(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸のまわりに等間隔で配置された少なくとも２つの光反応性システムを有するデバイスであって、
前記少なくとも２つの光反応性システムは、それぞれ、発光サブシステムを含み、
前記発光サブシステムは、ＵＶ光源と、前記ＵＶ光源を含むハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた複合パラボラ反射体と、前記ＵＶ光源に対して前記複合パラボラ反射体の反対端部に搭載された円柱レンズとを含み、
前記デバイスは、前記中心軸に沿ってワークピースを受け取るように構成されていることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記デバイスは、ＵＶ硬化デバイスであり、
前記複合パラボラ反射体は、前記ＵＶ光源から光の放射角度を低減するように構成され、それによって、前記円柱レンズを通ってＵＶ光を方向付けしており、
前記円柱レンズは、前記ワークピースの表面に沿って前記光をフォーカスする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記少なくとも２つの光反応性システムは、それぞれ、電源と、コントローラーと、冷却サブシステムと、をさらに含み、
前記発光サブシステムは、カップリング電子機器をさらに含み、
前記ハウジングは、前記冷却サブシステムの流体用の注入口および排出口をさらに含む請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ＵＶ光源に含まれる複数の半導体デバイスは、ＵＶ ＬＥＤアレイを含み、
前記ＵＶ光は、前記複合パラボラ反射体と前記円柱レンズとを介して前記ワークピースの前記表面に沿って方向付けされ、フォーカスされている請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記円柱レンズは、円柱フレネルレンズである請求項３に記載のデバイス。
【請求項６】
前記複合パラボラ反射体は、中空反射体または内部全反射を使用する固体光学系を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記複合パラボラ反射体は、２色性反射体を含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記ＵＶ光源は、異なるピークの波長を有するＵＶ光を発する請求項３に記載のデバイス。
【請求項９】
前記冷却サブシステムは、前記デバイスからの熱を消散するための循環冷却流体を含む請求項３に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記冷却サブシステムは、前記複合パラボラ反射体の外部表面上に搭載された冷却フィンを含む請求項３に記載のデバイス。
【請求項１１】
ワークピースをＵＶ硬化する方法であって、
前記ワークピースの中心軸のまわりに等間隔に配置された少なくとも２つの、ハウジングに含まれたＵＶ光源からＵＶ光を照射する工程と、
前記ハウジングに取り付けられ、前記ＵＶ光の放射角度を低減する複合パラボラ反射体によって前記照射されたＵＶ光を反射する工程と、
前記ワークピースの表面上に、前記ＵＶ光源に対して前記複合パラボラ反射体の反対端部に搭載された円柱レンズによって前記反射されたＵＶ光をフォーカスする工程と、
前記円柱レンズの焦点に沿って前記ワークピースを引き出す工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記焦点に沿って前記ワークピースを引き出す工程は、前記焦点に沿って、ＵＶ硬化コーティング、ＵＶ硬化ポリマーまたはＵＶ硬化インクのうちの少なくとも一つを有する、光ファイバー、リボンまたはケーブルの少なくとも一つを引き出す工程を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＵＶ光を照射する工程は、異なるピークの波長を有する前記ＵＶ光を発する前記少なくとも２つのＵＶ光源から前記ＵＶ光を照射する工程を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
外部フィンによって前記複合パラボラ反射体の外部表面から熱を消散する工程をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記円柱レンズの前記焦点に石英サンプルチューブを軸方向に中心に置く工程をさらに有し、
前記石英サンプルチューブは、前記ワークピースを同心円状に取り囲み、不活性ガスでパージされる請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
電源と、
冷却サブシステムと、
発光サブシステムと、を含むＵＶ硬化用光反応性システムであって、
前記発光サブシステムは、
中心軸で等間隔に配置された少なくとも２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源と、
前記少なくとも２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源のそれぞれを含むハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた複合パラボラ反射体と、前記ＵＶ ＬＥＤアレイ光源に対して前記複合パラボラ反射体の反対端部に搭載された円柱レンズとを含む、前記少なくとも２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源用のカップリング光学系と、
前記２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源からＵＶ光を照射するための実行可能命令を含むコントローラーと、を含み、
前記複合パラボラ反射体は、前記少なくとも２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源から前記円柱レンズに発せられた前記ＵＶ光を方向付けるように構成され、
前記円柱レンズは、ワークピースの表面上に前記ＵＶ光をフォーカスするように構成され、
ＵＶ硬化用光反応性システムは、前記中心軸に沿って前記ワークピースを受け取るように構成されていることを特徴とするＵＶ硬化用光反応性システム。
【請求項１７】
前記カップリング光学系は、前記ワークピースを囲み、前記円柱レンズの焦点に軸方向に中心に置かれた石英サンプルチューブをさらに含み、
前記石英サンプルチューブは、不活性ガスでパージされている請求項１６に記載のＵＶ硬化用光反応性システム。
【請求項１８】
前記冷却サブシステムは、前記複合パラボラ反射体の外部表面に取り付けられた冷却フィンを含む請求項１７に記載のＵＶ硬化用光反応性システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２０１１年１０月１２日に出願されたアメリカ特許出願第６１／５４６，４０７号の優先権を要求する。その出願の全ての内容はここに挿入される。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーは、通信産業においてだけでなく、照明用途や画像用途にも普遍的に使用されている。光ファイバーは、電気配線と比較して長距離にわたって、高データ転送レートを提供する。加えて、光ファイバーは、金属配線より、フレキシブルで、明るく、小さい径の中に引き込むことができる。それにより、ケーブルの中に光ファイバーの高容量バンドルを提供する。紫外線（ＵＶ）硬化プロセスが適用された表面コーティングは、物理的損傷や水分の侵入から光ファイバーを保護するため、長期耐久性などの性能を維持するために使用される。
【０００３】
カーターら（アメリカ特許６，６２６，５６１）は、表面を有する光ファイバーのＵＶ硬化の均一性問題に取り組む。その光ファイバーは、ＵＶ硬化デバイスの焦点の外に位置されている。そのＵＶ硬化デバイスは、楕円反射体の第２の焦点に位置された一つのＵＶ光源から光ファイバーの表面にＵＶ光を向ける楕円反射体を用いる。硬化不均一性の問題は、光源に対する光ファイバーの不正確な配置または不整形な光ファイバーが原因で生ずる。これらの問題に対処するために、カーターは、第１の楕円反射体焦点付近に位置された一つの光源から、第２の楕円反射体焦点付近に位置された光ファイバー表面にＵＶ光を照射するための楕円反射体を使用するＵＶランプ構造を使用する。光ファイバーと電球の両方は、焦点からわずかにずれている。このように、光ファイバーの表面に到達するＵＶ光線は消散し、光コーティングの照射と硬化は、より均一になる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、上記アプローチで潜在的な問題を認識した。すなわち、楕円反射体の焦点から遠ざけてＵＶ光源と光ファイバーをずらすことによって、光ファイバー表面を照射するＵＶ光の強度は消散し、低減される。それによって、硬化率と生産率を低下させ、高い製造コストを招いている。
【発明の効果】
【０００５】
上記問題に対処する一つのアプローチは、ＵＶ硬化デバイスを含む。ＵＶ硬化デバイスは、ワークピースのまわりに等間隔で配置された、成形し複合パラボラ反射体（shaped compound parabolic reflectors）を含む１または２以上のＬＥＤアレイ光源を有する。複合パラボラ反射体は、円柱レンズ（cylindrical lens）がワークピースに対して光を激しくフォーカスすることができるように、光の放射角度を小さくするように構成されている。１または２以上のＬＥＤアレイ光源のそれぞれは、複合パラボラ反射体と円柱レンズとを含む。円柱レンズは、ワークピースの中心軸の近くに、または、中心軸に沿って、出力焦点位置を有するように並べられている。これにより、光ファイバーまたは他のワークピースに均一かつ高強度のＵＶ光を照射することができる。それによって、光ファイバーと他のワークピースのためのコーティングの迅速かつ均一な硬化を提供している。
【０００６】
上記要旨は、詳細な説明にさらに記載された概念の選択から単純化して提供される。それは、請求項に記載された発明の特徴または本質的特徴を特定する意図ではない。特許請求の範囲は、詳細な説明に続く請求項によって規定される。さらに、請求項に記載された発明は、この開示のいずれの部分における、または上記された利点を解決する実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、電源と、コントローラーと、冷却サブシステムと、発光サブシステムとを含む２つの光反応性システムを有するデバイスの一例を示す。
【図２】図２は、大きい円錐角で光を発する従来のＬＥＤアレイの断面図を示す例である。
【図３】図３は、図２の従来のＬＥＤアレイからのランバート放射に近い大きい円錐角を示すプロット例である。
【図４】図４は、複合パラボラ反射体を有するＬＥＤアレイ光源の断面図を示す例である。
【図５】図５は、図４の複合パラボラ反射体を有するＬＥＤアレイ光源から小さい放射角度プロファイルを示すプロット例である。
【図６】図６は、円柱レンズの例を示す平面図である。
【図７】図７は、複合パラボラ反射体と、ＬＥＤアレイをフォーカスするための円柱レンズとの一例を示す断面図である。
【図８】図８は、ワークピースをＵＶ硬化するために、中心軸のまわりに等間隔で配置された多数の光源の例を示す断面図である。
【図９】図９は、ＵＶ硬化ワークピースをコーティングする方法の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
被覆された光ファイバー、リボン、ケーブルおよび他のワークピースの製造に使用される、ＵＶ硬化装置、ＵＶ硬化方法およびＵＶ硬化システムを説明する。光ファイバーのコーティングは、ワークピースの中心軸のまわりに等間隔で配置された少なくとも２つのＵＶ光源を使用するＵＶ硬化デバイスによってＵＶ硬化される。各ＵＶ光源は、反射体と、円柱レンズとを含んでいる。図１は、電源と、コントローラーと、冷却サブシステムと、発光サブシステムとを含む２つの光反応性システムを有するＵＶ硬化デバイスの一例を示す。図２は、大きい円錐角で光を発する従来のＬＥＤアレイの断面図を示す例である。図３は、図２に示される、（ランバート放射（Lambertion emission）に近い）従来のＬＥＤアレイのような大きい円錐角の光源から放射された放射輝度スペクトルを示すプロットである。図４は、複合パラボラ反射体（compound parabolic reflector）を有するＬＥＤアレイ光源の断面図を示す例である。図５は、図４の複合パラボラ反射体を有するＬＥＤアレイ光源から小さい放射角度プロファイルを示すプロットである。図６は、円柱レンズの平面図の例を示す。図７は、複合パラボラ反射体と、ＬＥＤアレイをフォーカスするための円柱レンズとの一例を示す断面図である。図８は、ワークピースの中心軸のまわりに等間隔で配置された多数のＵＶ光源の構成例を示す断面図である。図９は、図８のＵＶ硬化デバイスを使用する光ファイバーまたは他のワークピースをＵＶ硬化する方法の例を示すフローチャートである。
【０００９】
ＵＶ硬化デバイスは、少なくとも２つの光源を含む少なくとも２つの光反応性システムを含む。各ＵＶ光源は、反射体と、円柱レンズとを含む。図１を参照して、図１は、２つの光反応性システム１０および１１を含む構成例のブロック図を示す。この例において、光反応性システム１０および１１は互いに、ＵＶ硬化ワークピース２６の反対側に配置され、ＵＶ硬化ワークピース２６の中心軸のまわりに等間隔で配置されている。第１の例において、光反応性システムは、図１に示されるように、互いに反対側に配置され、または、互いに対して約１８０°の方位に配置されている。別の例において、ＵＶ硬化ワークピースの反対側に配置された光反応性システムは、互いに対して少なくとも９０〜２７０°、または、互いに対して少なくとも１７５〜１８５°の方位に配置されている。他の構成例において、ＵＶ硬化デバイスは、２以上の光反応性システムを有していてもよい。例えば、ＵＶ硬化デバイスは、３つの光反応性システムを含んでいてもよい。３つの光反応性システムのそれぞれは、図８に示されるように、各光反応性システムがワークピースのまわりに互いに対して約１２０°の方位に配置されるように、ワークピースの中心軸のまわりに等間隔に配置されている。さらに別の例として、ＵＶ硬化デバイスは、ｎ（ｎは１以上の整数）個の光反応性システムを含んでいてもよい。各光反応性システムは、各光反応性システムがワークピースのまわりに互いに対して約（３６０／ｎ）°の方位に配置されるように、ワークピースの中心軸のまわりに等間隔に配置されている。
【００１０】
一つの例において、光反応性システム１０と１１のそれぞれは、発光サブシステム１２および１３と、コントローラー１４および１５と、電源１６および１７と、冷却サブシステム１８および３９とを含む。
【００１１】
発光サブシステム１２および１３は、複数の半導体装置１９および２７を含む。半導体装置１９および２７は、たとえば、ＬＥＤデバイスである。選択された複数の半導体装置１９および２７は、放射出力（radiant output）２４および２５を提供するように実装される。放射出力２４は、ワークピース２６に向かっている。戻ってきた放射線２８および２９は、それぞれ、ワークピース２６から発光サブシステム１２および１３に向いている（例えば、放射出力２４および２５の反射によって）。
【００１２】
放射出力２４および２５は、カップリング光学系（coupling optics）３０および３１を介してワークピース２６にほぼ向いている。カップリング光学系３０および３１は、使用されると、さまざまに実行される。例として、カップリング光学系は、半導体デバイス１９と２７との間に介挿された、１または２以上の層、材料または他の構造を含み、ワークピース２６の表面に放射出力２４および２５を提供している。例として、カップリング光学系３０および３１は、収集（collection）、集光（condensing）、コリメーション（collimation）、または別の方法で放射出力２４および２５の質または効果的な量を増大するためのマイクロレンズアレイを含む。別の例として、カップリング光学系３０および３１は、マイクロ反射体アレイを含む。そのようなマイクロ反射体アレイを使用すると、放射出力２４および２５を提供する半導体デバイスのそれぞれは、１対１の基準で、各マイクロ反射体に配置される。別の例として、半導体デバイス２０および２１のアレイまたは放射出力２４および２５を提供する半導体デバイス２０および２１の複数のアレイのうちの一つのアレイは、多数対１の基準で、複数のマクロ反射体に配置される。このように、カップリング光学系３０は、両方のマイクロ反射体アレイを含んでいる。各半導体装置は、各マイクロ反射体および複数のマクロ反射体において、１対１の基準で配置されている。半導体デバイスからの放射出力２４および２５の量および／または質は、上述されたように、マクロ反射体によってさらに増大される。例えば、マクロ反射体は、複合パラボラ反射体であってもよい。
【００１３】
カップリング光学系３０および３１の、層、材料または他の構造のそれぞれは、選択された屈折率を有する。各屈折率を正しく選択することによって、放射出力２４および２５（および／または帰ってきた放射線２８、２９）のパスにおける層と、材料と、他の構造の間のインターフェースでの反射光は、選択的に制御される。例として、ワークピース２６に対して半導体デバイス間に配置された選択されたインターフェースでの屈折率の差を制御することによって、そのインターフェースでの反射光は、ワークピース２６への最大搬送のためのそのインターフェースで放射出力の伝送を増大させるように、低減されまたは増大される。例えば、カップリング光学系は、二色性の反射体を含む。ある波長の入射光が吸収される一方、他の入射光は反射され、ワークピース２６の表面にフォーカスされる。
【００１４】
カップリング光学系３０および３１は、種々の目的のために使用される。例えば、半導体デバイス１９および２７を保護する目的、冷却サブシステム１８および３９と関連する冷却流体を保有する目的、放射出力２４および２５を収集し、集光し、および／またはコリメートする目的、戻ってきた放射線２８および２９を取集し、方向付けし、退ける目的、その他の目的が挙げられる。これらは、１種または２種以上組合せることができる。さらなる例として、光反応性システム１０および１１は、特に、ワークピース２６に送られるような放射出力２４および２５の効果的な質または量を増大するように、カップリング光学系３０および３１を使用してもよい。例えば、カップリング光学系は、反射体を含む。その反射体は、ＵＶ ＬＥＤアレイ光源からワークピース２６の表面でＵＶ光をフォーカスする円柱レンズに照射されたＵＶ光をコリメートまたは方向付けするための複合パラボラ反射体であってもよい。反射体（例えば、複合パラボラ反射体）によって、ＵＶ ＬＥＤアレイ光源から円柱レンズに照射されたＵＶ光をコリメートまたは方向付けすることは、ＵＶ ＬＥＤアレイ光源から照射されたＵＶ光の５０〜９０％をコリメートまたは方向付けすることを含む。そしてそれは、反射体の形状、材料、または表面コーティングなどに依存する。また、円柱レンズによってワークピース２６の表面にＵＶ光をフォーカスすることは、ワークピースの表面にＵＶ光の２０〜９０％をフォーカスすることを含む。それは、ワークピース２６のサイズや形状に依存する。例えば、ファイバーのようなより小さい形状のワークピースでは、過剰量より多い量の光をフォーカスしてもよく、より大きいサイズのワークピースでは、過剰量より少ない量の光を受け取ってもよい。また、調整許容値（alignment tolerances）を構成するための過剰量があってもよい。
【００１５】
これにより、反射体は、ＵＶ光源から光の放射角を小さくし、それによって、円柱レンズを介して光を方向付けている。その円柱レンズは、ワークピース２６の表面に沿って激しく光をフォーカスする。
【００１６】
選択された複数の半導体デバイス１９および２７は、コントローラー１４および１５にデータを提供するように、カップリング電子機器（coupling electronics）２２および２３を介してコントローラー１４および１５に結合される。また、以下に説明するように、コントローラーは、そのようなデータを提供する半導体デバイスを、例えば、カップリング電子機器２２および２３を介して、制御するように実装される。コントローラー１４および１５は、各電源１６および１７と、冷却サブシステム１８および３９とに接続されており、それらを制御するように実装されている。さらに、コントローラー１４および１５は、電源１６および１７と、冷却サブシステム１８および３９とからデータを受信する。更なる例において、コントローラー１４および１５は、光反応性システム１０および１１の操作を制御するために、互いに通信してもよい（図１に示されていない）。例えば、コントローラー１４および１５は、マスタースレーブカスケーディング制御アルゴリズム（master-slave cascading control algorithm）で動作する。コントローラーの一つの設定点は、他のコントローラーの出力によって設定される。光反応性システム１１と連動して、光反応性システム１０の動作のための他の制御ストラテジーが使用されてもよい。
【００１７】
電源１６および１７と、冷却サブシステム１８および３９と、発光サブシステム１２および１３とに加えて、コントローラー１４および１５は、内部エレメント３２および３３と、外部エレメント３４および３５に接続され、それらを制御するように実装される。図示されるようなエレメント３２および３３は、光反応性システム１０および１１に対して内側にある。図示されるようなエレメント３４および３５は、光反応性システム１０および１１に対して外側にあるが、ワークピース２６と関連している（例えば、ハンドリング機器、冷却機器またはその他の外部機器）、または、光反応性システム１０および１１が支持する光化学反応に関連する。
【００１８】
電源１６および１７、冷却サブシステム１８および３９、発光サブシステム１２および１３、および／またはエレメント３２および３３と３４および３５の１つまたは２つ以上からコントローラー１４および１５によって受信されたデータは、種々のタイプである。例として、そのデータは、結合された半導体デバイス１９および２７と関連する１または２以上の代表的な特性である。別の例として、そのデータは、発光サブシステム１２および１３と、電源１６および１７と、冷却サブシステム１８および３９と、内部エレメント３２および３３と、データを提供する外部エレメント３４および３５と関連する１または２以上の代表的な特性であってもよい。また、別の例として、そのデータは、ワークピース２６（例えば、代表的な、ワークピースに向く放射出力エネルギーまたはスペクトルコンポーネント）と関連する１または２以上の代表的な特性であってもよい。さらに、データは、これらの特性を組み合わせた代表な特性であってもよい。
【００１９】
コントローラー１４および１５は、そのようなデータの受信において、データに応答するように実装されてもよい。例えば、そのようなコンポーネントからのデータに応答して、コントローラー１４および１５は、電源１６および１７、冷却サブシステム１８および３９、発光サブシステム１２および１３（１または２以上の連結された半導体デバイスを含む）、および／またはエレメント３２、３３、３４および３５の１つまたは２つ以上を制御するように実装されてもよい。一例として、光エネルギーがワークピースに関連する１または２以上のポイントで不十分であるということを示す発光サブシステムからのデータに応答して、コントローラー１４は、次の（ａ）〜（ｄ）のいずれかのように実行される。（ａ）１または２以上の半導体デバイスに電力の電源の供給を増加する。（ｂ）冷却サブシステム１８によって発光サブシステムの冷却を上げる（例えば、冷却されたら、ある発光デバイスがより大きい放射出力を提供する）。（ｃ）電力がそのようなデバイスに供給される間の時間を増やす。（ｄ）上記の組合せを提供する。更なる例として、コントローラー１４および１５は、発光サブシステム１３および／または光反応性システム１１から独立に、発光サブシステム１２および／または光反応性システム１０に実装されていてもよい。
【００２０】
発光サブシステム１２および１３の個々の半導体デバイス１９および２７（例えば、ＬＥＤデバイス）は、コントローラー１４および１５によって独立に制御される。例えば、コントローラー１４および１５は、異なる強度、波長などの光を発する１または２以上の個別のＬＥＤデバイスの第２のグループを制御しながら、第１の強度、波長などの光を発する１または２以上の個別のＬＥＤデバイスの第１のグループを制御する。１または２以上の個別のＬＥＤデバイスの第１のグループは、半導体デバイスの同じアレイ２０および２１内にあってもよく、半導体デバイスの２以上のアレイ２０および２１にあってもよい。半導体デバイスのアレイ２０および２１は、それぞれ、コントローラー１４および１５による発光サブシステム１２および１３における半導体デバイスの他のアレイ２０および２１から、コントローラー１４および１５によって独立に制御されてもよい。例えば、第１のアレイの半導体デバイスは、第１の強度と波長などの光を発するように制御される。一方、第２のアレイの半導体デバイスは、第２の強度と波長などの光を発するように制御される。
【００２１】
更なる例として、第１のセットの条件下（例えば、特別なワークピース、光反応および／または操作条件のセットのための条件）、コントローラー１４および１５は、第１のコントロールストラテジーを実行するために、光反応性システム１０および１１を操作する。第２のセットの条件下（例えば、特別なワークピース、光反応および／または操作条件のセットのための条件）、コントローラー１４および１５は、第２のコントロールストラテジーを実行するために、光反応性システム１０および１１を操作する。上述したように、第１のコントロールストラテジーは、第１の強度と波長などの光を発する１または２以上の個別の半導体デバイス（例えば、ＬＥＤデバイス）の第１のグループを操作することを含んでいる。一方、第２のコントロールストラテジーは、第２の強度と波長などの光を発する１または２以上の個別のＬＥＤデバイスの第２のグループを操作することを含んでいる。ＬＥＤデバイスの第１のグループは、第２のグループと同じＬＥＤデバイスのグループであってもよい。また、ＬＥＤデバイスの第１のグループは、ＬＥＤデバイスの１または２以上のアレイにわたってもよく、または、第２のグループと異なるＬＥＤデバイスのグループであってもよい。しかし、異なるＬＥＤデバイスのグループは、第２のグループからの１または２以上のＬＥＤデバイスのサブセットを含んでいる。
【００２２】
冷却サブシステム１８および３９は、発光サブシステム１２および１３の熱の挙動を扱うように実装されている。例えば、冷却サブシステム１８および３９は、発光サブシステム１２および１３、より具体的に、半導体デバイス１９および２７の冷却のために提供される。冷却サブシステム１８および３９は、ワークピース２６、および／または、ワークピース２６と光反応性システム１０および１１（例えば、発光サブシステム１２および１３）との間のスペースを冷却するために実装される。例えば、冷却サブシステム１８および３９は、空気冷却システムまたは他の流体（例えば、水）冷却システムである。冷却サブシステムは、半導体デバイス１９および２７に取り付けられた冷却フィンまたは半導体デバイスのアレイ２０および２１、カップリング光学系３０および３１に取り付けられた冷却フィンのような冷却エレメントを含む。例えば、冷却サブシステムは、ＬＥＤ反射体（例えば、カップリング光学系３０および３１）の全体にわたって、冷却エアーを吹き付けることを含む。反射体は、熱伝達を増大するために外部フィンを備えている。
【００２３】
光反応性システム１０および１１は、種々のアプリケーションのために使用される。そのようなアプリケーションは、特に限定されないが、例えば、インク印刷からＤＶＤｓの製造の硬化アプリケーション、リソグラフィーなどが挙げられる。光反応性システム１０および１１が使用されるアプリケーションは、関連した操作パラメーターを有する。すなわち、あるアプリケーションは、１または２以上の波長で、１または２以上の期間にわたって付与された１または２以上のレベルの放射強度（radiant power）を提供するように、操作パラメーターを関連づける。アプリケーションと関連づけられた光反応を正しく遂行するために、屈折力（optical power）は、ワークピース２６で、またはワークピース２６近くで、または、１または複数のこれらのパラメーター（ある時間、複数の時間または時間の範囲）の１または２以上の所定のレベルでまたは所定のレベルを超えて供給される。
【００２４】
意図したアプリケーションのパラメーターに従うために、放射出力２４および２５を提供する半導体デバイス１９および２７は、アプリケーションのパラメーター（例えば、温度、スペクトル分布、放射強度）と関連付けられた種々の特性に従って、操作される。同時に、半導体デバイス１９および２７は、ある操作仕様書（operating specifications）を有する。それは、半導体デバイスの製造と関連づけられている。特に、それは、デバイスの破壊が起きないようにするために、および／または、デバイスの劣化を未然に防ぐために、付随される。光反応性システム１０および１１の他のコンポーネントは、操作仕様書を関連づける。これらの仕様書は、他のパラメーター仕様書の中で特に、操作温度および付与された電力の範囲（例えば、最大および最小）を含む。
【００２５】
したがって、光反応性システム１０および１１は、アプリケーションのパラメーターのモニタリングを支援する。加えて、光反応性システム１０および１１は、特性と仕様書とを含む半導体デバイス１９および２７のモニタリングを提供する。さらに、光反応性システム１０および１１は、特性と仕様書とを含む光反応性システム１０および１１の選択された他のコンポーネントのモニタリングも提供する。
【００２６】
そのようなモニタリングによって、光反応性システム１０および１１の動作が確実に評価されるように、システムの正しい動作を証明することができる。例えば、光反応性システム１０および１１は、１または２以上のアプリケーションのパラメーター（例えば、温度、スペクトル分布、放射強度など）、そのようなパラメーターと関連付けられた任意のコンポーネントの特性および／または任意のコンポーネントの操作仕様書に対して、不適切に動作するかもしれない。モニタリングは、１または２以上のシステムのコンポーネントからコントローラー１４および１５によって受信されたデータにしたがって、反応よく、実行される。
【００２７】
モニタリングは、システムの動作の制御を支援する。例えば、制御ストラテジーは、コントローラー１４および１５によって実行される。コントローラー１４および１５は、１または２以上のシステムコンポーネントからデータを受信し、反応する。この制御ストラテジーは、上述したように、（例えば、そのコンポーネント動作に関するデータに基づいてコンポーネントに向かう制御信号を介してコンポーネントを制御することによって）直接的に、または、（他のコンポーネントの動作を調節するように向けられた制御信号を介してコンポーネントの動作を制御することによって）間接的に実行される。一例として、半導体デバイスの放射出力は、発光サブシステム１２および１３に印加される電力を調節する電源１６および１７に向けられた制御信号を介して、および／または、発光サブシステム１２および１３に付与される冷却を調節する冷却サブシステム１８および３９に向けられた制御信号を介して、間接的に調節される。
【００２８】
制御ストラテジーは、システムの適切な操作を可能にし、および／または、アプリケーションの性能を上げるために使用される。より具体的な例において、制御は、アプリケーションの光反応を適切に完了するために十分なワークピース２６に放射エネルギーを向けながら、例えば、仕様書の範囲を超えて、半導体デバイス１９および２７または半導体デバイスのアレイ２０および２１の加熱が起きないように、アレイの放射出力とその動作温度との間のバランスを可能にするために、および／または、増大するために使用される。
【００２９】
いくつかのアプリケーションにおいて、高い放射強度がワークピース２６に送られる。したがって、発光サブシステム１２および１３は、発光半導体デバイスのアレイ２０および２１を使用して実装される。例えば、発光サブシステム１２および１３は、高密度発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを使用して実装される。ＬＥＤアレイが使用され、ここで詳細に説明するが、半導体デバイス１９および２７と、そのアレイ２０および２１とは、光反応性システムの本質から離れることなく、他の発光技術を使用して実装されてもよい。そのような他の発光技術は、特に限定されないが、有機ＬＥＤｓ、レーザーダイオード、他の半導体レーザーなどが挙げられる。
【００３０】
図１に続き、複数の半導体デバイス１９および２７は、アレイ２０および２１形状、または、（例えば、図１に示されるような）複数のアレイのうちの一つのアレイ形状で提供される。アレイ２０および２１は、１または２以上、または、多くの半導体デバイス１９および２７が放射出力を提供するように構成されるように、実装される。しかしながら、同時に、１または２以上のアレイの半導体デバイス１９および２７は、選択されたアレイの特性のモニタリングを提供するように実装される。モニタリングデバイス３６および３７は、アレイにおけるデバイスの中から選択され、例えば、他の発光デバイスと同じ構造を有している。例えば、発光とモニタリングとの間の差は、（例えば、ＬＥＤアレイは、カップリング電子機器が逆電流を提供するモニタリングＬＥＤデバイスと、カップリング電子機器が順方向電流を提供する発光ＬＥＤデバイスとを有するという基本形において、）特定の半導体デバイスと関連付けられたカップリング電子機器２２および２３によって決定される。
【００３１】
また、カップリング電子機器に基づいて、アレイにおける選択された半導体デバイスは、多機能デバイスおよび／または多重モードデバイスのいずれかまたは両方であってもよい。（ａ）多機能デバイスは、２以上の特性（例えば、放射強度、温度、磁界、振動、圧力、加速度、および他の機械的力または変形のいずれか）を検出することができ、アプリケーションパラメーターまたは他の決定要因にしたがって、これらの検出機能間でスイッチされる。（ｂ）多重モードデバイスは、発光、検出およびその他のいくつかのモード（例えば、オフ）をとることができ、アプリケーションパラメーターまたは他の決定要因にしたがって、モード間でスイッチされる。
【００３２】
上述したように、光反応性システム１０および１１は、ワークピース２６を受けるように構成されている。一例として、ワークピース２６は、ＵＶ硬化光ファイバー、リボン、ケーブルなどである。また、ワークピース２６は、光反応性システム１０および１１のカップリング光学系３０および３１の焦点に、または焦点近くに位置されている。このように、光反応性システム１０および１１から照射されるＵＶ光は、ＵＶ硬化用ワークピースの表面にカップリング光学系を介して向けられ、その場で光反応を実行する。また、光反応性システム１０および１１のカップリング光学系３０および３１は、ＵＶ光がワークピース２６の表面でカップリング光学系３０および３１によってフォーカスされるように、ワークピース２６の中心軸のまわりに等間隔に配置されている。
【００３３】
図２に戻って、図２は、大きい円錐角で光を発する従来のＬＥＤアレイ光源２００の例の断面図である。ＬＥＤアレイ光源２００は、ハウジング２１０を含む。光線２６０は、幅広の円錐角で光源から発せられる。例として、従来のＬＥＤアレイから発せられた光は、ランバート分布（Lambertian distribution）にほぼ一致する。図３において、ランバート分布のブロードな放射輝度スペクトルがプロット３００で示される。放射輝度出力は、ブロードな円錐角にわたって区別できる。
【００３４】
図４に戻って、図４は、反射体（例えば、複合パラボラ反射体４４０）を有するＬＥＤアレイ光源４００の例の断面図を示す。複合パラボラ反射体４４０は、光源４００のハウジング４１０に取り付けられている。光源４００のハウジング４１０は、光源を含み、冷却サブシステム流体用の注入口および排出口とを含む。光源は、複合パラボラの焦点から光を発する。
【００３５】
パラボラ（放物面）は、直円錐面の交差（intersection）から作られる円錐の断面であり、直円錐面の表面を作る直線に平行な面である。パラボラはまた、線（準線）と点（焦点）の両方から等距離である面における複数の点の軌跡として規定されることができる。準線に直交し、焦点を通って、パラボラを二等分する線は、その対称軸である。パラボラを横断する対称軸上の点は、頂点（vertex）であり、曲率が最大であるパラボラ上の点である。複合パラボラは、共通焦点を有するが、異なる頂点を有する２つのパラボラの重複領域から誘導される。
【００３６】
パラボラ反射体は、光のようなエネルギーを収集または発射するために用いられる反射デバイスである。パラボラ反射体の形状は、円柱パラボラの形状、すなわち、パラボラの面に直交する軸に沿ってパラボラを投影することによって生成される面であってもよい。パラボラ反射体は、パラボラ軸上の焦点に位置した直線状の光源から発生した光線をパラボラ軸に平行なコリメートビームに反射してもよい。複合パラボラ反射体はまた、光を収集または発射するために使用される反射デバイスであってもよい。複合パラボラ反射体の形状は、パラボラの面に直交する軸に沿って複合パラボラを投影することから誘導される。複合パラボラ反射体は、図４における光源４００のハウジング４１０から発せられた光線の経路によって示されるように、軸上の焦点に沿って位置したほぼ直線状の光源から発生した光線をコリメートされたビームに反射してもよい。したがって、複合パラボラ反射体４４０は、光源４００から光の放射角度を小さくするように構成されている。複合パラボラ光学系は、光学および物理の分野で知られており、ここでは詳細に説明されない。図４の構成において、光線は複合パラボラ反射体の軸上の焦点の近くにおよび焦点に沿って発せられるから、複合パラボラ反射体４４０は光線４６０をコリメートし、方向づける。それによって、図４に示されるように、放射角度を実質的に小さくしている。ＵＶ硬化のために、パラボラ反射体の内部表面は、ワークピース２６の表面上にＵＶ光を方向づけるためにＵＶ反射してもよい。
【００３７】
図５に戻って、図５は、パラボラ反射体から発せられた光の放射輝度スペクトルのプロット例である。図３と図５のスペクトルを比較すると、ＬＥＤアレイ光源のための放射角度がパラボラ反射体を使用することによって小さくなっていることがわかる。具体的には、パラボラ反射体を有する光源の放射輝度スペクトルは、かなり狭い円錐角にわたった出力である。
【００３８】
図６に戻って、図６は、円柱レンズ６００の例を示す。円柱レンズは、球面レンズのように、点上よりむしろ、線上のレンズを通って光をフォーカスするレンズである。円柱レンズの曲面は円柱の横断面であり、レンズの表面の交差（intersection）に平行な線と、交差に接する面との上でレンズを通る光線をフォーカスする。レンズは、この線に直交する方向に画像を圧縮する（compress）。そして、画像は（接面において）それに平行な方向において変わらない。例として、円柱レンズは、図６に示されるように、円柱フレネルレンズである。他の適切タイプの円柱レンズとして、平凸または平凹レンズ、両凸レンズ、凹凸レンズ、および被覆された円柱レンズなどが使用されてもよい。
【００３９】
図７に戻って、図７は、光源７１０と、複合パラボラ反射体７４０と、円柱レンズ７７０とを含む発光サブシステム７００の一例を示す。図７に示すように、光源７１０のハウジングは、光源７１０から発せられた光がパラボラ反射体の焦点近くで生じるように、複合パラボラ反射体７４０に機械的に結合されている。光源７１０から発せられた光線７６０は、反射され、円柱レンズ７７０に向いている。それによって、光線７６０は、ワークピース７８０の表面上に次々とフォーカスされる。発光サブシステム７００は、光源７１０から発せられ、反射体（複合パラボラ反射体７４０であってもよい）によって反射された光がワークピース７８０の表面上に円柱レンズ７７０を通ってフォーカスされるように、ワークピース７８０に対して配列されている。複合パラボラ反射体７４０の形状は、光源７１０によって円柱レンズに照射された光の反射をほぼ損なう（compromising）ことなしに、完全な複合パラボラからわずかに離れていてもよい。更なる例として、完全な複合パラボラからわずかに離れている複合パラボラ反射体７４０の形状は、ファセット（faceted）された複合パラボラ表面を含むことができる。反射体の一般的な形状は、複合パラボラであってもよく、複合パラボラからわずかに離れてファセットされている個別の断面（section）を有する複合パラボラであってもよい。ファセットされまたは部分的にファセットされた複合パラボラ表面は、与えられた光源用のワークピース表面で光の均一性または強度（光度）を増大させる態様で、反射された光の制御を可能にする。ファセット（小平面）のそれぞれは、パラボラ表面を形成するために、複数の平面ファセットを接続する角を有する平面であってもよい。また、ファセットは、曲面を有していてもよい。円柱レンズ７７０は、円柱フレネルレンズを含んでいてもよい。
【００４０】
図８に戻って、図８は、３つの光反応性システム８０２で構成されたＵＶ硬化デバイス８００示す。各光反応性システム８０２は、発光サブシステムを含んでいる。発光サブシステムは、光源８１０（例えば、ＵＶ ＬＥＤアレイ）と、複合パラボラ反射体８６０と、円柱レンズ８７０とを含む。図７のデバイスに示されるように、各光反応性システム８０２にとって、光源８１０は、光源８１０から発せられた光が複合パラボラ反射体８６０の焦点近くで生じるように、複合パラボラ反射体８６０に機械的に結合されている。光は反射され、円柱レンズ８７０に実質的に向いている。円柱レンズ８７０は、示されるように、光源８１０に対して複合パラボラ反射体８６０の反対端部上に搭載されている。複合パラボラ反射体８６０によって反射された光は、円柱レンズ８７０に向いている。光は、ワークピース８２０の表面にフォーカスされている。光反応性システム８０２は、図８に示されるように、ワークピース８２０の中心軸のまわりに等間隔で配置されている。円柱レンズ８７０は、ワークピース８２０の表面に、または、表面近くにＵＶ光をフォーカスする。
【００４１】
また、複合パラボラ反射体８６０と円柱レンズ８７０とを含む、少なくとも２つの光反応性システム８０２は、光がワークピース８２０の反対側のワークピース表面にまたは表面付近に、フォーカスされる、または、取り囲む（覆う）ように、位置されている。
【００４２】
少なくとも２つの光源８１０は、複合パラボラ反射体８６０と関連して使用され、ワークピース８２０の軸まわりに等間隔に配置されているから、１つの光源８１０に対して遠距離場であるワークピース８２０の表面は、別の光源８１０に対して近距離場である。ワークピース８２０の軸まわりに等間隔に配置されている複数の光源８１０を有するＵＶ硬化デバイス８００のデザインは、バック反射体を使用することを潜在的に避け、システムデザインとコストを単純化している。このように、図８に示される構成は、１つの光源を使用する従来のＵＶ硬化デバイスに対してワークピース表面中に、より高い放射照度と、より均一な放射照度とを実現することができる。より高く、より均一な放射強度の実現は、生産率を高めおよび／または硬化時間を短くすることができる。それによって、生産物の生産コストを低減している。
【００４３】
１つの光源を使用するＵＶ硬化デバイスに対する複数の光源を使用する更なる潜在的な利点は、従来の１つの光源を使用するＵＶ硬化デバイスと比較して高い放射照度を維持しながら、複数の光源からのＵＶ光が、ワークピースの表面の全てにわたってより均一に集中されることができるということである。また、多数の光源が使用されるので、円柱レンズの焦点からワークピースのわずかなズレ、または、１または２以上の光源、複合パラボラ反射体または円柱レンズのわずかなズレがあるとしても、光源から照射される光は、ワークピースの表面にほぼ向けられることができる。また、ワークピースの断面が不均一形状または非対称である場合、または、ワークピースの断面が大きい場合、多数の光源が接近して使用されるとき、光源から照射される光は、ワークピースの表面にほぼに向けられることができる。
【００４４】
少なくとも２つの光源の使用はまた、放射された光の放射照度とスペクトル波長とを制御するために柔軟に対応できる。例えば、２以上の光源の放射照度と電球タイプは、独立に変化し、または、それらは一致させられる。多数の光源の使用はまた、操作中に光源の一方が故障しまたは誤動作した場合において、フェイルセーフ冗長性（fail-safe redundancy）を提供することができる。
【００４５】
光源は、例えば、個別ＬＥＤデバイス、ＬＥＤデバイスのアレイ、または複数のＬＥＤアレイのアレイをさらに含む。この配置において、複合パラボラ表面は、ワークピース８２０の表面上に複合パラボラ反射体の焦点または焦点付近に位置された光源から照射された光をほぼ集中することができる。
【００４６】
サンプルチューブ８５０は、同心円状に囲まれ、ワークピース８２０を受け取るように構成されている。サンプルチューブ８５０は、ワークピース８２０の軸まわりに中心に置かれていてもよく、ＵＶ硬化反応の酸素阻害を低減させるために、窒素、炭酸ガス、ヘリウムまたはその他の不活性ガスのような不活性ガスでパージされまたは満たされていてもよい。サンプルチューブ８５０は、吸収、屈折、反射しない、ガラス、石英または他の材料で構成されている。または、サンプルチューブ８５０は、別の方法で、サンプルチューブ８５０を通って円柱レンズ８７０と複合パラボラ反射体８６０によって発せられたＵＶ光を妨げる、ガラス、石英または他の材料で構成されている。ワークピース８２０は、絞り率（draw rate）でサンプルチューブを通って連続して引き出される。その結果、ワークピースの全長は、ＵＶ硬化されるべき光源８１０からのＵＶ光に十分な放射強度でさらされる。
【００４７】
複合パラボラ反射体８６０は、光源８１０から発する光線を反射するおよび方向付けるための反射内部表面（reflective interior surfaces）を含む。反射内部表面は、光の最小限の吸収または最小限の屈折を有する可視光線、ＵＶ光線および／またはＩＲ光線を反射する。複合パラボラ反射体８６０は、中空反射体または全内部反射を使用する固体光学系を含んでいてもよい。また、複合パラボラ反射体８６０は、ある範囲の波長の光が反射するように２色性である反射内部表面を含んでいてもよい。その範囲外の波長の光は、反射内部表面で吸収される。例えば、反射内部表面は、ＵＶ光線および可視光線を反射し、ＩＲ光線を吸収するように設計される。そのような反射内部表面は、繊細なコーティングまたはワークピースを熱するために、または、ワークピース８２０の表面で硬化反応の反応率と均一性を緩和するために、有益である。一方、反射内部表面は、ＵＶ光とＩＲ光の両方を選択的に反射する。なぜなら、硬化反応は高温で急速に進行することができるからである。
【００４８】
ワークピース８２０は、サイズと寸法の範囲を有する、光ファイバー、リボン、またはケーブルを含む。ワークピース８２０は、表面上にプリントされたＵＶ硬化インクだけでなく、ＵＶ硬化クラッディングおよび／またはＵＶ硬化表面コーティングを含む。ＵＶ硬化クラッディングは、１または２以上のＵＶ硬化ポリマー系を含み、１または２以上の硬化段階でＵＶ硬化できる２以上のＵＶ硬化層を含む。ＵＶ硬化表面コーティングは、薄膜、または、光ファイバーまたは光ファイバークラッディングの表面で硬化できるインクを含む。例えば、ワークピース８２０は、コアと、クラッディング層とを含む光ファイバーを含み、クラッディングは、ポリイミドまたはアクリレートポリマーのようなＵＶ硬化ポリマー、または、１または２以上の別のＵＶ硬化ポリマーを含むコーティングを含む。別の例として、デュアル層コーティングが使用されてもよい。ワークピースは、インナー層と、アウター層で被覆されていてもよい。そのようなインナー層は、マイクロベンドによって減衰を最小にするために硬化されるとき、ソフトで弾性のある品質を有している。また、そのようなアウター層は、堅く、摩耗や環境への露出（例えば、湿気やＵＶ）からワークピース（例えば、光ファイバー）を保護するために適合される。インナー層と、アウター層とは、開始剤、モノマー、オリゴマーおよび他の添加剤を含むポリマー系（例えば、エポキシ系）を含む。
【００４９】
硬化中、ワークピース８２０は、サンプルチューブ８５０内で、軸方向にＵＶ硬化デバイスを通って引かれるか引き出される。ワークピース８２０は、２以上の光反応性システム８０２に対して、軸方向に沿って中心に置かれる。また、サンプルチューブ８５０は、円柱レンズ８７０の焦点で軸方向に沿って中心に置かれ、ワークピース８２０を同心円状に取り囲む。サンプルチューブ８５０は、ガラス、石英または別の光学透明材料、ＵＶ透明材料および／またはＩＲ透明材料で構成されており、そんなに厚い寸法でない。その結果、サンプルチューブ８５０は、光源８１０から照射され、ワークピース８２０の表面上にサンプルチューブ８５０を介して複合パラボラ反射体８６０から向けられた光線をブロックしない、または、光線を妨げない。サンプルチューブ８５０は、図８に示されるように、円形の断面を有しているが、適切な形状の別の断面を有していてもよい。サンプルチューブ８５０は、ワークピースの周りの内部雰囲気を維持するため、および、ＵＶ硬化反応を遅くする酸素阻害を低減するために、窒素、炭酸ガス、ヘリウムなどのような不活性ガスを含む。
【００５０】
光源８１０は、ＬＥＤ光源、ＬＥＤアレイ光源、マイクロ波動力（microwave-powered）光源、ハロゲンアーク光源またはそのアレイのような１または２以上の半導体デバイスまたは半導体デバイスアレイを含む。また、光源８１０は、複合パラボラ反射体８６０と円柱レンズ８７０の軸長に沿って延びている。光源８１０、光源の特定のアレイ、または光源の複数のアレイのうちのアレイは、ＵＶ硬化デバイス８００の複合パラボラ反射体部の長さに沿って、またはその長さに沿った位置で複合パラボラ反射体８６０の焦点以上に延在しているか、それらを含んでいる。このように、複合パラボラ反射体の軸長に沿って光源８１０から照射された光は、その全体の長さに沿ってワークピース８２０の表面に実質的に向け直される。
【００５１】
また、光源８１０は、１または２以上の可視光、ＵＶ光またはＩＲ光を発する。またさらに、光源８１０は、同一のタイプの光源または異なるタイプの光源であってもよい。例えば、光源８１０の一つはＵＶ光を照射し、光源８１０の別の一つはＩＲ光を照射してもよい。別の例として、光源８１０の一つが第１のスペクトルのＵＶ光を照射する一方、光源８２０の別の一つが第２のスペクトルのＵＶ光を照射してもよい。光源８１０の一つおよび別の一つによって発せられた光の第１と第２のスペクトルは、重複していても重複していなくてもよい。例えば、光源８１０の一つが第１のタイプのＬＥＤ光源であり、光源８１０の別の一つが第２のタイプのＬＥＤ光源である場合、これらの発光スペクトルは、重複していても重複していなくてもよい。また、光源８１０によって照射された光の強度は、同一であっても異なっていてもよい。それらの強度は、コントローラー（例えば、１４、１５）やカップリング（例えば、２２、２３）電子機器を介してオペレーターによって独立に制御されることができる。このように、光源８１０の光の強度と波長の両方は、ワークピースの均一なＵＶ照射と均一なＵＶ硬化を成し遂げるために、柔軟にかつ独立に制御されることができる。例えば、ワークピースが、凸凹形状である場合、および／または、円柱レンズ８７０の焦点に対して対照的でない場合、ＵＶ硬化デバイスは、均一な硬化を成し遂げるために、ワークピースのある部分から別の部分を特異的に照射してもよい。別な例として、異なるコーティングやインクがワークピースの表面に付与されると、ＵＶ硬化デバイスは、ワークピースのある部分から別の部分を特異的に照射してもよい。
【００５２】
複合パラボラ反射体８６０と、複合パラボラ反射体８６０の焦点に位置された少なくとも２つの光源８１０とを有するＵＶ硬化デバイスにおいて、１つの反射体と１つの光源とを使用する従来のＵＶ硬化デバイスと比較して、円柱レンズ８７０の焦点に位置されたワークピースは、より均一にかつ高い強度でＵＶ光を照射される。このように、ワークピース８２０の軸に等間隔で配置された少なくとも２つの光反応性システム８０２を使用してワークピースをＵＶ硬化することは、ワークピース８２０のより高い硬化率とより均一な硬化とを成し遂げる。すなわち、より高い硬化率は、より均一な硬化を成し遂げつつ、成し遂げられる。不均一または不規則に被覆されたワークピースは、コーティングが拡張または収縮するとき、不均一な力を受ける場合がある。光ファイバーの場合、不均一に被覆された光ファイバーは、より大きいシグナル減衰の影響を受けやすい。より均一な硬化を成し遂げるためには、反応性モノマーおよびオリゴマーの高い変換パーセントと、ポリマー系における高い架橋度とを要する。加えて、一定の厚さを有し、ワークピース（例えば、光ファイバー）のアプリケーション長さにわたって続く、ワークピース（例えば、光ファイバー）のまわりに同心コーティングを成し遂げることを含む。
【００５３】
光ファイバー、ケーブル、リボンなどの連続製造プロセスまたはバッチ製造プロセスにおける高い硬化率を実現することは、製造時間とコストを削減する。また、より均一な硬化の実現は、ワークピースにより高い耐久性と強度とを付与する。光ファイバーコーティングの場合において、高い均一性を有するコーティングは、ファイバー強度を保つ。それによって、光ファイバーにおけるマイクロベンド変形、ストレスによる弱体化、または他の機械的損傷のような現象のために、信号伝送の減衰を防止することに対して、光ファイバーの耐久性を増大させている。高い架橋度は、コーティングの化学的耐性を増大させ、光ファイバーの化学的浸透および化学的腐食や化学的損傷を防止する。光ファイバーは、表面欠陥によって、品質が低下する。従来のＵＶ硬化デバイス（特に、一つの光源を使用するそれ）において、高い硬化率は、均一性の低い硬化で成し遂げられる。同様に、より均一な硬化は、低い硬化率で成し遂げられる。
【００５４】
ＵＶ硬化デバイスは、中心軸のまわりに等間隔で配置された少なくとも２つのＵＶ光源を含む。各ＵＶ光源は、反射体と、円柱レンズを含む。ＵＶ硬化デバイスは、中心軸に沿ってワークピースを受け取るように構成されている。反射体は、ＵＶ光源からの光の放射角度を低減するように構成されている。それによって、ワークピースの表面に沿って、激しく光をフォーカスする円柱レンズを通って光を方向付けている。また、反射体は、ＵＶ光源用のハウジングに取り付けられている。ＵＶ光源は、電源と、コントローラーと、冷却サブシステムと、発光サブシステムとを含む。発光サブシステムは、カップリング電子機器と、カップリング光学系と、複数の半導体デバイスとを含む。ハウジングは、光源を含み、冷却サブシステムの流体用の注入口と排出口とを含む。ＵＶ光源の複数の半導体デバイスは、ＵＶ ＬＥＤアレイを含む。半導体デバイスが起源であるＵＶ光は、反射体と円柱レンズによってワークピースの表面に沿って向けられ、フォーカスされる。円柱レンズは、円柱フレネルレンズを含む。反射体は、複合パラボラ反射体を含む。複合パラボラ反射体は、中空反射体、全反射を使用する固体光学系または２色性反射体を含む。少なくとも２つのＵＶ光源は、異なるピーク波長を有するＵＶ光を発する。冷却サブシステムは、ＵＶ硬化デバイスからの熱を消散させるための循環冷却流体を含み、反射体の外表面上に搭載された冷却フィンを含む。
【００５５】
熱負荷、正確さ、コストなどのようなアプリケーションパラメーターによって、種々のプロセスまたは方法が複合パラボラ反射体８６０を製造するために使用される。複合パラボラ反射体８６０は、金属から機械加工または成形されてもよい。また、それらは、高反射率を有するコーティングで形成され、そのコーティングと混合された、ガラス、セラミックおよび／またはプラスチックから機械加工または成形されてもよい。また、複合パラボラ反射体８６０は、ＵＶ硬化システムの熱伝導冷却のために設計された外部表面を含んでいる。例えば、外部表面は、熱伝導を上げるために棟を付けられ（ridged）ていてもよく、複合パラボラ反射体８６０の外部表面に取り付けられた、冷却フィンや熱消散用の他の構造を含んでいてもよい。冷却サブシステム１８（図８に示されていない）の部品としての追加の冷却エレメントは、複合パラボラ反射体８６０の１または２以上の表面にわたって、冷却空気または他の不活性流体の転換によって提供されてもよい。
【００５６】
ＵＶ硬化デバイス８００は、電力供給装置のような、図８に示されない他のコンポーネントを含んでいてもよい。また、光源８１０は、光源８１０用のハウジングを介して複合パラボラ反射体８６０に取り付けられていてもよい。例えば、ハウジングは、フェイスプレート（面板）または他の機械的手段を介してパラボラ反射体８６０に機械的に留められていてもよい。また、ハウジングは、光源８１０を含み、冷却サブシステム流体用の注入口と排出口とを含んでいてもよい。
【００５７】
したがって、ＵＶ硬化のための光反応性システムは、電源供給装置と、冷却サブシステムと、発光サブシステムとを含んでいる。発光サブシステムは、少なくとも２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源を含む。各ＵＶ ＬＥＤアレイ光源は、中心軸に等間隔で配置されている。ＵＶ硬化デバイスは、中心軸に沿ってワークピースを受け取るように構成されている。各ＵＶ ＬＥＤアレイ光源用のカップリング光学系は、複合パラボラ反射体と、円柱レンズとを含んでいる。複合パラボラ反射体は、ＵＶ ＬＥＤアレイ光源から円柱レンズに発せられたＵＶ光を向けるように構成されている。そして、円柱レンズは、ワークピースの表面上にＵＶ光をフォーカスするように構成されている。ＵＶ硬化のための光反応性システムは、コントローラーをさらに含む。そのコントローラーは、少なくとも２つのＵＶ ＬＥＤアレイ光源からＵＶ光を照射するための実行可能命令を含んでいる。カップリング光学系は、円柱レンズの焦点で軸方向に中心に置かれた、ワークピースを取り囲む石英チューブをさらに含んでいる。石英チューブは、不活性ガスでパージされる。冷却サブシステムは、複合パラボラ反射体の外部表面に取り付けられる冷却フィンを含んでいてもよい。
【００５８】
図９に戻って、図９は、ワークピース（例えば、光ファイバー、光ファイバーコーティングまたは別のタイプのワークピース）を硬化する方法９００を示す。方法９００は、工程９１０で始まる。工程９１０は、ファイバー取り出し工程において、母材から光ファイバーの第１の取り出し工程を含んでいる。方法９００は、工程９２０に進み、ファイバーは、所定のコーティング処理を使用するＵＶ硬化コーティングまたはポリマー系で被覆される。
【００５９】
次に、方法９００は、工程９３０に進む。被覆された光ファイバーは、ＵＶ硬化される。ＵＶ硬化工程９３０中、光ファイバーは、直線的に順次に配列された１または複数のＵＶ硬化デバイス（例えば、ＵＶ硬化デバイス８００）のサンプルチューブを通して引かれる。その間中、ＵＶ光は、ＵＶ硬化デバイスのＬＥＤアレイ光源８１０から照射され、複合パラボラ反射体８６０と円柱レンズ８７０によって、円柱レンズ８７０の焦点で、または焦点近くで光ファイバーの表面上に向けられる。光ファイバーが引かれる線速度は、とても速く、例えば、２０ｍ／ｓを超える。複数のＵＶ硬化デバイス８００を直列（順次）に配列することによって、光ファイバーコーティングの硬化を略完全にするために、光ファイバーの被覆された長さ部分が、十分に長い滞留時間、ＵＶにさらされる。光ファイバーコーティングのほぼ完全なＵＶ硬化は、強度、耐久性、化学的耐性、疲労強度などのような物理的、化学的性質を付与する。不完全な硬化または不適切な硬化は、生産物の性能品質を低下させ、光ファイバイーの早期故障や性能の損失を引き起こすような他の性質を低下させる。いくつかの例において、ＵＶ硬化段階（例えば、直列に配列されたＵＶ硬化デバイス８００の数）の効果的な長さ（length）は、生産率、光ファイバーまたはワークピースの引き出しまたは線速度などを考慮して決定される。こうして、光ファイバーの線速度が遅ければ、ＵＶ硬化システム段階の長さや数は、光ファイバーの線速度が速いケースよりも小さい。
【００６０】
次に、方法９００は、工程９４０に進み、追加的なコーティング段階が要求されるかどうか決定される。いくつかの例において、デュアルレイヤーコーティングまたはマルチレイヤーコーティングが、ワークピース（例えば、光ファイバー）の表面に付与される。上述したように、光ファイバーは、２つの保護同心コーティング層を含むように製造される。例えば、デュアルレイヤーコーティングは、使用されてもよい。ワークピースは、インナー層と、アウター層で被覆されていてもよい。そのようなインナー層は、マイクロベンドによって減衰を最小にするために硬化されるとき、ソフトで弾性のある品質を有している。また、そのようなアウター層は、堅く、摩耗や環境への露出（例えば、湿気やＵＶ）からワークピース（例えば、光ファイバー）を保護するために適合される。インナー層と、アウター層とは、開始剤、モノマー、オリゴマーおよび他の添加剤を含むポリマー系を含む。追加的なコーティング工程が実行されると、方法９００は、工程９２０に戻り、光ファイバーまたは他のワークピース（ＵＶ硬化された第１の層で被覆されている）は、追加的なコーティング工程９２０と、それに続く追加的なＵＶ硬化工程９３０とを経由して被覆される。図９において、各コーティング工程は、簡単に説明するために、光ファイバーコーティング工程９２０として示されている。しかしながら、各コーティング工程は、同一でなくてもよい。その結果、各コーティング工程は、異なるタイプのコーティング、異なるコーティング組成物、異なるコーティング厚さを付与しても、ワークピースに異なるコーティングの性質を付与してもよい。加えて、コーティング処理工程９２０は、異なる処理条件（例えば、温度、コーティング粘度、コーティング方法）を使用してもよい。同様に、異なるコーティング層や工程のＵＶ硬化は、変更可能な方法や処理条件を含んでいる。例えば、異なるＵＶ硬化工程において、ＵＶ光強度、ＵＶ露出時間、ＵＶ光の波長スペクトル、ＵＶ光源などのような処理条件は、コーティングのタイプおよび／またはコーティング性質に依存して変化されてもよい。
【００６１】
１または２以上のコーティングおよび硬化工程９２０および９３０に続いて、方法９００は工程９５０に進む。工程９５０で、ＵＶ硬化インクまたはラッカーが、例えば、彩色目的または識別目的で、被覆された光ファイバー上にプリントされる。プリントは、所定のプリント処理を用いて実行され、１または２以上の多数のプリント段階またはプリント工程を含んでいてもよい。次に、方法９００は、工程９６０に進む。プリントされたインクまたはラッカーは、ＵＶ硬化される。１または２以上の光ファイバーコーティングのＵＶ硬化工程と同様に、プリントされたインクまたはラッカーは、直線的に順次に配置された１または複数のＵＶ硬化デバイス８００のサンプルチューブを８５０を通って光ファイバーを引くことによってＵＶ硬化される。その間、ＵＶ光は、ＵＶ硬化デバイス８００のＬＥＤアレイ光源８１０から照射され、複合パラボラ反射体８６０および円柱レンズ８７０によって、円柱レンズ８７０の焦点近くに位置された、または焦点に位置された光ファイバーの表面に向けられる。光ファイバーが引かれる線速度は、とても速く、例えば、２０ｍ／ｓを超えていてもよい。順次に複数のＵＶ硬化デバイスを配置することにより、光ファイバーの長さに沿ってプリントされたインクまたはラッカーが、プリントされたインクまたはラッカーの硬化をほぼ完全にするために、十分に長い滞留時間でＵＶにさらされるようになる。いくつかの例において、ＵＶ硬化段階（例えば、直列に配置されたＵＶ硬化デバイス８００の数）の効果的な長さは、生産率、光ファイバーやワークピースの引き出しまたは線速度を考慮して決定される。したがって、光ファイバーの線速度が遅いと、ＵＶ硬化システムの段階の長さまたは数は、光ファイバーの線速度が速い場合のものよりも小さい。特に、ワークピースの中心軸のまわりに等間隔に配置された複合パラボラ反射体８６０と、少なくとも２つの光源８１０とを含むＵＶ硬化デバイス８００を使用することは、高い強度を提供し、ワークピースの表面上に向けられ、照射されるより均一なＵＶ光を提供する。それによって、ワークピースのより速い硬化とより均一な硬化の両方を提供する。このように、光ファイバーコーティングおよび／またはインクは、高い生産率でＵＶ硬化され、それによって、製造コストを下げている。
【００６２】
次に、方法９００は、工程９７０に進み、追加的なプリント段階が要求されるかどうか決定される。例えば、識別目的で、インクまたはラッカーの第１の層をプリントし、それから、プリントされた第１の層を保護するために、インクまたはラッカーの第２の層をプリントすることが好ましい。追加的なプリント段階が要求されれば、方法９００は、追加的にプリントされたインクおよび／またはラッカーをプリントおよびＵＶ硬化するために、工程９４０に戻る。
【００６３】
図９において、各プリント工程は、説明を簡単にするために光ファイバープリント工程９５０として示される。しかしながら、各プリント工程は、インクまたはラッカーの異なるタイプ、インクまたはラッカーの異なる組成、インクまたはラッカーの異なる厚さを提供し、ワークピースに対するインクまたはラッカーの異なる性質を付与するように、同一でなくてもよい。加えて、プリント処理工程９２０は、異なる処理条件（例えば、温度、コーティング粘度、コーティング方法）を使用してもよい。同様に、プリントされた異なる層または異なる工程のＵＶ硬化は、変更可能な方法または処理条件を含んでいる。例えば、異なるＵＶ硬化工程で、ＵＶ光強度、ＵＶ露出時間、ＵＶ光の波長スペクトル、ＵＶ光源などのような処理条件は、コーティングのタイプおよび／またはコーティングの性質に依存して変化される。
【００６４】
追加的なプリント段階がなければ、方法９００は、ポストＵＶ硬化処理工程が実行される工程９８０に進む。例として、ポストＵＶ硬化処理工程は、ケーブルまたはリボン構造を含む。複数の被覆され、およびプリントされたＵＶ硬化光ファイバーは、フラットリボンまたは、多数のファイバーまたはリボンで構成される大口径のケーブルにまとめられる。他のポストＵＶ硬化処理工程は、ケーブルおよびリボンの外部クラッディングまたはシーシングの共押し出しを含んでいる。
【００６５】
このように、ワークピースをＵＶ硬化する方法は、ワークピースの中心軸のまわりに等間隔に配置された少なくとも２つのＵＶ光源からＵＶ光を照射する工程と、反射体（反射体は、ＵＶ光の放射角度を低減する）によって照射されたＵＶ光を反射する工程と、ワークピースの表面上に円柱レンズを介して反射されたＵＶ光をフォーカスする工程と、円柱レンズの焦点に沿ってワークピースを引き出す工程とを含む。焦点に沿ってワークピースを引き出す工程は、焦点に沿って、ＵＶ硬化コーティング、ポリマー、インクのうちの少なくとも一つを有する、光ファイバー、リボンまたはケーブルのうちの少なくとも一つを引き出す工程を含んでいる。照射されたＵＶ光を反射する工程は、複合パラボラ反射体を使用して、照射された光を反射する工程を含む。ＵＶ光を照射する工程は、異なるピーク波長を有するＵＶ光を発する少なくとも２つのＵＶ光源からＵＶ光を照射する工程を含む。
【００６６】
方法はまた、外部フィンによって反射体の外部表面から熱を消散する工程と、円柱レンズの焦点に石英サンプルチューブを軸方向の中心に置く工程とをさらに含む。石英サンプルチューブは、同心円状にワークピースを取り囲み、石英チューブは、不活性ガスでパージされる。
【００６７】
ここに記載された構成は、実際、一例に過ぎず、これらの特定の実施形態は、限定解釈されるべきではない。なぜなら、種々の変形が可能であるからである。例えば、上記実施形態は、光ファイバー、ケーブルおよびリボン以外のワークピースに適用できる。また、上述されたＵＶ硬化デバイスとシステムは、従来の製造設備と一体化されてもよく、特定の光源のために設計されていなくてもよい。上述したように、適切な光エンジン（light engine）がマイクロ波動力ランプ、ＬＥＤ、ＬＥＤアレイおよび水銀アークランプのようなものに使用されてもよい。本明細書の発明は、ここに開示された、種々の構成と、他の特徴、機能、および／または性質との新規かつ非自明なコンビネーションおよびサブコンビネーションの全てを含む。
【００６８】
ここに記載された処理フローの例は、種々のＵＶ硬化デバイスおよびＵＶ硬化システム構成で使用されることができる。ここに記載された処理フローは、連続処理、バッチ処理、セミバッチ処理、セミ連続処理などのような１または２以上の任意の数の処理ストラテジーを表していてもよい。また、図示された、種々の行為、操作または機能は、同時に、図示された順で実行されてもよく、いくつかの場合においては省略されてもよい。同様に、処理の順番は、ここに記載された実施形態の例の特徴や利点を成し遂げるために必ずしも必要とされるわけではないが、図と説明を簡単にするために提供されている。１または２以上の図示された行為または機能は、使用される特別なストラテジーに依存して繰り返し実行されてもよい。ここに記載された構成および一連の決められた方法は、実際、典型例に過ぎず、これらの特定の実施形態は、限定解釈されるべきではない。なぜなら、多数の変形が可能であるからである。本明細書の発明は、ここに開示された、種々のシステムおよび構成と、他の特徴、機能、および／または性質との新規かつ非自明なコンビネーションおよびサブコンビネーションの全てを含む。
【００６９】
以下のクレームは、特に、新規かつ非自明とみなされるコンビネーションおよびサブコンビネーションを指摘する。これらのクレームは、「１つ」のエレメント、「第１の」エレメントまたはその等価物に言及する。そのようなクレームは、１または２以上のエレメントを含むように理解すべきであり、２以上のエレメントを要求し、除外するように理解すべきではない。記載された、特徴、機能、エレメントおよび／または性質の他のコンビネーションおよびサブコンビネーションは、本クレームの補正によりクレームされるかもしれないし、関連出願またはこの出願における新しいクレームの存在によってクレームされるかもしれない。当初クレームの範囲に対して、より広いクレーム、より狭いクレーム、等価のクレームまたは異なるクレームは、本明細書の発明の範囲内に含まれるとみなされる。
【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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