本申请要求申请日为2013年12月5日、申请号为为61/912,477、名称为“METHODANDSYSTEMFOREMITTINGOFFSETILLUMINATIONFORREDUCEDSTRAYLIGHT(用于发射偏移照明以减少杂散光的方法和系统)”的美国临时专利申请的优先权，所述美国临时专利申请的全部内容通过引用的方式整体合并于此。
背景技术：
和
技术实现要素：
传统的印刷和固化系统及方法可以包括向诸如聚合物膜或纸材的衬底上施加诸如紫外光固化油墨的光固化材料，并将其固化。特别地，可以首先通过打印头(printerhead)将光固化材料(例如油墨)施加在所述衬底上。随后，可以利用光源将所述光固化材料固化在所述衬底上。在传统的系统中，所述打印头邻近所述光源定位，以使得所述光固化材料可以在该光固化材料通过所述打印头施加在所述衬底上之后被方便地固化。相应地，从所述光源发出的光的一部分可以在照射到目标衬底之后被反射回所述打印头，使得所述打印头表面处的光固化材料(例如光固化油墨)在该光固化材料被施加到所述目标衬底之前被固化，并且引导所述打印头加速劣化。缓解所述打印头处的油墨固化的常规方法包括将所述打印头(和光源)定位在与所述衬底相隔较大的距离处，以使得从所述目标衬底入射至所述打印头的反射光被衰减。另一种常规方法包括使用设置为阻挡从所述光源发射的光中可能被反射至所述打印头的部分的挡板，以及使用设置为在所述反射光能够到达所述打印头之前阻挡该反射光的挡板。
本发明的发明人已经意识到上述解决方法的潜在问题，即，增加所述打印头与所述衬底之间的距离能够衰减所述衬底表面的光辐射，导致更长的固化时间和更低的系统效率。此外，挡板的使用增加了成本以及设备安装的复杂程度，并且，出现在所述打印头和所述光源附近的所述挡板能够干扰打印的可靠度和干扰所述光固化表面上光的发射。
至少部分解决上述问题的一种途径包括一种照射光固化材料的方法，该方法包括：以第一轴线为基准从发光元件阵列朝向光固化表面辐照光；引导辐照光穿过设置在所述发光元件阵列和所述光固化表面之间的光学元件，其中，所述光学元件的中心轴线从所述第一轴线偏移；以及，使得被引导穿过所述光学元件的所述辐照光朝向所述光固化表面不对称地偏转远离所述第一轴线。
在另一种实施方式中，一种打印和固化系统可以包括：发光模组，所述发光模组包括发光元件阵列；耦合光学件；和控制器，所述控制器具有可执行指令，以将所述耦合光学件定位在所述发光元件阵列的上方，其中，所述发光元件的中心轴线从所述发光元件阵列的第一轴线偏移；以第一轴线为基准从所述发光元件阵列朝向光固化表面辐照光；引导所述辐照光穿过所述耦合光学件；以及，使得被引导穿过所述耦合光学件的所述辐照光朝向所述光固化表面不对称地偏转远离所述第一轴线。
在再一种实施方式中，一种发光模组可以包括：发光元件阵列，所述发光元件阵列朝向光固化表面关于第一轴线对称地发光；和光学元件，所述光学元件设置在所述发光元件阵列和所述光固化表面之间，其中，所述光学元件的中心轴线从所述第一轴线偏移，以使得来自所述发光元件阵列的发射光朝向所述光固化衬底不对称地引导远离所述第一轴线。
这样，可以获得的技术效果是：使得来自所述光源的发射光偏转远离打印和固化系统中的打印头可以减少从目标衬底反射至所述打印头的光，减少所述打印头处的光固化材料的固化，并且减少打印头劣化。
应当理解的是，提供上述总结的目的是以简化的形式介绍下文中将详细描述的概念选集。这并不意味着明确要求保护的主题的关键或必要技术特征，下文中详细说明将唯一限定要求保护的主题的范围。此外，要求保护的主题并不限于解决上述或者本发明的任何部分所述的问题的实施方式。
附图说明
图1展示了一种近朗伯发光图形(near-Lambertianemissionpattern)的实施例；
图2是一种等间隔线性阵列的发光元件的实施例的示意图；
图3是展示图2中的等间隔线性阵列的发光元件的照射图形的示意图；
图4A和图4B展示了光源和相邻的打印头的实施例；
图5A和图5B是来自光源的发光图形的侧剖视图；
图6A和图6B是来自光源的发光图形的侧剖视图；
图7A和图7B是来自光源的发光图形的侧剖视图；
图8是展示发光系统的实施例的示意图；
图9展示了光学元件模组的实施例；
图10是示例性光源的正视立体图；
图11A和图11B展示了示例性光学元件模组的正视立体图和剖视图；
图12是示出了透镜的中心轴线的示意图；
图13是照射光固化涂料的方法的实施例的流程图；
图14A和图14C是示例性的圆柱形的菲涅尔透镜(Fresnellenses)的立体图；
图14B和图14D分别是图14A图14C中的示例性的圆柱形的菲涅尔透镜的剖视图；
图15是具有圆柱形的菲涅尔透镜的示例性光源的局部侧视立体图。
具体实施方式
本描述涉及打印机和涂料系统以及使用所述打印机和涂料系统的方法。在使用光固化油墨的传统的打印和固化系统中，从光源发射的光可以在到达所述目标衬底后被反射回所述打印头，导致所述油墨在被施加至所述目标衬底之前固化，并且导致所述打印头劣化。本发明的发明人利用透镜偏移或者偏转来自光源的发射光线，从而防止反射的光线进入所述打印头。这种结构具有的优点是，防止所述材料在到达所述目标衬底之前被固化。
图1展示了用于LED发光元件的近朗伯发光图形的实施例。图2展示描绘了以等间隔的方式布置的线性阵列的发光元件的实施例，并且，图3展示了图2中所示的等间隔线性阵列的发光元件的照射图形的实施例。图4A和图4B分别展示了没有光学件但具有偏移柱面透镜的光源和打印头。图5展示了来自光源的光发射的侧剖视图的示意图。图6展示了来自包括偏移柱面透镜的光源的光发射的侧剖视图。图7展示了(利用偏移棒形透镜的)光发射的侧视图。图8是光源的示例性结构的示意图。图9展示了示例性的光学元件模组，并且图10是示例性光源的正视立体图。图11A和图11B描绘了一种光学元件模组的实施例。图12展示了光学元件的中心轴线。图13是照射光固化涂料的方法的示例性流程图。图14A、图14B、图14C和图14D描绘了多槽圆柱形菲涅尔透镜和单槽圆柱形菲涅尔透镜的实施例。图15展示了包括单槽圆柱形菲涅尔透镜的光源的实施例。
现在参照图1，图1展示了近朗伯光源(例如，LED型发光元件)的发射图形100。所述发射图形展示了来自所述近朗伯光源的角度展开(angularspread)较宽并且关于与0°扫描角一致的主发光轴线104对称地分散。此外，辐射强度轮廓(radiantintensityprofile)110能够随着来自所述光源的发射角度在-90°与+90°之间的改变而改变。相应地，被近朗伯光源照亮的表面可能不会被光均匀地辐照。
图2展示了具有高宽高比阵列(highaspectratioarray)200的发光元件的实施例的简单示意图。在一种实施例中，所述发光元件可以包括朗伯发光元件。如图2所示，高宽高比阵列200包括由十个发光元件220以36mm等间隔的线性阵列。等间隔意味着每个发光元件之间的间隔240可以是相同的。可以将所述发光元件安装在衬底210(例如，印刷电路板(PCB))上。除了发光元件的线性阵列，高宽高比阵列还可以包括发光元件的二维阵列。二维的高宽高比阵列可以包括第一维中的第一数量的发光元件和第二维中的第二数量的发光元件，其中，所述第一数量至少远大于所述第二数量。例如，发光元件的2×8的二维阵列可以被视为高宽高比阵列。
图3展示了在距离图2中LED的等间隔线性阵列6mm处的固定平面上的辐照图形的曲线图300。可以利用光学模拟程序(例如，Zemax)生成照射图形的曲线图300。曲线310、320、330、340、350和360分别近似于距离取向垂直于90°发射角的光源6mm的表面上的恒定辐照度为1.8W/cm2、1.65W/cm2、1.30W/cm2、0.9W/cm2、0.40W/cm2和0.2W/cm2的线。图3沿宽度方向和长度方向展示了从线性等间隔阵列发出的光的角度展开(angularspread)。等间隔阵列发射的辐照在二维图形中改变，所述辐照的强度从所述图形的中心朝向所述图形的边缘减小。如图3中的辐照图形所示，光的分布以主发光轴线304为基准广泛地分散。
现在参照图10，该图展示了示例性光源1000的正视立体图。所述光源包括用于盛放发光元件的线性阵列的壳体1010、视窗和在壳体1010的前平面处的前盖1016、侧壁1018和紧固件1030。如图所示，光源1000可以具有形状为方形盒或倒有圆角的矩形盒的壳体1010。可以使用其他形状的壳体，在该其他形状的壳体中，侧壁从所述壳体的前平面垂直地向后延伸，并且当所述光源并排设置时，所述光源可以被定位为平齐。
参照图4A，该图4A展示了打印机和涂料系统400的示意图，该打印机和涂料系统400包括光源1000(例如图10中的光源1000)的壳体1010。打印机和涂料系统400可以包括打印机410。打印机410可以包括安装和/或定位的打印头430，其中，底表面450与光源1000的壳体1010的底表面(例如前盖1016)平齐。由于印刷油墨通过底表面450从所述打印头喷射而出，因此，底表面450还可以被称作打印头表面。如图10所示，光通过前盖1016从光源1000射出。相应地，印刷油墨和光都通过与打印头430的底表面450和光源1000的前盖1016平齐的同一个平面出射。如图4A所示，光线420可以被光源1000关于主发光轴线470对衬地射出，并且光线在目标衬底440处反射。如图4A所示，一些从目标衬底440反射的反射光线可以从所述衬底反射回到打印头430，导致打印头启动失败或者由于所述打印头的喷嘴处的油墨固化所导致的打印头喷射问题。打印头还可以包括传感器436，传感器436分布在整个所述打印头中，用于测量辐照在所述打印头表面上的光。通过这种方式，可以测量从目标衬底440反射至所述打印头上的光，并将其输入至控制器1414中。
参照图4B，该图4B展示了经过改进的打印和固化系统401的示意图，该打印和固化系统401还包括定位在光源1000的壳体1010内的柱面透镜660。柱面透镜660定位为使得柱面透镜660的底发光表面与前盖1016平齐或者稍微凹陷于前盖1016，使得前盖1016与打印头430的底表面450保持平齐。如图4B所示，柱面透镜660可以与所述光源偏轴对齐，因此，从柱面透镜660的发光表面和前盖1016发射的光线以倾斜的传播轴480(例如，以被发射的光线当作基准而置中分散的发光轴)为基准被重新引导。倾斜的传播轴480从所述光源的主发光轴线倾斜或者成角度。倾斜的传播轴480相对于主发光轴线470的倾斜角度(例如，角偏转)可以取决于柱面透镜660相对于光源的主发光轴线470的偏移(例如，偏轴对齐)的幅度以及包括所述柱面透镜的形状和几何特征的其他因素。柱面透镜660的偏移可以由柱面透镜660的中心轴线404的偏移主发光轴线470的距离402所限定。当透镜的中心轴线与光源1000的主发光轴线470对齐(例如，没有偏移并且距离402为零)时，那么发射的光线可以不被偏转远离打印头430。
在一些实施例中，所述透镜的中心轴线可以穿过所述透镜的物理中心。所述中心轴线还可以与所述透镜的纵向轴线对齐，所述透镜的纵向轴线穿过所述透镜的纵向中心。例如，在旋转对称的透镜的实施例中，所述中心轴线可以垂直于通常位于所述透镜的物理中心的顶点(正透镜)或低谷(负透镜)。在非旋转对称的透镜的实施例中，所述中心轴线可以为由一个轴线(例如，短轴)的顶点或低谷和另一个轴(例如，纵轴)的顶点或低谷限定的两个平面的相交线。如图12所示，当一个轴线不具有光学能力(power)(例如，柱面透镜)时，那么，所述中心轴线可以由垂直于具有光学能力的轴的顶点或低谷的平面和不具光学能力的轴线的物理中心限定。
例如，增大柱面透镜660从主发光轴线470偏移的角度可以增大倾斜传播轴480的倾斜角度。相应地，发射的光线可以因此以由偏移量决定的角度被偏转至主发光轴线470的一侧。将发射或辐照的光线偏转可以包括将这些光线折射、反射、衍射、准直以及聚焦中的一者或多者。
如图4B所示，反射至所述印刷机头430中的倾斜且偏移的反射光线460可以被减少。因此，可以减轻在所述打印头的表面处的光固化材料的固化，并且可以减少所述打印头的损坏。此外，可以缩短所述打印头和目标衬底440之间的距离490，从而提高所述打印机和涂料系统相对于传统系统和方法的固化速率和效率。
现在参照图9，该图9展示了用于光学元件910的光学元件模组900的图片，光学元件910包括中心轴线916。光学元件模组900的周围由该光学元件模组900的外边缘902所描绘，外边缘902相对于内凹透镜区域906和内凹安装区域912凸起。光学元件910可以具有多种几何结构(例如，棒状、菲涅尔式、圆柱状等)，并且内凹的透镜区域906的内凹形状可以有助于容纳各种几何形状的光学元件。内凹的对齐区域902可以有助于将光学元件模组900与光源对齐。例如，可以通过定位在紧固件保持件904中的紧固件将所述光学元件固定就位。内凹的对齐区域还可以包括多个调节脊部908。将光学元件910的安装边缘与调节脊部908中的一个或多个对齐可以有助于定位光学元件910，以获得如参照图4B所描述的发射的光线的主发光轴线与光学元件910的中心轴线916之间的特定偏移距离402。此外，光学元件模组900可以包括一个或多个间隔支撑件914，间隔支撑件914位于光学元件模组900的外边缘902附近。间隔支撑件914可以提供额外支撑，以将光学元件910固定在光学元件模组900中。
图5A和图5B是展示沿着发光元件的高宽高比阵列的纵向轴线的剖视图的示意图。与上文中图2描述的图4A中的高宽高比阵列200相似，所述发光元件可以发出以主发光轴线550为基准的具有近朗伯轮廓的光。平行于主发光轴线550的打印轴线560展示了从所述打印头中喷涂出的印刷油墨到达所述衬底所经过的示例性路径，其中，如图4A所示，所述打印头可以邻近光源1000定位。因此，根据图4A和图4B，打印头和喷涂油墨的打印头表面沿着打印轴线560定位，并且可以被定位为与前盖1016的发光表面共面。
图5A还展示了从光源1000发出的光的阴影式光强度图谱(shadedlightintensityspectrum)502。如图5A所示，所述光强度大部分被集中在离光源1000较短的距离内，并且在距离光源1000较远处快速地分散。图5B是将图5A中的光强度图谱叠加为线性等高线520、530和540的示意图。
如图5B所示，光线570在主发光轴线550的两侧对称地延伸，包括延伸超过打印轴线560。图5B展示了一种与图4A相似的情况，其中，超过打印轴线560的光线可以从所述衬底反射至所述打印头。
图6A和图6B，展示了来自具有偏移柱面透镜660的光源的发光图谱的侧剖视图。图6A还展示了从光源1000发射的光的阴影式光强度图谱602。图6B是将图6A中的光强度图谱602叠加为线性等高线610、620和630的示意图。图6B中所示的等高线610、620和630表示了光强度相等的区域。图6B中所示的发射光线680展示了来自光源1000的光线可以被偏移柱面透镜660引导的方向。不同于图5B，图6B中的发射光线680并不关于主发光轴线550的两侧对称地延伸。如图6B所示，由于包括了偏移柱面透镜660，中心轴线650从主发光轴线550偏移。主发光轴线550与中心轴线650之间的这种移位(shift)，表明了发射光线680远离打印轴线560的偏转。如图6B所示，柱面透镜660可以为多种几何结构。
图7A和图7B中展示了与图6A和图6B相似的情况。图7A和图7B展示了来自具有偏移棒形透镜740的光源的光发射图谱的侧剖视图。图7A还展示了光源1000发射的光的阴影式光强度图谱702。图7B是展示图6A中的光强度图谱702叠加为线性等高线710、720和730的示意图。图7B中所示的等高线710、720和730代表光强度相等的区域。不同于图5B，图7B中的发射的光线760并不关于主发光轴线550的两侧对称地延伸。图7B展示了光源1000发射的光线可以被偏移棒形透镜740引导的方向。如图7B所示，中心轴线750从主发光轴线550偏移。主发光轴线550至中心轴线560之间的移位，表明了发射的光线760远离打印轴线560的偏转。由于包括了棒形透镜740，从而允许发射光线760偏转远离打印轴线560。此外，由于包括棒形透镜740，将光线760集中在目标衬底440上。与图5B中的发射光线570、以及图6B中的发射光线680相比，图7B中发射光线760可以被更集中，如图4A中所描述的，更为聚集的被发射的光线远离主发光轴线550朝向目标440偏转。比发射光线570和发射光线680更为集中的发射光线760具有增加所述打印和固化系统的固化速率及效率的潜在优势。
现在参照图8，该图8展示了发光系统1400的示例性结构的块状图。作为一种实施例，打印和固化系统可以包括发光系统1400，其中，包括打印头430的打印机410可以邻近发光系统1400设置。例如，图4B展示了打印和固化系统，其中，打印机410邻近光源1000(例如，发光子系统)设置。
在一种实施例中，发光系统1400可以包括发光子系统1412、控制器1414、电源1416和冷却子系统1418。发光子系统1412可以包括多个半导体设备1419。例如，多个半导体设备1419可以为诸如LED设备线性阵列的发光元件线性阵列1420。半导体设备可以提供辐射输出1424。来自发光系统1400的辐射输出1424可以被引导至位于固定面上的工件1426。此外，发光元件的线性阵列可以为发光元件的边缘加权线性阵列(edgeweightedlineararray)，其中，采用一种或多种方法增加在工件1426处的光输出的可用长度。例如，可以采取如上文中所描述的一个或多个边缘加权分隔、独立的发光元件的透镜作用(例如，提供耦合光学件)、提供不同强度的独立的发光元件、并且向独立的LED供应不同的电流。
辐射输出1424可以通过耦合光学件1430被引导至工件1426。如果使用的话，耦合光学元件1430可以实施为不同的方式。作为一种实施例，所述耦合光学件可以包括设置在半导体设备1419和视窗1464之间并且向工件1426的表面提供辐射输出1424的一层或多层材料或其他结构。作为一种实施例，耦合光学件1430可以包括微透镜阵列，以增强收集、聚集、准直(collimation)或辐射输出1424的质量或有效量等其他效果。作为另一种实施例，耦合光学件1430可以包括微反射器(micro-reflector)阵列。当采用这种微反射器阵列时，每个提供辐射输出1424的半导体设备可以以一对一的方式设置在各个微反射器中。作为另一种实施例，可以将提供辐射输出24和辐射输出25的半导体设备1420的线性阵列以多对一的方式设置在巨型反射器(macro-reflector)中。以这种方式，耦合光学件1430可以既包括微反射器阵列又包括巨型反射器，其中，所述各个半导体设备以一对一的方式分别设置在相应的微反射器中，在巨型反射器中，来自所述半导体设备的辐射输出1424的量和/或品质被所述巨型反射器进一步增强。
耦合光学件1430的一层或多层、材料或其他结构可以具有选定的折射率。通过适当地选择折射率，可以选择性地控制辐射输出1424的路径中的层之间、材料之间以及其他结构之间的界面处的反射。作为一种实施例，通过控制被设置在所述半导体设备至工件1426之间的选定的界面(例如，视窗1464)处的折射率的差异，可以减少或增加所述界面处的反射，以增强所述界面处的用于最终传递至工件1426的辐射输出的传送。例如，所述耦合光学件可以包括分色反射器(dichroicreflector)，在该分色反射器处，特定波长的入射光被吸收，同时其他光被反射并聚焦至工件1426的表面。
可以出于多种目的采用耦合光学件1430。其中，示例性的目的包括以下几种目的中的一个或多个的结合：保护半导体设备1419，保持与冷却子系统1418相关的冷却液，以收集、聚集和/或准直输出辐射1424，或者用于其他用途。作为另一种实施例，发光系统1400可以采用耦合光学件1430以增强辐射输出1424，尤其是被传递至工件1426的辐射输出的有效品质、均匀性或量。
作为另一种实施例，耦合光学件1430可以包括圆柱状菲涅尔透镜，例如，用于准直和/或聚焦从半导体设备1419的线性阵列1420发射的光的线性、圆柱状菲涅尔透镜。特别地，圆柱状菲涅尔透镜可以与线性阵列1420对齐，其中，从线性阵列1420发射的光被射出穿过所述圆柱状菲涅尔透镜，并且其中，所述圆柱状菲涅尔透镜减小光线沿所述线性阵列的宽度方向轴的角度展开，所述线性阵列跨越透镜长度。在一些实施例中，圆柱状菲涅尔透镜可以用于替代视窗，例如，图15中所示的视窗1020。所述圆柱状菲涅尔透镜可以为单槽透镜或者多槽透镜，以相对于单一圆柱状菲涅尔透镜进一步减少发射光沿宽度轴的角度展开。
选定的多个半导体设备1419可以通过耦合电子元件1422与控制器1414相连，以向控制器1414提供数据。如下面将进一步描述的，控制器1414还可以被实施为通过例如耦合电子元件1422控制这种供给数据的半导体设备。控制器1414可以被连接至控制电源1416和冷却子系统1418，并且可以实施为控制电源1416和冷却子系统1418。例如，所述控制器可以向分布在线性阵列1420中部的发光元件提供较大的驱动电流，并且向分布在线性阵列1420的末端部分的发光元件提供较小的驱动电流，以增加被照射在工件1426处的光的可使用长度。此外，控制器1414可以接收来自电源1416和冷却子系统1418的数据。在一种实施例中，可以通过传感器探测工件1426的表面的一个或多个位置处的辐射，并且以反馈控制模式传递至控制器1414。在另一种实施例中，控制器1414可以与另一发光系统(图8中未示出)的控制器通信，以协调两个发光系统的控制。例如，多个发光系统的控制器1414可以以主从式串联控制算法(master-slavecascadingcontrolalgorithm)的方式运行，其中，其中一个控制器的设定点由另一个控制器的输出来设定。还可以采用与另一个发光系统配合的控制策略以操作发光系统10。作为另一种实施例，用于并排设置的多个发光系统的控制器1414可以以相同的方式控制发光系统，以增加整个多发光系统所辐照的光的均匀性。
除了电源1416、冷却子系统1418和发光子系统1412，控制器1414还可以被连接至内部元件1432和外部元件1434并实施为控制内部元件1432和外部元件1434。如图所示，元件1432可以在光系统1410的内部，而元件1434可以在发光系统1410的外部，但是，元件1434可以与工件1426(例如处理、冷却或其他外部设备)关联，或者，可以与发光系统1410支持的光反应(例如，固化)相关。
控制器1414从电源1416、冷却子系统1418、发光子系统1412和/或元件1432、1434中的一者或多者接收的数据可以是多种类型的。作为一种实施例，所述数据可以代表与相连的半导体设备1419相关的一个或多个特征。作为另一种实施例，所述数据可以代表分别与提供数据的发光子系统1412、电源1416、冷却子系统1418、内部元件1432和外部元件1434相关联的特征。作为再一种实施例，所述数据可以代表与工件1426相关的一个或多个特征(例如，代表引导至所述工件的辐射输出能或者光谱成分)。此外，所述数据可以代表这些特征的某些结合。
当接收到上述数据中的任意一种时，控制器1414可以被实施为响应于上述数据。例如，响应于来自上述部件的上述数据，控制器1414可以被实施为控制电源1416、冷却子系统1418、发光子系统1412(包括一个或多个这种耦合的半导体设备)，和/或元件32、34中的一者或多者。作为一种实施例，响应于来自所述发光子系统、代表光能在与所述工件相关的一点或多个点处不足的数据，控制器1414可以被实施为以下情况中的一者：(a)增加所述电源向一个或多个所述半导体设备的电能供应；(b)通过冷却子系统1418增大对所述发光子系统的冷却(例如，某些发光设备如果被冷却的话，将提供更大的辐射输出)；(c)增加向上述装置提供电源的时间；或(d)上述的结合。
在包括发光系统1400的打印和固化系统的实施例中，控制器1414还可以接收来自打印头处的光传感器436的输入。例如，响应于从工件1426发射至所述打印头的光的测量强度，控制器1414可以调节所述光学元件(例如，发光系统1400的耦合光学件1430)的横向偏移，以降低从工件1426反射至所述打印头上的光的强度。
可以利用控制器1414独立地控制发光系统1412的独立的半导体设备1419(例如，LED设备)。例如，控制器1414可以控制包括一个或多个独立LED设备的第一组发出具有第一强度、波长等的光，同时控制包括一个或多个独立LED设备的第二组发出具有不同强度、波长等的光。包括一个或多个独立LED设备的第一组可以位于同一个半导体线性阵列1420中，或者可以来自多个发光系统1400的多个或一个半导体线性阵列1420。也可以利用来自其他发光系统中的其他半导体设备的线性阵列中的控制器1414独立地控制半导体设备的线性阵列1420。例如，第一线性阵列的半导体设备可以被控制为发出具有第一强度、波长等的光，同时，另一个发光系统中的第二线性阵列的半导体设备可以被控制为发出具有第二强度、波长等的光。
作为另一种实施例，在第一组条件下(例如，对于具体的工件，光反应、和/或一组操作条件)，控制器1414可以操作发光系统1410以实现第一控制策略，反之，在第二组条件下(例如，对于具体的工件，光反应，和/或一组操作条件)，控制器1414可以操作发光系统1410以实现第二控制策略。如上所述，第一控制策略可以包括操作具有一个或多个独立的半导体设备(例如，LED设备)的第一组发出具有第一强度、波长等的光，同时，第二控制策略可以包括操作具有一个或多个独立的半导体设备(例如，LED设备)的第二组发出具有第二强度、波长等的光。LED设备的第一组可以是与第二组相同的LED设备组，并且，可以跨过一个或多个LED阵列，或者，可以为与第二组不同的LED设备组，但是，所述不同的LED设备组可以包括来自于第二组的一个或多个LED设备的子组。
冷却子系统1418可以实施为管理发光子系统1412的热行为。例如，可以提供冷却子系统1418以冷却发光子系统1412，并且，更具体地，冷却半导体设备1419。冷却子系统1418还可以实施为冷却工件1426和/或工件1426和发光系统1410(例如，发光子系统1412)之间的间隔。例如，冷却子系统1418可以包括空气冷却系统或其他流体(例如，水)冷却系统。冷却子系统1418还可以包括冷却元件(例如，冷却散热片)，该冷却元件连接在半导体设备1419或者半导体设备1419的线性阵列1420上，或者连接在耦合光学件1430上。例如，冷却子系统可以包括在耦合光学件1430上方吹送冷却空气，其中，耦合光学件1430配置有外部散热片，以增强热传递。
发光系统1410可以用于各种应用。实施例包括，但不限于，从油墨打印至DVD制造的固化应用和光刻工艺。可以采用发光系统1410的应用可以具有相关的操作参数。即，应用可以具有如下相关的操作参数：在一个或多个时间段中，提供具有一种或多种波长的一种或多种水平的辐射功率。为了恰当地完成与所述应用相关的光反应，可以根据一种或多种预定水平的一个或多个参数(和/或持续预定时间或多个时间或时间范围)，将光学功率传递至工件1426处或工件1426附近。
为了遵循预期应用的参数，可以根据与所述应用的参数(例如，温度、光谱分布和辐射功率)相关的多种特征操作提供辐射输出1424的半导体设备1419。同时，半导体设备1419可以具有特定操作规格，该操作规格可以与所述半导体设备的制造相关，并且，除此之外，还可以遵循所述操作规格，以防止所述半导体设备遭到破坏和/或防止所述半导体设备劣化。发光系统1410的其他部件也可以具有相关的操作规格。除了其他的参数规格之外，所述操作规格可以包括操作温度范围以及供电电源的范围(例如，最大值和最小值)。
相应地，发光系统1410可以支持监控应用参数。此外，可以提供发光系统1410，以监控半导体设备1419，包括监控各个半导体设备1419的特征和规格。此外，还可以提供发光系统1410，以监控发光系统1410中选定的其他部件，包括监控其他部件的特征和规格。
提供这种监控可以能够核实所述发光系统的正确操作，可以可靠地评估发光系统1410的操作。例如，关于所述应用的参数(例如，温度、光谱分布、辐射功率等)、与该参数相关的部件的特征和/或任何部件的相应操作规格中的一者或多者，发光系统1410可以被不当操作。提供监控可以响应于控制器1414从一个或多个系统的部件接收的数据，并根据控制器1414从一个或多个系统的部件接收的数据执行所述监控。
监控还可以支持系统操作的控制。例如，可以通过控制器1414实施控制策略，控制器1414接收来自一个或多个系统部件的数据，并响应于所述数据。如上所述，可以直接实施所述控制策略(例如，根据关于所述部件操作的数据，利用引导至所述部件上的信号控制所述部件)或间接实施所述控制策略(例如，通过引导为调节其他部件操作的控制信号控制所述部件的操作)。作为一种实施例，可以通过引导至电源1416以调节施加在发光子系统1412上的功率的控制信号和/或通过引导至冷却子系统1418以调节施加至发光子系统142的冷却的控制信号间接地调节半导体设备的辐射输出。
可以采用控制策略，以能够和/或增强所述系统的正确操作和/或所述应用的性能。在一种更具体的实施例中，也可以采用控制，以能够和/或增强所述线性阵列的辐射输出及其操作温度之间的平衡，从而，例如，防止将半导体设备1419加热至超过其规格同时还将足够的辐射能量引导至工件1426，以，例如，实现所述应用的光反应。此外，在一些实施例中，可以利用控制器自动调节透镜相对于光源的主发光轴线的偏移位置，以调节从光源1000朝向目标衬底440发射的光的角度偏移(angulardeflection)。相应地，可以以连续的方式而不必手动地调节所述打印和固化系统，以将所述打印和固化系统自动调节成多种固化条件和目标衬底。
在一些应用中，可以将高的辐射功率传递至工件1426，并且，该工件1426可以包括光固化材料，所述工件包括具有印刷在其上的光固化材料的衬底。相应地，可以利用发光半导体设备1420的线性阵列实现发光子系统1412。例如，可以利用高光强度发光二极管(LED)阵列实现发光子系统1412。虽然可以利用LED阵列，并且，此处详细描述了LED阵列，但是应当理解的是，在不脱离本发明的原则的情况下，可以利用其他发光技术实现半导体设备1419及其线性阵列1420；其他发光技术的实施例包括但不限于有机发光二极管、激光二极管和其他半导体激光器。
在这种方式中，打印和固化系统可以包括发光模组，该发光模组包括发光元件阵列、耦合光学件和控制器，该控制器具有可执行命令，以将所述耦合光学件定位在所述阵列上方，其中，所述发光元件的中心轴线从所述发光元件阵列的第一轴线偏移，所述发光元件以第一轴线为基准从发光元件阵列朝向光固化表面照射光，通过所述耦合元件引导辐照光，并将通过所述耦合光学件引导的辐照光朝向所述光固化表面不对称地偏转远离所述第一轴线。所述耦合光学件可以包括反射器，和/或柱面透镜，其中，所述柱面透镜包括菲涅尔透镜，和/或棒状透镜。
穿过所述耦合光学件引导的发射光不对称地偏转远离所述第一轴线可以包括以第二轴线为基准偏转所述发射光，其中，所述第二轴线与第一轴线形成偏转角度。此外，所述打印和固化系统可以包括可执行命令，以通过增加所述中心轴线和所述第一轴线之间的偏移增加所述偏转角度。
现在参照图11A，该图11A展示了光学元件模组1100的主视立体图，光学元件模组1100包括安装在光学元件壳体1120中的示例性的棒状透镜1110。光学元件壳体1120中的紧固孔1170可以用于安装硬件(例如，螺丝)以便将透镜(例如，棒状透镜1110)固定在光学元件壳体1120中，并且还可以用于将安装板1130固定在光学元件壳体1120上。安装版1130和壳体区域1180可以是透明的，以使得来自光源的光线1190可以不受阻碍地投射穿过安装板1130和棒状透镜1110。棒状透镜1110可以为多种几何形状，并且光学元件壳体1120的外部尺寸可以为模组式(modular)，以使得不同的光学元件外壳可以用于容纳多种类型的棒状透镜或者其他透镜几何形状。相应地，将光学元件模组1100安装在发光模组中可以与光源的主发光轴线自动对齐，以从所述光学元件偏移。特别地，如图11A和图11B所示，光学元件壳体1120可以包括沿光学元件壳体1120的长度延伸的不同的光学元件支撑件1152、1154，以使得当安装了棒状透镜1110时，该棒状透镜的中心轴线1118平行但偏移于主发光轴线1136。
棒状透镜1110的侧表面1140可以被定位为与光学元件壳体1120的侧表面1150平齐。此外，所述棒状透镜的前表面1116可以平齐于或者略微凸出于光学元件1120的前表面。在这种方式中，光学元件1120可以不干涉棒状透镜1110或者不阻挡从棒状透镜1110发射的光。此外，当光学元件模组1100安装在所述发光模组中，所述棒状透镜的前表面1116可以平齐于或者略微凹陷于光源壳体1010的前盖1016，如图4A和图4B中所述，以使得前盖1016保持与打印头430的底表面450平齐。此外，棒状透镜1110的中心轴线1114可以从光源1000(图11中未示出)的主发光轴线1136偏移，以使得棒状透镜可以将发射的光线从所述打印头朝向目标衬底440偏转。
图11B展示了光学模组1100沿剖面11B-11B的剖视图，该剖面11B-11B由纵向轴线1162和横向轴线1164所限定。光学元件壳体1120将安装的光学元件(例如，棒状透镜1110)定位为沿纵向方向远离所光源。光学元件支撑件1152、1154具有不相等的长度，以有助于将棒状透镜1110安装在光学元件壳体1120中，其中，棒状透镜1110从主发光轴线1136横向地偏移。该偏移可是指中心轴线1118从主发光轴线1136横向地偏移偏移距离1148。此外，安装板1130和所述光学元件(例如，棒状透镜1110)和所述光源之间的光学元件壳体的区域1180均可以是透明的，使得来自光源的以主发光轴线1136为中心的光线1190可以顺利地到达所述光学元件(例如，棒状透镜1110)。作为一种实施例，与光学元件模组900的内凹透镜区域906相似，区域1180可以是光学元件壳体1120中的孔、间隔或开口(cutout)。
现在参照图13，该图13展示了照射光固化材料的方法1300的示例性流程图。方法1300开始于光可以以第一轴线(例如，光源的主发光轴线)为基准朝向光固化表面辐照的1310。所述光学元件可以为发光元件的高宽高比阵列(例如，LED的线性阵列)。在另一种实施例中，光源可以为朗伯光源或者近朗伯光源，其中，从所述光源发射的辐照光以第一轴线为基准对称地出射。此外，所述光可以从包括打印机和光源的打印和固化系统中射出。打印机的打印头可以与所述光源的前盖相邻并对齐在同一平面中，其中，所述平面定位在光固化衬底的上方。通过这种方式，从打印头喷涂在所述衬底上的光固化材料可以形成光固化表面。光固化表面可以被与所述打印头相邻并在所述平面中对齐的光源发射的光以有利的方式固化。
方法1310在1320处继续，在1320处，辐照光被引导通过偏移光学元件。如图11B所示，所述光学元件的中心轴线可以沿横向方向相对于所述第一轴线偏移。此外，所述光学元件可以定位在所述光源和所述光固化表面之间。所述光学元件可以是透镜，例如，柱面透镜、棒状透镜、菲涅尔透镜等。所述光学元件可以包括中心轴线从所述第一轴线横向地偏移的反射器、衍射器、折射器或者准直器。
接下来，方法1300在1330处继续，在1330处，辐照光从所述第一轴线朝向所述光固化表面不对称地偏转。偏转所述辐照光可以包括反射、衍射、折射和准直所述辐照光中的一者或多者。由于所述光学元件从所述光源的第一轴线横向地偏移，所以，所述辐照光线从所述第一轴线不对称地偏转。在这种方式中，从所述光源发射至所述光固化表面的光可以反射离开所述打印头，从而减少所述打印头处的光固化材料的固化。
在1340处，方法1300继续判断偏转角度将增加或减少，从而增加或减少偏转光从所述光学元件的偏转角度。作为一种实施例，偏转角度可以增加，以减少从所述光固化表面反射至所述打印头上的光的强度。在这种方式中，可以减少所述光固化材料(例如，UV固化油墨)在所述打印头处的固化。相反地，当照射至所述光固化表面的光的强度增加时，偏转角度可以被减小，以，例如，提高固化速率。在一种实施例中，打印头表面可以包括传感器，以测量打印头处反射的光的辐照量。
在1350处，当调节所述偏转角度时，可以相对于所述光源的主发光轴线调节所述光学元件的中心轴线的横向偏移。例如，如果所述传感器探测到从所述光固化表面反射的光具有较高的辐照量时(或者，如果观察到所述打印头出的光固化材料固化)，那么，所述光学元件从所述光源的主发光轴线(例如，第一轴线)的横向偏移可以增加。相反地，如果所述传感器探测到从所述光固化表面反射的光具有较低的辐照量时，那么，所述光学元件从所述光源的主发光轴线(例如，第一轴线)的横向偏移可以被保持，或者，可以被减少，以增加固化速率。如上所述，可以通过改变所述光学元件在所述光学元件模组中的安装对齐位置来手动调节所述横向偏移。在另一种实施例中，可利用控制器自动地调节所述横向偏移。
在一些实施例中，所述光学元件可以被安装在与光学元件壳体1120相似的光学元件壳体中，以形成光学元件模组。此外，将所述光学元件模组稳固地安装在光源上可以定位所述光学元件，使得所光学元件模组的中心轴线从所述光源的发光轴线横向地偏移。此外，所述光学元件壳体可以包括对齐槽，使得所述光学元件在所述光学元件壳体中的安装位置可以被调节。在这种方式中，可以通过调节所述光学元件在所述光学元件壳体中的安装位置调节横向偏移的幅度或程度。
在其他实施例中，控制器可以通过致动安装所述光学元件模组的机电伺服机构来调节所述光学元件模组的横向偏移的幅度。通过沿横向方向相对于所述光源平移所述光学元件模组，所述控制器可以调节所述光学元件相对于所述光源的偏移。在1350之后，方法1300结束。
在这种方式中，照射光固化材料的方法可以包括：以第一轴线为基准从发光元件阵列朝向光固化表面照射光；引导辐照光穿过设置在所述发光元件阵列和所述光固化表面之间的光学元件，其中，所述光学元件的中心轴线从所述第一轴线偏移；将引导穿过所述光学元件的辐照光朝向所光固化表面不对称地偏转远离所述第一轴线。所述中心轴线可以平行于所述第一轴线，但不与所述第一轴线重叠。此外，可以将辐照光引导穿过包括柱面透镜的光学元件。再者，偏转辐照光可以包括将被引导穿过所述光学元件的辐照光朝向所述光固化表面不对称地准直、将被引导穿过所述光学元件的辐照光朝向所述光固化表面不对称地折射、将被引导穿过所述光学元件的辐照光朝向所述光固化表面不对称地衍射和/或将被引导穿过所述光学元件的辐照光朝向所述光固化表面不对称地反射。
将被引导穿过光学元件的辐照光不对称地偏转远离所述第一轴线可以包括：关于第二轴线偏转所述辐照光，其中，所述第二轴线与所述第一轴线成偏转角度。此外，所述方法还可以包括通过增加所述中心轴线和所述第一轴线之间的偏移来增大所述偏转角度。
现在参照图14A和图14B，图14A和图14B分别展示了多槽圆柱形菲涅尔透镜1600实施例的立体图和剖视图。图14A和图14B中的多槽圆柱形菲涅尔透镜具有十六个槽1620，然而，在其他实施例中，多槽圆柱形菲涅尔透镜可以具有更少或更多的槽。作为一种实施例，多槽圆柱形菲涅尔透镜可以包括五十个槽。作为另一种实施例，圆柱形菲涅尔透镜可以包括单槽圆柱形菲涅尔透镜1602，如分别在图14C的立体图和14D所示的剖视图中所示，圆柱形菲涅尔透镜1602具有一个槽1650(例如，一个棱槽)，该槽1650环绕中间透镜轴线1660置中。通常，随着圆柱性菲涅尔透镜中的槽的数量的增加，所述透镜的厚度可以减小。在一种实施例中，可以通过玻璃成型工艺(glassmoldingprocess)将玻璃或光学透明塑料制成线性圆柱形菲涅尔透镜。与塑料相比，在较高的热负载或者较高的温度(例如，120℃以上的温度)时，玻璃透镜在尺寸上具有较大的热稳定性。然而，由于难以通过玻璃成型精确地获得精细、锋利的边缘和点，因此，与塑料圆柱形菲涅尔透镜相比，包括多个沟槽的玻璃圆柱形菲涅尔透镜可能更加难以精确地制造。例如，玻璃成型透镜可以倾向于具有倒圆角的边缘，并且对于具有大量槽的透镜，难以获得多个细小间隙。利用塑料制造菲涅尔透镜可以允许具有多个槽的菲涅尔透镜获得锋利的棱形脊部和更精细的棱形间距表面。
为了准直并减小沿宽度方向轴1604发射的光的角度展开，一个或多个圆柱形菲涅尔槽可以取向为平行于所述光源的纵向轴。此外，所述圆柱形菲涅尔透镜可以沿沟槽向内的方向(groove-inorientation)取向，其中，圆柱形菲涅尔透镜沟槽表面1630朝向所述光源，并且平的透镜表面1640背离所述光源，或者朝向沟槽向外的方向(groove-outorientation)，其中，圆柱形菲涅尔透镜沟槽表面1630背离光源，并且平的透镜表面1640朝向所述光源。所述圆柱形的菲涅尔透镜的沟槽向内和沟槽向外的取向可以影响光穿过所述圆柱形的菲涅尔透镜的透射效率。图14A、图14B、图14C和图14D中示出的圆柱形菲涅尔透镜的槽的几何构造和形状是出于解释的目的，并没有依比例绘制。所述圆柱形菲涅尔透镜还可以包括透明的纵向边缘1610。作为一种实施例，圆柱形的菲涅尔透镜可以在纵向边缘1610处安装在所述光源上，或者，可以安装在与图11中所示的光学元件壳体类似的光学元件壳体中。此外，所述菲涅尔透镜的中心轴线1632可以从光源的主发光轴线偏移，以将所述光源发射的光偏转远离打印和固化系统(与图4B相似)的打印头，以减少光从目标衬底至所述打印头的反射，减少所述光固化材料在所述打印头处的固化，并减少打印头的劣化。
现在参照图15，该图15展示了另一示例性光源1700的局部侧视立体图。光源1700可以与上述光源1000相似，并且，可以还包括耦合光学件。例如，光源1700的耦合光学件可以包括柱面透镜，例如，圆柱形菲涅尔透镜1720。与光源1000相似，图15还展示了光源1700，该光源1700包括前盖1016、紧固件1030、壳体侧壁1018和发光元件的线性阵列1090。圆柱形菲涅尔透镜1720可以包括单槽或多槽圆柱形菲涅尔透镜(例如，如分别在图14C和图14A中所示的圆柱形菲涅尔透镜)，其中圆柱形菲涅尔透镜1720可以包括沟槽表面1724上的一个或多个槽1722。圆柱形菲涅尔透镜1720可以具有沟槽向内的方向，其中，如图15所示，沟槽表面1724可以朝向发光元件1090，并且平的表面1728可以背离发光元件1090。可选地，圆柱形菲涅尔透镜1720可以具有槽向外的取向，其中，菲涅尔透镜的沟槽表面1724可以背离发光元件1090，并且菲涅尔透镜的平的表面1728可以朝向发光元件1090。菲涅尔透镜的平的表面1728和侧壁1786都是透明的。相应地，从光源元件与透镜侧壁1786临近的端部发出的光的一部分可以辐照穿过透镜侧壁1786。与并排设置的传统光源相比，光辐照穿过光源的透镜侧壁1786可以因此减少在多个邻接并排设置的光源中的辐照光的非均匀性。透镜侧壁1786可以与前盖1016的侧边以及壳体侧壁1018平齐，使得光源可以平齐地并排设置，其中，并排设置的光源之间的间隙被减少。为了实现这一目的，当完全固定时，安装在壳体侧壁1018中的紧固件1030还可以从壳体侧壁1018的平面凹陷。如前文中所述，将透镜侧壁1786对齐为与所述壳体侧壁平齐可以减少并排设置的光源之间的间隔，并且可以保持并排设置的多个光源辐照光的连续性。此外，透镜侧壁1786可以从所述前平面垂直地向后延伸。在这种方式中，多个电源可以并排地平齐对准，其中，在并排设置的光源的端部的第一个发光元件和最后一个发光元件定位为与透镜侧壁1786邻近，其中，透镜侧壁1786跨越各个光源壳体的前平面的长度。将所述线性阵列中的第一个发光元件和最后一个发光元件定位为与透镜侧壁1786邻近可以允许并排的光源在透镜的整个长度方向上辐照光。定位所述线性阵列中的第一个发光元件和最后一个发光元件邻近于棱镜侧壁1786可以包括定位第一个发光元件和第二个发光元件，其中，在视窗侧壁与第一发光元件和最后一个发光元件之间有小间隙(例如，间隙1082)。
作为另一种实施例，光源1700还可以包括安装在所述壳体的前平面上的透明的视窗(未示出)，并且所述视窗覆盖圆柱形菲涅尔透镜1720的前面，其中，所述视窗的前面与所述壳体的前平面大致平齐，并且视窗侧壁与壳体侧壁1018平齐对准。将透镜侧壁1786与视窗侧壁平齐对准可以减小多个并排设置的光源之间的间隔，并且可以保持辐照光在多个并排设置的光源中的连续性。
此外，所述菲涅尔透镜的中心轴线1770可以从光源1700的发光元件的主发光轴线1772横向地偏移。在这种方式中，光源1700发射的光可以被所述菲涅尔透镜偏转远离打印和固化系统(与图4B)的打印头，以减少从目标衬底反射至所述打印头的光，减少所述打印头处的光固化材料的固化，并且减少打印头的劣化。
在这种方式中，发光模组可以包括：发光元件阵列，该发光元件阵列朝向光固化表面关于第一轴线对称地发光；和光学元件，该光学元件设置在所述发光元件阵列和所述光固化表面之间，其中，所述光学元件的中心轴线从所述第一轴线偏移，以将从所述发光元件阵列的发射光不对称地引导远离所述第一轴线，以朝向所述光固化衬底。所述发光模组还可以包括光学元件壳体，所述光学元件安装在所述光学元件壳体中，以形成光学元件模组，并且其中，当将所述光学元件模组安装在所述发光模组中时，所述中心轴线从所述第一轴线偏移。所述发光元件模组可以包括能够可拆卸地安装的光学元件模组。此外，所述发光模组还包括多个光学元件模组，多个发光元件模组中的每一个都具有安装在其中的不同光学元件，并且其中，所述光学元件模组中的每一个都可以一次一个可互换地安装至所述发光模组，其中，所述中心轴线从所述第一轴线偏移。再者，所述光学元件壳体包括多个对齐脊部908，当与所述光学元件的安装边缘对齐时，多个所述对齐脊部908中的每一个对应于所述中心轴线和所述第一轴线之间的不同偏移。所述安装边缘可以包括在所述光学元件的一个侧面上的槽或对齐标记。
注意的是，此处包括的控制和预测程序可以与多种光源和光系统结构一起使用。可以将此处公开的控制方法和程序作为可执行指令存储在非易失性存储装置中。此处描述的具体程序可以代表任何数量的处理策略(例如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中一个或多个。因此，可以按照所示的次序实施、平行地实施，或者可以按照一些省略的方式实施所示的多种动作、操作和/或功能。相似地，处理的顺序并不是实现此处描述的示例性实施方式的特征和优点的必要条件，而是仅用于方便地说明和解释。所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略重复地执行。此外，所述的动作、操作和/或功能可以生动地代表被编程在引擎控制系统(enginecontrolsystem)的电脑的可读取介质的非易失性存储装置中的代码。
将明白的是，此处公开的结构和程序的性质是示例性的，并且，由于多种变形都是可能的，所以这些具体的实施方式不应被视为具有限制意义。例如，上述技术可以被应用于多种朗伯光源或近朗伯光源。本公开的主题包括此处公开的多种系统和构造以及其他结构、功能和/或特性的新颖和非显而易见的组合和子组合。
下面的权利要求尤其指出了被认为新颖和非显而易见的特定组合和子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或者“第一”元件或其等同形式。这些权利要求应当被理解为包括一个或多个这些元素的结合，既不要求亦不排除两个或更多个元件。可以通过对当前权利要求的修改或者通过对本申请或者相关申请中的新权利要求的描述来主张公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合。这些权利要求，无论比原权利要求更宽的、更窄的、相等的或不同，都被视为包括在本申请的主题中。