(57)【要約】      （修正有）【課題】硬化不足又は過硬化を軽減し、ターゲットの感光性ワークピースへの均一な照射が達成される照明装置を提供する。【解決手段】照明システム１００は発光素子１１０とリフレクタ２００とを備え、リフレクタは発光素子を取り囲む第１開口部２１４、及び、第２開口部２１２と、第１及び第２開口部を形成し、第１開口部から、発光素子から離れて、第２開口部へ末広がりに延びるリフレクタ側壁２４２、２４４と、複数のコーナーファセット２２２、２２４、２２６、２２８とを有し、それぞれのコーナーファセットは、第１開口部において、リフレクタ側壁の隣接するペアにより形成される、対応するリフレクタコーナー２９２、２９４、２９６、２９８上に配置される。【選択図】図２Ａ
2016111340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子とリフレクタとを備える照明装置であって、
リフレクタは、
前記発光素子を取り囲む第１開口部、及び、第２開口部と、
前記第１及び第２開口部を形成し、前記第１開口部から、前記発光素子から離れて、前記第２開口部へ末広がりに延びるリフレクタ側壁と、
前記第１開口部において、リフレクタ側壁の隣接するペアにより形成される、対応するリフレクタコーナー上にそれぞれ配置される、複数のコーナーファセットと、
を有する、
照明装置。
【請求項２】
それぞれの前記コーナーファセットの垂直重心軸は、前記対応するリフレクタコーナーを通る、
請求項１の照明装置。
【請求項３】
前記第１及び第２開口部は、リフレクタ側壁の第１の数に対応する第１の数の辺を有する多角形開口部である、
請求項２の照明装置。
【請求項４】
前記リフレクタ側壁は平面を備えている、
請求項３の照明装置。
【請求項５】
前記リフレクタ側壁は非平面を備えている、
請求項３の照明装置。
【請求項６】
前記コーナーファセットのそれぞれは、少なくとも一つのリフレクタ側壁に実装されている、
請求項４の照明装置。
【請求項７】
前記コーナーファセットのそれぞれは平面を備える、
請求項６の照明装置。
【請求項８】
前記コーナーファセットのそれぞれは非平面を備える、
請求項６の照明装置。
【請求項９】
前記コーナーファセットのそれぞれは、第２の数の頂点を有する多角形コーナーファセットである、
請求項７の照明装置。
【請求項１０】
前記コーナーファセットのそれぞれは三角形コーナーファセットであり、
頂点の前記第２の数は３つである、
請求項９の照明装置。
【請求項１１】
前記コーナーファセットのそれぞれは矩形コーナーファセットであり、
頂点の前記第２の数は４つである、
請求項９の照明装置。
【請求項１２】
発光素子から中心軸に対してワークピース上へ光を出射し、
前記発光素子と前記ワークピースとの間にリフレクタを配置し、
第１開口部を通って出射され、リフレクタ側壁に入射する光は、前記中心軸に対して前記ワークピースに向かって前記リフレクタの第２開口部を通ってコリメートされ、
前記リフレクタの対応するコーナーにコーナーファセットを配置し、
前記コーナーファセットに入射する光は、前記中心軸に対して前記ワークピースに向かってコリメートされ、
前記リフレクタ側壁は、前記発光素子に近位の前記第１開口部を形成し、前記ワークピースに向かって前記中心軸から広がり、前記第２開口部を形成し、
前記リフレクタの前記対応するコーナーは、リフレクタ側壁の隣接するペアと前記第１開口部との交差部によって形成される、
照明方法。
【請求項１３】
前記リフレクタの前記対応するコーナーへの前記コーナーファセットの配置は、前記コーナーファセットのそれぞれの垂直重心軸が前記対応するコーナーを通るように前記コーナーファセットを配置することを備える、
請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記対応するコーナーへの前記コーナーファセットの配置は、さらに、前記コーナーファセットに入射する光が、前記ワークピースに向かって、前記対応するコーナーのリフレクタ側壁の隣接するペアの交差部に沿ってコリメートされる、
請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記対応するコーナーへの前記コーナーファセットの配置は、さらに、前記コーナーファセットに入射する光が、前記対応するコーナーのリフレクタ側壁の隣接するペアと前記第２開口部との交差部によって形成されるテーパードリフレクタの遠位コーナーに向かって反射される、
請求項１４の方法。
【請求項１６】
発光素子アレイと、形状態様を有する錐台リフレクタとを備え、
前記錐台リフレクタは、
前記形状態様に対応する開口部形状を有する第１及び第２開口部と、
前記第１及び第２開口部を形成するように結合されたリフレクタ側壁であって、前記リフレクタ側壁の数が前記形状態様に対応するリフレクタ側壁と、
隣接するリフレクタ側壁と前記第１開口部の交差部によって形成されるコーナーに配置されたコーナーファセットであって、前記コーナーファセットの数が前記形状態様に対応するコーナーファセットと、
を備える、
照明装置。
【請求項１７】
前記形状態様は矩形形状であり、
前記開口部形状は、矩形であり、
前記リフレクタ側壁の数は、４つであり、
前記コーナーファセットの数は、４つである、
請求項１６の照明装置。
【請求項１８】
前記コーナーに配置されたコーナーファセットをさらに備え、
前記前記コーナーファセットの垂直重心軸は、対応する前記コーナーを通る、
請求項１７の照明装置。
【請求項１９】
前記コーナーファセットは、三角形ファセットである、
請求項１８の照明装置。
【請求項２０】
前記コーナーファセットは、矩形ファセットである、
請求項１８の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、ファセットリフレクタ（faceted reflector）を備える照明装置及び感光性材料に照射する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体発光素子は、コーティング、インク、接着剤等の感光性媒体を硬化させるために使用されうる。所望のターゲット領域の硬化不足又は過硬化を軽減するために、感光性材料の効果的な硬化は、感光性材料上へのＬＥＤからの均一な照射光を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者らは、上記従来の照明システム及び方法の潜在的な問題を認識している。すなわち、ＬＥＤは一般的に半球形状のパターンで光を放出し、矩形状又は他の非半球形状であるターゲット領域全体に、硬化不足又は過硬化を軽減するのに十分な均一性で照射されない場合がある。さらに、ＬＥＤと組み合わせて使用され、ターゲット領域に向かって放出された光を反射するリフレクタ等のカップリング光学系は、リフレクタのコーナーにおける光の再帰反射に悩まされ、放射出力のコーナーにシャドーイングを引き起こし、ターゲット領域の硬化不足部分の原因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
少なくとも部分的に上記の問題に対処する一つの方法は、発光素子とリフレクタとを備える照明装置である。リフレクタは、前記発光素子を取り囲む第１開口部、及び、第２開口部と、前記第１及び第２開口部を形成し、前記第１開口部から、前記発光素子から離れて、前記第２開口部へ末広がりに延びるリフレクタ側壁と、前記第１開口部において、リフレクタ側壁の隣接するペアにより形成される、対応するリフレクタコーナー上にそれぞれ配置される、複数のコーナーファセットとを備える。
【０００５】
他の実施の形態では、照明方法は以下を備える。すなわち、発光素子から中心軸に対してワークピース上へ光を出射し、前記発光素子と前記ワークピースとの間にリフレクタを配置し、第１開口部を通って出射され、リフレクタ側壁に入射する光は、前記中心軸に対して前記ワークピースに向かって前記リフレクタの第２開口部を通ってコリメートされ、
前記リフレクタの対応するコーナーにコーナーファセットを配置し、前記コーナーファセットに入射する光は、前記中心軸に対して前記ワークピースに向かってコリメートされ、前記リフレクタ側壁は、前記発光素子に近位の前記第１開口部を形成し、前記ワークピースに向かって前記中心軸から広がり、前記第２開口部を形成し、前記リフレクタの前記対応するコーナーは、リフレクタ側壁の隣接するペアと前記第１開口部との交差部によって形成される。
【０００６】
他の実施の形態では、照明装置は発光素子アレイと、形状態様を有する錐台リフレクタとを備える。錐台リフレクタは、前記形状態様に対応する開口部形状を有する第１及び第２開口部と、前記第１及び第２開口部を形成するように結合されたリフレクタ側壁であって、前記リフレクタ側壁の数が前記形状態様に対応するリフレクタ側壁と、隣接するリフレクタ側壁と前記第１開口部の交差部によって形成されるコーナーに配置されたコーナーファセットであって、前記コーナーファセットの数が前記形状態様に対応するコーナーファセットとを備える。
【０００７】
このようにして、硬化不足又は過硬化を軽減し、ターゲットの感光性ワークピースへの均一な照射の技術的効果が達成され、カップリング光学系のサイズを縮小し、発光素子とワークピースとの間の距離を減少させ、硬化時間及び製造コストを低減する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】発光サブシステムを含む、照明装置の模式図である。
【図２Ａ】リフレクタを含む照明装置の模式的な斜視図である。
【図２Ｂ】２Ｂ−２Ｂ面に沿った、図２Ａの照明装置の模式的な断面図である。
【図３】図２Ａ、２Ｂのリフレクタの模式的な上端面図である。
【図４】図２Ａ、２Ｂのリフレクタの模式的な下端面図である。
【図５Ａ】図２Ａ、２Ｂの照明装置で用いられる模式的なリフレクタの例である。
【図５Ｂ】図２Ａ、２Ｂの照明装置で用いられる模式的なリフレクタの例である。
【図５Ｃ】図２Ａ、２Ｂの照明装置で用いられる模式的なリフレクタの例である。
【図５Ｄ】図２Ａ、２Ｂの照明装置で用いられる模式的なリフレクタの例である。
【図６Ａ】コーナーファセットを有しないテーパードリフレクタの模式的な斜視図及び端面図である。
【図６Ｂ】コーナーファセットを有しないテーパードリフレクタの模式的な斜視図及び端面図である。
【図６Ｃ】コーナーファセットを有するテーパードリフレクタの模式的な斜視図及び端面図である。
【図６Ｄ】コーナーファセットを有するテーパードリフレクタの模式的な斜視図及び端面図である。
【図７】放射出力の均一性を測定する模式図である。
【図８】様々な照明装置からの放射出力分布を示す模式図である。
【図９】図２Ａ、２Ｂの照明装置に用いられる照明方法例のフローチャートである。
【図１０】様々な形状とそれらの重心の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書は、コーナーファセットを有するテーパードリフレクタを含むカップリング光学系を備える照明装置に関する。図１は、照明装置の一例の模式的なブロック図の例を示している。照明装置には、コーナーファセットを有するテーパードリフレクタと、発光素子が設けられている。図２Ａ、２Ｂは、コーナーファセットを有するテーパードリフレクタを含む照明装置の斜視図と２Ｂ−２Ｂ面における断面図である。コーナーファセットは、図３の図２Ａ、２Ｂのリフレクタの上端面図で示されており、図４のテーパードリフレクタの下端面図で示されている。図５Ａ〜５Ｄには、図１、２Ａ、２Ｂの照明装置に用いられうるテーパードリフレクタとコーナーファセットの様々な例が示されている。図６Ａ、６Ｂのテーパードリフレクタのリフレクタコーナーにおける入射放射出力の再帰反射光を示す模式図は、図６Ｃ、６Ｄのコーナーファセットを有するテーパードリフレクタのコーナーにおける入射放射出力の反射光を示す模式図と対比される。図７は、図２Ａ、２Ｂのような照明装置からの放射出力の均一性を測定する模式図である。図８には、様々な照明装置からのターゲット面における放射出力分布を示す模式図が示される。図９は、感光性ワークピースを硬化させるための、図２Ａ、２Ｂの照明装置の照明方法例のフローチャートを示す。図１０は、二次元形状の例及びそれらの重心位置を示す。
【００１０】
図１を参照すると、照明システム１００は、複数の発光素子１１０を備えうる。発光素子１１０は、例えば、ＬＥＤ素子でありうる。複数の発光素子１１０から選択されたものは、放射出力２４を供給するように実装される。放射出力２４は感光性の硬化性ワークピース２６に向けられうる。戻り放射線（returned radiation）２８は、（例えば、図２に示すように、リフレクタ２００による放射出力２４の反射を介して）ワークピース２６から照明システム１００へ、又は、発光素子１１０の近位に向けて戻されうる。
【００１１】
放射出力２４は、カップリング光学系３０を介してワークピース２６に向けられる。カップリング光学系３０は、使用される場合には、様々に実装されうる。一例として、カップリング光学系は、放射出力２４を供給する発光素子１１０とワークピース２６との間に配置される１以上の層、材料又は他の構造を具備しうる。一例として、カップリング光学系３０は、放射出力２４の収集（collection）、集光（condensing）、視準（collimation）を、あるいはさもなければ、放射出力２４の品質又は実効量を高めるために、マイクロレンズアレイを具備しうる。他の例として、カップリング光学系３０は、マイクロリフレクタを具備しうる。このようなマイクロリフレクタを用いる場合、放射出力２４を供給するそれぞれの発光素子１１０は、１対１ベースで、それぞれのマイクロリフレクタ内に配置されうる。他の例として、カップリング光学系３０は、発光素子１１０の近位にあるテーパード端を有するテーパードリフレクタを含みうる。図２Ａ及び図３に示すように、リフレクタは、また、テーパード端においてリフレクタのそれぞれのコーナーに配置された、複数の反射ファセットを有する。
【００１２】
それぞれの層、材料又は他のカップリング光学系構造は、選択された屈折率を有しうる。各屈折率を適切に選択することにより、放射出力２４（及び／又は戻り放射線２８）の経路内の層、材料又は他の構造間の界面における反射が選択的に制御されうる。一例として、テーパードリフレクタ（tapered reflector）のような、ワークピース２６と半導体素子の間にカップリング光学系を介して配置された、選択された界面における屈折率の差を制御することにより、ワークピース２６中のターゲット領域への最大限の配送のためのその界面における放射出力２４の伝送を向上させるように、その界面における反射が変更され、低減され、排除され、又は最小限に抑えられうる。
【００１３】
カップリング光学系３０は、種々の目的のために使用されうる。例示の目的は、とりわけ、発光素子１１０を保護するため、冷却サブシステム１８に関連した冷却流体を保持するため、放射出力２４を収集し、集光し、及び／又は視準するため、戻り放射線２８を収集し、案内し又は拒否するため、又は他の目的のため、を単独に又は組み合わせて含む。他の例として、照明装置１０は、特にワークピース２６のターゲット領域に配送される放射出力２４の実効的な品質又は量を高めるために、結合オプティクス３０を使用しうる。
【００１４】
複数の発光素子１１０のうち選択されたものは、コントローラ１０８にデータを供給するように、カップリング電子機器２２を介してコントローラ１０８に結合されうる。一例として、コントローラ１０８は、例えば、カップリング電子機器２２を介して、このような半導体素子へのデータ供給を制御するように実装されうる。好ましくは、コントローラ１０８は、また、電源１０２、冷却サブシステム１８のそれぞれに接続され、それぞれを制御するように実装される。さらに、コントローラ１０８は、電源１０２、冷却サブシステム１８からデータを受信しうる。
【００１５】
電源１０２、冷却サブシステム１８、照明システム１００のうちの１以上からコントローラ１０８によって受信されるデータは、様々なタイプでありうる。一例として、データは、結合された発光素子１１０に関連した１以上の特性を表わしうる。他の例として、データは、そのデータを提供する発光サブシステム１２、電源１０２、及び／又は冷却サブシステム１８に関連した１以上の特性を表わしうる。さらに、他の例として、データは、ワークピース２６に関連した１以上の特性を表わしうる（例えば、ワークピースに向けられる放射出力エネルギー又はスペクトル成分を表わしうる）。さらに、データは、これらの特性のある組み合わせを表わしうる。
【００１６】
コントローラ１０８は、任意のこのようなデータの受信において、そのデータに応答するように実装されうる。例えば、任意のこ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１０８は、電源１０２、冷却サブシステム１８、及び照明システム１００（１以上の、このような結合された半導体素子を含む）のうちの１以上を制御するように実装されうる。一例として、ワークピースの１以上の位置において、光エネルギーが不十分である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１０８は、（ａ）１以上の発光素子１１０への電流及び／又は電圧の電源からの供給を増大する、（ｂ）冷却サブシステム１８による照明サブシステムの冷却を増大する（すなわち、ある発光素子が冷却されると、より大きな放射出力を提供するためである）、（ｃ）このような素子に電源が供給される期間を増大する、又は（ｄ）上記の組み合わせをするように実装されうる。
【００１７】
照明システム１００の個々の発光素子１１０（例えば、ＬＥＤ素子）は、コントローラ１０８によって独立して制御されうる。例えば、コントローラ１０８は、１以上の個々のＬＥＤ素子の第１グループを制御し、第１の強度、波長等の光を放出する一方、１以上の個々のＬＥＤ素子の第２グループを制御し、異なる強度、波長等の光を放出する。１以上の個々のＬＥＤ素子の第１グループは、発光素子１１０の同一のアレイ内のものであってもよいし、発光素子１１０の複数のアレイからのものであってもよい。発光素子１１０のアレイは、また、コントローラ１０８によって、照明システム１００内の発光素子１１０の他のアレイから独立して制御されうる。例えば、第１アレイの半導体素子は、第１の強度、波長等の光を放出するように制御される一方、第２アレイのそれらは、第２の強度、波長等の光を放出するように制御されうる。
【００１８】
更なる例として、条件（例えば、特定のワークピース、光反応及び／又は動作条件のセット）の第１セット下では、コントローラ１０８は第１制御戦略を実施するように照明装置１０を動作させ、条件（例えば、特定のワークピース、光反応及び／又は動作条件のセット）の第２セット下では、コントローラ１０８は第２制御戦略を実施するように照明装置１０を動作させる。上述したように、第１制御戦略は、第１の強度、波長等の光を放出する１以上の個々の半導体素子（例えば、ＬＥＤ素子）の第１グループの操作を含み、第２制御戦略は、第２の強度、波長等の光を放出する１以上の個々のＬＥＤ素子の第１グループの操作を含む。ＬＥＤ素子の第１グループは、第２グループと同一のＬＥＤ素子のグループであってもよく、ＬＥＤ素子の１以上のアレイに渡っていてもよく、又は、第２グループから異なるＬＥＤ素子のグループであってもよい。また、ＬＥＤ素子の異なるグループは、第２グループからの１以上のＬＥＤ素子のサブセットを含んでいてもよい。
【００１９】
冷却サブシステム１８は、照明システム１００の熱挙動を管理するように実装されうる。例えば、一般的に、冷却サブシステム１８は、このような発光サブシステム１２、特に、発光素子１１０の冷却を提供する。冷却サブシステム１８は、また、ワークピース２６及び／又はワークピース２６と照明装置１０（例えば、特に、照明システム１００）との間の空間を冷却するように実装されうる。例えば、冷却サブシステム１８は、空気又は他の流体（例えば、水）冷却システムでありうる。
【００２０】
照明装置１０は、種々の用途に用いられうる。例では、インク印刷からＤＶＤの製造、、接着剤硬化、リソグラフィーに及ぶ硬化用途（curing applications）を含むが、これに限定されない。一般的に、照明装置１０が用いられる用途は、関連したパラメータを有する。その用途に関連した光反応を適切に遂行するために、光強度は、ワークピース又はその近傍の特定の位置に配送される必要がある。例えば矩形状のような多角形状のワークピースは、照明装置１０を用いた上述の光反応を受ける。結果として、図２Ａ、２Ｂのリフレクタ２００のような適切なカップリング光学系３０を有する照明装置１０が用いられうる。
【００２１】
さらに、照明装置１０は、１以上のアプリケーションパラメータの監視をサポートする。照明装置１０は、これらのそれぞれの特性及び仕様を含む、発光素子１１０の監視を提供しうる。また、照明装置１０は、これらのそれぞれの特性及び仕様を含む、照明装置１０の選択された他のコンポーネントの監視を提供しうる。
【００２２】
このような監視の提供によりシステムの適切な動作の検証が可能となり、照明装置１０の動作が信頼できるものと評価される。例えば、照明装置１０は、１以上のアプリケーションパラメータ（例えば、温度、放射出力等）、このようなパラメータに関連した任意のコンポーネントの特性、及び／又は、任意のコンポーネントのそれぞれの動作特性、に関して、望ましくない方法で動作しうる。監視の提供は、１以上のシステムコンポーネントにより、コントローラ１０８によって受信されたデータに従って、応答し、実行されうる。
【００２３】
いくつかの用途において、高放射出力は、ワークピース２６に配送されうる。従って、発光サブシステム１２は、発光素子１１０の発光素子アレイを用いて実現されうる。例えば、発光サブシステム１２は、高密度、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを用いて実現されうる。ＬＥＤアレイが用いられうるが、ここで詳細に説明されるように、発光素子１１０及びそれらのアレイは、本説明の原理から逸脱することなく、他の発光技術を用いて実施することができることが理解される。他の発光技術の例は、有機ＬＥＤ、レーザーダイオード、他の半導体レーザーを含むが、これに限定されない。さらに、例えば、ＬＥＤアレイから放出される励起放射をコリメート及び／又はフォーカスするために、励起放射強度は、ＬＥＤアレイの強度を変化させる、アレイ内のＬＥＤの数を変更する、マイクロレンズ、及び／又は図２のリフレクタ２００のようなリフレクタ、等のカップリング光学系を用いることにより調整される。
【００２４】
複数の発光素子１１０は、アレイ２０の構造、又は複数のアレイの一つのアレイ（an array of arrays）で提供されうる。アレイ２０は、１以上の又は大部分の発光素子１１０が放射出力を提供するように構成されるよう実現されうる。しかしながら、同時に、１以上のアレイの発光素子１１０は、アレイの特性の選択されたものを監視するために設けられるよう実現されうる。監視素子３６は、アレイ２０中の素子から選択され、例えば、他の発光素子と同様の構造を有しうる。例えば、放射（emitting）と監視（monitoring）の違いは、特定の半導体素子に関連するカップリング電子機器２２によって決定されうる（例えば、基本的な構成では、ＬＥＤアレイは、カップリング電子機器が逆電流を供給する監視ＬＥＤと、カップリング電子機器が順電流を供給する放射ＬＥＤを有する）。
【００２５】
さらに、カップリング電子機器に基づくと、アレイ２０で半導体発光素子１１０の選択されたもののいずれか／どちらも、マルチファンクション素子及び／又はマルチモード素子でありうる。（ａ）マルチファンクション素子は、１以上の特性（例えば、放射出力、温度、磁場、振動、圧力、加速度、及び他の機械的な力又は変形のいずれか）を検出可能であり、アプリケーションパラメータ又は他の決定要因に応じて、これらの検出機能の間で切り替えうる。（ｂ）マルチモード素子は、放射、検出及びいくつかの他のモード（例えば、オフ）が可能であり、アプリケーションパラメータ又は他の決定要因に応じて、これらのモードの間で切り替えうる。
【００２６】
図２Ａ、２Ｂを参照すると、照明装置ハウジング２０２、リフレクタ２００、照明システム１００を備える例示的な照明システム１００の斜視図及び２Ｂ−２Ｂ面に関する断面図がそれぞれ示される。図２Ａ、２Ｂは、ｘｙｚ座標軸２９０に関して示されている。一例では、発光素子１１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含みうる。各ＬＥＤは、アノード及びカソードを含み、ＬＥＤは、基板上の単一のアレイ、基板上の複数のアレイ、互いに接続された複数の基板上のいくつかのアレイ（単一又は複数のアレイ）等として、構成されうる。一例として、発光素子のアレイは、フォセオンテクノロジー（Phoseon Technology）社により製造されたシリコンライトマトリックス（Silicon Light Matrix：ＳＬＭ）（商標）を備えうる。発光素子１１０は、主に中心軸２０８に対して光を放出するように配置されている。主に中心軸２０８に対して放射出力２４を放出することは、さらに、中心軸に沿った方向に最も高い強度で放射出力を放出することを含む。さらに、発光素子１１０は、リフレクタ２００の第１開口部２１４によって規定される平面の（ｚ軸に沿った）１ｍｍ以内でありうる。これにより、第１開口部２１４を通って導かれるのから逃れる放射出力２４の量を減少させつつ、間隔（spacing）及び隙間（clearance）が電気配線及びコネクタのために設けられうる。
【００２７】
図１を参照して上述したように、照明システム１００のカップリング光学系３０はリフレクタ２００を備え、さらに、マイクロリフレクタアレイ、コンデンサレンズ等の他のカップリング光学系を備えうる。リフレクタ２００は、照明装置ハウジング２０２と同一平面に位置し、実装された壁を有するリフレクタハウジング２０４を備える。さらに、リフレクタ２００はリフレクタハウジング２０４内に配置され、リフレクタハウジング２０４は照明システム１００に結合されうる。リフレクタハウジング２０４は、発光素子１１０からの光を案内するように、安定性と適切な配向を確保するために、テーパー形状のリフレクタ２００の構造と支持を提供しうる。
【００２８】
リフレクタ２００は、さらに、リフレクタ側壁２４２、２４４を備えうる（図２Ａにおいては、他の側壁は見えない）。それぞれのリフレクタ側壁は、２つの隣接するリフレクタ側壁と結合され、共通のエッジを有する。例えば、リフレクタ側壁２４２は、エッジ２６４で、リフレクタ側壁２４４と隣接して結合されている。リフレクタ側壁は、リフレクタ２００の近位端２１８（例えば、近ｚ軸（near z-axis））において第１開口部２１４を形成し、発光素子１１０を取り囲んでいる。さらに、リフレクタ側壁は、第２開口部２１２を形成するために、第１開口部２１４から、発光素子１１０から離れて（例えば、増加するｚ軸方向に）、末広がりに（divergently）延びている。このように、リフレクタ２００はテーパードリフレクタとして説明され、発光素子１１０から遠位の第２開口部２１２から、発光素子１１０に近位の第１開口部２１４まで徐々に細くなる。リフレクタ側壁は、中心軸２０８に対して対照に配置されうる。
【００２９】
リフレクタコーナーは、第１開口部２１４において、隣接するリフレクタ側壁のペアの交差部により形成される。例えば、リフレクタコーナー２５２は、隣接するリフレクタ側壁２４２、２４４の交差部及び第１開口部２１４によって形成される。同様に、遠位リフレクタコーナー２９２、２９４、２９６、２９８は、第２開口部２１２で隣接するリフレクタ側壁のペアの交差部により形成される。リフレクタ２００は、さらに、コーナーファセット２２２、２２４、２２６２２８を備える。それぞれのコーナーファセット２２２、２２４、２２６、２２８は、リフレクタ２００の近位端２１８（例えば、近ｚ軸）において、対応するリフレクタコーナーに、又は、リフレクタコーナー上に位置している。例えば、コーナーファセット２２４は、リフレクタコーナー２５２に位置している。コーナーファセットは、対応するリフレクタコーナーに、又は、リフレクタコーナー上に位置しており、対応する近位のリフレクタコーナーのそれぞれに放射出力２４が到達するのを妨げる。さらに、それぞれのコーナーファセットは、いずれのリフレクタ側壁及び第１開口部２１４とも同一平面上にないように配置されうる。これにより、コーナーファセットは、リフレクタコーナーにおける放射出力２４の再帰反射を低減させ、遠位コーナーに向かってリフレクタエッジに沿って反射される放射出力２４の量を増加させるのに役立つ。
【００３０】
一例では、対応するコーナー２５２のコーナーファセット２２４は、その重心でファセット面に垂直（normal）（例えば、垂直（perpendicular））である、ファセットの重心を通る軸が中心軸２０８に対して垂直であるように配置されうる。重心、表面又は物体の幾何学的中心は、表面又は物体内のすべての点の算術平均位置である。重心は、その対称性群（symmetry group）内の、すべての等長（isometries）の固定点として定義されうる。具体的には、コーナーファセットの幾何学的な重心は対称性のすべての超平面の交点に位置し、この原理は、正多角形、正多面体、円柱、矩形、菱形、円、球、楕円、超楕円（superellipse）、超楕円体（superellipsoid）等のような形状の多くのタイプの重心の位置を特定するのに用いられうる。図１０は、三角形１０２０、五角形１０４０、矩形１０６０、楕円１０８０のそれぞれの重心１００２、１００４、１００６、１００８の例を示している。図１０中の波線は、図１０に示される形状のそれぞれに対する、対称の超平面を表している。凸状の面及び形状に関して、重心が凸状の面又は形状内に配置されてもよいし、面又は形状上に直接に存在しない場合がある。
【００３１】
図２Ｂに示すように、垂直重心軸２８６、２８０は重心を通り、コーナーファセット２２２、２２６の面に（それらの重心において）それぞれ垂直である。換言すると、垂直重心軸２８６、２８０とコーナーファセット２２２、２２６との間の角度２７６、２７０あ、それぞれ略９０度である。例えば、角度２７６、２７０は、９０度から５度の範囲内である。角度２７６、２７０の正確な値は、リフレクタ２００からワークピース２６までのターゲット距離２８８に依存し、ターゲットワークピース面でのコーナー照明（例えば、リフレクタ２００の遠位のコーナーに、リフレクタエッジに沿ってコリメート及び／又は反射された、コーナーファセットの入射光）の量を増加させながら、コーナーファセットに入射する再起反射光の量を減少するように調整されうる。コーナーファセット２２４、２２８もまた、その垂直重心軸が、それらが配置される対応するコーナーを通るように配置されうる。このように、発光素子１１０からの放射出力２４は、ワークピース２６の感光硬化性面２７にわたって、中心軸２０８に対して、より均一に案内及び分散される。以下にさらに説明するように、リフレクタ２００のコーナーファセットは、入射放射出力の再帰反射光を減少させるように、また、リフレクタ側壁と第２開口部２１２により形成される遠位コーナー（例えば、２９２、２９４、２９６、２９８）に向かう入射放射出力のコリメート及び／又は反射を増加させるように、配置されうる。換言すると、コーナーファセットでの入射放射出力は、当該コーナーファセットに対応する近位のコーナーから遠位のリフレクタコーナーまで遠位に延びる、隣接するリフレクタ側壁間のエッジ（例えば、エッジ２６４等）に沿って反射される。このように、コーナーファセットは、感光硬化性面２７のリフレクタコーナーのシャドーイング（例えば、ワークピース２６の低下した放射）を低減する。ワークピース２６の感光硬化性面２７は、リフレクタ２００からｚ軸に沿って、距離２８８離れて配置されうる。一例では、近接照明用途では、距離２８８は１０〜２０ｍｍを含みうる。他の例では、１０〜２０ｍｍよりも大きい照射距離２８８を含みうる。上述したように、角度２７６、２７０は、ターゲットワークピース面でのコーナー照明を増加させるように調整されうる。角度２７６、２７０は、さらに、距離２８８でのターゲットワークピース面におけるコーナー照明の調整を可能にするために調整されうる。コーナーファセット形状及び寸法は、また、１０〜２０ｍｍより大きい又はより小さい距離２８８でのターゲットワークピース面におけるコーナー照明の調整を可能にするために調整されうる。
【００３２】
コーナーファセット２２２、２２４、２２６、２２８は、リフレクタ側壁２４２、２４４、２４６、２４８と同じ高反射材料で構成されうる。例えば、コーナーファセットと、リフレクタ側壁は、Lorin PreMirror（登録商標）のような、鏡面仕上げの陽極酸化アルミニウムで構成されうる。他の材料としては、高反射アルミニウム蒸着コーティングが堆積された成形プラスチックが挙げられる。一例では、高反射材料は、７５％より高い反射率の材料を含みうる。他の例では、高反射材料は、８５％より高い反射率の材料を含みうる。
【００３３】
図２Ａ、２Ｂの例では、リフレクタ２００は、矩形錐台の形状態様を有している。錐台は、切り取った、２つの平行な平面間にある立体（例えば、角錐、円錐等）の一部である。リフレクタ２００の場合、矩形錐台は、そのベースとして、矩形多角形を有する矩形正角錐で構成されている。このように、リフレクタ２００は、リフレクタ２００の形状態様に応じて、４つであるリフレクタ側壁の第１の数と、第１開口部２１４及び第２開口部２１２の形状を備えている。また、リフレクタ２００の矩形状態様に応じて、ファセットの数は４つである。他の例では、リフレクタ２００は、三角形、五角形、六角形錐台等の他の多角形の錐台の形状態様を有しうる。これに応じて、リフレクタ側壁の第１の数は、それぞれ３つ、５つ、６つ等でありうる。また、第１開口部２１４、第２開口部２１２の形状は、それぞれ三角形、五角形、六角形等でありうる。
【００３４】
図３を参照すると、リフレクタ２００のｚ方向に向かう端面図が示される。図３に示すように、リフレクタ側壁２４２、２４４、２４６、２４８は、第１開口部２１４から第２開口部２１２に末広がりに延びているため、第２開口部２１２は、第１開口部２１４よりも大きい。さらに、コーナーファセット２２２、２２４、２２６、２２８は、形状が三角形であり、垂直重心軸がリフレクタコーナーを通るように、それぞれリフレクタコーナー２５２、２５４、２５６、２５８に配置されている。図３の例では、コーナーファセットは、第１開口部２１４に部分的に張り出すように配置されうる。このため、コーナーファセットの配置は、放射出力２４が案内される第１開口部２１４のサイズを効果的に減少させうる。
【００３５】
図３に示すように、リフレクタ２００の場合、各コーナーファセットの頂点は、当該コーナーファセットが位置するリフレクタコーナーに応じて、２つの隣接するリフレクタ側壁（例えば、リフレクタ側壁２４２、２４４、２４６、２４８の２つ）間のエッジに沿って配置されうる。さらに、各コーナーファセットの他の頂点は、対応するコーナーに隣接するリフレクタ側壁に位置する。例えば、コーナーファセット２２４の場合、頂点は隣接するリフレクタ側壁２４２、２４４の間のエッジ２６４に位置し、リフレクタ側壁２４４の他の頂点は、隣接するリフレクタ側壁２４２、２４４にそれぞれ位置する。コーナーファセットの頂点の配置は、コーナーファセットの頂点の、対応するリフレクタ側壁エッジと隣接するリフレクタ側壁への、実装（mounting）及び取り付け（attaching）を含む。取り付け方法は、ねじ込み（screwing）、溶接（welding）、接着（adhering）、クリップ留め（clipping）等を含む。いくつかの例では、コーナーファセットの頂点すべてが、リフレクタ側壁エッジ及びリフレクタ側壁に取り付けられうる。他の例では、コーナーファセットの頂点の一部は固定されずにつり下げられる（freely hang）一方で、コーナーファセットの他の頂点は固定され、取り付けられる。コーナーファセットの頂点はまた、ヒートシンク、又は、発光素子１１０の（同一のｚ成分を有する）平面上に位置する他の構成要素に取り付けられうる。
【００３６】
図４を参照すると、正ｚ方向に向かうリフレクタ２００の斜視端面図が示される。リフレクタ２００は、近位端（近ｚ軸）２１８に実装され、リフレクタ２００の剛性を維持し、また照明装置ハウジング２０２へリフレクタ２００を実装、配置するのを助けるベースプレート４５２、４５４、４５６、４５８を備える。図４に示すように、ベースプレートは、（リフレクタ側壁２４２、２４４，２４６、２４８により形成される）第１開口部２１４を部分的に覆い隠し、発光素子１１０の平面と同一平面に実装するように、平面的に実装されうる。ベースプレートの内部エッジ４１６が、（図３に示すように）第１開口部２１４に張り出しているコーナーファセットのエッジに一致するように、ベースプレートの形状及び寸法は、コーナーファセットの位置に対応する。このように、ベースプレートはさらに、コーナーファセットの剛性を維持する機械的な支持を提供し、配置するのに役立つ。リフレクタ２００は、さらに、照明装置ハウジング２０２にリフレクタを実装するための、実装手段４８０を備えている。図４に示すように、実装手段４８０は、クリップを備えうるが、溶接、ブラケット、ねじ、リベット等の他の実装手段が、照明装置ハウジング２０２にリフレクタ２００を取り付け、実装するために提供されてもよい。照明装置ハウジング２０２にリフレクタを強固に実装することは、第１開口部２１４を通ってワークピース２６へと放射出力２４を案内するのを助けうる。
【００３７】
図５Ａ〜５Ｄを参照すると、照明装置１０に利用されたリフレクタの様々な構成例が示される。図５Ａは、近位端２１８に配置された発光素子１１０上に位置するテーパードリフレクタ５００の断面図を示している。テーパードリフレクタ５００は、平面のリフレクタ側壁５４２、５４６及び発光素子１１０（及び第１開口部２１４）の平面と同一平面上にない非平面コーナーファセット５３２、５３４を含む。例として、非平面コーナーファセット５３２、５３４は、放物線、双曲線、立方晶等の非平面の表面を含む。さらに、コーナーファセット５３２、５３４は、当該コーナーファセット５３２、５３４の垂直重心軸５７０、５８０がそれぞれテーパードリフレクタ５００の近位コーナー５５２、５５４を通るように配置されている。垂直重心軸５７０、５８０は、それらの重心において、コーナーファセット５３２、５３４の接線と、それぞれ略直角５７４、５８４を形成する。
【００３８】
図５Ｂは、エッジ５６２で隣接して結合された平面リフレクタ側壁５４４、５４８を含むテーパードリフレクタ５０１の斜視断面図を示している。テーパードリフレクタ５０１は、リフレクタ２００と同様に、発光素子１１０の周囲に配置されている。さらに、リフレクタ側壁５４４、５４８は、発光素子１１０に近位の第１開口部のリフレクタコーナー（例えば、リフレクタコーナー５５６を含む）から、発光素子１１０に遠位の第２開口部の円にリフレクタコーナーへ、末広がりに延びている。テーパードリフレクタ５０１は、リフレクタコーナー５５６上に位置するコーナーファセット５３５を含む。図５Ｂに示すように、コーナーファセット５３５は、コーナーファセット５３５の垂直重心軸がリフレクタコーナー５５６を通るように配置されうる。このように、コーナーファセット５３５は、リフレクタコーナー５５６における入射放射出力２４の再帰反射を低減し、リフレクタ５０１から遠位に位置するワークピース２６に照射される光の均一性を向上することができる。図３を参照して上述したように、１以上のコーナーファセット頂点５０２、５０４、５０６、５０８は、対抗するリフレクタ側壁に結合（例えば、溶接、ねじ込み、接着等）されうる。追加的に又は代替的に、１以上のコーナーファセット頂点５０２、５０４、５０６、５０８は、リフレクタベースプレート（例えば、４５２、４５４、４５６、４５８）、又は、ヒートシンク等の発光素子１１０の近傍に位置する他の照明装置の構成要素に結合されうる。例えば、コーナーファセット結合手段（例えば、ブラケット、フック等）は、発光素子１１０とコーナーファセットの近位エッジとの間の空間５９１に配置されうる。
【００３９】
図５Ｃは、エッジ５６２で隣接して結合された平面リフレクタ側壁５４４、５４８を含むテーパードリフレクタ５０３の斜視断面図を示している。テーパードリフレクタ５０３は、コーナーファセット５３６の垂直重心軸がリフレクタコーナー５５６を通るように、リフレクタコーナー５５６上に位置する三角形コーナーファセット５３６を含む。コーナーファセット頂点５１８、５２０は、それぞれリフレクタ側壁５４４、５４８上に隣接して配置されている。一例として、１以上のコーナーファセット頂点５１８、５２０は、それぞれリフレクタ側壁５４４、５４８に結合されうる。他の例では、コーナーファセット頂点５２２は、空間５９１において発光素子１１０に近位で結合され、頂点５１８、５２０は、リフレクタ側壁５４４、５４８に隣接して固定されずにつり下げられる。
【００４０】
図５Ｄは、非線形エッジ５６１で隣接して結合された非平面リフレクタ側壁５４５、５４７を含むテーパードリフレクタ５０５の斜視断面図を示している。非平面リフレクタ側壁５４５、５４７は、放物線、双曲線又は他の非平面的な表面でありうる。非平面リフレクタ側壁は、ワークピース２６の感光硬化性面２７により入射放射出力２４を均一にコリメートするのを助けうるため、平面リフレクタ側壁と比較して有利である。例えば、非平面リフレクタ側壁は、リフレクタ側壁面の成形に続いて、それらの上への反射性コーティングの適用又は堆積により製造されうる。テーパードリフレクタ５０５は、リフレクタコーナー５５６での発光素子１１０からの放射出力２４を妨げるように配置されたコーナーファセット５３７を含む。上述したように、コーナーファセット５３７の垂直重心軸は、リフレクタコーナー５５６を通る。コーナーファセット５３７は、平面矩形状である。１以上の頂点５１０、５１２、５１４、５１６は、隣接する非平面リフレクタ側壁５４５、５４７に結合されうる。追加的に又は代替的に１以上の頂点５１４、５１６は、発光素子１１０に近位（例えば、近ｚ軸）の空間５９１で結合され、頂点５１０、５１２は、リフレクタ側壁５４５、５４７に隣接して固定されずにつり下げられうる。
【００４１】
図６Ａ、６Ｂを参照すると、テーパードリフレクタ６００の模式的な斜視図及び端面図が示されている。テーパードリフレクタ６００は、リフレクタ側壁６４２、６４４、６４６、６４８、近位端の第１開口部６１４を備えているが、コーナーファセットを有していない。光線６９０、６９２は、テーパードリフレクタ６００の近位端（近ｚ軸）に位置する発光素子１１０からの放射出力２４の一部として、エッジ６６２、６６４、６６６、６６８のリフレクタコーナーに向かって出射されうる。図６Ａ、６Ｂに示すように、光線６９０、６９２は、リフレクタコーナーで中心軸２０８に向かって再帰反射される。このように、コーナーファセットを有しないテーパードリフレクタ６００は、リフレクタコーナーからの光の再帰反射を増加させ、エッジ６６２、６６４、６６６、６６８に沿って遠位リフレクタコーナーに向かって案内される光の量を減少させる。従って、テーパードリフレクタ６００の遠位側に位置するワークピースの感光硬化性面での光の分布の均一性は低減される。
【００４２】
図６Ｃ、６Ｄを参照すると、テーパードリフレクタ６０２の模式的な斜視図及び端面図が示されている。テーパードリフレクタ６０２は、リフレクタ側壁６４２、６４４、６４６、６４８、近位端の第１開口部６１４、及び対応するコーナー６５２、６５４、６５６、６５８にそれぞれ位置するコーナーファセット６２２、６２４、６２６、６２８を有している。上述したように、コーナーファセットは、第１開口部６１４により囲まれたテーパードリフレクタ６０２の近位端に位置する発光素子１１０から出射された入射放射出力２４からリフレクタコーナーを妨げるように配置されている。さらに、各コーナーファセットは、それらの垂直重心軸が対応するコーナーを通るように配置されうる。図６Ｃ、６Ｄに示すように、コーナーファセットは、また、テーパードリフレクタ６０２から遠位に位置するワークピースの感光硬化性面上に案内された光分布の均一性を増加するために、中心軸２０８に対して対照的に配置されうる。光線６９４、６９６のようなリフレクタコーナーの入射光線は、テーパードリフレクタ６０２の遠位コーナーに向かってリフレクタエッジに沿って反射、コリメートされる。このように、コーナーファセットを有するリフレクタ６０２は、リフレクタコーナーからの光の再帰反射を減少させ、エッジ６６２、６６４、６６６、６６８に沿って遠位リフレクタコーナーに向かって案内される光の量を増加させる。従って、コーナーファセットを有しないリフレクタと比較すると、テーパードリフレクタ６０２の遠位側に位置するワークピースの感光硬化性面での光の分布の均一性は増大される。
【００４３】
図７を参照すると、ワークピース面７１０の放射出力の均一性を測定する方法を示す例示的な模式図７００が示されている。感光性装置は、ワークピース面７１０の様々な検出位置７２０における光の強度を検出するように構成されうる。模式図７００の例では、ワークピース面７１０の放射出力を測定するために、９つの検出位置７２０（例えば、９点の均一性測定基準）が正方形のワークピース面７１０にわたって格子状パターンで分布している。例として、ワークピース面７１０は１００ｍｍ×１００ｍｍであり、検出位置７２０は、直径が１０ｍｍである。ワークピース面７１０は、中心軸２０８に対して対照的に配置されている。ワークピース面７１０全体の放射出力の均一性は、以下の式（１）で定量化される。
【００４４】
【数１】
2016111340.tif 000003
【００４５】
式（１）において、Ｉは特定の位置で測定された放射出力の強度を表しており、Ｍａｘ（Ｉ）は特定の位置で測定された放射出力の最大強度を表しており、Ｍｉｎ（Ｉ）は特定の位置で測定された放射出力の最小強度を表している。Ｕは、放射出力の均一性の尺度であり、より低い値のＵは放射出力の分布の均一性がより高いことを示している。Ｕは、各検出位置で産出されるか、又は、全ての検出位置にわたって平均され、放射出力分布の均一性を示す測定基準を提供する。
【００４６】
他の例では、より大きい又はより小さい数の検出位置７２０が用いられる。より大きい数の検出位置は、ワークピース面の放射出力の均一性のより信頼性の高い測定を提供するが、実施によりコストがかかる。図７の例では、検出位置７２０の多数が、ワークピース面７１０のコーナー及びエッジに配置されている。このように検出位置７２０を構成することは、図２Ａ、２Ｂ、３、４、５Ａ〜５Ｄ、６Ａ〜６Ｄを参照して上述したように、リフレクタコーナー及びエッジでの光の再帰反射に起因したワークピース面７１０での放射出力分布の不均一性の測定を助けうる。さらに、このように検出位置７２０を構成することは、コーナーファセットを有するリフレクタの遠位リフレクタコーナーに向かって、エッジに沿った光の反射及びコリメートに起因するワークピース面７１０放射出力分布の均一性の増大の測定を助けうる。
【００４７】
図８を参照すると、様々な照明装置からの放射出力分布８００、８１０、８２０、８３０（及び、それぞれ対応する放射強度スケール８０９，８１９、８２９、８３９）の模式図が示される。分布８００、８１０は、６５ｍｍの長さ（例えば、ｚ方向の寸法）のコーナーファセットを有しない正方形錐台リフレクタを有する照明デバイスから、当該照明デバイスからそれぞれ１０ｍｍ、２０ｍｍ離れた位置に配置されたワークピース面への、１６０ｍｍ四方の放射出力分布を示している。例として、分布８００、８１０は、テーパードリフレクタ６００のようなコーナーファセットを有しない正方形錐台リフレクタからの放射出力分布を示している。中心領域８０８、８１８は、それぞれ放射出力分布８００、８１０の最も高い放射出力強度レベルを示している。領域８０８は、約０．９Ｗ／ｃｍ２〜１．０Ｗ／ｃｍ２を示しており、領域８１８は、約０．８Ｗ／ｃｍ２〜０．８９Ｗ／ｃｍ２を示している。しかしながら、リフレクタエッジでの再帰反射は、中心領域８０８、８１８中に、約０．７Ｗ／ｃｍ２の低い放射出力強度を示す、不均一領域８０６、８１６をそれぞれ生じさせる。中心領域８０８、８１８の放射出力強度は、それぞれの外周に向かって徐々に減少する。外周領域８０７、８１７は、それぞれ中心領域８０８、８１８よりも低い放射出力強度（約０．６Ｗ／ｃｍ２）を示す。外周領域８０４、８１４は、それぞれ外周領域８０７、８１７よりも低い放射出力強度（約０．３５Ｗ／ｃｍ２）を示す。さらに、コーナーファセットがない場合のリフレクタコーナーの再帰反射は、それぞれ領域８０２、８１２に、放射出力強度が０．１Ｗ／ｃｍ２に近く減少した、コーナーシャドーイングを生じさせる。放射出力分布８００、８１０の９点の均一性の測定基準は、３３％である。放射出力分布８００、８１０の比較は、ワークピースの位置が照明装置から離れる距離が長くなるほど、不均一な放射出力の領域が拡大し、広がることを示している。例えば、領域８１２でのコーナーシャドーイングは領域８０２と比較して大きくなり、リフレクタエッジに沿った再帰反射は領域８０６と比較してより大きく、より拡散した領域８１６を生じさせ、外領域８１７、８１４は、それぞれ領域８０７、８０４よりも大きく（厚く）、より拡散している。しかしながら、光源からのワークピースの距離の増加は、また、ワークピースの完全な硬化に必要な時間を増大させる。
【００４８】
分布８２０、８３０を参照すると、６５ｍｍの長さの、コーナーファセットを有する正方形錐台リフレクタを有する照明デバイスから、それぞれ１０ｍｍ、２０ｍｍ離れた位置に配置されたワークピース面への、放射出力分布が示されている。放射出力分布８２０、８３０の９点の均一性の測定基準は、１２％である。従って、コーナーファセットを有するリフレクタを用いることは、コーナーファセットを有しない同じリフレクタを用いた照明装置と比較すると放射出力分布の均一性を向上させる。分布８２０、８３０の試験は、中心領域８２８、８３８（例えば、高強度領域）が中心領域８０８、８１８と比較して大きいことを示している。従って、外周領域８２４、８２７、８３４、８３７は、それぞれ外周領域８０４、８０７、８１４、８１７と比較すると薄く、分布の外周に近い。また、コーナーファセットの存在により、リフレクタエッジの沿った再帰反射が低減され、中心領域８２８、８３８における不均一性が（コーナーファセットが用いられていない場合の、それぞれ領域８０６、８１６と比較して）検出されない。さらに、コーナーファセットの存在により、領域８０２、８１２よりもはるかに小さい領域８２２、８３２によって示されるように、コーナーシャドーイングを引き起こすリフレクタコーナーにおける光の再帰反射が低減される。さらに、領域８２２、８３２の放射出力強度は、それぞれ領域８０２、８１２の放射出力強度と比較すると僅かに高い（例えば、約０．１５Ｗ／ｃｍ２〜０．２Ｗ／ｃｍ２）。
【００４９】
リフレクタの寸法は、また、ワークピース面の放射出力分布の均一性に影響を与えうる。例えば、リフレクタ（ｚ方向）を長くすると、放射出力分布の不均一性を低減するのを助けうる。例えば、コーナーファセットを有しない１２５ｍｍのリフレクタ（例えば、リフレクタ６００の長さを倍にすること）は、分布８２０、８３０と同等の放射出力分布を生成しうる。しかしながら、上述したように、光源からのワークピースの距離を増加させると、ワークピースを硬化させるのに必要な時間が増大する。従って、同等に均一な放射出力分布を生成するためには、コーナーファセットを有しないリフレクタは、コーナーファセットを有するリフレクタの長さの略倍である。リフレクタの寸法は、放射出力分布の形状及びサイズによって影響されうる。照射強度は、全電力（例えば、発光素子の数、発光素子へ供給される電力等）及び、発光素子のレイアウトによって調整される。テーパー角度及びリフレクタの長さは、ターゲットワークピース面への距離及び放射出力分布の均一性に依存する。コーナーファセットを照明装置のリフレクタに組み込むことは、コーナーファセットを有しないリフレクタと比較すると、放射出力の均一性を維持しつつ、より高い放射出力強度をワークピース面へ供給する、より短く、小さいリフレクタを可能にする。さらに、コーナーファセットを有するテーパード錐台リフレクタは、リフレクタ及びファセットの寸法、発光素子の数及び／又は電力をそれぞれ増加させる又は減少させることにより、より大きい又は小さいワークピース面の領域にわたって、同等に均一な放射出力分布を供給するよう、拡大縮小されうる。
【００５０】
このように、照明装置は、発光素子及びリフレクタを備える。リフレクタは、前記発光素子を取り囲む第１開口部、及び、第２開口部と、前記第１及び第２開口部を形成し、前記第１開口部から、前記発光素子から離れて、前記第２開口部へ末広がりに延びるリフレクタ側壁と、前記第１開口部において、リフレクタ側壁の隣接するペアにより形成される、対応するリフレクタコーナー上にそれぞれ配置される、複数のコーナーファセットとを有する。追加的に又は代替的に、それぞれの前記コーナーファセットの垂直重心軸は、前記対応するリフレクタコーナーを通る。追加的に又は代替的に、前記第１及び第２開口部は、リフレクタ側壁の第１の数に対応する第１の数の辺を有する多角形開口部である。追加的に又は代替的に、前記リフレクタ側壁は平面を備えている。追加的に又は代替的に、前記リフレクタ側壁は非平面を備えている。追加的に又は代替的に、前記コーナーファセットのそれぞれは、少なくとも一つのリフレクタ側壁に実装されている。追加的に又は代替的に、前記コーナーファセットのそれぞれは平面を備える。追加的に又は代替的に、前記コーナーファセットのそれぞれは非平面を備える。追加的に又は代替的に、前記コーナーファセットのそれぞれは、第２の数の頂点を有する多角形コーナーファセットである。追加的に又は代替的に、前記コーナーファセットのそれぞれは三角形コーナーファセットであり、頂点の前記第２の数は３つである。追加的に又は代替的に、前記コーナーファセットのそれぞれは矩形コーナーファセットであり、頂点の前記第２の数は４つである。
【００５１】
他の実施の形態では、照明装置は、発光素子アレイと、形状態様を有する錐台リフレクタとを備える。前記錐台リフレクタは、前記形状態様に対応する開口部形状を有する第１及び第２開口部と、前記第１及び第２開口部を形成するように結合されたリフレクタ側壁であって、前記リフレクタ側壁の数が前記形状態様に対応するリフレクタ側壁と、隣接するリフレクタ側壁と前記第１開口部の交差部によって形成されるコーナーに配置されたコーナーファセットであって、前記コーナーファセットの数が前記形状態様に対応するコーナーファセットとを備える。追加的に又は代替的に、前記形状態様は矩形形状であり、前記開口部形状は、矩形であり、前記リフレクタ側壁の数は４つであり、前記コーナーファセットの数は４つである。追加的に又は代替的に、前記コーナーに配置されたコーナーファセットをさらに備え、前記前記コーナーファセットの垂直重心軸は、対応する前記コーナーを通る。追加的に又は代替的に、前記コーナーファセットは、三角形ファセットである。追加的に又は代替的に、前記コーナーファセットは、矩形ファセットである。
【００５２】
図９を参照すると、コーナーファセットを有する照明装置１０に用いられる照明方法のフローチャートが示される。方法９００は、コントローラ１０８又は照明装置１０の外部の他のコントローラ等の照明装置コントローラによって部分的に又は全体的に実行される非一時的な実行可能な命令を含む。方法９００は、光エネルギー（例えば、放射出力２４）が、主に中心軸２０８に沿って、発光装置を介して、ワークピース２６に供給される、９１０で開始する。中心軸２０８に対して放射出力２４を主に出射することは、放射出力が中心軸に対して対照に出射されるように、発光素子を配向することを含む。中心軸２０８に対して放射出力２４を主に出射することは、さらに、中心軸に沿った方向で、最も高い強度で放射出力が出射されることを含む。方法９００は、リフレクタ２００のようなテーパードリフレクタを照明装置１０の発光素子とワークピース２６との間に配置する９２０に続く。上述したように、テーパードリフレクタ２００はリフレクタ側壁を備え、各リフレクタ側壁は結合され、２つの隣接するリフレクタ側壁の共通のエッジを有する。リフレクタ側壁は、リフレクタ２００の近位端２１８において第１開口部２１４を形成し、発光素子１１０を取り囲む。さらに、リフレクタ側壁は、第１開口部２１４から発光素子１１０から離れて末広がりに延び、第２開口部２１２を形成する。これにより、リフレクタ２００はテーパードリフレクタとされ、リフレクタ側壁は、発光素子１１０から遠位の第２開口部２１２から、発光素子１１０に近位の第１開口部２１４へ次第に細くなる。第１開口部２１４、第２開口部２１２及びリフレクタ側壁は、中心軸２０８に対して対照的に配置されうる。
【００５３】
方法９００は、テーパードリフレクタのコーナーにコーナーファセットが配置される９３０へと続く。上述したように、リフレクタ２００は、隣接する側壁のペアと第１開口部２１４との交差部によって形成される近位端２１８にコーナーを備える。コーナーファセットは、対応する近位の各リフレクタコーナーに放射出力２４が到達するのを妨げるように、対応するリフレクタコーナーに、又は、リフレクタコーナー上に配置される。さらに、各コーナーファセットは、いずれのリフレクタ側壁及び第１開口部２１４とも同一平面上にないように配置される。これにより、コーナーファセットは、リフレクタコーナーでの入射放射出力２４の再帰反射を低減させるのを助け、遠位コーナーに向かってリフレクタエッジに沿って反射する放射出力２４の量を増大させるのを助けうる。一例では、コーナーファセットは、垂直重心軸が対応するコーナーを通るように、対応するコーナーに配置される。上述したように、コーナーファセットの配置は、各コーナーファセットの頂点の少なくとも一つを、隣接するリフレクタ側壁への実装又は取り付けを含む。追加的に又は代替的に、コーナーファセットの配置は、各コーナーファセットの頂点の少なくとも一つを、発光素子１１０とリフレクタ側壁との間の空間５９１への実装又は取り付けを含む。
【００５４】
方法９００は、第１開口部を通って出射され、リフレクタ側壁に入射する放射出力が、ワークピースへ向かって、第２リフレクタ開口部を通って、中心軸２０８に対してコリメートされる９４０へと続く。放射出力のこの部分は、主に放射出力分布の中央領域（例えば、８２８、８３８）を生じさせうる。方法９００は、放射出力が第１開口部をとおって出射され、テーパードリフレクタのコーナーエッジに沿ってコーナーファセットに入射する放射出力が、テーパードリフレクタの遠位コーナーに向かってコリメート及び／又は反射される９５０へと続く。これにより、コーナーファセットは、リフレクタコーナーでの再帰反射を減少させ、照明装置の遠位のワークピース面での放射出力分布の均一性を増加させる。
【００５５】
９６０では、方法９００は、均一性の測定値が均一性の閾値よりも小さいか否かを決定する。一例では、均一性の測定値は、図７を参照して上述したように、均一性の測定基準Ｕを含み、均一性の閾値はＵＴＨでありうる。均一性の測定値が均一性の閾値よりも小さい場合（例えば、Ｕ＞ＵＴＨ）、方法９００は、照明装置が再配置され（例えば、中心軸２０８に対してより対照的に配置する）、リフレクタが調整され（例えば、中心軸２０８に対してより対照的に配置する、又は、ワークピースからの距離を増加又は減少させる、又は、異なる寸法又は形状態様の代替リフレクタを用いる）、又は、コーナーファセットが調整される（例えば、中心軸２０８に対してより対照的に配置する、又は、垂直重心軸がより厳密に対応するコーナーを通る、又は、異なる寸法又は形状態様の大体コーナーファセットを用いる）、９６４へ続く。９６４の後、方法９００は終了する。
【００５６】
このように、照明方法は以下を備えうる。発光素子から中心軸に対してワークピース上へ光を出射し、前記発光素子と前記ワークピースとの間にリフレクタを配置し、第１開口部を通って出射され、リフレクタ側壁に入射する光は、前記中心軸に対して前記ワークピースに向かって前記リフレクタの第２開口部を通ってコリメートされ、前記リフレクタの対応するコーナーにコーナーファセットを配置し、前記コーナーファセットに入射する光は、前記中心軸に対して前記ワークピースに向かってコリメートされ、前記リフレクタ側壁は、前記発光素子に近位の前記第１開口部を形成し、前記ワークピースに向かって前記中心軸から広がり、前記第２開口部を形成し、前記リフレクタの前記対応するコーナーは、リフレクタ側壁の隣接するペアと前記第１開口部との交差部によって形成される。追加的に又は代替的に、前記リフレクタの前記対応するコーナーへの前記コーナーファセットの配置は、前記コーナーファセットのそれぞれの垂直重心軸が前記対応するコーナーを通るように前記コーナーファセットを配置することを備える。追加的に又は代替的に前記対応するコーナーへの前記コーナーファセットの配置は、さらに、前記コーナーファセットに入射する光が、前記ワークピースに向かって、前記対応するコーナーのリフレクタ側壁の隣接するペアの交差部に沿ってコリメートされる。追加的に又は代替的に、前記対応するコーナーへの前記コーナーファセットの配置は、さらに、前記コーナーファセットに入射する光が、前記対応するコーナーのリフレクタ側壁の隣接するペアと前記第２開口部との交差部によって形成されるテーパードリフレクタの遠位コーナーに向かって反射される。
【００５７】
このように、硬化不足又は過硬化を軽減し、ターゲットの感光性ワークピースへの均一な照射の技術的効果が達成され、カップリング光学系のサイズを縮小し、発光素子とワークピースとの間の距離を減少させ、硬化時間及び製造コストを低減する。
【００５８】
なお、ここに含まれる例示的な制御及び推定ルーチンは、様々な照明装置又は照明システムの構成に用いられうる。ここに開示された制御方法及びルーチンは、非一時的なメモリに実行可能な命令として格納され、各種のセンサ、アクチュエータ、他の照明システムのハードウェアとの組み合わせで、コントローラを含む制御システムによって実行されうる。ここに開示された特定のルーチンは、イベント駆動、割り込み駆動、マルチタスク、マルチスレッド等の１以上の任意の数の処理戦略を表しうる。このように、図示された様々な動作、操作、及び／又は機能は、図示された順序で、並行して、又は、場合によっては省略されて、実行されうる。同様に、処理の順序は、必ずしも、ここに記載の例示的な実施形態の特徴及び利点を達成するために必要とされず、図示及び説明を容易にするために設けられている。１以上の図示された動作、操作、及び／又は機能は、用いられる特定の戦略に応じて繰り返し行われうる。さらに、説明された動作、操作、及び／又は機能は、照明システム内のコンピュータ読み取り可能な記録媒体の非一時的なメモリにプログラムされるコードをグラフィカルに表しうる。説明された動作は、コントローラと組み合わせて、様々な照明ハードウェアコンポーネントを含むシステムにおいて命令を実行することにより、行われる。
【００５９】
以下の請求項は、特に、新規かつ非自明とみなされるコンビネーション及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（an）」のエレメント、「第１の（a first）」エレメント又はその等価物に言及する。そのようなクレームは、１以上のこのようなエレメントの組み合わせを含むように理解されるべきであり、２以上のこのようなエレメントを要求し、除外するように理解されるべきではない。開示された特徴、機能、エレメント及び／又は性質の他のコンビネーション及びサブコンビネーションは、本請求項の補正により、又は、本出願又は関連出願における新たな請求項の存在によってクレームされうる。当初請求項の範囲に対して、より広い、より狭い、等価の又はこのような異なる請求項は、本開示の範囲内に含まれるものとみなされる。
【００６０】
本出願は、２０１４年１０月２０日に提出された、「近接場における均一照明のためのファセットコーナーを有するテーパードリフレクタ」と題する、米国仮特許出願第６２／０６６，２２８号に対する優先権を主張し、それらの出願の全内容はすべての目的のために参照によりここに取り込まれる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図８】
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【外国語明細書】
2016111340000001.pdf