターゲットのためのより大きい展開範囲、および、群衆整理のために必要な広いフィールドのための、複数の光源のＥＦＰランプ装置を示している。

図１２は、迷光の損失が最小である、光源のコリメートのための屈折面が内部に取り付けられたパラボラ状の反射面の代表例である。

図１３は外側レンズ上の代表的な反射板であり、コリメートレンズが、迷光の損失を最小限に抑えつつ、光源をコリメートするための、４つのタイプの面を有する。

図１４は内側の代表的な反射板であり、コリメートレンズが、迷光の損失が最小限に抑えつつ、光源をコリメートするための、４つのタイプの面を有する。

図１５は、単独であるか、図７に示すパラボラ状の反射板と組み合わせられる代表的なフレネルレンズであり、重量およびコストが考慮されれば、コリメートには適切である場合がある。

動作
高レベルの光の噴出に曝される場合の哺乳類の光学的阻止のための明確なメカニズムは、視界の一時的損失の発生にとどまらない。視神経は、中枢神経系に、頭蓋神経および脊椎神経を介して出入りする神経の数の約４０％を構成し、視覚野に伝達される神経情報の大部分を伝達する。視覚系も、バランスおよび筋肉の制御のための入力を提供する。

本発明は、十分な光子の含有量で輝度を伝達し、ターゲットの目に適用されると、目の網膜の桿体および錐体を刺激し、視神経を通ってサージする、化学的に惹起された電気信号を生成する。ライトの光学的阻止に反応する部分が脳皮質下にあり、横の膝状体、視放線、および視覚野をバイパスする経路を介して制御され得、直接上丘に進むことが仮定されている。このため、この経路は、いくつかの脳幹および脊髄神経に、視蓋延随および視蓋脊髄の経路を介してリレーし、運動反応を開始する。利用可能な経路すべてを通しての、ニューロン内で開始されたサージにより、系の広い感覚の過負荷の作用として、光学的阻止を説明することができる。

人間の用途にもっとも有効とするには、伝達される光学スペクトル周波数領域は、神経系を流れる、ニューロンを通しての完全なロドプシンの刺激および電気化学的反応のために、目の中のすべての桿体および錐体の受容体の周波数（図１参照）をカバーする必要がある。人間の光学的阻止のために、５００ｎｍから５６０ｎｍの範囲（図１参照）に周波数の中心を置くように選択することが、電気化学的なロドプシンの反応を引き起こすことにおいて最大の効果を有することになる。他の動物に関しては、青／ＵＶ領域または赤／ＩＲ領域にシフトすることが、特定の異なる動物の光学系にはより有効である場合がある。

夜間の使用のためには、より低い輝度が最初に必要とされるが、デバイスが一度使用されると、ターゲットの瞳孔の再膨張が瞬間的ではないため、より強いビームが、ターゲットに引き続き使用するのに必要である場合がある。この強さは、日中の条件で通常必要とされるレベルまで上げることができる。

目の安全性の要件に対応するために、本発明の好ましい実施形態には、青／ＵＶ波長領域の暴露を低下する青／ＵＶフィルタが備えられる。「Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｏｎ Ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｖｉｓｉｂｌｅ ａｎｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ」Ｈｅａｌｔｈ Ｐｈｙｓ． １０５（１）：７４−９６； ２０１３（国際非電離放射線防護委員会）に述べられている、非干渉性の光の暴露のリスクの研究が、本方法のデバイスの実施形態の設計において、最大の光の暴露を判定する際に、「Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｏｎ Ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ Ｂｒｏａｄ−Ｂａｎｄ Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ （０．３８ ｔｏ ３μｍ）」 Ｈｅａｌｔｈ Ｐｈｙｓｉｃｓ ７３ （３）： ５３９−５５４； １９９７（国際非電離放射線防護委員会）に述べられているリスクの研究のように、設計者によって考慮されることになる。当業者であれば、本発明が、本明細書に教示の１つの利点または１まとめの利点を、本明細書に教示するか暗示する場合がある、安全の要件を含む他の利点を必ずしも達成することなく、達成する方式で実施または実行され得ることを理解するであろう。

生理学上の失見当識が、フラッシュまたはストロボの光源に応じて生じることが知られている。このことは、光レベルまたは色がすばやく変化することに反応するように目が試みることによって生じることが報告されている。フラッシュの点滅については、目に達する対照的な光の強度に応じて、目の瞳孔が絶えず収縮および弛緩する。色の差異と強度の差異とは、同じ作用を生じ得る。欠点は、てんかんの発作が生じる場合があることであり、神経の永続的な傷害が報告されている。国際てんかん協会は、「およそ２００人に１人の人々がてんかんを有しており、それらの人々の内の３％から５％は、閃光によって発作が引き起こされる。」と述べている。光の強度の繰返しの頻度を毎秒１２回未満に制限することにより、各実施形態においてこの問題に対処することが推奨されている。

方法および装置の動作の要素
高輝度の光による光学的阻止の効果は、通常、１秒間で生じることが観測される。投影されたターゲットは、一時的に視力を失い、全体の細かい運動技能のコントロールを失い、ターゲットにビームが適用されている限り、光学的に阻止されることが観測される。光学的阻止は、視覚減損、光学的素子、神経の阻止、運動技能の阻止、失見当識、めまい、嘔吐、一時的失明、夜盲症、認識能力の低下、バランスの喪失、精神物理的影響、視覚の喪失、周囲の可視性の喪失、抑制としても記載される細かい全体の運動技能の阻止、無力化、スタン、撃退、および目くらましの、観測される反応の内の１つまたは複数の形態を取り得る。

光学系の選択
ハンドヘルド（手持ち）デバイスに関する本発明の好ましい実施形態では、ユーザが把持するためのハンドルを有する外側ハウジングと、光ビームを透過するためのウィンドウ開口を有するハウジングと、そのハウジング内に配置され、光学系を含むウィンドウ開口に面するパラボラ反射板と、光学系と調整器を介してパラボラ反射板（複数の場合もある）の焦点に取り付けられたＥＦＰランプと、最初の直径からのビームをコリメートし、ターゲットに対し０．５度（半角）で散乱させる光学系と、を含むランプアセンブリが提供される。

光学的には、ＥＦＰランプは、アーチファクトを考慮する必要がないため、ターゲットに対して平行な光ビームを提供するのにかなり有効である。例えば、陰極端子又は陽極端子、電極、光ビーム内のワイヤ、および、電極によって生じるプラズマボールの歪みにより生じる光ビーム投影による影を考慮する必要がない。電極が熱によって膨張および収縮し、光学系の焦点に関して、プラズマボールの位置に影響する、アークランプおよび他の電極を含むランプの技術とは異なり、ＥＦＰはそれほど影響を受けない。ＥＦＰランプでは、ランプの幾何学形状により、プラズマボールが定位置に保持され、励起磁場が生じる。ＥＦＰランプのいくつかの例を以下に示す。

様々な光学的構成が、近傍での光学的阻止のために、ＵＶフィルタを除いてランプの後に光学素子を有しないデバイスから、光をコリメートするとともに、特定の輝度をターゲットに送り、長距離の光学的阻止のための、反射板、屈折器、レンズ、反射防止（ＡＲ）コーティング、およびＵＶフィルタの組合せまで、アプリケーション要求および阻止距離に基づいて、装置に実施され得る。光管理光学系は、個別に、または組合せで、以下を含み得る。

ａ）プラズマボールの中心から後方に焦点が合わせられたプラズマ源の背面反射板。
ｂ）光源をコリメートするパラボラ反射面。
ｃ）フレネルレンズ。
ｄ）反射板によって反射されることなく、また、中心の屈折器によって屈折されることなく、ランプから直接通過することのできる光源からの光がほとんどないように、屈折面が内部に設けられたパラボラ反射面。

ｅ）コリメートレンズが４つのタイプの面を有する、外側レンズ上の屈折器。第１の面は、非球面形状を有し、ＥＦＰから放射された光を小さい円錐角でコリメートするように設計されている。第２の面は、焦点にＥＦＰを有するパラボラであり、大きい円錐角でＥＦＰからの光を集めてコリメートする。第３の面は、表面に対する垂直入射で、光線をレンズに通過させるように設計された、ＥＦＰの近位の球面状の部分である。第４の面は、はしご状の表面であり、これにより、レンズの重量を最小化する。この面を通して、パラボラ面から反射された光線が、方向を変えることなく放射する。

ｆ）コリメートレンズが４つのタイプの面を有する、内部の屈折器。第１の面は、はしご状の平坦面である。第２の面は、軸上の非球面屈折体である。第３の面は、非球面反射板である。第４の面は、光線を反射板に通す円筒面である。

ｇ）ガラスウィンドウ。
ｈ）４４０ｎｍ未満の紫外（ＵＶ）フィルタ。
ｉ）反射防止表面コーティング。
ｊ）光パイプ、光チューブ、光ファイバ、または光導波路。
ｋ）フラッドライト投光のためのスフェロリットレンズまたは散光器。および／または、
ｌ）夜間の監視のための、可視光をブロックする赤外レンズ。

光の通過を妨げる電極がないため、光学系の設計者は、フレネルレンズ（図１２参照）を含む、実質的にあらゆる光学構成を使用することが可能である。

レンズでの伝達が、反射板による反射よりも効率がよいことから、適切なレンズシステムにフィットした照明器具では、よりよい光の出力比が確保される。代替的なレンズを、単純に、同じ基本的な装置で、光の性質が変化した作業に適するように、交換することができる。

ＩＲ照明の出力のみが、長距離の夜間の監視に必要な場合、ウィンドウの前にＩＲフィルタが配置された暗視ビューアの使用が、８００ｎｍ未満の可視光を除去するために光学系に加えられる。

近距離のボードエリアの可視投光のための装置を使用するのに散乱したフラッドライトが望まれる場合には、散光器またはスフェロリットレンズが光学系に追加される。
当業者には理解されるように、光学系の設計および光の伝達（透過）効率は、構成、光学系の品質、反射損失および屈折損失、ならびに、サイズ、重量、およびコストを含む所望の設計パラメータに応じて変化する場合がある。

ランプの選択
ＥＦＰランプは、高周波信号またはマイクロ波によってエネルギーが与えられる、気体放電タイプのランプである。高周波信号またはマイクロ波は、バルブ内に発光プラズマにエネルギーを与える。ランプは様々な形状で構築され、図４の中心または右の図のように、垂直に配置することができる。または、ランプは、図４の右もしくは左の図、および、図５に示すものなどの外被を使用して、水平に配置することができる。上に列挙した製造業者に加え、カスタムのプラズマランプの製造業者に、ＫＹＯＣＥＲＡ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｉｎｃ．（Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ）およびＲａｙｏｔｅｋ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｃ．（Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ）が含まれる。

図５では、反射板が、フロントウィンドウに向けて光の方向を変え、また、後方の光をプラズマボールの中心を通して集める（光を再利用する）ように、ランプの後方に設置され得る。エネルギーを加える頻度と、バルブの充填物は、所望の用途のために、所望の波長範囲の光を生成するように選択された、ガス、揮発性金属および金属ハロゲン化合物を含み得る。人間の光学的阻止のために、この範囲は、４００ｎｍから７８０ｎｍであり、おおよそ５１０ｎｍから５６０ｎｍに中心が置かれている（図２参照）。これらランプは、経年でのスペクトルの変化が最小であり、耐用期間が１００００時間以上である。

バルブの充填物は、人間のための所望のスペクトル出力（図１参照）または動物のための所望のスペクトル出力、照明効率、演色性、ならびに、設計および性能に影響する他のランプの特性に応じて選択される。

装置の設計仕様が、軍事および法的執行のために要求され得るもので、可視と赤外との両方の放出領域における光学的阻止および投光を含む用途に応じて、キセノンランプの充填物が選択される。この実施形態では、入力エネルギーの５０％より多くが赤外光を生成するのに使用されることになるため、可視光の量は当然低下されることになり、光学的阻止領域も対応して低下される。

一実施形態では、デバイスは、プラズマボール（理想的なピンポイントの光源に近い）が反射板または光学系の焦点に位置するＥＦＰと、プラズマ光源にエネルギーを与える電磁波ＲＦジェネレータと、所望に応じて最適なランプの温度を維持するための、冷却および加熱シンク機構と、を備えている。

ランプの輝度の制御を調整可能な距離計および光度計
ランプの出力は、プラズマ光源に伝達される電磁波のエネルギーの量によって調整される。好ましい実施形態には、見込まれる瞳孔のサイズ、ターゲットにおける周囲の光、投光の輝度、警告および光学的阻止を考慮するとともに、安全性を考慮して、安全性の制御と、関連する、光レベルの出力を管理するための光アルゴリズムが組み込まれている。
好ましい実施形態では、プラズマ励起子の出力制御レベルが、１秒に満たない持続時間の間、１つまたは複数の個別のターゲットを光学的に阻止するように輝度の総量を増減するように変調される。

商業利用可能であるＩＲベースの距離計および光メータは、デバイスのプラズマジェネレータの電力制御と相互作用させて、ターゲットへ送られる光量を調整し、ターゲットの安全性を増大させることができる。

付帯物
ピカティニレールなどの取付けポイントと、１／４〜２０の三脚マウントが、装置に付加されて、記録カメラへのより容易な接続を可能にする。他の付帯物には、傾斜金属皿、日中および夜間の照準のためのレーザポインタ、夜間の照準のための赤外／遠赤外／熱ビューア、ハンドル、および／または携行ストラップが含まれる。

バッテリ
バッテリで動作させる場合には、ハウジング内、またはバッテリに取り付けられたバッテリ残量計が好ましい。本実施形態は、バッテリを装置のハウジング内に収容してもよいし、ハウジングに取り付けられてもよいし、ベルトクリップで外部に取り付けられてもよいし、自動車のバッテリに接続されていてもよい。

温度管理
本装置は、所望のランプの作動温度および圧力を得るために、熱伝導および対流による冷却技術を使用し得る。選択されたランプの充填化学物質によって決定される安定したランプの外被の温度により、最適なライトの出力特性を達成されることが望ましい。一実施形態では、アルゴンガスおよび水銀ハライドで充填された石英ランプは、約８００度で作動する。代替的なランプの充填化学物質は、良好な耐腐食性と、より高い作動温度のために、サファイアランプを必要とする場合がある。

プラズマランプの外被および内容物は、熱伝導、対流、移流、放射、および誘導加熱からなるグループからの熱源を使用して、ガスの温度を上昇させ、ランプの充填材料を気化させるために、予め加熱され、ランプおよびプラズマ生成の始動時間を短縮する。ランプのガスを予め加熱し、金属または金属ハロゲン化合物を沸騰させるために、好ましい一実施形態では、ＩＲレーザダイオード、または、必要とされるプラズマ励起エネルギーレベルを完全に適用する前の、低電力シマーモードにおける一次共振のＲＦもしくはマイクロ波エネルギーが使用される。

ハウジングの構成
例示的構成が図７、図８、図９、図１０、および図１１に示されている。手持ち式、車両搭載、船舶搭載、および固定された状態で搭載され、アレイや傾斜金属皿などのモーション制御デバイスの使用に最適な構成は、設計の要請に応じて異なる。本発明が任意のサイズのランプを利用することができ、無制限のサイズのアレイで、１つから多数の範囲で拡大及び縮小することができ、１０００００Ｗ以上のサイズが可能である。当業者であれば、本発明が、本明細書に教示または示唆されている他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書に教示された利点または利点郡を達成するように本発明を実施または実行され得ることを理解するであろう。

ＥＦＰランプの利点
１．ランプの寿命の延長
ＥＦＰランプの寿命は、ショート・アーク・ランプの５００時間から１０００時間から、好ましい実施形態のＥＦＰランプを用いて１００００時間を越えるまで延長された。通常、内部の電極が、腐食、および、ランプの外被内側の望ましくない金属の堆積により、ライトの出力を低下させ、焦点を変化させ、プラズマボールのサイズを増大させる結果となり、ランプの寿命を制限する要素である。これらはすべて、電極を含むランプの時間が経過するにつれて、ターゲットに供給される光の量を抑制することになる。さらに、電極が消耗するにつれて、輝度を弱まるとともに、光源のサイズが増大するため、光源ボールはもはや点光源とみなすことができず、光源ボールの集中が弱まり、光学系から放出される光の量に悪影響を及ぼす。これにより、ＥＦＰランプデバイスに関し、デバイスの寿命にわたってのデバイスの維持費が著しく低下される。

２．ランプの化学物質のさらなる柔軟性
ＥＦＰランプは、ランプの充填化学物質の選択における柔軟性を提供する。この理由は、電極またはシールとの化学的相互作用が除去されるためである。これにより、この方法のデバイスの設計者に、特定のターゲット、すなわち人間、犬、猫、アリゲータなどのために性能を最適化するために、スペクトル出力を合わせる機会が与えられる。より具体的には、ランプの外被は、ＩＲ投光など、様々な用途および２つの使用のための所望のスペクトル出力を提供するように、より容易に変化する場合がある、様々なガス、揮発性金属、または金属ハロゲン化合物の化学的特性を許容するように、サファイアなどの様々な耐化学性材料で構築され得る。

ＥＦＰランプは、効率がかなり高く、１ワットあたり６０ルーメンから１５０ルーメン、またはそれ以上を提供し、ショート・アーク・ランプと同じ光学的阻止の能力を確保するために必要な電力量（バッテリサイズ）を、４から１０倍に低下させる。さらに、ＥＦＰランプの光源は、ショート・アーク・ランプに比べ、１桁高い光束密度（１つのデバイスからの光の量）を有している。

３．耐衝撃性
ＥＦＰランプは、そのサイズおよび質量が小さいことに起因して、Ｇの力に対する耐性が高く、したがって、設計者が、よりコンパクトなハウジングおよび光学系を設計することを可能にする。小さい光源は、一般的なＨＩＤフィッティングの５５％に比べ、利用可能な光の９０％より多くを照明器具が利用することをも可能にする。

４．出力効率の向上
ＬＥＤと同水準の効率および寿命により、ＥＦＰランプ装置は、小さいプラズマボールからよりよく光を凝縮するように設計することができ、したがって、投光および光学的阻止のための、ＬＥＤおよびＨＩＤ ＥＦＰライトよりもよいコリメートおよび合焦能力を有する。このことは、ＬＥＤと同水準にランプの寿命を増大させつつ、光のターゲットに対する投影において、ショート・アーク・ランプの技術を越える技術である。ＥＦＰライトは、効果的なライティングの解決策を非軍事用の光学的阻止にもたらす、ソリッドステートの高輝度光源である。この解決策はエネルギー効率がよく、長持ちし、全スペクトルにわたり、ターゲットにおいて、他のライティング技術よりも明るい。

５．コストの低下
低電力かつショートレンジのデバイスのコストは、他の技術に比べ比較的低い。特に、ＥＦＰ光源により、エネルギーおよび保守を節約しつつ耐用期間のコストが低下され、これにより、所有者の投資におけるリターンが大きく、総コストが低下される結果となる。

６．優れた光学系のコリメート
ＥＦＰランプは、図１６Ａおよび図１６Ｂに示すように、光ビームの経路上に影またはアーチファクトがない（すなわち、「ブラックホール」が除去される）。
図１６Ａは、タイトなプラズマボール、投影方向にすべての光を放出する光点を示すＥＦＰランプの光のパターンを示している。図１６Ｂは、ランプの長さの方向にブラックホールまたは影を有する光のパターンを放出する、通常のショート・アーク・ランプを示している。

ショート・アーク・ランプ（図１６Ｂ）とは異なり、ＥＦＰランプは、プラズマ源とターゲットとの間に、光学的な妨げとなるものがない。ＥＦＰランプは、ほぼ完全な点光源を生成する。これにより、設計者が、光ビームをコリメートするとともに形状を整えるために、反射板および光学レンズを使用することを可能にする。この理由は、陰極またはアノードワイヤの影、ランプの影、電極、ワイヤ、またはアーチファクトが光ビームの経路上に存在しないためである。このことは、ショート・アーク・ランプでは現実的ではない。当業者であれば、「ブラックホール」を除去することの設計上の含意を理解するであろう。

ＥＦＰボール光源の、より小さく、よりタイトで、より球状の性質により、光学系におけるコリメートの設計の能力が著しく向上し、長距離で高強度のビームを形成する。

７．コンパクトさ
ＥＦＰランプのサイズが小さいことにより、よりコンパクトであるデバイスが形成され、光学系をプラズマボール源のより近くに配置することが可能になる。表１を参照されたい。

８．優れた光源の位置
６つのショート・アーク・ランプの内の５つが、電極が著しく軸から外れて製造され、反射板を使用する際にコリメートに利用可能である光の損失に繋がるか、それらショート・アーク・ランプが、所望の焦点に電極を中心付けるための細かい位置調整を必要とする。ＥＦＰランプでは、プラズマボールは、マイクロ波磁電管またはＲＦ共振器の中心付けの物理的性質に起因して、自動的に中心付けられる。

９．効率的な光出力
表２を参照すると、観測されるように、１５０Ｗのキセノン・ショート・アーク・ランプで使用されるのと同じ電力量に関し、ＥＦＰランプが３倍から４倍の光を生成する。代替的には、同じ輝度の出力のために、ＥＦＰランプの電力消費量は、ショート・アーク・ランプの電力消費量の約１／３である。エネルギーの節約に加え、持ち運び可能なバッテリ用途に関し、このことにより電力消費量が著しく低下され、必要なバッテリ容量が小さく、バッテリサイズが低下されるとともに重量が軽減されたのと同等とみなされる。これらは、軍事および法の執行の装置に関する重要な設計上の問題である。

ＥＦＰランプのエネルギーの変換効率は、１ワットあたり７５ルーメン以上であるため、他の光学的な利点と組み合わせて、同じサイズおよび重量の設備でより大きい光学的阻止の距離を得ることができ、ショート・アーク・ランプを使用するデバイスに比べ、同じ電力消費量および装置のパッケージサイズで１０倍もの距離にいるターゲットの光学的阻止能力が許容される。

１０．優れたターンダウン比
ＥＦＰランプの出力は、定格出力の２０％にカットすることができる。一方、ショート・アーク・ランプは、その定格出力の５０％までしかターンダウンすることができない。これにより、ＥＦＰランプを用いることは、ユーザおよび設計者に、さらなる動作上の柔軟性を与える。

１１．最適なスペクトル出力
人間の目のスペクトル領域は、およそ３８０ｎｍから７５０ｎｍである。スペクトルのグラフ（図１７）に見ることができるように、キセノン・ショート・アーク・ランプは、赤外領域において顕著な量のエネルギーを生成する。このことは、視神経を過度に刺激するには有用ではない。したがって、図１７に示す金属ハロゲン化合物ＥＦＰランプがより有効であり、エネルギーの損失が低下される。

１２．温度管理の最小化
適切な金属ハロゲン化合物ガスが充填されたＥＦＰランプを選択することにより、かなりの量の赤外エネルギーを生じることはなく、そのため、消散する熱がかなり少なくなり、ショート・アーク・ランプに比べ、温度管理の冷却の必要性が最小化される。ＥＦＰランプの設計における、温度管理の熱の消散は、ショート・アーク・ランプの設計において必要な強制的な空気による冷却に比べて単純な対流フィンのヒートシンクで達成することができる。

１３．電磁干渉（ＥＭＩ）の管理の容易性
ショート・アーク・ランプは、アークランプ電極から電磁波を生成し、点火時には点火器から電磁波を生成し、また、電極を横切る最初のスパークから電磁波を生成する。そのため、ショート・アーク・ランプには、広範囲にわたるシールドが必要であり、シールドにより、光ビームの放射方向に、望ましくないＥＭＩを放出する。ＥＦＰランプからのＥＭＩは、マイクロプロセッサを使用することによって、EMIを低減し、EMI規制に準拠する範囲で周波数を広げるような制御が容易である。

１４．調整された（調光器のアプローチ）光の出力
アイゼンバーグは、ショート・アーク・ランプからの光出力を瞬間的に増大させるために、電子パルスを使用することを教示している。この電極への電流の増大は、電極の消耗、すなわち、腐食が増大させ、ランプの寿命を劇的に低下させ、ランプの外被の内側における金属の堆積の可能性を増大させ、生成させる光の強度及び品質をにぶらせるという欠点がある。ＲＦによって駆動するＥＦＰランプには、腐食する電極が存在せず、パルスがビームの強度の変調を達成する必要がないことから、この問題がない。

使用
ＲＦ動作モード：
１）デバイスを外部電源ではなくバッテリに接続する。
２）ＥＦＰランプの始動シークエンスの各ステップ
ａ．電源オフ／オンウォームアップスイッチを作動させる。
ｂ．ＲＦ波ドライバ増幅ジェネレータに電力を供給することにより、「ウォームアップモード」のＲＦ波を発生する。
ｃ．日中または夜間の動作を選択する（ビームの強度を定めるために、所望であれば、手動または光メータおよび距離による判定）。
ｄ．最初の波エネルギーをＲＦ共振器に供給する。
ｅ．プラズマ光源を生成するために、ＲＦ波のエネルギーを増大させて、ランプの充填物を励起する。

３）要求される光学的阻止（予めプログラムされるか、計算されたターゲットの距離と光レベルに基づいて）を達成するように、ＲＦ波を変調させて、プラズマ光源の強度を増減させる。
４）デバイスをターゲットの目に向ける。
５）必要に応じて、バッテリ燃料ゲージを監視する。

上述の発明を、特定の実施形態および例に関して記載してきたが、他の実施形態が、本明細書の開示から、当業者には明らかとなる。さらに、記載の実施形態は、例としてのみ提供したものであり、本発明の範囲を制限することは意図されていない。むしろ、本明細書に記載の新規の方法およびシステムは、本明細書の精神を逸脱することなく、様々な他の形態で実施することができる。したがって、他の組合せ、省略、交換、および変更が、本明細書の開示に照らして、当業者には明らかになる。このため、本発明は、例または好ましい実施形態によって限定されることは意図されていない。添付の特許請求の範囲により、例示的な特許請求の範囲が提供され、その均等が、本発明の範囲および精神の範囲内にある各形態または変形をカバーすることが意図されている。

Claims (20)

1. １つまたは複数の個別のターゲットの視神経に過度に刺激を与えることにより、前記個別のターゲットの動作を妨げるか低下するための方法であって、
   デバイス内に収容された無電極プラズマランプから発せられる高輝度の非干渉性光ビームを提供するステップと、
   前記１つまたは複数の個別のターゲットが前記デバイスに向いているか、又は接線方向にある場合に、前記高輝度の非干渉性光ビームを前記１つまたは複数の個別のターゲットに向け、それにより、前記個別のターゲットの前記視神経に過度に刺激を与えるとともに、前記個別のターゲットの動作を妨げるか低下するステップと、を含む方法。
2. 前記無電極プラズマランプは、周波数が２００ｎｍから１５００ｎｍの範囲内の高輝度の非干渉性光ビームを生成する、請求項１に記載の方法。
3. 前記無電極プラズマランプが、無電極発光プラズマランプ、無電極高効率プラズマランプ、無電極高輝度放電ランプ、無電極レーザ駆動型プラズマランプ、および無電極誘導プラズマランプからなるグループから選択される、請求項１に記載の方法。
4. 前記高輝度非干渉性光ビームが、５ｍｍ以下の直径のプラズマ源から生成される、請求項１に記載の方法。
5. 前記高輝度非干渉性光ビームが、前記１つまたは複数の個別のターゲットに、１平方センチメートルあたり約０．１ルーメンから約１２ルーメン送られる、請求項１に記載の方法。
6. 前記高輝度非干渉性光ビームが、前記１つまたは複数の個別のターゲットに、１平方センチメートルあたり約０．５ルーメンから約１２ルーメン送られる、請求項１に記載の方法。
7. 前記高輝度の非干渉性光ビームの周波数が、約３８０ｎｍから約７８０ｎｍである、請求項１に記載の方法。
8. 前記高輝度の非干渉性光ビームの周波数が、約５１０ｎｍから約５６０ｎｍである、請求項１に記載の方法。
9. 前記高輝度の非干渉性光ビームの周波数が、約３００ｎｍから約９００ｎｍである、請求項１に記載の方法。
10. 前記高輝度非干渉性光ビームが、レーザ光、ｘ線放射、ガンマ線放射、マイクロ波放射、および無線周波数波で構成されたグループから選択される電磁波によって励起されたプラズマによって生成される、請求項１に記載の方法。
11. 前記無電極ランプが、キセノン、アルゴン、クリプトン、水素、金属ハロゲン化合物、ナトリウム、水銀、および硫黄で構成されたグループから選択されるガスで充填されている、請求項１に記載の方法。
12. 前記高輝度非干渉性光ビームの出力の輝度が、ランダムサイクルまたは決まったサイクルで調整される、請求項１に記載の方法。
13. 前記出力の輝度が、１秒あたり１５回未満の回数増減される、請求項１２に記載の方法。
14. 約４４０ｎｍ未満の周波数を低下するか除去するように、前記高輝度非干渉性光ビームをフィルタリングするステップがさらに含まれる、請求項１に記載の方法。
15. 前記無電極プラズマランプが、ＵＶ光の放出が低下された、ガス、揮発性金属または金属塩で充填されている、請求項１に記載の方法。
16. 前記１つまたは複数のターゲットまでの距離を判定するステップと、前記１つまたは複数のターゲットにおける、１平方センチメートルあたりの所望のルーメンを達成するように、前記高輝度非干渉性光ビームを調整するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
17. 前記１つまたは複数のターゲットにおける周囲の光を判定するステップと、前記１つまたは複数のターゲットにおける、１平方センチメートルあたりの所望のルーメンを達成するように、前記高輝度非干渉性光ビームを調整するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
18. 前記１つまたは複数の個別のターゲットが、１つまたは複数の哺乳類、爬虫類、鳥類、または魚類である、請求項１に記載の方法。
19. 前記１つまたは複数の哺乳類が、１人または複数人の人間である、請求項１８に記載の方法。
20. １つまたは複数の個別のターゲットの視神経に過度に刺激を与えることにより、前記個別のターゲットの動作を妨げるか低下するための装置であって、
    光ビームを透過させるためのウィンドウ開口を有するヘッド部分をともなう外側ハウジングと、
    前記ヘッド部分に取り付けられ、前記ウィンドウ開口に面する光学系と、
    前記ウィンドウ開口に向かう光をコリメートするために、前記光学系の焦点に取り付けられた、高輝度非干渉性光ビームを発するための１つまたは複数の無電極ランプと、
    前記１つまたは複数の無電極ランプを駆動するための電気回路手段とを具備し、
    前記電気回路手段は、エネルギー源、前記エネルギー源（複数の場合もある）とのプラズマランプ誘導カップリング（複数の場合もある）、および、動作のための制御部を有していることを特徴とする装置。