(57)【要約】  本明細書に記載のシステムおよび方法は、表面、バルク材、被膜および塗膜処理（これらに限定されない）用に放射線ビームを生成可能な固体光源に関する。固体紫外線源は、少なくとも２つ、望ましくは、４つの独立して制御可能な個別固体光エミッタの光出力を光学的に結合して、広範囲の波長（すなわち、遠紫外線から近赤外線）に及ぶ制御可能な多波長スペクトルを有する光線を生成する。本光源の特定の機能によって、硬化、表面改質およびその他の用途での使用のための光のスペルクトル、空間および時間的分布の変化が可能となる。【選択図】      図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体光源であって、
発光アレイであって、各アレイは、各エミッタが片面から光を放射するように搭載され、少なくとも１つの波長を有する固体光エミッタを備える発光アレイと、
少なくとも１つの光学ミキサであって、各光学ミキサは、少なくとも一対の該アレイに対し対称的に配置され、少なくとも一対の対称的に配置された該アレイの１つから放射される光の一部を反射し、少なくとも一対の対称的に配置された別の該アレイの１つから放射された光の一部を伝送し、少なくとも一対の対称的に配置された該アレイの１つからの光を混合し、混合光を生成し、該混合光によって表面を照射する光学ミキサと、
内部湾曲反射面を備えるハウジングであって、該ハウジングは、該発光アレイおよび少なくとも１つの光学ミキサを有し、該混合光が放射される開口部と、少なくとも該アレイの一方から放射される光の一部を該表面に反射する内部湾曲反射面を含むハウジングとを、
備える、固体光源。
【請求項２】
光学ミキサと光学素子に対し対称的に配置された２つの発光アレイを備える、請求項１に記載の固体光源。
【請求項３】
３つの光学ミキサおよび３つの発光アレイを備え、前述の３つの光学ミキサに対し対称的に配置された前記アレイの対を含む、請求項１に記載の固体光源。
【請求項４】
４つの光学ミキサおよび４つの発光アレイを備え、前述の４つの光学ミキサに対し対称的に配置された前記アレイの対を含む、請求項１に記載の固体光源。
【請求項５】
６つの光学ミキサおよび６つの発光アレイを備え、前記６つの光学ミキサに対し対称的に配置された前記アレイの対を含む、請求項１に記載の固体光源。
【請求項６】
光を前記表面に反射する湾曲反射鏡の側面にそれぞれ結合される一対の内向側面反射鏡を備える、請求項１に記載の固体光源。
【請求項７】
前記３つの光学ミキサが結合され、前記光反射型ハウジングが、内向反射型円筒を備え、その円筒内に位置する前記３つの光学ミキサが前記円筒内に結合される位置を有する、請求項３に記載の固体光源。
【請求項８】
前記４つの光学ミキサが結合され、前記光反射型ハウジングが、内向反射型円筒を備え、その円筒内に位置する前記４つの光学ミキサが前記円筒内に結合される位置を有する、請求項４に記載の固体光源。
【請求項９】
前記６つの光学ミキサが結合され、前記光反射型ハウジングが、内向反射型円筒を備え、その円筒内に位置する前記６つの光学ミキサが前記円筒内に結合される位置を有する、請求項５に記載の固体光源。
【請求項１０】
前記光学ミキサが部分的に反射鏡である、請求項１に記載の固体光源。
【請求項１１】
前記光学ミキサが部分的に反射鏡である、請求項２に記載の固体光源。
【請求項１２】
前記光学ミキサが部分的に反射鏡である、請求項３に記載の固体光源。
【請求項１３】
前記光学ミキサが部分的に反射鏡である、請求項４に記載の固体光源。
【請求項１４】
前記光学ミキサが部分的に反射鏡である、請求項５に記載の固体光源。
【請求項１５】
前記光学ミキサが部分的に反射鏡である、請求項６に記載の固体光源。
【請求項１６】
前記光学ミキサが部分的に反射鏡である、請求項７に記載の固体光源。
【請求項１７】
前記光学ミキサが部分的に反射鏡である、請求項８に記載の固体光源。
【請求項１８】
前記光学ミキサが部分的に反射鏡である、請求項９に記載の固体光源。
【請求項１９】
前記部分的反射鏡が約５０％反射型である、請求項１０に記載の固体光源。
【請求項２０】
前記部分的反射鏡が約５０％反射型である、請求項１１に記載の固体光源。
【請求項２１】
前記部分的反射鏡が約５０％反射型である、請求項１２に記載の固体光源。
【請求項２２】
前記部分的反射鏡が５０％未満の反射型である、請求項１３に記載の固体光源。
【請求項２３】
前記部分的反射鏡が約５０％反射型である、請求項１４に記載の固体光源。
【請求項２４】
前記部分的反射鏡が４０％未満の反射型である、請求項１０に記載の固体光源。
【請求項２５】
前記光学ミキサがプリズムを備える、請求項１に記載の固体光源。
【請求項２６】
請求項１に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項１に記載の固体光源。
【請求項２７】
請求項２に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項２に記載の固体光源。
【請求項２８】
請求項３に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項３に記載の固体光源。
【請求項２９】
請求項４に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項４に記載の固体光源。
【請求項３０】
請求項５に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項５に記載の固体光源。
【請求項３１】
請求項６に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項６に記載の固体光源。
【請求項３２】
請求項７に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項７に記載の固体光源。
【請求項３３】
請求項６に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項６に記載の固体光源。
【請求項３４】
請求項７に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項７に記載の固体光源。
【請求項３５】
請求項８に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項８に記載の固体光源。
【請求項３６】
請求項９に記載の固体光源であって、
前記発光アレイに結合され、該アレイから放射される光の出力量を制御するコントローラを備え、
対称的に配置された前記発光アレイは、選択された周波数帯域において波長を発し、対称的に配置された該アレイによって放射される光の出力量が、該周波数帯域における所望の出力量で前記表面に照射するように選択される、
請求項９に記載の固体光源。
【請求項３７】
固体光源によって標的表面を照射する方法であって、
固体発光アレイであって、各アレイは、各光エミッタが片面から光を放射するように搭載され、多波長を有する固体光エミッタを備え、少なくとも１つの光学ミキサであって、各光学ミキサは、少なくとも一対の該アレイに対し対称的に配置され、少なくとも一対の対称的に配置された該アレイの１つから放射される光の一部を反射し、一対の対称的に配置された別の該アレイの１つから放射される光の一部を伝送し、少なくとも一対の対称的に配置された該アレイの１つからの該光を混合し、混合光を生成し、該混合光で標的表面を照射し、内部湾曲反射面を備える光ハウジングであって、該ハウジングは、該発光アレイおよび少なくとも１つの該光学ミキサを備え、該アレイから放射される光の出力量を制御するための該発光アレイに結合されるコントローラと、該混合光が放射され、該内部湾曲反射面が該アレイの一方から放射される光の少なくとも一部を該標的表面に反射させる開口部を備える固体光源によって標的表面を照射する方法であって、
該開口部から放射される該混合光で照射される該標的表面を配置するステップと、
該アレイから放射される光の出力量を制御し、該標的表面に照射する混合光の出力量を制御するステップと、
を含む、固体光源によって標的表面を照射する方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法であって、
前記対称的に配置されたアレイは、周波数帯域においてそれぞれ光を放射し、前記アレイの固体光エミッタによって放射される光の出力量は、前記混合周波数帯域における所望の出力量で前記標的表面に照射するように選択される、
請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
光学ミキサおよび該光学ミキサに対し対称的に配置された２つの発光アレイを備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
３つの光学ミキサおよび３つの発光アレイを備え、前記３つの光学ミキサに対し対称的に配置されたアレイの対を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
４つの光学ミキサおよび４つの発光アレイを備え、前記４つの光学ミキサに対し対称的に配置されたアレイの対を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
６つの光学ミキサおよび６つの発光アレイを備え、前記６つの光学ミキサに対し対称的に配置されたアレイの対を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
光学ミキサおよび該光学ミキサに対し対称的に配置された２つの発光アレイを備える、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
３つの光学ミキサおよび３つの発光アレイを備え、前記３つの光学ミキサに対し対称的に配置されたアレイの対を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
４つの光学ミキサおよび４つの発光アレイを備え、前記４つの光学ミキサに対し対称的に配置されたアレイの対を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
６つの光学ミキサおよび６つの発光アレイを備え、前記６つの光学ミキサに対し対称的に配置されたアレイの対を含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
前記３つの光学ミキサが結合され、前記光反射型ハウジングが、内向反射型円筒を備え、その円筒内に位置する前記３つの光学ミキサが前記円筒内に結合される位置を有する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４８】
前記４つの光学ミキサが結合され、前記光反射型ハウジングが、内向反射型円筒を備え、その円筒内に位置する前記４つの光学ミキサが前記円筒内に結合される位置を有する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４９】
前記６つの光学ミキサが結合され、前記光反射型ハウジングが、内向反射型円筒を備え、その円筒内に位置する前記６つの光学ミキサが前記円筒内に結合される位置を有する、請求項３７に記載の方法。
【請求項５０】
前記３つの光学ミキサが結合され、前記光反射型ハウジングが、内向反射型円筒を備え、その円筒内に位置する前記３つの光学ミキサが前記円筒内に結合される位置を有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項５１】
前記４つの光学ミキサが結合され、前記光反射型ハウジングが、内向反射型円筒を備え、その円筒内に位置する前記４つの光学ミキサが前記円筒内に結合される位置を有する、請求項３８に記載の方法。
【請求項５２】
前記６つの光学ミキサが結合され、前記光反射型ハウジングが、内向反射型円筒を備え、その円筒内に位置する前記６つの光学ミキサが前記円筒内に結合される位置を有する、請求項３８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面、薄膜、被膜、流体、または物体の処理のために大幅に改善された放射線ビームを提供する装置および方法に関する。より具体的には、本発明は、少なくとも２つのアレイの固体光エミッタの光出力を光学的に混合し、多種多様な波長を必要とする用途のために選択される選択スペクトルを有する光ビームを生成し、制御可能な放射照度で処理過程を改善または加速するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射エネルギーは、表面、膜、被膜、被膜層、およびバルク材を処理するために、さまざまな製造過程において使用される。特定の過程として、硬化、固着、重合、酸化、浄化、または消毒が挙げられるがそれだけに限定されない。１例として、自動車の部品の製造は、耐食、装飾、または表面保護（例えば、耐擦傷）を含むさまざまな目的で、車両表面上に被膜、塗装、または透明被膜を塗布する。被膜または塗装は、流体または粉末として塗布される樹脂または高分子基材であり、固体になるには熱または放射エネルギー処理を必要とする。熱的方法による被膜または塗装の処理は、速度が遅く、完成させるのに何分も何時間もの時間が必要となる。さらに、材料によっては（例えば、基板または被膜要素）、熱に弱く、熱処理によって損傷する場合がある。
【０００３】
放射エネルギーを使用して重合または所望の化学変化を発生させ非熱的硬化は、熱処理と比べると高速である。また、放射線硬化は、放射線が当たる場所に硬化が優先的に発生するという意味で位置の特定が可能である。また、硬化は、被膜または薄膜内の領域から、界面領域あるいは被膜または薄膜の大部分に至るまで、領域範囲の特定が可能である。硬化過程の制御は、放射線源の種類、物理的特性（例えば、スペクトル特性）、時間的変動、または硬化化学（例えば、被膜組成）の選択によって達成される。
【０００４】
さまざまな放射線源が、さまざまな対象の硬化、固着、重合、酸化、浄化、または消毒に使用される。このような源の例として、光子、電子、またはイオンビーム源が挙げられるがそれだけに限定されない。一般的な光子線源として、アーク灯、白熱灯、無電極ランプ、およびさまざまな電子（つまりレーザー）および固体源（つまり固体レーザー、発光ダイオード、およびダイオードレーザー）が挙げられるがそれだけに限定されない。用途についての特定の放射線源の選択は、放射線源の処理過程および特徴の要件によって決定される。これらの特徴は、源の物理的特性、その効率、経済性、または処理過程または対象の特徴に関連するがそれだけに限定されない。例えば、アーク灯あるいは無線周波またはマイクロ波駆動の「無電極」紫外線源は、著しいレベルのの放射照度またはエネルギー密度を大面積に使用する高速処理が必要される多くの「産業」における用途を有する高レベルの放射出力を効果的に生成する。アークまたは無電極ランプは、高電圧、マイクロ波または無線周波電源を必要とし、マイクロ波駆動システムの場合、マイクロ波管（つまりマグネトロン）を必要とする。また、これらの高出力ランプは、冷却および加熱遮断システムを必要とする。このような動作要件により、このような光子源の用途が、この必要性が満たされる状況に制限される。
【０００５】
アークおよび無電極ランプのスペクトル放射は、ランプが動作する状況、電球を満たすために使用される特定の気体、および電球に入れられるさまざまな添加物によって制御される。当技術分野に精通する者は、多くの光化学過程の硬化要件を満たす特定のランプの充填物を決定するが、スペクトル域における特定のスペクトル範囲には隔たりが存在する。
【０００６】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、ダイオードレーザー、ダイオード励起レーザー、およびフラッシュランプ励起固体レーザーなどを含むがそれだけに限られない固体光源は、必要な波長に調整可能である光源あるいは広帯域源を必要とする用途に多波長源を提供するためにアレイとして混合可能な光源を提供する。固定源技術における進歩により、放射線処理の源として適切である高輝度紫外線ＬＥＤがもたらされる。
【０００７】
現在、出力３７０ｎｍまでの短波長の放射を発光する市販の紫外発光ダイオードは、Ｎｉｃｈｉａ、Ｃｒｅｅ、Ａｇｉｌｅｎｔ、トヨタ合成、東芝、Ｌｕｍｉｌｅｄｓ、およびＵｎｉｒｏｙａｌ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｏｎｉｃｓ（Ｎｏｒｌｕｘ）により入手可能である。
【０００８】
紫外発光ＬＥＤおよびレーザーダイオードは、バンドギャップの大きい母材を使用して構築される。ＩｎＧａＮべースの材料が、３７０から５２０ｎｍの範囲のピーク波長で発光するＬＥＤに使用可能である（例えば、紫外（ＵＶ−Ａ）から可視緑色）。ＧａＮのバンドギャップは３．３９ｅＶであり、３６３ｎｍの大きさの発光遷移に対応可能である。ＩｎをＧａＮホストに置換することによって、３７０ｎｍまでの紫外線において放射可能である局所化状態が提供される。
【０００９】
ＩｎＡＩＧａＮなどのその他の窒化物材料は、３１５ｎｍの短い波長において紫外線放射を発光することができる。ＩｎＡＩＧａＮは、高輝度ＬＥＤおよび３１５から３７０ｎｍの範囲で動作するレーザーダイオードを製造するために既に使用されている。Ｈｉｒａｙａｍａら（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８０、２０７（２００２））の報告によれば、ＩｎｘＧａ１‐ｘＮまたはＡＩｘＧａ１‐ｘＮ（ｘ＝０．１２〜０．４）上に成長する第３級ＩｎｘＡｌｙＧａ１‐ｘ‐ｙＮの層状構造を使用するデバイスが、４１５〜４３０ｎｍで動作するＩｎＧａＮデバイスと同等の３３０ｎｍのフラックスを発光する源を生成するために、多数の量子井戸構造において使用されている。また、Ｈｉｒａｙａｍａら（ＨｉｒａｙａｍａらによるＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ、８０、１５８９（２００２））は、改善された多数の量子井戸（ＭＱＷ）構造ならびにＩｎＡＩＧａＮ材料を使用して３２０ｎｍで強い紫外線放射および３００ｎｍで相当な発光を発光する、室温のＬＥＤ源を報告した。
【００１０】
Ｈｉｒａｙａｍａら（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８０、３７（２００２））は、ＡＩｘＧａ１−ｘＮ（ＡＩＮ）／ＡｌｙＧａ１−ｙＮ  ＭＱＷが、２３０から２８０ｎｍの間で効果的なフォトルミネッセンスを示し、そのフォトルミネッセンスが、現在市販されている紫外ダイオードで使用されるｎＧａＮベースの材料ほどの高フォトルミネッセンスであることを報告している。ＡＩＮベースの材料は、ＵＶ−ＢまたはＵＶ−Ｃの領域で動作する紫外線ＬＥＤを製造するための候補であると見込まれる。その他の研究者は、バンドキャップがＡＩＮと同じ大きさであるという事実に基づき、遠紫外線のためにホストとしての炭化物材料およびダイヤモンド材料を研究している。
【００１１】
青色、紫色、およびＵＶ−Ａ（３９０ｎｍ）の波長で動作するＬＥＤは、「スポット」硬化源として紫外線および光化学硬化において使用されるには十分な放射輝度を有する。米国特許６，３３１，１１１Ｂ１（Ｃａｏによる）および欧州特許０−７８０−１０４（Ｂｒｅｕｅｒらによる）は、発光ダイオードまたはダイオードレーザーチップから成る固体光源を使用する、手持ち式の携帯スポット硬化光システムを記載する。Ｃａｏによる光源は、光開始剤が異なる波長に敏感である材料における多くの成分が１度に硬化されるように、多数の波長を発光する源を含む。Ｃａｏによって記載の好適な実施形態においては、光は、導光または光ファイバーのような光学デバイスを経由せずに直接硬化表面に移動する。Ｂｒｅｕｅｒらは、歯科用樹脂を硬化するように最適化される類似のデバイスを記載し、また、照射器が固定硬化装置であって、その装置の光源チップが硬化チャンバーの壁に固定される装置にまで請求項を拡張している。
【００１２】
さまざまな光源が、複合材料を硬化するために使用されている。これらには、プラズマ、ハロゲン、蛍光灯、およびアーク灯が含まれる。さまざまなレーザーが、硬化装置に内蔵されている。紫外ビームを発光するレーザーには、２６６ｎｍのＮｄ−ＹＡＧシステム、アルゴン−イオンシステム、およびＮｄ−ＹＡＧ励起ＯＰＯ（光学パラメータ式発振器）のような周波数２倍または倍加源が含まれる。Ｃａｏは、ＬＥＤが硬化光源として使用される米国特許５，４２０，７６８、５，３９５，７６９、５，８９０，７９４、および５，１６１，８７９を引用する。固体源の硬化過程への適用は、米国特許第６，１２７，４４７号および５，１６９，６７５号にも記載される。
【００１３】
処理過程における固体源の適用に必要な技術は、照明および固体ディスプレーのためのＬＥＤおよびレーザーダイオード装備のシステムの開発に見られる。これらのシステムには、手持ち式のランプに内蔵可能で、電池式の、ランプの放射輝度を制御して電池放電中に電池電圧の減少を補うためのパルスパワーを提供する電子を装備するＬＥＤ照明のための装置が含まれる。米国公報特許出願２００２／００１７８４４  Ａ１は、視野が制限されるディスプレーにおけるＬＥＤ光エミッタの視野を修正するための、光学システムの使用について教示する。
【００１４】
多波長発光を統合するためのアレイにおけるＬＥＤの使用に関して、従来技術において多くの例が存在する。米国公報特許出願２００１／００３２９８５  Ａ１は、多色または白色の固体照明源を形成するために、着色ＬＥＤアレイのチップへの設置について教示する。米国特許第６，０１６，０３８号および６，１５０，７７４号は、複雑で事前に設定された光パターンをいかなる環境においても生成するために必要な方法および電子工学を開示する。照明およびスペクトル選択において高速変化可能な光源を提供するコンピュータ制御のＬＥＤアレイの使用は、米国特許６，２１１，６２６に詳述され、その特許では、第３の色を統合するように光量が変化して放出するために、個々の要素がアドレス可能でパルス変調により制御可能である主要着色（赤、緑、および青）ＬＥＤのサブアレイを使用するシステムについて記載する。米国特許６，２１１，６２６は、このようなコンピュータ制御の光エミッタのアレイが新しいものではないが、以前のシステムには、照明システムの柔軟性または硬化を減少させる制限があったこと示唆する。照明に使用される光網のためのコンピュータ制御の使用は、米国特許第５，４２０，４８２号、４，８４５，４８１号、および５，１８４，１１４号に記載される。
【００１５】
米国公報特許出願第２００２／０１９１３９４号は、ＬＥＤなどの単色光源から光を混合し、多色または白色のビームを形成するための回折光学素子（回折格子）の使用について教示する。単色光源は、周波数の光が、ゼロ次よりも高次である回折順のビームにおいて見られる格子に対して配置される。混合ビームはゼロ次ビームである。白色ビームは、十分な周波数が、格子に向けられる１次および高次光線において示される場合に提供される。フラウンホーファ回折は、単色ビームを混合するために使用される。これは、多数の放射線源の結合を達成するためのフレネル帯板とは異なる。
【００１６】
【非特許文献１】Hirayama et al., Appl. Phys. Lett. 80, 207, 2002
【非特許文献２】Hirayama et al., Appl. Phys. Lett. 80, 37, 2002
【特許文献１】米国特許６，３３１，１１１
【特許文献２】欧州特許０−７８０−１０４
【特許文献３】米国特許５，４２０，７６８
【特許文献４】米国特許５，３９５，７６９
【特許文献５】米国特許５，８９０，７９４
【特許文献６】米国特許５，１６１，８７９
【特許文献７】米国特許６，１２７，４４７
【特許文献８】米国特許５，１６９，６７５
【特許文献９】米国特許公開公報２００２／００１７８４４Ａ１
【特許文献１０】米国特許公開公報２００１・００３２９８５Ａ１
【特許文献１１】米国特許６，０１６，０３８
【特許文献１２】米国特許６，１５０，７７４
【特許文献１３】米国特許６，２１１，６２６
【特許文献１４】米国特許５，４２０，４８２
【特許文献１５】米国特許４，８４５，４８１
【特許文献１６】米国特許５，１８４，１１４
【特許文献１７】米国特許公開公報２００２／０１９１３９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、少なくとも二つ、望ましくはそれ以上の独立して制御可能な個別の固体光エミッタアレイの光出力を光学的に合成（混合）し、制御された出力量で標的表面の放射照度を提供するための、例えば遠紫外線から近赤外線までの幅広い波長に及ぶ選択された多波長スペクトルを有する光線を生成する固体光源および方法を提供する。光学ミキサは、光エミッタアレイから提供される光スペクトルを合成して、制御可能な多波長スペクトルを生成する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本光源の特定機能により、硬化、表面改質およびその他の用途において使用される光のスペクトル、空間および時間的分布の変化が可能となる。
【００１９】
本光源は、適用される光の物理特性を、材質の化学特性に正確に合致させ、以下によりナノメートルおよびより大きな長さの尺度の両方における工程を改善する手段を提供するように調節することができる。
【００２０】
（１）ポリマー材料の架橋結合の程度および割合を最適化
（２）ポリマー中の特定の架橋結合を選択
（３）光源特性を特定光開始剤に合致
（４）新形態を形成するための材料中の光エネルギー付与の分布、侵入または割合を制御
（５）表面処理のための光源特性を最適化
本発明の好適な実施形態は、望ましくはＬＥＤアレイである、少なくとも２つの固体発光アレイを備え、それぞれ、周波数（波長）発生特性、ＬＥＤアレイからの放射を混合する光学ミキサ、アレイからの放射を集中させ、随意に実質上?一となるように処理される標的表面上に２次元エネルギー分布を提供する反射鏡を有する。随意の冷却システムを提供し、スペクトル出力の高安定性を可能にし、アレイの寿命を改善するようにしてもよい。
【００２１】
本発明は、既存の紫外線処理過程および効果を最適化、あるいは完全に新しい処理過程または効果を生成することによって、光化学過程（特に、インク類、プラスチック、感熱紙、液晶等の紫外線硬化であるが、これらに限定されない）の柔軟性を高める。本発明は、可視光の輝度、色度、色の純度、色相、彩度および明度の変化等の紫外線光の変化を可能にするスペクトル放射が可変である光源を提供することによって、前記作業を行う。光の物理特性の変化によって、硬化材料の物理的および化学的特性を最大限にする光源の構成が可能となる。
【００２２】
本発明が克服するその他の問題点として、通常光源に含まれる技術の使用が、技術、工程または経済的理由から使用できない場合の硬化用途を含む。以下を含むが、これらに限定されるものではない。
【００２３】
（１）高電圧ケーブル、電子機器および電源
（２）ＲＦまたはマイクロ波ケーブル、導波管、電子機器および電源
（３）電極および無電極バルブを含む気体状の電子部品
（４）高出力電子機器およびそれに伴う放熱システム
また、本発明は、硬化源からの赤外線等の不必要な発光の問題に対する解決策も提供する。紫外線固体光エミッタアレイは、赤外線域ではほとんどまたは全く放出がない。赤外線放射が硬化過程で必要な場合、所望の波長およびエネルギーの赤外線エミッタを固体ＵＶ生成アレイに構成し、所望の逸失したスペクトルを提供するための硬化光システムに含まれる選択された波長を提供することができる。
【００２４】
各発光アレイの周波数スペクトルは、（１）所望の用途に必要な各アレイからの混合スペクトルから生成した合成周波数を提供する、または（２）各アレイが、共通周波数スペクトルの放射照度の出力量を増やすための同一の共通周波数スペクトルを提供するように選択される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、固体光源と、望ましくは、平面に搭載された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）をそれぞれ備えた固体発光アレイを利用する固体光源を使用して標的表面の照射する方法に関する。各ダイオードは、平面の片面から、所望の用途を充足するために選択される少なくとも１つの波長を有する光を標的表面に照射する。少なくとも１つの光学ミキサが提供され、それぞれの光学ミキサは、一対の固体発光アレイの出力を混合する。各光学ミキサは、一対の発光固体アレイに対して、対称的に配置される。各光学ミキサは、対称的に配置されたダイオードアレイからの光出力の一部を反射し、別の対称的に配置された光アレイからの光出力の一部を伝送し、電圧等の可変制御パラメータによって制御されるスペクトル放射照度の選択された周波数スペクトルを有する混合光を標的表面に照射するための合成混合光スペクトルを提供するが、本発明はそれに限定されるものではない。該少なくとも１つの光学ミキサは、各アレイからの入射光線を、光学ミキサから反射される部分と伝送される部分に実質上分割（５０−５０）するように設計してもよい。第１の発光アレイの光学ミキサから伝送される光の一部に対し、反射される他方の発光アレイの光学ミキサの反対面上の入射光線が、第１の発光アレイの光学ミキサから伝送される光の一部と光学的に混合される。対称的に配置された各固体発光アレイからの光の混合構成要素から成る合成波面が、照射を受ける標的表面へ伝送される。以下に記載のように、コントローラによって、発光アレイに適用される出力を制御し、標的表面上に入射する放射照度を調整する。各発光アレイは、実質上類似の周波数スペクトルまたは異なる周波数スペクトルを有してもよい。
【００２６】
対称的に配置された発光アレイの周波数スペクトルが異なる場合、標的表面上の放射照度全体の周波数は、各発光アレイによって出力される各周波数スペクトルの総和となる。本発明の各実施形態において、実質上等量を伝送および反射する、または不等量を伝送および反射する、部分的に反射型であり、部分的に透過型の鏡、あるいは、混合を行うために各固体光アレイからの光によって照射され、その混合を提供するプリズムであってよい１つ以上の光学ミキサによって混合が行われる。
【００２７】
図１Ａおよび１Ｂは、本発明の第１の実施形態１０を示す。図１Ａは、湾曲内部反射型ハウジング２１の断面を有する正面図であり、図１Ｂは、実施形態１０の斜視図であり、図１Ｃは、本発明の実践に使用することができる好適な発光アレイを示す。
【００２８】
第１の実施形態１０は、本発明の基本的な固体光源を示す。発光アレイ１２Ａおよび１２Ｂはそれぞれ、周知の技術に従って作製してもよい。一つの好適な実施形態においては、ＬＥＤである対称的に配置された一対の各固体発光アレイの表面１４は、標的表面１８に直接に伝えられる光線１６を出力する。別の光線１７は、光線１７が入射される光混合素子２０によって生成される複合放射照度を生成する。図１Ａに示すように、ハウジング２１の内部には、発光アレイ１２Ａまたは１２Ｂのいずれかから出力される光を標的表面１８へ反射させる内部反射面２２を有し、面２２の湾曲が楕円状であり、光学ミキサが、楕円状湾曲の焦点軸近傍に位置するのを考慮すると、好適な実施形態においては、望ましくは、以下に記載の図２〜６に関して説明されるように、実質的には標的表面において均一の制御された放射照度を提供する。発光アレイ１２Ａおよび１２Ｂから出力され、光学ミキサ２０を通過しない光線１６、１７および１９は実線で示し、発光アレイ１２Ａまたは１２Ｂのいずれかから光学ミキサ２０を通過する光線２２は、点線で示す。平行する実線の光線１９および点線の光線２２は、一対の発光アレイから放射される光を部分的に伝送し、部分的に反射する発光アレイ１２Ａおよび１２Ｂの表面から放たれる光線に対して、光学ミキサ２０によって行われる最終的な混合を示す。反射および伝送量は、同等分割と異なってもよい。
【００２９】
望ましくは楕円断面を有するハウジング２１は、矢印２４によって示されるように標的表面１８へ向けられた固体光アレイ１２Ａおよび１２Ｂによって生成される発散光線の集束を促進する別の湾曲断面を利用してもよい。
【００３０】
一対の発光アレイ１２Ａおよび１２Ｂは、正方形のフラットパネルとして図示される。発光アレイは、紫外線領域において放射を放つＬＥＤ等の複数の装置から構成されるが、本発明は、以下に記載される図１Ｃの好適な構成に限定されるものではない。例えば、図１Ａおよび１Ｂの実施形態１０による高出力放射装置では、アレイ１２Ａおよび１２Ｂは、図１Ｃに記載のように、それぞれ約１平方ｃｍの集積回路上に搭載された４０個のＬＥＤのアレイであって、個別に４０５ｎｍで４００ｍＷの放射をしてもよい。その他の放射線源１２Ｂは、限定されることなく、以下に記載のように、約１平方ｃｍの集積回路上に搭載された４０個のＬＥＤのアレイであって、３９０ｎｍで１００ｍＷの放射をしてもよい。さらに、光混合素子２０は、上述の平行する実線と点線１９および２２で示されるように混合され、光線が互いに重畳するように光線１６からの放射を反射光線１９および伝送光線２２に実質上等しく分割する半反射鏡であってもよい。光学ミキサ２０として利用することができる半反射鏡は、約５０％の入射光線を反射および伝送するクロム薄膜で被覆された紫外線透過石英プレートであってもよい。発光ダイオードアレイ１２Ａおよび１２Ｂは、放射線源の仮想イメージが重畳され、好適な実施形態において、各発光アレイからの実質上等量の光から成る混合光源を生成するように、光学ミキサ２０に対し対称的に配置される。
【００３１】
図１Ｃは、上述の第１の実施形態および以下に記載の実施形態の約５：１の尺度における発光固体アレイ１２Ａおよび１２Ｂの好適な構成を示す。アレイ６０は、４０個のＬＥＤ６２から成る。下部バスバー６４は、搭載された８個のＬＥＤ群を有する。下部バスバー６４に搭載された各ＬＥＤ６２は、続いて、各ＬＥＤから４個のＬＥＤが搭載された４つの上部バスバー６４に伸張するワイヤを接続するワイヤボンド６８を用いて、ワイヤ６６によって連結される。レンズ７０は、各ＬＥＤ６２から光学ミキサ２０へ放射される光を集光する。熱センサー７２は、ＬＥＤアレイ６０の温度制御に利用される。ＬＥＤアレイ６０は、６角基板７４上に搭載される。電気端子７６は、６角基板７４上に搭載され、アレイの電力に対し好適な電気接点を提供する。
【００３２】
発光固体アレイ１２Ａ、１２Ｂおよび光学ミキサ２０で表される光源は、望ましくは楕円の実質上半分である、楕円反射鏡２２のほぼ焦点に配置される。しかしながら、必要に応じて、反射鏡２２は、楕円の半分より大きいまたは小さくてもよく、非楕円面であってもよい。反射鏡２２が楕円の一部であるため、反射鏡２２は、長軸、短軸、反射鏡内の第１の焦点軸、および反射鏡外の第２の焦点軸を有する。上述の発光および光学ミキサから成る光源は、望ましくは第１の焦点軸上に配置される。ダイオード１２Ａおよび１２Ｂのアレイからの光線は、光学ミキサ２０によって伝送および反射され、光線を標的表面１８近傍の楕円反射鏡２２の第２の焦点軸へ向ける楕円反射鏡２２に突き当たる。標的表面１８は、光線がその照射面に突き当たるように向けられる第２の焦点軸に実質上配置される。第２の焦点軸の標的表面１８の位置は、第２の焦点軸上の放射照度を最大限にする。また、照射面６０は、照射領域を増すために、第２の焦点軸を越えた遠距離場等に配置することも可能である。
【００３３】
図２〜６は、第１の実施形態１０で使用して、標的表面１８上における放射の光学性能を示す。スペクトル測定値は、照明分野において周知の技術に基づいて、積分球および分光放射計（Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ型Ｓ２０００）を用いて求めた。放射線源は、Ｎｏｒｌｕｘ  Ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｈｅｘ（ＮＨＸ）製高光束密度の固体モジュールである４０個の発光ダイオードであり、ピーク発光３９０ｎｍの紫外線ＵＶ−Ａ、またはピーク発光４１０ｎｍで４０５ｎｍの紫外線ＵＶ−Ｂのいずれかを放射する。ＬＥＤアレイ１２Ａおよび１２Ｂは、それぞれ独立して一定の電圧モードで駆動するＤＣ電源に接続した。順方向バイアス電圧によって、ダイオードは図２〜６のＵＶスペクトルを生成した。
【００３４】
図２および３は、ＵＶ−Ａエミッタである線源１２Ａ、およびＵＶ−Ｂエミッタである線源１２Ｂのスペクトル放射照度で示す。放射線源１２Ａは、順方向バイアス１５．６ボルトおよび電流２００ｎＡで駆動させた。アレイ１２Ａは、３９５ｎｍにおいてピークを示し、３８５〜４０５ｎｍ（半値全幅）（ＦＷＨＭ）に及ぶＵＶ−Ａ紫外線を放射した。ダイオードアレイ１２Ｂは、順方向バイアス１９ボルトおよび電流２００ｍＡで駆動させ、４１０ｎｍにおいてピークを示し４００〜４１８ｎｍ（ＦＷＨＭ）に及ぶＵＶ−Ｂ紫外線を放射した。
【００３５】
図４は、両放射線源１２Ａおよび１２Ｂが同時に駆動された場合の実施形態１０の測定スペクトル放射輝度を示す。合成スペクトルは、４１０ｎｍでピークに達し、３９２〜４１８ｎｍ（ＦＷＨＭ）に及んだ。ＬＥＤアレイ１２Ａは、順方向バイアス１５．６ボルトで駆動させ、一方ＬＥＤアレイ１２Ｂは、順方向バイアス１７．５ボルトで駆動させた。スペクトルは、２つのＬＥＤアレイ１２Ａおよび１２Ｂの積算放射の複合結果である。
【００３６】
図５は、図２および３に示すダイオードアレイ１２Ａおよび１２Ｂの各放射スペクトルの総和によって求められた模擬スペクトルを示す。
【００３７】
図６は、実施形態１０における模擬および測定スペクトルの比較である。測定スペクトルは菱形、模擬スペクトルは実線で示す。測定スペクトルは、発光アレイ１２Ａおよび１２Ｂからの全放射範囲に渡り、模擬スペクトルと合致し、２つの放射線源からの光線の優れた混合性を示している。
【００３８】
発光アレイ１２Ａおよび１２Ｂからの光の出力量は、適用される電気バイアス（ダイオードの順方向バイアス電流を変化させる）を変動させて制御する。各発光アレイ１２Ａおよび１２Ｂの電圧または別の電気パラメータを変化させることにより、光学ミキサ２０によって混合されるスペクトルの振幅および周波数を選択し、混合光のスペクトル特性を変化させることが可能となる。
【００３９】
図７は、実施形態１０からの光線のスペクトル合成が、（１）ダイオードアレイ１２Ａからの波長を示すスペクトル９０から、（２）ダイオードアレイ１２Ａおよび１２Ｂと同等量を有するスペクトル９２、（３）アレイ１２Ｂから増加したスペクトルを有するスペクトル９４、そして（４）最終的に、主にアレイ１２Ｂによるスペクトル９６へと、どのように継続的に変化するかを示す。これによって、紫外線スペクトルの重み付けを変えることのできるスペクトルの生成を可能にする図１におけるスペクトル合成の説明を含め、本発明の実施形態の重要な機能が明らかにされる。
【００４０】
図８は、図１の実施形態１０を、ＬＥＤアレイ１２Ａおよび１２Ｂに冷却システムを備えたランプハウジング１３０に組み入れたシステム１２０を示す。空冷システムは、空気をハウジングに取り込み、内部湾曲反射鏡２１に吹き込む１つ以上のファンを利用した、強制空気であってもよい。図から分かるように、冷却空気の侵入および放出用の通路が存在する。コントローラ１７０は、接続部１７２によって固体光源に連結される。湾曲反射鏡２１は、光線１８２が標的表面１８に伝送される長方形の開口部１８０を有するランプ筐体基部に取付けられた反射鏡を備えたランプハウジング１３０内に搭載される。ＬＥＤアレイ１２Ａおよび１２Ｂは、空気をランプ筐体１３０に押し込む２つのファン１６２によって空気冷却される。スロット１９０は、湾曲反射面２１に切れ込まれ、空気をランプ筐体１９２に押し込み、その空気をＬＥＤアレイ１２Ａおよび１２Ｂに取付けられた放熱板１９４に侵入させる。ファン１６２は、１２ボルトの電力によって作動させてもよい。ＬＥＤアレイ１２Ａおよび１２Ｂは、ＬＥＤ１２Ａおよび１２Ｂが取付けられた基板の表面温度が、現在の市販製品では４０oＣを越える場合、発光出力を失う。ダイオードアレイ１２Ａおよび１２Ｂの出力およびファン１６２の速度は、例えば４０oＣである最大温度以下にＬＥＤチップ面を維持するように調節される。コントローラ１７０は、デジタル的に制御し、積算出力放射に偏差を生じさせるため、電圧が各ダイオードアレイ１２Ａおよび１２Ｂに加えられるようにプログラム可能にしてもよい。例えば、周波数スペクトルがアレイの各固体発光素子の選択によって決定されると、図７の曲線９０〜９６によって表示される。
【００４１】
図９は、円筒状の反射鏡２５４の中心点２５２で交差する３つのＬＥＤアレイ２３２Ａ、２３２Ｂおよび２３２Ｃおよび３つの光学ミキサ２５０から成る本発明による固体光源の第３の実施形態２３０を示す。該３つのＬＥＤアレイ２３２Ａ、２３２Ｂおよび２３２Ｃは、それらの間に位置する対称的に配置された光学ミキサ２５０によって混合されるスペクトルを生成する。上述のＬＥＤアレイおよび対称的に配置された光学ミキサ２５０は、図１の第１の実施形態１０に対し、上述と同じ機能を果たす。中心点２５２で交差する各光学ミキサ２５０は、隣接する光学ミキサ間で遮蔽角１２０oを有する。光学ミキサ２５０は、望ましくは、ＬＥＤアレイ２３２Ａ、２３２Ｂおよび２３２Ｃからの放射を、重畳された光線１９および２２によって、図１に示すように、互いに重畳される実質上等しい光度の３つの伝送および反射光線に実質上等しく分割する半反射鏡である。しかしながら、本実施形態は、等量を伝送および反射しない光学ミキサを使用してもよい。３つの光学ミキサ２５０は、角度１２０oで回転する場合、対称である。
【００４２】
図１０Ａおよび１０Ｂは、第２の実施形態２３０の図１０Ａおよび１０Ｂに示されるＸＺ平面における放射照度分布２７２を予測するための光線追跡シミュレーションの結果を示す。放射照度分布の中心を通るＸまたはＺ軸に対し平行および垂直に辿る放射輝度の分析結果は、僅かな非対称性２７２を示す。非対称性は、実施形態２３０の中心を通るＸＺ平面に対し垂直な軸に沿った９０oの回転において、実施形態２３０の対称性が欠けた結果である。
【００４３】
図１１および１２は、それぞれ第３および第４の実施形態３６０および４００を示す。その設計は、ダイオードアレイ３３２Ａ〜３３２Ｄは、図１１に端部３５２間に配置され、図１２の端部３５０に対面するように、光学ミキサ３５０の配列の交差点３６２と相対的に配置される４つのＬＥＤアレイ２３２Ａ〜２３２Ｄの配列においてそれぞれ異なる。第３の実施形態３４０において、ＬＥＤアレイ３３２Ａ〜３３２Ｄは、交差点３６２と対面し、一方第４の実施形態３７０において、発光アレイ３３２Ａ〜３３２０は、光学ミキサ３５０の端部３５２と対面する。第３および第４の実施形態において、円筒状の内部反射型ハウジング３６０は、ＬＥＤアレイ３３２Ａ〜３３２Ｄ、およびそれに対して中央に配置される４つの光学ミキサ３５０を備え、前述光学ミキサは中心位置３６２において交わり、十字を形成する。第４の実施形態３７０において、実線は見ることのできる光線を示し、点線は、遮蔽され、直視できない光線を示す。当然のことながら、図８に示すような発光アレイの好適なコントローラおよび冷却システムの接続は、図面の簡略化のため図示されているわけではない。
【００４４】
図１３および１４は、それぞれ本発明の第５および第６の実施形態４００および４２０であり、簡略化し、放射されるＬＥＤアレイのみ示す。内部反射型湾曲ハウジングは、各ＬＥＤアレイのコントローラと一緒に省略されるが、前記コントローラは、各ＬＥＤアレイに加えられる出力を制御するために使用され、上述のように、可変スペクトルを生成する。図１３の実施形態４００は、光学ミキサ４４０に対し対称的に配置された３対のＬＥＤアレイ４３２Ａおよび４３２Ｂを有する。対のＬＥＤアレイ４３２Ａおよび４３２Ｂは、中央に配置された光学ミキサ４４０と恊働し、第１の実施形態１０について上述したのと同様の機能を提供し、対のＬＥＤアレイ表面から放射される光の混合を制御する。実施形態４００および４２０の違いは、光学ミキサ４４０に対する、それぞれにおけるＬＥＤアレイ４３２Ａおよび４３２Ｂの対の配置にある。実施形態４００において、対の４３２Ａおよび４３２Ｂは、光学ミキサ４４０の交差点４４２に対面し、実施形態４２０において、対の４３２Ａおよび４３２Ｂは、光学ミキサ４４０の端部４４４に対面する。６つの光学ミキサ４４０は、ＬＥＤアレイ４３２Ａおよび４３２Ｂの面に対し中央に配置され、中心位置４４２で交わる。３対のＬＥＤアレイ４３２Ａおよび４３２Ｂからの光は、上述の主要操作に従って、６つの光学ミキサ４４０の伝送および反射によって合成される。図示していないが、図１３および１４の実施形態４００および４２０は、図１、９、１０および１１に図示する種類の円筒状の内部反射型ハウジング内に配置し、標的表面１８に光を伝送させてもよい。さらに、例えば図８で上述したようなコントローラおよび冷却システムは、ＬＥＤアレイからの光の放射を制御するために利用してもよい。実施形態４００および４２０における６つの光学ミキサ４４０は、交差点４４２で十字を形成し、望ましくは、実質上等しい光度を反射および伝送する特性を備える。実線は見ることのできる光線を示し、点線は、遮蔽され、直視できない光線を示す。
【００４５】
図１５は、８つの光学ミキサ５５０の周囲に対称的に配置される発光ダイオードアレイ５３２Ａおよび５３２Ｂを有する第７の実施形態５００を示す。前記光学ミキサは、放射線源５３２Ａおよび５３２Ｂを実質上等しい光度の伝送および反射光線に分割する三角形の半透鏡であり、上記伝送および反射光線は、上述の第１の図１の実施形態の混合機能に従って互いに重畳される。ＬＥＤアレイ５３２Ａおよび５３２Ｂは、光学ミキサ５５０の端部の頂角に配置される。当然のことながら、湾曲内部反射型ハウジング、コントローラおよび標的表面は、図１５の実施形態から省略されている。実線は見ることのできる光線を示し、点線は、遮蔽され、直視できない光線を示す。
【００４６】
図１６の第８の実施形態５６０は、部分的に反射鏡である１２の光学ミキサ５５０の頂角に配置される３対のＬＥＤアレイ５３２Ａおよび５３２Ｂを利用する。対のＬＥＤアレイ５３２Ａおよび５３２Ｂからの光の混合は、上述の方法によって行われる。実線は見ることのできる光線を示し、点線は、遮蔽され、直視できない光線を示す。。
【００４７】
図１７は、３面体対称構造に構成された４つの光学ミキサ６５０に対面する４対のＬＥＤアレイ６３２Ａおよび６３２Ｂを有する第９の実施形態６００を示す。当然のことながら、例えば図８に示されるＬＥＤアレイの好適なコントローラおよび冷却システムの接続は、図面の簡略化のため図示されていない。実線は見ることのできる光線を示し、点線は、遮蔽され、直視できない光線を示す。
【００４８】
図１８は、ハウジングとして提供された楕円反射鏡７４０を除き、図１１に類似の構成の、３つの光学ミキサ３５０周辺に対称的に配置された３つのＬＥＤアレイ３３２Ａ、３３２Ｂ、３３２Ｃおよび３３２Ｄの構成を有する本発明の第１０の実施形態７００を示す。楕円体７４０は、長軸を有し、それは、楕円体の表面、短軸、楕円内の第１の焦点、および図示されていない楕円外の第２の焦点に及ぶ楕円の回転軸でもある。ＬＥＤ放射線源は、楕円反射鏡７４０の長軸上、第１の焦点に配置される。放射線源が拡張されているため、その放射線源イメージについては、詳しく解明しない。その他の実施形態に関して上述のように、内部反射型湾曲円筒ハウジング、コントローラおよび冷却システムは省略されている。実線は見ることのできる光線を示し、点線は、遮蔽され、直視できない光線を示す。
【００４９】
図１９は、照射面１８上における図１８の実施形態７００における模擬放射照度を示す。光線の放射輝度パターンは、ピーク放射照度近傍でリング状のパターンを示す。本パターンは、光学ミキサ３５０周辺において円状に放射線源３３２Ａ〜３３２Ｄを配列するためである。その他の実施形態に関して上述のように、内部反射型湾曲円筒ハウジング、コントローラおよび冷却システムは省略されている。
【００５０】
図２０および２１は、本発明の実施形態８００および実施形態９００を示し、実施形態８００では、半透鏡である細長い光学ミキサ２０’とともにダイオード１２Ａ’および１２Ｂ’の細長い線形アレイを利用し、実施形態９００では、鏡からの反射ではなく内部反射を利用するプリズムである光学ミキサ９０２を用いてアレイ１２Ａ’および１２Ｂ’からの光線を分割および混合する。その他の実施形態に関して上述のように、内部反射型湾曲円筒ハウジング、コントローラおよび冷却システムは省略されている。
【００５１】
図２２は、細長い発光ダイオードアレイ１２Ａ’、１２Ｂ’および細長い光学ミキサ２０’の構成において、図２０の実施形態８００に類似の第１２の実施形態１０００を示す。実施形態１０００は、光学ミキサ２０’または図２１の実施形態９００で使用される９０２のようなプリズムやその代用品等に対して平行および垂直である半長軸および半短軸を有する楕円として側面反射鏡を備える楕円反射鏡である湾曲内部反射型ハウジング１００２において異なる。側面反射鏡１００４は、楕円プレート１００６に取付けられ、楕円ハウジングを形成する。その他の実施形態に関して上述のように、内部反射型湾曲円筒ハウジング、コントローラ、冷却システムおよび標的表面は省略されている。
【００５２】
本発明は、好適な実施形態について記載されているが、付随する請求項に記載の本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々変更可能であることを意図する。かかる変更はすべて、付随する請求項の範囲に含まれることを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態の側面図
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態の斜視図
【図１Ｃ】本発明のさまざまな実施形態の実践により使用されてもよい発光アレイの例
【図２】約３９０ナノメーターの紫外線放射線源放出を示す図１におけるＬＥＤアレイのうちの１つの放射照度のスペクトル分布
【図３】約４１０ナノメーターの紫外線放射線放出を示す図１におけるその他のＬＥＤアレイの放射照度のスペクトル分布
【図４】図２および３に示すスペクトルを有する図１の実施形態におけるＬＥＤアレイの各スペクトル放射輝度分布の光混合によって生成される放射照度のスペクトル分布
【図５】図２および３における各構成要素および図４に図示されるその光混合を示す各ＬＥＤアレイの放射照度のスペクトル分布
【図６】図１の実施形態における測定および模擬スペクトル放射照度間の比較であり、模擬スペクトル放射照度は実線、測定スペクトル放射照度は菱形で示される
【図７】バイアス電圧４７ボルトで駆動する３９０ｎｍのＬＥＤアレイおよびそれぞれバイアス電圧０、３４、３５および３８ボルトで駆動する４０５ｎｍのＬＥＤアレイによって作動する図１の実施形態における放射照度のスペクトル分布
【図８】図１に示す２つの固体発光アレイを使用した本発明の実施形態であり、固体発光アレイを冷却するランプ筐体中に設置された楕円内部反射鏡を有するハウジングと、出力および各固体発光アレイから生成されるスペクトル出力を制御するコントローラを備える
【図９】３つの固体発光アレイ、光学ミキサとして機能する３つの半透鏡、および内部円筒反射鏡を利用した本発明の第２の実施形態の斜視図
【図１０】（Ａ）および（Ｂ）は、図９の第２の実施形態の模擬配光
【図１１】３つの固体発光アレイが、光混合素子として機能する３つの半透鏡および内部円筒反射鏡間に設置された本発明の第３の実施形態の斜視図
【図１２】３つの光学ミキサ端部に設置された３つの固体発光アレイおよび円筒状の内部反射鏡を有する本発明の第４の実施形態の斜視図
【図１３】６つの光混合素子間に配置された６つの固体発光アレイを有する本発明の第５の実施形態の斜視図
【図１４】６つの光混合素子端部に配置された６つの固体発光アレイを有する本発明第６の実施形態の斜視図
【図１５】８面体に配置された８つの光学ミキサに対向するように設置された６つの固体発光アレイを有する本発明の第７の実施形態の斜視図
【図１６】８つの光学ミキサに対向する６つの固体発光アレイを有する本発明の第８の実施形態の斜視図
【図１７】３面体対称構造に対向するよう配置された４つの光学ミキサに対向する８つの固体発光アレイを示す本発明の第９の実施形態の斜視図
【図１８】内部楕円反射鏡に含まれる４つの交差光混合素子間に間隔を空けて配置された４つの固体発光アレイを有する本発明の第１０の実施形態の斜視図
【図１９】図１８の第９の実施形態における配光
【図２０】内部反射型楕円反射鏡に含まれる光学ミキサに対向する２つの細長い固体発光アレイを有する本発明の第１１の実施形態の斜視図
【図２１】楕円反射鏡に含まれるプリズム混合装置に対向する２つの細長い固体発光アレイを有する本発明の第１２の実施形態の斜視図
【図２２】楕円断面を有する反射鏡に含まれる１つの光混合素子に対向する２つの細長い固体発光アレイを有する本発明の第１３の実施形態の斜視図
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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